一种航空发动机风扇叶片及其制作方法与流程

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种航空发动机风扇叶片及其制作方法。

背景技术：

随着航空发动机对推重比要求的不断提高，复合材料的使用频率也越来越多，而复合材料具有各项异性的特点，若其与叶片的受力方向一致时能承受极大载荷，且其重量轻，能够有效降低叶片乃至整个发动机的重量，然而，发动机的风扇叶片越来越长，铺带法的叶片无法满足冲击，整体编织的叶片根部强度不足，传统方法制作的宽弦叶片包边为空间弱刚性，加工难度大，成本代价高；小叶片结构尺寸小，叶片薄，传统设计减重效果不明显，且结构强度下降，不利于复合材料在小涵道比、高转速发动机上的使用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本发明提供了一种航空发动机风扇叶片及其制作方法，通过复合编织和钎焊的方法，一方面降低了航空发动机风扇叶片的重量，另一方面增加了航空发动机风扇叶片的强度。

(二)技术方案

第一方面，本发明提供了一种航空发动机风扇叶片的制作方法，包括：s1，加工金属骨架，其中，金属骨架的截面为单箭头或双箭头带孔弧形结构；s2，在金属骨架的非箭头部分的表面设置钎料；s3，将纤维通过金属骨架上的孔缠绕于金属骨架的表面，以使纤维形成纤维编织体；s4，加热钎料，以使钎料融化浸润部分纤维编织体；s5，在纤维编织体未浸润钎料部分浸润树脂并使树脂固化，以形成航空发动机风扇叶片。

可选地，步骤s2之前还包括：将金属骨架的非箭头部分的表面进行喷砂或毛化处理。

可选地，步骤s5还包括：对固化后的树脂进行打磨以使树脂表面与箭头表面光滑过渡。

可选地，采用高温加热炉或高温辐射方式加热钎料。

可选地，步骤s2中，钎料喷涂或铺贴于金属骨架的非箭头部分的表面。

可选地，树脂的浸润和固化温度小于或等于钎料的温度。

第二方面，本发明提供了一种航空发动机风扇叶片，包括：金属骨架100，包括弧形骨架102以及箭头部分101，其中，弧形骨架102上设有多个贯通孔103，弧形骨架102的先迎风端设有箭头部分101；固化层200，包括钎料纤维固化层201以及纤维树脂固化层202，其中，钎料纤维固化层201，包括钎料和纤维，其设于弧形骨架102的表面，且穿插于孔103；纤维树脂固化层202，包括纤维和树脂，设于钎料纤维固化层201的外表面。

可选地，钎料为液体、膏状或带状。

可选地，采用机械加工或3d打印技术加工金属骨架(100)。

可选地，先迎风端的箭头部分(101)的表面设有金属包边层。。

(三)有益效果

本发明提供了一种航空发动机风扇叶片及其制作方法，至少具有如下技术效果：

(1)金属骨架中将弧形骨架与箭头形包边进行一体化设计，降低了包边的制造难度，并加强了金属骨架的刚度；

(2)钎料纤维固化层采用钎料和纤维钎焊而成，强化了钎料纤维固化层与金属骨架的粘结强度；

(3)采用镂空的金属骨架，降低了叶片的重量。

附图说明

图1示意性示出了本公开实施例的航空发动机风扇叶片的制作方法步骤图；

图2示意性示出了本公开实施例的航空发动机风扇叶片的金属骨架100的结构示意图；

图3示意性示出了本公开实施例的航空发动机风扇叶片的结构示意图；

图4示意性示出了本公开实施例的航空发动机风扇叶片的剖视图；

图5a示意性示出了本公开实施例的航空发动机风扇叶片的固化层200的结构示意图；

图5b示意性示出了本公开实施例的图5a所示固化层200的a-a剖视图；

图6示意性示出了本公开实施例的航空发动机风扇叶片的详细剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

一方面，本发明提供了一种航空发动机风扇叶片的制作方法，参见图1，包括：s1，加工金属骨架，其中，所述金属骨架的截面为单箭头或双箭头带孔弧形结构；s2，在金属骨架的非箭头部分的表面设置钎料；s3，将纤维通过金属骨架上的孔缠绕于金属骨架的表面，以使纤维形成纤维编织体；s4，加热钎料，以使钎料融化浸润部分纤维编织体；s5，在纤维编织体未浸润钎料部分浸润树脂并使树脂固化，以形成航空发动机风扇叶片。以下将以具体的实施例为例对其进行详细介绍。

s1，加工金属骨架，其中，所述金属骨架的截面为单箭头或双箭头带孔弧形结构；

采用机械加工或3d打印技术加工金属骨架100，参见图2，该金属骨架100包括箭头部分101和弧形骨架102，弧形骨架上设有多个贯通孔103，用于减重，箭头部分101的截面为箭头状，设于弧形骨架至少一个弧形端，也即该金属骨架100为单箭头形或双箭头形，箭头端为叶片的前缘和金属包边融为一体。该弧形骨架的表面可以设置多个凸起104。该金属骨架100是整个航空发动机风扇叶片的核心承力件。

s2，在金属骨架的非箭头部分的表面设置钎料；

在向金属骨架100的非箭头部分的表面设置钎料之前还需要将金属骨架的非箭头部分的表面进行喷砂或毛化处理，以增大表面的粗糙度，便于钎料和金属骨架100的界面结合。

在喷砂或毛化后的表面喷涂液体钎料或铺贴膏状或带状钎料。

s3，将纤维通过金属骨架上的孔缠绕于金属骨架的表面，以使纤维形成纤维编织体；

将纤维通过金属骨架100上的孔缠绕穿插于金属骨架100的表面，形成纤维编织体，该纤维编织体应具有一定厚度，用于进行后续的两级浸润。

s4，加热钎料，以使钎料融化浸润部分纤维编织体；

将金属骨架100升高温度融化钎料，或者采用将步骤s3得到的整体放入高温环境中进行加热，如放入高温加热炉、高温辐射或其他加热方式将钎料融化，使得融化后的钎料与纤维编织体靠近金属骨架100侧的纤维浸润形成钎料纤维固化层201。使得钎料纤维固化层201与金属骨架100通过钎料牢固的粘结在一起。

s5，在纤维编织体未浸润钎料部分浸润树脂并使树脂固化，以形成航空发动机风扇叶片。

在纤维编织体未浸润钎料部分浸润树脂，并使树脂固化，为使树脂的浸润和固化不影响钎料，树脂的浸润和固化温度应小于或等于钎料的温度。纤维编织体未浸润钎料部分与树脂形成钎料树脂固化层202，钎料树脂固化层202的表面最终形成风扇叶片的叶盆和叶背，并对其进行喷涂、打磨、精饰等操作使得钎料树脂固化层202表面与箭头弧度圆滑过渡，形成航空发动机风扇叶片。

另一方面，本发明提供了一种航空发动机风扇叶片，参见图3和图4，包括金属骨架100以及固化层200，其中：

金属骨架100，参见图2，包括弧形骨架102以及箭头部分101，其中，弧形骨架上设有多个贯通孔103，弧形骨架102的先迎风端设有箭头部分101；

采用机械加工或3d打印技术加工金属骨架100，该金属骨架100包括箭头部分101和弧形骨架102，弧形骨架上设有多个贯通孔103，用于减重，箭头部分101的截面为箭头状，设于弧形骨架102的先迎风端设有箭头部分101，后迎风端可以设置箭头部分101也可以不设置箭头部分101，也即该金属骨架100为单箭头形或双箭头形，先迎风端的箭头表面设有金属包边，并与金属包边融为一体。该弧形骨架102的表面可以设置多个凸起104，该凸起优选为条状。该金属骨架100是整个航空发动机风扇叶片的核心承力件。

固化层200，参见图5a和图5b，包括钎料纤维固化层201以及纤维树脂固化层202，参见图6，其中：

钎料纤维固化层201，其设于弧形骨架102的表面，且穿插于孔103；

钎料纤维固化层201由钎料固化纤维而成，并通过钎料粘结于金属骨架100的表面，纤维通过金属骨架100上的孔缠绕穿插于金属骨架100的表面。该钎料为液体、膏状或带状。

纤维树脂固化层202，设于钎料纤维固化层201的外表面。

通过在纤维上浸润及固化树脂形成，设于钎料纤维固化层201的外表面，最终形成风扇叶片的叶盆和叶背。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。