[发明专利]由复合材料制成的具有灯泡状根部的涡轮发动机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮发动机叶片的总领域，所述涡轮发动机由复合材料制成并且具有灯泡形式的根部，以便于经由鸠尾型连接件安装在转子轮盘上。

所针对的领域是用于航空发动机或者工业涡轮机的气体涡轮机叶片。

背景技术

已有由复合材料制成涡轮发动机叶片的建议。举例说明，可以参照Snecma和Snecma Propulsion Solide联合提交的国际专利申请号WO2010/061140，其描述了通过三维编织制造纤维预制件以及通过用基体增加预制件的密度来制造涡轮发动机叶片。

而且，为了将这种叶片安装在转子轮盘上，已知赋予叶片根部灯泡形状。具有灯泡形状的叶片根部与形成在转子轮盘的外周中的具有互补形状的槽相互配合，以便于通过鸠尾型连接件将叶片径向保持在转子轮盘上。

在由复合材料制成叶片的情况中，通常在编织纤维坯料期间形成叶片根部的灯泡状，通过在叶片根部中形成额外的厚度构成叶片，这种额外的厚度继而被机械加工成最终的灯泡状。在实践中，通过在编织纤维坯料期间添加插入件获得额外厚度。

然而，这种制造具有灯泡状根部的复合材料叶片的方法具有多种缺陷。具体地，难以在编织用于叶片构成操作的纤维坯料期间制造插入件并且将所述插入件放入到适当位置中。而且，这种方法需要将叶片根部的额外厚度机械加工成其最终形状，由此导致产生特别地因切割叶片根部的承载表面中的纤维而损坏复合材料的固有性能的后果。这导致叶片的附接的机械强度退化。

从文献FR 2941487还已知一种用于将复合材料制成的叶片安装在转子轮盘上的方法，其中，叶片根部被夹持在金属盘之间，通过焊接桩紧固所述金属板。利用这种解决方案，桩中的剪切力和针对复合材料中的孔的压缩成为将叶片保持在转子轮盘中的主要作用力。然而，盘的金属和根部的复合材料之间的膨胀差异在紧固是刚性的情况中产生热剪切应力，或者在紧固松弛的情况中产生了关于支承表面的定位的不确定性。

发明目的和内容

因此本发明的主要目的是提出了一种由复合材料制成的叶片，所述叶片通过鸠尾型连接件附接到转子轮盘，而同时又不存在上述缺陷。

通过由包括纤维增强件的复合材料制成的涡轮发动机叶片实现这个目的，通过对纱线进行三维编织并且用基体增强密度获得所述纤维增强件，所述叶片包括形成为单个部件的叶片根部和翼面，所述叶片根部具有两个相对的横向侧面，所述横向侧面基本是平面，并且其中，根据本发明，叶片根部夹持在由复合材料制成的两个独立的衬垫之间，所述衬垫被紧固在叶片根部的横向侧面上，以便形成灯泡状的叶片根部。

因此本发明的叶片根部拥有由复合材料制成的三个部分，即，板状根部(具有其平面横向侧面)和两个衬垫，所述两个衬垫重构了灯泡的轮廓。这种叶片具有多个优势。

就制造而言，因为较之灯泡状更易于获得叶片根部的板状部分，所以简化了本发明的叶片的设计。这使得能够提高叶片根部的质量并且减小了制造叶片根部的成本。而且，经由接触面提供了叶片根部的多个部分之间的结合，所述接触面是平面并且易于准确制造(鉴于制造和检修而言)。

就附接这种叶片的机械强度而言，可以由复合材料制造叶片根部的衬垫，所述复合材料非常适于由根部承受的非常高的机械应力。特别地，优选地是使用具有最高可行经纬比的材料，乃至使用这样的材料，所述材料是单向(即，100％的经纱，其中经纱方向沿着叶片的纵向方向延伸)。由这种材料可接受的应力水平远远高于能够由传统编织叶片根部获得的材料可接受的应力。而且，制造衬垫的方式可以便于在外侧获得“网”状的面，即，在承受最大机械应力的区域中没有任何切断的纤维的面。最后，因为叶片根部的不同部分皆由复合材料制成，所以在部分之间不存在膨胀差异并且因此在这些部分的接触面之间不存在热剪切应力。

优选地，每个衬垫均包括：大体平面的横向侧面，用于与叶片根部的横向侧面接触；和相对的横向侧面，所述相对的横向侧面具有再现叶片根部承载表面的变化轮廓。在这种情况下，可以通过模制纤维预制件和增加模制的预制件的密度来获得衬垫。

可以通过钎焊、共同增强密度或者通过基体沉积将衬垫紧固在叶片根部的横向侧面上。

叶片根部和衬垫可以由陶瓷基体复合材料(CMC)制成。优选地，衬垫可以由基于碳化硅(SiC)纤维的纤维增强件制成。

本发明还提供了涡轮发动机，所述涡轮发动机包括如上所述的多片叶片。

附图说明

从以下参照附图的描述中，本发明的其它特征和优势将变得显而易见，所述附图示出了不具有限制特征的实施方案。在附图中：