[发明专利]轻质风扇叶片

说明书

本发明提供一种轻质风扇叶片，包括金属结构和复材结构，复材结构与金属结构共固化成型，金属结构包括金属前缘和金属型芯，复材结构提供自后缘点起延伸的第一吸力面和第一压力面，金属前缘提供自前缘点起延伸的第二吸力面和第二压力面，第一吸力面和第二吸力面连接构成整个吸力面，第一压力面和第二压力面连接构成整个压力面；复材结构包括至少提供部分第一吸力面的吸力侧部分和至少提供部分第一压力面的压力侧部分；金属型芯自金属前缘起沿弦向延伸而被夹在吸力侧部分和压力侧部分之间，并且，金属型芯面向吸力侧部分和压力侧部分的两个表面设置有沿弦向延伸的多个导流槽。上述轻质风扇叶片可以有利于复合材料与金属材料的连接成型。

技术领域

本发明提供一种轻质风扇叶片。

背景技术

大尺寸的轻质风扇叶片是大涵道比涡扇发动机的关键技术中的一项。由复合材料与金属材料构成的轻质风扇叶片具有良好的减重效果，成为各大发动机公司研制轻质大涵道比风扇叶片的主流方案。

金属材料与复合材料的连接成型对连接界面的力学性能要求较高，特别是在叶片受冲击时容易发生界面分裂，导致复合材料与金属材料分离。目前常见的复合材料与金属材料共同构成的多材料风扇叶片并未提出便利金属材料与复合材料的连接成型或者提高金属材料与复合材料的界面连接强度的连接方式以及相应的结构形式。

本发明旨在设计一种轻质风扇叶片，可以有利于复合材料与金属材料的连接成型并且提高复合材料与金属材料的连接强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻质风扇叶片，其新型的结构形式和连接方式可以有利于复合材料与金属材料的连接成型并且提高复合材料与金属材料的连接强度。

本发明提供一种轻质风扇叶片，具有弦向，包括由金属材料制成的金属结构和由复合材料制成的复材结构，所述复材结构与所述金属结构共固化成型，所述金属结构包括金属前缘和金属型芯，所述复材结构提供自后缘点起延伸的第一吸力面和自后缘点起延伸的第一压力面，所述金属前缘提供自前缘点起延伸的第二吸力面和自前缘点起延伸的第二压力面，所述第一吸力面和所述第二吸力面连接构成所述轻质风扇叶片的整个吸力面，所述第一压力面和所述第二压力面连接构成所述轻质风扇叶片的整个压力面；所述复材结构包括至少提供部分第一吸力面的吸力侧部分和至少提供部分第一压力面的压力侧部分；所述金属型芯自所述金属前缘起沿弦向延伸而被夹在所述吸力侧部分和所述压力侧部分之间，并且，所述金属型芯面向所述吸力侧部分和所述压力侧部分的两个表面中的至少一个表面设置有沿弦向延伸的多个导流槽。

上述轻质风扇叶片也可以称之为复合材料-金属材料混合结构风扇叶片，也即，由复合材料和金属材料共同构成的混合式风扇叶片。其中，以金属材料做前缘，在航空发动机遇到鸟击时能够提供叶片的抗冲击能力，叶身主要为复合材料和金属材料构成的混合结构，在考虑叶片强度性能的基础上可以尽量降低叶片质量、提高叶片空心率。通过设置导流槽，可以在叶片成型时促进复合材料和金属材料共固化过程中的树脂流动，有利于复合材料与金属材料的连接成型。这种连接及成型方式有效提高复合材料和金属材料的界面连接强度，防止界面分裂的情况发生，满足适航要求。在一个实施方式中，所述金属前缘从所述轻质风扇叶片的叶尖一直延伸到榫头底部；所述金属型芯从叶尖朝向榫头延伸而不延伸到榫头底部，而在展向上与所述金属型芯对应的榫头底部由复合材料构成。

叶片前缘为金属材料，与金属型芯整体制成，可以进一步提高风扇叶片的抗冲击能力；叶片榫头为复合材料，整个复合材料在展向呈Y型结构，复合材料预制体为一个整体，有利于力的传递，且空心率更高。

在一个实施方式中，所述金属前缘包括靠近压力面一侧的第一后表面和靠近吸力面一侧的第二后表面；所述金属型芯自所述金属前缘的所述第一后表面和所述第二后表面之间的位置起延伸，所述金属型芯包括第一型芯表面和第二型芯表面，所述第一型芯表面面向所述压力侧部分并且与所述第一后表面连接而形成第一包容角，所述第二型芯表面面向所述吸力侧部分并且与所述第二后表面连接而形成第二包容角；所述第一包容角和所述第二包容角中至少所述第一包容角为锐角。