具有前缘防护装置的翼型件的制作方法

本发明大体涉及翼型件保护前缘防护装置，尤其涉及风扇叶片前缘防护装置。

背景技术：

风扇叶片和涡轮发动机应用中使用的其他结构易受外来物冲击损坏，例如在鸟类摄食事件期间。由诸如石墨纤维增强环氧树脂的复合材料制成的叶片由于其高的总体比强度(overallspecificstrength)和刚度而具有吸引力。然而，石墨复合材料由于其低延展性而特别易于在外来物冲击期间发生脆性断裂和分层。叶片前缘，后缘和尖端特别敏感，因为这些区域的厚度通常较小，并且层压复合物对自由边缘分层众所周知是敏感的。另外，叶片几何形状和相对于飞行器速度的高旋转速度导致被摄入的物体撞击前缘附近的叶片。

已知结合到复合风扇叶片的前缘的金属防护装置提供冲击损坏保护。

现有技术的前缘防护装置的一个问题是它们通常由高密度合金制成，并且通常包括完全坚固的鼻部以提供足够的冲击保护。这不希望地增加了它们的重量。

技术实现要素：

上述问题通过一种翼型件来解决，该翼型件包括具有具有内部支撑件的空腔的边缘防护装置。

根据本文所述技术的一个方面，一种用于翼型件的边缘防护装置包括：本体，本体具有鼻部，间隔开的第一侧壁和第二侧壁从鼻部延伸，本体在第一侧壁和第二侧壁之间限定腔；和内部支撑件，内部支撑件设置在腔中，内部支撑件包括在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的至少一个横向构件。

根据本文所述技术的另一方面，一种翼型件装置包括：翼型件，翼型件具有在前缘和后缘之间延伸的凸侧和凹侧；边缘防护装置，边缘防护装置附接到翼型件，边缘防护装置包括：本体，本体具有抵接翼型件的前缘的鼻部和沿着翼型件的各侧从鼻部延伸的间隔开的第一侧壁和第二侧壁，本体在第一侧壁和第二侧壁之间限定腔；和内部支撑件，内部支撑件设置在腔中，内部支撑件包括在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的至少一个横向构件。

附图说明

通过参考结合附图的以下描述可以最好地理解本发明，其中：

图1是包含示例性前缘防护装置的燃气涡轮发动机风扇叶片的视图；

图2是图1的风扇叶片的一部分的剖视图；

图3是替代前缘防护装置的剖视图；和

图4是另一替代前缘防护装置的剖视图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在各个视图中表示相同的元件，图1描绘了用于燃气涡轮发动机的示例性风扇叶片10。风扇叶片10包括翼型件12，柄部14和燕尾部16。翼型件12在根部18和尖端20之间以弦的形式延伸，并且具有前缘22和后缘24。相对的凸侧和凹侧26和28分别在前缘22和后缘24之间以弦的形式延伸。风扇叶片10仅是示例；本发明的原理适用于需要冲击保护的其他种类的结构。

风扇叶片10可以由一种或多种金属合金制成，或由非金属材料制成，例如具有环氧基质和碳纤维增强物的复合系统。

翼型件12具有附接到前缘22的前缘防护装置30。前缘防护装置30有助于为风扇叶片10提供额外的抗冲击性，抗腐蚀性和改进的复合结构对分层的抵抗力。特别地，前缘防护装置30具有内部支撑件。

如图2中最佳所示，前缘防护装置30包括具有内部支撑件34的本体32。本体32包括鼻部36，一对侧壁38和40从其向后延伸。鼻部36的总长度“l”通常是翼型件12的总弦长“c”的一小部分。作为示例，尺寸l可以是弦长c的大约0.1％至大约10％。

当侧壁38和40远离鼻部36延伸到其末端时，侧壁38和40的厚度通常逐渐变细。与现有技术实践一致，侧壁38和40可包括沿其长度的锥形和恒定厚度部分的各种组合。鼻部36和侧壁38和40的外表面共同限定本体32的外表面。选择外表面的形状和尺寸以用作翼型件12的空气动力学延伸部。本体32可以用已知类型的粘合剂附接到翼型件12。

鼻部36和侧壁38和40的内表面共同限定本体32的内表面42。选择内表面42的形状和尺寸以紧密配合翼型件12的外部。

鼻部36具有限定在其中的中空内部空间(即，腔)46，留下设置在鼻部36的前端的实心鼻部分47。隔板44在鼻部36的后端处在侧壁38和40之间延伸并抵接翼型件12的前缘22。因此，腔46由隔板44，侧壁36,38的内表面和实心鼻部分47界定。与具有类似整体尺寸的现有技术的前缘防护装置30相比，腔46表示质量减小。作为示例，实心鼻部分47的横截面积可以是鼻部36的总横截面积的大约20％至大约90％。

本体32可以由具有所需组成的金属合金制成。适用于构造本体32的合金的一个非限制性实例是可商购的inconel718或in718的镍基合金。

内部支撑件34设置在腔46中。通常，“支撑件”是指被构造为增加本体32的结构强度并赋予对冲击力的增加的抵抗力的结构。

在所示的示例中，支撑件34包括设置在腔46中的多个横向构件48，每个横向构件48从一个侧壁38延伸到另一个侧壁38。在该实施例中，每个横向构件48具有设置在隔板44处的第一端50和设置在隔板44的轴向前方的第二端52。

在翼型件横截面的平面中观察，横向构件48的长轴54以与翼型件12的轴向方向“a”成的角度θ延续。可以通过分析或经验确定横向构件48的精确取向，例如使用传统的有限元分析软件。在一个示例中，横向构件48可以定向成使得它们的长轴54平行于诸如鸟的外来物的预测冲击方向。在一个示例中，角度θ可以是倾斜角度。

在所示的示例中，第一组横向构件48在一个取向上延伸，第二组横向构件48在大体关于轴向方向a成镜像的第二取向上延伸，使得横向构件48限定“x”形状。其他构造也是可能的，例如，横向构件48可以布置成形成“v”形或“y”形。

横向构件48可具有变化的横截面形状和尺寸，以提供抗冲击能力和低重量的优选组合。横向构件48可以被构造为位于本体32的增量展向部处的多个分立元件，或者它们可以在本体32的展向方向的全部或一部分上连续地延伸(即，进入图2中的页面)。横向构件可以是条或板的形式。

应当理解，翼型件12可以包括诸如“扭曲件(twist)”或“弓形件(bow)”的特征，“扭曲件”即相对于彼此旋转的连续翼型件部，“弓形件”即非线性翼型件堆叠轴。角度θ可以根据需要沿翼型件翼展(airfoilspan)改变，以遵循翼型件12的任何非线性成形的路径。

此外，横向构件48的构造可以在翼型件12的翼展上变化。例如，翼型件12的内侧部分可包括更少或相对更小的横向构件48，而翼型件12的外侧部分包括更大或相对更大的横向构件48。这与翼型件12的外侧部分以比内侧部分(对于给定的转子速度)更大的速度操作并且因此在冲击的情况下经历更大的动能输入的原理是一致的。选择性地在最需要的位置放置更大量的支撑件以有效的方式提供冲击保护。

横向构件48可以由各种材料制成，例如金属合金，聚合物，陶瓷或这些材料的复合物。适用于构造横向构件48的合金的非限制性实例是可商购的inconel718或in718的镍基合金。

本体32和/或支撑件34的全部或一部分可以是单个一体，单件或整体部件的一部分，并且可以使用涉及逐层构造或添加制造(与传统加工处理中的材料去除相反)的制造处理来制造。这些处理可称为“快速制造处理”和/或“增材制造处理”，其中术语“增材制造处理”是通常指这些处理的本文所用的术语。增材制造处理包括但不限于：直接金属激光熔化(dmlm)，激光网状制造(lnsm)，电子束烧结，选择性激光烧结(sls)，3d打印，例如通过喷墨和激光喷射，立体平版印刷(sls)，电子束熔化(ebm)，激光工程净成形(lens)和直接金属沉积(dmd)。

图3示出了附接到翼型件12的前缘防护装置130的替代实施例。前缘防护装置130在结构上类似于上述前缘防护装置30。未具体描述的前缘防护装置130的元件可以被认为与前缘防护装置30的元件相同。前缘防护装置130包括本体132，本体132具有鼻部136，侧壁138,140，隔板144和实心鼻部分147，共同限定内腔146。内部支撑件134设置在腔146内。

在所示的示例中，支撑件34包括设置在腔146中的多个横向构件148。每个横向构件148从一个侧壁138延伸到另一个侧壁140。在该实施例中，每个横向构件148具有第一端150和第二端152，第一端150设置在隔板144的轴向前方，如距离“d”所示，第二端152设置在隔板第一端150的轴向前方。

在翼型件横截面的平面中观察，横向构件148的长轴154与翼型件12的轴向方向“a”成角度θ地延续。可以如上所述为横向构件48选择角度θ。

在所示的示例中，第一组横向构件148在一个取向上延伸，第二组横向构件148在大体关于轴向方向a成镜像的第二取向上延伸，使得横向构件48限定“x”形状。可以如上面针对横向构件48所描述的那样实现横向构件148的尺寸，数量，取向和展向构造的变化。

图4示出了附接到翼型件12的前缘防护装置230的另一替代实施例。前缘防护装置230在结构上类似于上述前缘防护装置30。未具体描述的前缘防护装置230的元件可以被认为与前缘防护装置30的元件相同。前缘防护装置230包括本体232，本体232具有鼻部236，侧壁238,240，隔板244和实心鼻部分247，共同限定内腔246。内部支撑件234设置在腔246内。

在所示的示例中，支撑件234包括设置在腔246中的多个横向构件248。每个横向构件248从一个侧壁238延伸到另一个侧壁240。在该实施例中，每个横向构件248具有第一端250和第二端252，第一端250设置在隔板244的轴向前方，如距离“d”所示，第二端252设置在隔板第一端250的轴向前方。

在翼型件横截面的平面中观察，横向构件248的长轴254与翼型件12的轴向方向“a”成角度θ地延续。可以如上面针对横向构件48所述地选择角度θ。

在所示的示例中，所有横向构件248在一个取向上延伸，限定了间隔开的平行元件的阵列。可以如上面针对横向构件48所描述的那样实现横向构件248的尺寸，数量，取向和展向构造的变化。

本文描述的装置具有优于现有技术的前缘防护装置的若干优点。它采用中空内部来减轻重量，并结合利用内部支撑结构来增加刚度和增强冲击能力。

前面已经描述了具有前缘防护装置的翼型件。本说明书(包括任何所附权利要求，摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或处理的所有步骤，可以以任何组合进行组合，除了至少一些这样的特征和/或步骤是互斥的组合。

除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求，摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同，等同或类似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一系列等效或类似特征的一个示例。

本发明不限于前述实施例的细节。本发明扩展了本说明书(包括任何所附权利要求，摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或扩展到所公开的任何方法或处理的步骤中的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：

1.一种用于翼型件的边缘防护装置，包括：本体，所述本体具有鼻部，间隔开的第一侧壁和第二侧壁从所述鼻部延伸，所述鼻部在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间限定腔；和内部支撑件，所述内部支撑件设置在所述腔中，所述内部支撑件包括在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间延伸的至少一个横向构件。

2.根据任何在前条项的装置，至少一个横向构件设置成与所述本体的轴向方向成倾斜角度。

3.根据任何在前条项的装置，所述鼻部包括位于其前端的实心鼻部分和位于其后端的隔板。

4.根据任何在前条项的装置，所述实心鼻部分的横截面积为所述鼻部的横截面积的20％至90％。

5.根据任何在前条项的装置，至少一个横向构件具有设置在所述隔板处的第一端和设置在所述隔板的轴向前方的第二端。

6.根据任何在前条项的装置，至少一个横向构件具有设置在所述隔板的轴向前方的第一端和设置在所述第一端的轴向前方的第二端。

7.根据任何在前条项的装置，所述内部支撑件包括多个横向构件。

8.根据任何在前条项的装置，所述内部支撑件包括多个平行的、间隔开的横向构件。

9.根据任何在前条项的装置，所述内部支撑件包括多个构件，所述多个构件布置成形成x，y或v形状。

10.根据任何在前条项的装置，所述本体和所述内部支撑件是整体的一部分。

11.一种翼型件装置，包括：翼型件，所述翼型件具有在前缘和后缘之间延伸的凸侧和凹侧；边缘防护装置，所述边缘防护装置附接到所述翼型件，所述边缘防护装置包括：本体，所述本体具有抵接所述翼型件的所述前缘的鼻部和沿着所述翼型件的各侧从所述鼻部延伸的间隔开的第一侧壁和第二侧壁，所述鼻部在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间限定腔；和内部支撑件，所述内部支撑件设置在所述腔中，所述内部支撑件包括在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间延伸的至少一个横向构件。

12.根据任何在前条项的装置，至少一个横向构件设置成与所述本体的轴向方向成倾斜角度。

13.根据任何在前条项的装置，所述鼻部包括位于其前端的实心鼻部分和位于其后端的隔板。

14.根据任何在前条项的装置，所述实心鼻部分的横截面积为所述鼻部的横截面积的20％至90％。

15.根据任何在前条项的装置，至少一个横向构件具有设置在所述隔板处的第一端和设置在所述隔板的轴向前方的第二端。

16.根据任何在前条项的装置，至少一个横向构件具有设置在所述隔板的轴向前方的第一端和设置在所述第一端的轴向前方的第二端。

17.根据任何在前条项的装置，所述内部支撑件包括多个横向构件。

18.根据任何在前条项的装置，所述内部支撑件包括多个平行的、间隔开的横向构件。

19.根据任何在前条项的装置，所述内部支撑件包括多个构件，所述多个构件设置成形成x，y或v形状。

20.根据任何在前条项的装置，所述本体和所述内部支撑件是整体的一部分。