[发明专利]铺层复合材料风扇叶片及其增强方法

说明书

本发明的目的在于提供一种铺层复合材料风扇叶片及其增强方法，叶片结构或该增强方法可增强铺层复合材料的层间性能。其中为实现所述目的的铺层复合材料风扇叶片，植入有Z‑Pin，所述Z‑Pin为有机纤维，所述Z‑Pin采用预穿孔植入方式植入。

技术领域

本发明涉及铺层复合材料风扇叶片及其增强方法。

背景技术

铺层复合材料风扇叶片是大涵道比航空涡扇发动机减重降噪的重要技术途径。抗鸟撞能力与离心强度是复合材料风扇叶片最重要的两项性能指标。大量的试验和仿真数据表明，铺层复合材料风扇叶片的鸟撞和离心强度，以及与离心强度密切相关的高周振动疲劳都以分层为第一失效模式，分层后叶片的整体弯曲刚度降低为分层前的1/4以下，进而在鸟撞载荷下发生弯曲压缩和拉伸断裂。离心强度试验中的榫头分层使叶片有从榫槽中拔出的风险，高周振动疲劳中的分层则使叶身振幅增大，加大了发动机叶片失谐的风险。

Z-Pin技术可有效增强铺层复合材料的层间性能，但传统的Z-Pin采用碳纤维制造、超声锤辅助植入，存在植入深度难以超过5mm、对铺层复合材料的面内性能损伤高达15％-25％以上的缺点，且碳纤维Z-Pin在鸟撞这种高应变率载荷下常发生脆性断裂，对层间性能的增强效果大打折扣。对榫头这种厚度高达50-80mm以上，Z-Pin植入深度需要20mm以上来抑制结构层中关键位置在离心载荷和高周振动疲劳载荷下分层的要求难以满足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铺层复合材料风扇叶片及其增强方法，叶片结构或该增强方法可增强铺层复合材料的层间性能。

为实现所述目的的铺层复合材料风扇叶片，植入有Z-Pin，所述Z-Pin为有机纤维，所述Z-Pin采用预穿孔植入方式植入。

在一实施方式中，所述有机纤维为高韧性S35级聚酰亚胺纤维。

在一实施方式中，所述Z-Pin的植入范围覆盖叶片的前缘区域、叶尖区域、尾缘区域，但不包括前缘区域和尾缘区域之间的中部区域。

在一实施方式中，所述Z-Pin的植入范围还覆盖榫头区域。

在一实施方式中，所述Z-Pin的植入范围还覆盖流道线区域。

在一实施方式中，所述Z-Pin的直径为0.4-0.5mm，植入密度为(2.5-3.5mm)×(2.5-3.5mm)的方形间距。

在一实施方式中，所述Z-Pin在所述前缘区域、叶尖区域、尾缘区域的植入密度要大于在所述流道线区域的植入密度。

为实现所述目的的一种铺层复合材料风扇叶片的增强方法，包括以下步骤：

在铺层复合材料风扇叶片的指定位置扎出指定深度的孔，孔的方向垂直于该孔所在的叶片型面；

将相应长度的Z-Pin埋入所述孔中，若无法顺利埋入，重复扎孔，直至Z-Pin顺利埋入所述孔中；

将植入的Z-Pin压实，以叶片表面看不见Z-Pin为评价标准；

完成全部的Z-Pin植入工作后，进行叶片固化。

在一实施方式中，在扎出所述孔之前，在植入区域下方相应的模具位置粘贴加热片对该铺层复合材料风扇叶片加热，调节加热片温度或输出功率，至铺层复合材料风扇叶片的预浸料树脂软化。

在一实施方式中，所述Z-Pin为有机纤维。

由于Z-Pin为有机纤维，Z-Pin采用预穿孔植入方式植入，韧性高，植入损伤低，显著提高了叶片抗分层能力，避免了铺层叶片鸟撞中的大面积分层现象，解决了铺层复合材料风扇叶片抗鸟撞能力不足的关键问题。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：