[发明专利]一种复合材料叶片包边方法及结构

说明书

一种复合材料叶片包边方法及结构，将叶片边缘的包边分为两部分，在叶片前缘部分采用金属包边、在叶尖和叶片后缘部分采用复合材料包边的方式对叶片的边缘进行包边保护。本发明针对叶片不同部位的受力情况采用不同的包边方式，在叶片前缘采用金属包边，在叶尖和叶片后缘采用复合材料包边，更好地适应叶片的使用环境，且与全叶片的金属包边相比，提高了操作效率。

技术领域

本发明设计一种包边方法及结构，具体涉及一种复合材料叶片包边方法及结构。

背景技术

对于涡轮风机，采用复合材料叶片可以获得显著的减重效果。已有的复合材料叶片大多采用预浸料整体成型结构。叶片在快速转动的过程中，会受到水滴、砂尘的冲击及腐蚀，在叶片边缘容易出现预浸料的孔隙、分层等物理缺陷，形成强度薄弱点。因此，复合材料叶片一般需要设计一种包边，对叶片边缘形成保护。传统的复合材料叶片包边多采用金属材质的整体形结构设计，然而，金属与复合材料的热膨胀系数相差较大，在高低温环境变化过程中容易产生内应力，同时金属包边承受的冲击能量无法很好的分散，削弱了包边的可靠性。此外，叶片前缘受到的外力冲击更大，因此前缘比叶尖和后缘处的耐受要求更高，需要对前缘进行抗冲击力更强的包边设计。

如申请号201710372747.3，名称为“混合结构航空发动机风扇叶片”的发明专利申请，公开了一种混合结构航空发动机风扇叶片，其包括金属前缘面板和复合材料部分，所述金属前缘面板和所述复合材料部分以界面联接的方式组合为一体。本发明混合结构航空发动机风扇叶片能够有效地兼顾强度性能和减重效果，并减小了传统复合材料风扇叶片的加工工艺的难度，是轻质大涵道比风扇叶片非常有前景的发展方向。

又如申请号201620774541.4，名称为“一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构”的实用新型专利申请，公开了一种树脂基复合材料风扇静子叶片结构，上缘板、叶身和下缘板为一体成型且上缘板、叶身和下缘板均由复合材料制成，上缘板设有两个插片，插片轴线和叶身轴线相互平行，通过插片与发动机中心轴的卡槽连接；下缘板两端为二级阶梯状凸起，与发动机机匣上对应的插口连接；叶身表面蒙皮采用玻璃纤维复合材料制成，叶身前缘胶接有钛合金包边结构，叶身内部采用碳纤维复合材料层合板压制而成，且从内向外碳纤维复合材料层合板的高度依次对称减小。本实用新型解决了发动机金属叶片重量大，抗疲劳性能差等问题。减小叶片在工作状态下的因气动外形改变引起的损失，从而提高发动机的整体效率。

上述方案中都仅对叶片前缘部分进行了包边，而其余边缘部位没有额外保护措施，为了对叶片边缘进行全方位保护，包边方案需要改进。

发明内容

本发明针对当前复合材料叶片的包边方法和结构不能为叶片边缘提供很好的保护的问题，提出了一种复合材料叶片包边方法及结构，针对叶片不同部位的受力情况采取不同的方法及结构进行包边，既简化操作，又能很好地为复合材料叶片提供保护。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种复合材料叶片包边方法，将叶片边缘的包边分为两部分，在叶片前缘部分采用金属包边、在叶尖和叶片后缘部分采用复合材料包边的方式对叶片的边缘进行包边保护。

进一步地，叶片前缘部分的金属包边采用胶接和铆接相结合的方式与叶片连接。

进一步地，金属包边的边缘处采用扇叶形结构的方式。

进一步地，叶尖和叶片后缘部分的复合材料包边采用预浸料预先铺贴在模具型腔内与复合材料叶片一体成型的方式连接。

一种复合材料叶片包边结构，包括叶片前缘处的金属包边、叶尖和叶片后缘处的复合材料包边。

进一步地，金属包边的边缘处采用扇叶形结构。

进一步地，每个扇叶的长度为30mm-80mm，扇叶之间的最大间隔为1mm-8mm。

进一步地，金属包边采用胶接和铆接相结合的方式与叶片连接。