用于將金屬增強(qiáng)件固定到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片前緣上的裝置以及使用該裝置的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明大體上涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，該葉片上的前緣上設(shè)置有金屬增強(qiáng)件的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種工具，并涉及一種將金屬增強(qiáng)件固定到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的前緣上的方法，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片由復(fù)合材料制成。
[0002]已知由復(fù)合材料制成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片可以裝備由金屬制成的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)件，該結(jié)構(gòu)增強(qiáng)件在每個(gè)葉片的整個(gè)高度上延伸。該增強(qiáng)件用于在異物撞擊風(fēng)扇，例如鳥(niǎo)類(lèi)被吸入渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)保護(hù)復(fù)合葉片。
[0003]下面描述一種已知的將金屬增強(qiáng)件固定到復(fù)合材料葉片前緣上的方法。葉片被固定在支架中，用于葉片前緣的順翼展方向的定位標(biāo)記被放置到合適位置上。接下來(lái)向葉片前緣的表面應(yīng)用粘合劑膜，將金屬增強(qiáng)件手動(dòng)預(yù)先定位到葉片前緣上。接下來(lái)粘合劑在高壓釜中聚合。
[0004]這種方法存在諸多缺點(diǎn)。特別地，這是一種依賴(lài)于操作人員的手動(dòng)方法，因此存在粘合劑的材料穩(wěn)固性發(fā)生變化以及裝配在一起的部件的相對(duì)定位發(fā)生變化的高風(fēng)險(xiǎn)。需要通過(guò)非常嚴(yán)格的檢查機(jī)制對(duì)所述風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。這導(dǎo)致較高的生產(chǎn)成本。
_5] 發(fā)明目的和內(nèi)容
[0006]本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種工具，以及一種不具有上述缺點(diǎn)的用于固定邊緣的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)一種用于將金屬增強(qiáng)件固定到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的前緣上的工具實(shí)現(xiàn)，該工具包括:葉片支架，該葉片支架用于接收葉片同時(shí)保持所述葉片的前緣的表面空閑；以及前緣增強(qiáng)件支架，所述葉片支架設(shè)計(jì)為安裝在所述前緣增強(qiáng)件支架上，并且所述前緣增強(qiáng)件支架包括兩個(gè)橫向楔子，所述葉片的所述前緣的所述金屬增強(qiáng)件定位在所述橫向楔子之間，所述楔子適于能夠朝著彼此移動(dòng)和從彼此移開(kāi)，每個(gè)所述楔子設(shè)置有用于抓住所述金屬增強(qiáng)件的吸力格柵，所述前緣增強(qiáng)件支架還包括加熱元件，所述加熱元件用于當(dāng)應(yīng)用在所述葉片的所述前緣表面上的粘合劑膜位于所述金屬增強(qiáng)件上時(shí)使所述粘合劑膜聚合。
[0008]該工具能夠避免葉片和金屬增強(qiáng)件之間的相對(duì)定位出現(xiàn)缺陷，由此確保金屬增強(qiáng)件在葉片前緣上的定位是可復(fù)制的。特別地，粘合劑的厚度是可控的。在前緣增強(qiáng)件支架中存在能夠從彼此移開(kāi)的楔子使得在將葉片前緣放置到位的同時(shí)張開(kāi)增強(qiáng)件的凸緣成為可能，由此促進(jìn)該操作。這避免了增強(qiáng)件被強(qiáng)迫裝配到葉片前緣上，由此保證葉片和粘合劑膜完好無(wú)損。此外，通過(guò)在工具中使用加熱元件，粘合劑在高壓釜外面聚合，因此使得提高生產(chǎn)效率和降低葉片熱疲勞成為可能。此外，很容易在整個(gè)聚合周期內(nèi)對(duì)溫度進(jìn)行控制(溫度上升，保持，溫度下降)。
[0009]優(yōu)選地，葉片支架包括吸力側(cè)半殼體，壓力側(cè)半殼體，以及用于在所述壓力側(cè)半殼體和所述吸力側(cè)半殼體之間施加擰緊力的裝置，所述吸力側(cè)半殼體具有的凹槽的形狀與所述葉片的吸力側(cè)表面的形狀互補(bǔ)，所述壓力側(cè)半殼體具有的凹槽的形狀與所述葉片的壓力側(cè)表面的形狀互補(bǔ)。
[0010]此外，優(yōu)選地，所述葉片支架還包括用于夾持所述葉片的前緣的楔子。該附加夾持的作用是在葉片太薄的情況下將葉片保持在位置上。通過(guò)使用多個(gè)夾持楔子，保證與葉片的后緣在多個(gè)點(diǎn)上接觸，不管葉片的輪廓是否具有任何缺陷。
[0011]此外，優(yōu)選地，前緣增強(qiáng)件支架還包括用于所述楔子的行程終止橋臺(tái)。該行程終止橋臺(tái)的存在使前緣增強(qiáng)件支架的楔子的行程受到限制，特別是在對(duì)金屬增強(qiáng)件的凸緣施加壓力時(shí)。因此可以保證金屬增強(qiáng)件的形狀，并限制粘合劑膜壓扁(由此能夠保證符合粘合劑的最小需求厚度)。此外，在葉片過(guò)厚的情況下可以確保金屬增強(qiáng)件和葉片之間的空氣動(dòng)力學(xué)連續(xù)性。
[0012]前緣增強(qiáng)件支架可以包括用于使所述楔子朝著彼此移向或從彼此移開(kāi)的裝置。
[0013]同樣，前緣增強(qiáng)件支架的加熱元件可以包括用于循環(huán)導(dǎo)熱流體的回路。
[0014]本發(fā)明還提供了一種通過(guò)使用如上定義的工具將金屬增強(qiáng)件固定到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的前緣上的方法，該方法包括以下步驟:將所述葉片定位并夾持在所述工具的葉片支架中，同時(shí)保持所述葉片的所述前緣的表面空閑；向所述葉片的所述前緣的空閑表面應(yīng)用粘合劑；將所述金屬增強(qiáng)件定位并夾緊在所述工具的所述前緣增強(qiáng)件支架中；通過(guò)將所述葉片支架安裝在所述前緣增強(qiáng)件支架上，將所述金屬增強(qiáng)件定位到所述葉片的所述前緣上；對(duì)所述金屬增強(qiáng)件的凸緣施加壓力；以及通過(guò)所述工具的所述前緣增強(qiáng)件支架的加熱元件，使應(yīng)用于所述葉片的所述前緣的空閑表面的粘合劑聚合。
[0015]該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)化，而不需要操作人員進(jìn)行復(fù)雜干預(yù)。此外，它可以確保金屬增強(qiáng)件在葉片前緣上的定位完全受控和可復(fù)制。
[0016]優(yōu)選地，將所述葉片定位并夾持在所述葉片支架中的步驟還包括夾持所述葉片的后緣。
[0017]將所述金屬增強(qiáng)件定位并夾緊在所述前緣增強(qiáng)件支架中的步驟可以包括依次將所述前緣增強(qiáng)件支架的橫向楔子彼此分開(kāi)，將所述金屬增強(qiáng)件定位在所述前緣增強(qiáng)件支架的所述楔子之間，將所述金屬增強(qiáng)件的前緣夾持在所述楔子之間，以及向所述金屬增強(qiáng)件的凸緣施加吸力以?shī)A緊所述凸緣。
[0018]在將所述金屬增強(qiáng)件定位并夾緊在所述前緣增強(qiáng)件支架中的步驟之后和在將所述金屬增強(qiáng)件定位到所述葉片的所述前緣上之前，該方法還可以包括以下步驟:將所述前緣增強(qiáng)件支架的所述橫向楔子彼此隔開(kāi)，從而打開(kāi)所述金屬增強(qiáng)件的凸緣。
[0019]在將所述前緣增強(qiáng)件支架的所述橫向楔子彼此隔開(kāi)的步驟之前，在所述前緣增強(qiáng)件支架上可以組裝附加的楔子，從而限制所述橫向楔子隔開(kāi)的程度。
[0020]葉片可以由碳纖維復(fù)合材料制成，金屬增強(qiáng)件可以基于鈦。
[0021]本發(fā)明還提供了利用如上所述的方法將金屬增強(qiáng)件固定到渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的前緣上的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0022]通過(guò)下面參考附圖進(jìn)行的描述，可以理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，這些附圖顯示了實(shí)施方式，不具有限制性。在這些附圖中:
[0023]圖1是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的示意圖，葉片的前緣上設(shè)置有金屬增強(qiáng)件；
[0024]圖2至圖15顯示了通過(guò)本發(fā)明的工具將金屬增強(qiáng)件固定到葉片前緣上的方法中的不同步驟；
[0025]圖16是用于將前緣增強(qiáng)件支撐在本發(fā)明的工具中的橫向楔子的側(cè)視圖，顯示了它的吸力格柵；
[0026]圖17是本發(fā)明的工具的前緣增強(qiáng)件支架的底部截面圖，顯示了它的加熱元件；以及
[0027]圖18是用于將前緣增強(qiáng)件支撐在本發(fā)明的工具中的橫向楔子的縱向截面圖，顯示了它的加熱元件。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明適用于將金屬增強(qiáng)件固定在任意渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的前緣上。本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用是將由鈦制成的增強(qiáng)件固定到由碳纖維復(fù)合材料制成的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的前緣上，如圖1所示。
[0029]按照已知的方式，由復(fù)合材料制成的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片2包括翼面4，該翼面4包括吸力側(cè)表面4a和壓力側(cè)表面4b。壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面在前緣6和后緣8之間延伸。葉片還包括用于安裝在轉(zhuǎn)子輪盤(pán)上的葉根10。
[0030]通過(guò)立體裁剪(draping)或編織復(fù)合材料獲得復(fù)合材料葉片2。舉例來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料可以是碳纖維集合，所述碳纖維集合通過(guò)稱(chēng)為樹(shù)脂傳遞模塑(RTM)的注射法編制和模塑。
[0031]葉片2還具有金屬結(jié)構(gòu)增強(qiáng)件300，該金屬結(jié)構(gòu)增強(qiáng)件300膠粘結(jié)合到前緣6上，在葉根10和葉尖12之間延伸。
[0032]為了將金屬增強(qiáng)件固定到這種葉片的前緣6上面，本發(fā)明準(zhǔn)備要依賴(lài)于特殊工具。該工具由兩個(gè)獨(dú)立的主要元件組成，即葉片支架100和前緣增強(qiáng)件支架200。
[0033]如圖2所示，葉片支架100包括吸力側(cè)半殼體102(圖2和圖3)和壓力側(cè)半殼體104(特別在圖4和圖5中可見(jiàn))，所述半殼體包括固定在一起的兩個(gè)獨(dú)立元件。
[0034]吸力側(cè)半殼體102具有的凹槽106的形狀與葉片的吸力側(cè)表面4a的形狀互補(bǔ)。同樣，壓力側(cè)半殼體104具有的凹槽的形狀與葉片的壓力側(cè)表面的形狀互補(bǔ)(圖中未顯示)。
[0035]葉片支架100的半殼體102和104以以下方式配置:當(dāng)葉片2如圖4和圖5所示那樣位于半殼體102和104之間時(shí)，只有葉片前緣6的壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面保持完全空閑。這些表面的范圍對(duì)應(yīng)于將要固定金屬增強(qiáng)件的區(qū)域。
[0036]葉片支架100的兩個(gè)半殼體102和104可以-舉例來(lái)說(shuō)-通過(guò)螺母和螺栓系統(tǒng)108組裝在一起，當(dāng)擰緊時(shí)，螺母和螺栓系統(tǒng)108夾緊位于半殼體之間的葉片2。
[0037]如圖9至圖14所示，工具的前緣增強(qiáng)件支架200通過(guò)-舉例來(lái)說(shuō)-螺栓206壓縮形成底部的基座202，固定至底部202的兩個(gè)側(cè)壁204，以及位于由底部202和側(cè)壁204限定的空間之內(nèi)的兩個(gè)橫向楔子208。
[0038]更確切地，兩個(gè)橫向楔子208由空間210使彼此橫向隔開(kāi)，空間210的大體形狀基本上與將被用于葉片前緣的金屬增強(qiáng)件的輪廓相對(duì)應(yīng)。
[0039]此外，兩個(gè)橫向楔子208適于橫向朝著彼此移動(dòng)和從彼此移開(kāi)。在圖9所示的實(shí)施例中，通過(guò)彈簧212在每個(gè)橫向楔子上施加推力以使它們朝另一個(gè)橫向楔子移動(dòng)，兩個(gè)楔子208橫向移動(dòng)，除了施加壓力階段，這些彈簧在所有的使用階段中通過(guò)保持螺絲214保持在縮回位置。根據(jù)將要應(yīng)用到位于楔子之間的金屬增強(qiáng)件上的壓力的選定水平，對(duì)這些彈簧212進(jìn)行評(píng)價(jià)和定位。
[0040]當(dāng)然，也可以想到使橫向楔子朝著彼此移動(dòng)和從彼此移開(kāi)的其他裝置。例如，可以使用充氣囊或液壓制動(dòng)器，所述充氣囊或液壓制動(dòng)器在楔子上施加橫向壓力以使它們移動(dòng)。
[0041]每個(gè)橫向楔子208還具有位于其側(cè)面上的吸力格柵(或者格子)216，該吸力格柵限定用于接收金屬增強(qiáng)件的空間210。每個(gè)吸力格柵216連接至通往工具外部的吸力回路(未顯示)。如圖16所示，顯示了橫向楔子208的側(cè)面圖，外圍墊圈218可以圍繞吸力格柵216設(shè)置。
[0042]此外，前緣增強(qiáng)件支架200還包括加熱元件220，該加熱元件220用于當(dāng)應(yīng)用在葉片的前緣上的粘合劑膜位于金屬增強(qiáng)件中時(shí)使所述粘合劑膜聚合。
[0043]更確切地，如圖17和圖18所示，加熱元件220設(shè)置在用于前緣增強(qiáng)件的支架的底部202內(nèi)(圖17顯示了底部的截面圖)，并設(shè)置在每個(gè)橫向楔子208內(nèi)(圖18顯示了橫向楔子的縱向截面圖)。在附圖所示的實(shí)施例中，這些加熱元件的形式是循環(huán)導(dǎo)熱流體的回路220。當(dāng)然，可以想到其他加熱元件，例如電阻電路或感應(yīng)加熱電路。
[0044]前