风扇叶片的纤维增强件中的纤维的混合的制作方法

本发明总体上涉及涡轮机的领域，并且更具体地，涉及这些涡轮机的风扇叶片以及风扇叶片的制造方法的领域。本发明更具体地应用于由复合材料制成的风扇叶片以及该风扇叶片与主流的入口的相互作用。

背景技术：

1、涡轮机叶片(特别是风扇叶片)承受大的机械应力和热应力，并且必须满足严格的重量和体积条件。因此，已经提出使用由复合材料制成的叶片，该叶片包括由聚合物基体致密化的纤维增强件，该叶片与具有同等推进特性的金属叶片相比更轻，并且具有令人满意的耐热性。

2、在发动机的认证和使用寿命期间，风扇叶片会受到鸟类和冰雹的侵袭。然而，根据对叶片进行撞击的对象的类型(特别是该对象的尺寸、该对象的质量)和风扇的类型(旋转的速度和叶片的数量)，损坏的开始和传播的有利区域是不同的。因此，风扇叶片的机械性能在叶片的设计阶段期间得到优化，以满足认证规则。

3、此外，当前的设计倾向于在前缘的区域、后缘的区域或甚至整个结构上减小由叶片的复合材料制成的结构的厚度，以改进空气动力学性能。在相同的材料和相同的堆叠规律下，叶片抵抗撞击的能力因此降低。

4、为了提高叶片对对象撞击的抵抗力，特别是叶片对对鸟类侵袭的抵抗力，已经提出将复合材料的纤维混合。例如，已经提出用玻璃纤维代替纤维增强件的一部分碳纤维，该纤维增强件形成由复合材料制成的叶片的后缘。这种混合使得能够改进叶片在被撞击时的性能。然而，考虑到叶片的可变厚度，纤维之间的性能转变的管理是复杂的，并且在碳/玻璃纤维界面处产生弱化区域。

技术实现思路

1、因此，本发明的一个目的是通过提出一种用于涡轮机的风扇叶片来克服上述缺点，该风扇叶片在被侵袭时的性能得到改进，而不会产生弱化区域。

2、本发明的另一个目的是改进由复合材料制成的包括由基体致密化的纤维增强件的叶片的混合，特别是以简单且有效的方式使性能变化梯度平滑，同时改进叶片在被侵袭的情况下的性能。

3、为此，根据第一方面，本发明提出了一种涡轮机风扇叶片，该涡轮机风扇叶片包括由复合材料制成的结构，该结构包括通过股线的三维编织获得的纤维增强件和基体，纤维增强件嵌入在该基体中。纤维增强件包括彼此不同的第一部分和第二部分，纤维增强件的股线包括由具有第一刚度的第一材料制成的第一股线，以及由与第一材料不同的第二材料制成的第二股线，该第二材料具有小于第一刚度的第二刚度。第一部分仅包括第一股线，第二部分仅包括第二股线。此外，纤维增强件还包括被定位在第一部分和第二部分之间的第三部分，第三部分同时包括第一股线、第二股线和第三股线，第三股线具有小于第一刚度且大于第二刚度的第三刚度。此外，在第三部分内，第一股线的体积密度从第一部分沿着第二部分的方向逐渐减小，第二股线的体积密度从第二部分沿着第一部分的方向逐渐减小。

4、根据第一方面的风扇叶片的一些优选但非限制性的特征是被单独采用或组合采用的以下特征：

5、-第三部分包括与第一部分接触的第一区部、与第二部分接触的第二区部以及在第一区部和第二区部之间延伸的中心区部，第一区部没有第二股线，并且第二区部没有第一股线；

6、-中心部件仅包括第三股线。

7、-风扇叶片包括第一区域，在该第一区域中，第二部分包括叶片的柄部和吸力侧壁，达到的高度介于翼型件的高度的0％至30％之间，第二部分在从上游限制部和下游限制部延伸的弦部分上，上游限制部以距叶片的前缘一距离延伸，该距离介于弦长的2％至10％之间，优选地约为7％，下游限制部以距叶片的后缘一距离延伸，该距离介于弦长的10％至60％之间，优选地约为55％；以及第三部分围绕第二部分，同时在第二部分的两侧在以下所述的弦长部分上延伸，该弦长部分约为弦长的5％；

8、-风扇叶片包括第二区域，在该第二区域中，第二部分包括叶片的前缘和压力侧壁，且第二部分在介于叶片的高度的40％至65％之间的高度和介于弦长的20％至40％之间，例如约为40％的弦部分上延伸；以及第三部分从前缘沿压力侧壁的方向延伸，同时在如下部分上围绕第二部分，该部分的长度等于弦长的50％；

9、-第二部分和第三部分各自在以下所述的厚度上延伸，该厚度等于纤维增强件的厚度的三分之一；

10、-风扇叶片包括第三区域，在该第三区域中，第二部分包括叶片的后缘，且第二部分在翼型件的高度的全部或部分上和最多等于弦长的10％的长度上；第三部分邻接第二部分，并且沿着第二部分在最多等于弦长的10％的长度上延伸；以及第二部分和第三部分各自在纤维增强件的整个厚度上延伸；

11、-第一股线、第二股线和第三股线包括被分布以形成经线列的经线股线；

12、-风扇叶片包括第四区域，在该第四区域中，第二部分包括叶片的尖端和后缘，且第二部分在最多等于叶片的高度的10％的高度和介于弦长的40％至100％之间的长度上；第三部分从叶片的尖端在第二部分的整个长度和最多等于叶片的高度的5％的高度上延伸；以及第二部分和第三部分各自在纤维增强件的整个厚度上延伸。

13、-其中，第一股线、第二股线和第三股线包括被分布以形成纬线行的纬线股线；

14、-纤维增强件包括仅一个第一部分、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分；

15、-第一股线的弹性模量介于240gpa至350gpa之间，优选地大于或等于250gpa，第一股线能够包括碳纤维；

16、-第二股线的弹性模量介于150gpa至190gpa之间，第二股线能够包括玻璃纤维或玄武岩纤维；和/或

17、-第三股线的弹性模量介于180至250gpa之间，第三股线能够包括芳族聚酰胺纤维。

18、根据第二方面，本发明涉及一种涡轮机风扇，该涡轮机风扇包括多个根据第一方面的风扇叶片。

19、根据第三方面，本发明提出了一种包括这种类型的风扇的涡轮机和包括这种涡轮机的飞行器。

20、根据第四方面，本发明提出了一种纤维增强件，该纤维增强件用于根据第一方面的风扇叶片。

技术特征：

1.一种涡轮机风扇叶片(3)，所述涡轮机风扇叶片包括由复合材料制成的结构，所述结构包括：通过股线的三维编织获得的纤维增强件(4)，和基体，所述纤维增强件(4)嵌入所述基体中，所述纤维增强件(4)包括彼此不同的第一部分(15)和第二部分(16)，所述纤维增强件(4)的所述股线包括由具有第一刚度的第一材料制成的第一股线(12)，以及由与所述第一材料不同的第二材料制成的第二股线(13)，所述第二材料具有小于所述第一刚度的第二刚度，所述第一部分(15)仅包括第一股线(12)，所述第二部分(16)仅包括第二股线(13)，

2.根据权利要求1所述的风扇叶片(3)，其中，所述第三部分(17)包括与所述第一部分(15)接触的第一区部、与所述第二部分(16)接触的第二部区部以及在所述第一区部和所述第二区部之间延伸的中心区部，所述第一区部没有第二股线(13)，所述第二区部没有第一股线(12)。

3.根据权利要求2所述的风扇叶片(3)，其中，所述中心区部仅包括第三股线(14)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第一区域(18)，在所述第一区域中：

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第二区域(19)，在所述第二区域中：

6.根据权利要求4或5所述的风扇叶片(3)，其中，所述第二部分(16)和所述第三部分(17)各自在等于所述纤维增强件(4)的厚度的三分之一的厚度上延伸。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第三区域(20)，在所述第三区域中：

8.根据权利要求1至7中任一项所述的风扇叶片(3)，其中，所述第一股线(12)、所述第二股线(13)和所述第三股线(14)包括被分布以形成经线列的经线股线。

9.根据权利要求1至5以及7中任一项所述的风扇叶片(3)，所述风扇叶片包括第四区域(21)，在所述第四区域中：

10.根据权利要求9所述的风扇叶片(3)，其中，所述第一股线、所述第二股线和所述第三股线(14)包括被分布以形成纬线行的纬线股线。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的叶片(3)，其中，所述纤维增强件(4)包括仅一个第一部分(15)、一个或多个第二部分以及一个或多个第三部分。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的叶片(3)，其中，所述第一股线(12)的弹性模量介于240gpa至350gpa之间，优选地大于或等于250gpa，所述第一股线(12)能够包括碳纤维。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的叶片(3)，其中，所述第二股线(13)的弹性模量介于150gpa至190gpa之间，所述第二股线(13)能够包括玻璃纤维或玄武岩纤维。

14.根据权利要求12或13所述的叶片(3)，其中，所述第三股线(14)的弹性模量介于180至250gpa之间，所述第三股线(14)能够包括芳族聚酰胺纤维。

15.一种涡轮机风扇，所述涡轮机风扇包括多个根据权利要求1至14中任一项所述的叶片(3)。

16.一种纤维增强件，所述纤维增强件用于根据权利要求1至15中任一项所述的风扇叶片。

技术总结
本发明涉及一种由复合材料制成的风扇叶片(3)，该风扇叶片的纤维增强件包括具有第一刚度的第一股线(12)、具有第二刚度的第二股线(13)以及具有小于第一刚度且大于第二刚度的第三刚度的第三股线(14)，该叶片包括第一部分(15)、第二部分(16)和第三部分(17)，该第一部分仅包括第一股线(12)，该第二部分仅包括第二股线(13)，该第三部分位于第一部分和第二部分(15，16)之间并包括第一股线、第二股线和第三股线(12，13，14)，在不同部分(15，16，17)之间的界面处存在性能的逐渐过渡。

技术研发人员：卡罗莱·翁贾·拉库图阿里索,特迪·费克思,纪尧姆·帕斯卡·让-查尔斯·贡德雷,朱利安·保罗·施内德-迪埃-格罗斯
受保护的技术使用者：赛峰飞机发动机公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15