包括前缘护罩的由复合材料制成的叶片和包括该叶片的涡轮发动机的制作方法

本公开涉及一种用于涡轮发动机叶片的前缘护罩，具体是由复合材料制成的叶片的前缘护罩。

背景技术：

1、前缘护罩通常旨在保护旋转叶片或导叶的前缘免受冲击和侵蚀。在本文中，术语“叶片”指的是风扇叶片和航空器螺旋桨叶片。为了限制它们的重量，这些叶片通常由有机基复合材料制成，例如由纤维增强聚合物制成。虽然这些材料通常具有非常有利的机械性能，特别是以它们的重量而言，但它们对点冲击具有一定的敏感性。因此，通常由钛合金等高抗性金属材料制成的护罩通常安装在此类叶片的前缘，以保护它们免受这些冲击。例如，这些冲击可能是将小鸟吸入发动机的结果。这些护罩通常采用由跨接前缘的更厚部分连接的薄的压力侧翅片和薄的吸力侧翅片的形式，整体适合叶片前缘的形状以及下翼和上翼的相邻部分的形状。下翅片和吸力侧翅片分别在叶片的下翼和上翼的这些部分上延伸，主要用于确保护罩在前缘上的定位和附着。

2、fr2906320公开了一种前缘护罩，使得在外来物体撞击的情况下能够减少对复合材料叶片的损坏。

3、为了提高叶片的空气动力学性能，它们的前缘具有越来越复杂的形状，这使得必须适合这些形状的护罩的制造以及将护罩固定到叶片上变得复杂。

4、此外，在叶片受到冲击的情况下，例如鸟被吸入，护罩可能至少部分地从复合叶片的前缘脱离，并产生与空气动力学退化相关的叶片空气动力学性能的改变可能很重要。

5、此外，如果护罩的一部分被撕裂，叶片前缘在其整个高度上不再受到保护，叶片的暴露的前缘上的复合材料会受到来自外部环境的侵害。产生的轮廓通常是不均匀的，这也导致空气动力学的损失。

6、除了叶片尖端的护罩部分脱落外，还可能会看到叶片损坏，也称为“铰链效应”。这种损坏也是由于护罩相对于叶片的旋转运动期间翅片施加在叶片上的力造成的。

7、在这种损坏之后，通常需要修理和/或更换叶片。

8、发明专利内容

9、本公开旨在至少部分地弥补这些缺点。

10、为此，本公开涉及一种叶片，包括：由纤维增强有机基复合材料制成的叶片主体和前缘护罩，前缘护罩的材料具有比叶片主体的复合材料更好的抗点冲击性，前缘护罩组装在叶片主体上并且包括由更厚的中心部分连接的压力侧翅片和吸力侧翅片，叶片包括空气动力学翼型高度和翼弦长度，吸力侧翅片具有：

11、投影到翼弦上的第一长度，第一长度为翼弦长度的10％到18％之间，第一长度设置在空气动力学翼型高度的70％到80％之间，

12、投影到翼弦上的第二长度，第二长度为翼弦长度的18％和26％之间，第二长度设置在空气动力学翼型高度的85％和95％之间，并且

13、投影到翼弦上的第三长度，第三长度为第一长度和第二长度之间，第三长度设置在空气动力学翼型高度的100％处。

14、由于前缘护罩的这种几何形状，可以减少吸力侧翅片在点撞击期间的分离，例如小鸟被吸入发动机。特别地，第一长度使得可以减小吸力侧翅片在叶片尖端处的脱离程度，第二长度允许翅片在鸟吸入期间通常受力很大的区域中发挥其保护作用，叶片主体在该区域相对更厚。第三长度是第一长度和第二长度之间的折衷。因此，即使在吸力侧翅片部分分离期间，与现有技术的叶片相比，叶片16的空气动力学性能的退化也被减少。还可以通过优化分离退化来降低壳体退化的风险。

15、在一些实施例中，第一长度可以等于翼弦长度的14％。

16、在一些实施例中，第二长度可以等于翼弦长度的22％。

17、在一些实施例中，第一长度可设置在空气动力学翼型高度的75％处。

18、在一些实施例中，第二长度可设置在空气动力学翼型高度的90％处。

19、在一些实施例中，叶片主体可包括经向和纬向，并且吸力侧翅片可包括自由边缘，第一点设置在自由边缘上的与第一长度相同的高度处，第二点设置在自由边缘上的大于或等于第一长度高度加上空气动力学翼型高度的5％、并且小于或等于空气动力学翼型高度的85％处；第一点和第二点定义第一矢量，第一矢量和第一点处的经向定义第一角度，第一角度大于或等于15°。

20、当第一角度大于或等于15°时，护罩的自由边缘与叶片主体的多条经向股线交叉，多条经向股线在叶片经受冲击期间受到应力。

21、在一些实施例中，叶片主体可包括经向和纬向，并且吸力侧翅片可包括自由边缘，第三点设置在自由边缘上的空气动力学翼型高度的100％处，第四点设置在自由边缘上的大于第二长度的高度并小于或等于空气动力学翼型高度的95％处；第三点和第四点定义第二矢量，第二矢量和在第三点处的经向定义第二角度，第二角度大于或等于15°。

22、当第二角度大于或等于15°时，护罩的自由边缘与叶片主体的多条经线交叉，多条经向股线在叶片经受冲击期间受到应力。

23、在一些实施例中，叶片主体可包括经向和纬向，吸力侧翅片包括自由边缘，第一点设置在自由边缘上的与第一长度相同的高度处，第二点设置在自由边缘上的大于或等于第一长度的高度加上空气动力学翼型高度的5％之和、并且小于或等于空气动力学翼型高度的85％处；第一点和第二点定义第一矢量，第一矢量和第一点处的经向定义第一角度，第一角度大于或等于15°；第三点设置在自由边缘上的空气动力学翼型高度的100％处，第四点设置在自由边缘上的大于第二长度的高度并小于或等于空气动力学翼型高度的95％处；第三点和第四点定义第二矢量，第二矢量和在第三点处的经向定义第二角度，第二角度大于或等于15°。

24、本公开还涉及一种包括如前所定义的叶片的涡轮发动机。

技术实现思路

技术特征：

1.一种叶片(16)，包括：由纤维增强有机基复合材料制成的叶片主体(18)和前缘护罩(20)，所述前缘护罩(20)具有比所述叶片主体的复合材料更好的抗点冲击性，所述前缘护罩(20)组装在所述叶片主体(18)上并且包括由更厚的中心部分(34)连接的压力侧翅片(32)和吸力侧翅片(30)，所述叶片(16)包括空气动力学翼型高度和翼弦长度，所述吸力侧翅片(30)具有：

2.根据权利要求1所述的叶片(16)，其中，所述第一长度(36)等于翼弦长度的14％。

3.根据权利要求1或2所述的叶片(16)，其中，所述第二长度(38)等于翼弦长度的22％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的叶片(16)，其中，所述第一长度(36)设置在空气动力学翼型高度的75％处。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的叶片(16)，其中，所述第二长度(38)设置在空气动力学翼型高度的90％处。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片(16)，其中，所述叶片主体(18)包括经向(c)和纬向(t)，所述吸力侧翅片(30)包括自由边缘(42)，第一点(d)设置在所述自由边缘(42)上的与所述第一长度(36)相同的高度处，第二点(e)设置在所述自由边缘(42)上的大于或等于所述第一长度(36)的高度加上空气动力学翼型高度的5％之和、并且小于或等于空气动力学翼型高度的85％处；第一点(d)和第二点(e)定义第一矢量，所述第一矢量和所述第一点(d)处的经向(c)定义第一角度(α)，所述第一角度(α)大于或等于15°。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片(16)，其中，所述叶片主体(18)包括经向(c)和纬向(t)，所述吸力侧翅片(30)包括自由边缘(42)，第三点(g)设置在所述自由边缘(42)上的空气动力学翼型高度的100％处，第四点(f)设置在所述自由边缘(42)上的大于第二长度的高度(38)并小于或等于空气动力学翼型高度的95％处；第三点(g)和第四点(f)定义第二矢量，所述第二矢量和在所述第三点(g)处的经向(c)定义第二角度(β)，所述第二角度(β)大于或等于15°。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的叶片(16)，其中，所述叶片主体(18)包括经向(c)和纬向(t)，所述吸力侧翅片(30)包括自由边缘(42)，第一点(d)设置在所述自由边缘(42)上的与所述第一长度(36)相同的高度处，第二点(e)设置在所述自由边缘(42)上的大于或等于所述第一长度(36)的高度加上空气动力学翼型高度的5％之和、并且小于或等于空气动力学翼型高度的85％处；第一点(d)和第二点(e)定义第一矢量，所述第一矢量和所述第一点(d)处的经向(c)定义第一角度(α)，所述第一角度(α)大于或等于15°；第三点(g)设置在所述自由边缘(42)上的空气动力学翼型高度的100％处，第四点(f)设置在所述自由边缘(42)上的大于第二长度的高度(38)并小于或等于空气动力学翼型高度的95％处，第三点(g)和第四点(f)定义第二矢量，所述第二矢量和在所述第三点(g)处的经向(c)定义第二角度(β)，所述第二角度(β)大于或等于15°。

9.一种涡轮发动机，包括根据权利要求1至8中任一项所述的叶片。

技术总结
本发明涉及一种叶片(16)，其包括由纤维增强有机基复合材料制成的叶片主体(18)和前缘护罩(20)，前缘护罩(20)具有比叶片主体的复合材料更好的抗点冲击性，前缘护罩(20)组装在叶片主体(18)上并且包括由更厚的中心部分(34)连接的压力侧翅片(32)和吸力侧翅片(30)，叶片(16)包括空气动力学翼型高度和翼弦长度；吸力侧翅片(30)具有投影到翼弦上的第一长度(36)、投影到翼弦上的第二长度和投影到翼弦上的第三长度；第一长度为翼弦长度的10％到18％之间，第一长度(36)设置在空气动力学翼型高度的70％到80％之间；第二长度为在翼弦长度的18％和26％之间，第二长度设置在空气动力学翼型高度的85％和95％之间；第三长度为第一长度和第二长度之间，第三长度设置在空气动力学翼型高度的100％处。包括叶片的涡轮发动机。

技术研发人员：查尔斯·亨利·克劳德·杰克·苏莱特,纪尧姆·帕斯卡·让·查尔斯·贡德
受保护的技术使用者：赛峰航空器发动机
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13