碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片及成型方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其中外部為蒙皮，蒙皮內(nèi)前端連接前緣加強區(qū)，蒙皮內(nèi)中部連接主承力梁，泡沫芯材填充在蒙皮、前緣加強區(qū)和主承力梁形成的內(nèi)部空間；蒙皮分為內(nèi)蒙皮和外蒙皮，內(nèi)蒙皮表面鋪貼外蒙皮；主承力梁厚度從葉片根部8～10mm過渡至葉尖2～4mm；所述的前緣加強區(qū)厚度為2～5mm；內(nèi)蒙皮厚度為2～5mm，外蒙皮厚度為1～3mm。該成型方法包括如下步驟：(a)葉柄與泡沫芯材粘接；(b)預浸料下料；(c)前緣加強區(qū)和主承力梁鋪層及吸膠壓實；(d)內(nèi)蒙皮鋪層及吸膠壓實；(e)固化；(f)外蒙皮成型。本發(fā)明能夠制造出高性能風洞風扇葉片，同時滿足低溫、高壓、高濕和常溫真空模擬氣候環(huán)境下使用的要求。
【專利說明】碳纖維復合材料泡沬夾層結構風洞風扇葉片及成型方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于先進復合材料【技術領域】，涉及一種高性能碳纖維復合材料風洞風扇葉片及其成型方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有風洞風扇葉片大多數(shù)采用金屬或者玻璃鋼材料制造，在低轉速、低環(huán)境條件下(轉速不大于300轉加化，無苛刻低溫條件)能夠滿足使用要求。但高性能風洞風扇葉片材料需要滿足重量輕、熱變形小，常規(guī)條件及特殊工況下具有較高力學性能要求，因此一般金屬、玻璃鋼葉片難以滿足。
[0003]碳纖維增強復合材料則具有重量輕、熱變形小、不同使用環(huán)境下保持較高強度及剛度的特點，適合制造大型高性能風洞風扇葉片?？v觀國內(nèi)外文章、報道和專利，很少有碳纖維復合材料風洞風扇葉片具體結構構造和葉片生產(chǎn)工藝的實質內(nèi)容。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決高性能風洞風扇葉片制造問題，提出一種高性能碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片及成型方法。
[0005]本發(fā)明所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，該葉片是整體泡沫夾層結構，葉片根部連接金屬葉柄；所述的葉片包括蒙皮、前緣加強區(qū)、主承力梁和泡沫芯材，其中外部為蒙皮，蒙皮內(nèi)前端連接前緣加強區(qū)，蒙皮內(nèi)中部連接主承力梁，泡沫芯材填充在蒙皮、前緣加強區(qū)和主承力梁形成的內(nèi)部空間；所述的蒙皮分為內(nèi)蒙皮和外蒙皮，內(nèi)蒙皮表面鋪貼外蒙皮；所述的主承力梁厚度從葉片根部8?川臟過渡至葉尖2?4臟；所述的前緣加強區(qū)厚度為2?5111111 ；所述的內(nèi)蒙皮厚度為2?5111111，外蒙皮厚度為1?3111111。
[0006]如上所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其所述的內(nèi)蒙皮、前緣加強區(qū)和主承力梁為碳纖維復合材料，其使用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂，預浸料制作用的纖維為1300、1700或140級碳纖維單向帶；所述的外蒙皮用纖維為1300碳纖維織物。
[0007]如上所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其所述的金屬葉柄采用鍛鋼或鈦合金；所述的泡沫芯材為聚甲基丙烯酰亞胺硬質閉孔泡沫。
[0008]本發(fā)明所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片的成型方法，其包括如下步驟
[0009](^)葉柄與泡沫芯材粘接
[0010]使用數(shù)控機床加工泡沫芯材毛坯料；然后利用工裝適配金屬葉柄和泡沫芯材，保證金屬葉柄和泡沫芯材軸線共線；適配后將膠膜均勻鋪覆到金屬葉柄和泡沫芯材的膠接面，將金屬葉柄固定在泡沫芯材上，在熱壓罐中固化；固化溫度為1601?1701，固化時間為311?611，熱壓罐內(nèi)壓力為0.21？3?0.31% ；
[0011]⑶預浸料下料
[0012]預浸料由碳纖維和環(huán)氧樹脂復合而成，采用熱熔法制備；根據(jù)葉片的蒙皮、前緣加強區(qū)和主承力梁型面，將葉片三維模型的鋪層展開，并轉化為二維圖形，使用自動下料機裁切出相應的合適圖形；
[0013](0)前緣加強區(qū)和主承力梁鋪層及吸膠壓實
[0014]在步驟仏)制備的泡沫芯材表面鋪貼步驟(幻制備的預浸料，前緣加強區(qū)和主承力梁鋪貼預浸料過程中，分3?5次吸膠壓實，每次吸膠采用不同尺寸的貼合葉片型面的玻璃鋼陰模模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣陰模；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度60。。?801，吸膠時間200111?800111，熱壓罐內(nèi)壓力0.11？3?0.31%，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0015]((1)內(nèi)蒙皮鋪層及吸膠壓實
[0016]將步驟(幻制備的預浸料鋪放于步驟化)得到的前緣加強區(qū)和主承力梁表層，在完成內(nèi)蒙皮一半厚度的鋪層時進行吸膠，吸膠采用型面相應的模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣玻璃鋼陰模；然后再完成內(nèi)蒙皮剩余部分的鋪層，得到待固化產(chǎn)品；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度60。。?80。〇，吸膠時間20111111?80111111，熱壓罐內(nèi)壓力0.11？3?0.31%，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0017](6)固化
[0018]將步驟((1)得到的待固化產(chǎn)品包覆輔助材料，并固定固化外陰模，然后將產(chǎn)品放入熱壓罐內(nèi)，對待固化產(chǎn)品抽真空固化；固化溫度為1601?1701，固化時間為311?6匕熱壓罐內(nèi)壓力為0.21？3?0.311)8 ；
[0019]⑴外蒙皮成型
[0020]將步驟(6)得到的產(chǎn)品表面逐層包覆碳纖維織物，將包裹碳纖維織物后的產(chǎn)品放入尺11成型模具中進行注膠；注膠方式為線式注射；注膠過程結束后固化；固化過程是在真空烘箱內(nèi)進行的，固化溫度901?1101，固化時間2卜?處。
[0021]本發(fā)明的效果在于:
[0022]本發(fā)明所述的碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片及成型方法，其葉片為整體泡沫夾層結構，葉片分多次吸膠，每次吸膠過程中使用不同尺寸的貼合葉片型面的玻璃鋼陰模，保證不同厚度區(qū)域受到均勻壓力；從而排出預浸料中的氣體和小分子，以保證成型質量。葉片主承力梁、前緣加強區(qū)和內(nèi)蒙皮等使用熱壓罐工藝固化，在內(nèi)蒙皮表面鋪貼外蒙皮，并工藝固化。這種結合熱壓罐固化工藝與工藝優(yōu)勢可以實現(xiàn)雙曲面夾層結構型面及氣動外型的控制。
[0023]本發(fā)明所述的碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片及成型方法，能夠制造出高性能風洞風扇葉片，同時已成功在某試驗基地裝機運行。所制得的葉片既具有承受巨大離心力和氣動載荷的強度和剛度，又兼顧葉片高速旋轉需要的型面精度和氣動外形。本發(fā)明的碳纖維復合材料風扇葉片力學性能考核滿足設計指標；同時滿足低溫、高壓、高濕，和常溫真空模擬氣候環(huán)境下使用的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所述的一種葉片整體結構(蒙皮未顯示)；
[0025]圖2為本發(fā)明所述的一種葉片整體結構；
[0026]圖3為本發(fā)明所述的一種葉片結構剖面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明所述的一種葉片外蒙皮用陰模八；
[0028]圖5為本發(fā)明所述的一種葉片外蒙皮用陰模8 ；
[0029]圖中:1.前緣加強區(qū)么蒙皮；3丨泡沫芯材；4主承力梁在金屬葉柄。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片及成型方法作進一步描述。
[0031]實施例1
[0032]如圖1至圖3所示，本發(fā)明所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，該葉片是整體泡沫夾層結構，葉片根部連接金屬葉柄5 ；所述的葉片包括蒙皮2、前緣加強區(qū)1、主承力梁4和泡沫芯材3，其中外部為蒙皮2，蒙皮2內(nèi)前端連接前緣加強區(qū)1，蒙皮2內(nèi)中部連接主承力梁4，泡沫芯材3填充在蒙皮2、前緣加強區(qū)1和主承力梁4形成的內(nèi)部空間；所述的蒙皮2分為內(nèi)蒙皮和外蒙皮，內(nèi)蒙皮表面鋪貼外蒙皮；
[0033]所述的主承力梁4厚度從葉片根部9.75臟過渡至葉尖3.75臟，漸變區(qū)域采用3臟遞增形式；
[0034]所述的前緣加強區(qū)1厚度為3.75臟；
[0035]所述的內(nèi)蒙皮厚度為2.4臟，外蒙皮厚度為1111111。
[0036]所述的內(nèi)蒙皮、前緣加強區(qū)1和主承力梁4為碳纖維復合材料，其使用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂，預浸料制作用的纖維為1700碳纖維單向帶；所述的外蒙皮用纖維為1300碳纖維織物。
[0037]所述的金屬葉柄5采用35010鍛鋼；所述的泡沫芯材3為聚甲基丙烯酰亞胺(^11)硬質閉孔泡沫(密度為
[0038]上述的碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片的成型方法，其包括如下步驟
[0039](￡1)葉柄與泡沫芯材粘接
[0040]使用數(shù)控機床加工泡沫芯材3毛坯料；然后利用工裝適配金屬葉柄5和泡沫芯材3，保證金屬葉柄5和泡沫芯材3軸線共線；適配后將膠膜(例如幻-2八)均勻鋪覆到金屬葉柄5和泡沫芯材3的膠接面，將金屬葉柄5固定在泡沫芯材3上，在熱壓罐中固化；固化溫度為1651，固化時間為6匕熱壓罐內(nèi)壓力為0.251% ；
[0041]⑶預浸料下料
[0042]預浸料由碳纖維和環(huán)氧樹脂復合而成，采用熱熔法制備；根據(jù)葉片的蒙皮2、前緣加強區(qū)1和主承力梁4型面，將葉片三維模型的鋪層展開，并轉化為二維圖形，使用自動下料機裁切出相應的合適圖形；
[0043](0)前緣加強區(qū)和主承力梁鋪層及吸膠壓實
[0044]在步驟仏)制備的泡沫芯材3表面鋪貼步驟(幻制備的預浸料，前緣加強區(qū)1和主承力梁4鋪貼預浸料過程中，分4次吸膠壓實，每次吸膠采用不同尺寸的貼合葉片型面的玻璃鋼陰模模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣陰模；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度651，吸膠時間300111，熱壓罐內(nèi)壓力0.251%，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0045]((1)內(nèi)蒙皮鋪層及吸膠壓實
[0046]將步驟(幻制備的預浸料鋪放于步驟化)得到的前緣加強區(qū)1和主承力梁4表層，在完成內(nèi)蒙皮一半厚度的鋪層時進行吸膠，吸膠采用型面相應的模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣玻璃鋼陰模；然后再完成內(nèi)蒙皮剩余部分的鋪層，得到待固化產(chǎn)品；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度651，吸膠時間30111111，熱壓罐內(nèi)壓力0.251%，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0047](6)固化
[0048]將步驟((1)得到的待固化產(chǎn)品包覆輔助材料，并固定固化外陰模，然后將產(chǎn)品放入熱壓罐內(nèi)，對待固化產(chǎn)品抽真空固化；固化溫度為1651，固化時間為6卜，熱壓罐內(nèi)壓力為 0.251^)8 ；
[0049](^)外蒙皮成型
[0050]將步驟(6)得到的產(chǎn)品表面逐層包覆碳纖維織物，將包裹碳纖維織物后的產(chǎn)品放入成型模具(如圖4和圖5所示)中進行注膠；注膠方式為線式注射；注膠過程結束后固化；固化過程是在真空烘箱內(nèi)進行的，固化溫度1001，固化時間2匕。
[0051]制造完成的葉片如圖3所示，葉片組件進行性能試驗，包括葉片揮舞面、擺振面彎曲剛度、葉片靜強度、固有頻率、葉片與葉柄結合處強度、動平衡以及質心測量等性能試驗，符合設計要求。
[0052]實施例2
[0053]如圖1至圖3所示，本發(fā)明所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，該葉片是整體泡沫夾層結構，葉片根部連接金屬葉柄5 ；所述的葉片包括蒙皮2、前緣加強區(qū)1、主承力梁4和泡沫芯材3，其中外部為蒙皮2，蒙皮2內(nèi)前端連接前緣加強區(qū)1，蒙皮2內(nèi)中部連接主承力梁4，泡沫芯材3填充在蒙皮2、前緣加強區(qū)1和主承力梁4形成的內(nèi)部空間；所述的蒙皮2分為內(nèi)蒙皮和外蒙皮，內(nèi)蒙皮表面鋪貼外蒙皮；
[0054]所述的主承力梁4厚度從葉片根部8皿過渡至葉尖2皿，漸變區(qū)域采用3皿遞增形式；
[0055]所述的前緣加強區(qū)1厚度為2臟；
[0056]所述的內(nèi)蒙皮厚度為2111111，外蒙皮厚度為1.5111111。
[0057]所述的內(nèi)蒙皮、前緣加強區(qū)1和主承力梁4為碳纖維復合材料，其使用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂，預浸料制作用的纖維為1300碳纖維單向帶；所述的外蒙皮用纖維為1300碳纖維織物。
[0058]所述的金屬葉柄5采用鈦合金；所述的泡沫芯材3為聚甲基丙烯酰亞胺$11)硬質閉孔泡沫(密度為110^/03)。
[0059]上述的碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片的成型方法，其包括如下步驟
[0060](￡1)葉柄與泡沫芯材粘接
[0061]使用數(shù)控機床加工泡沫芯材3毛還料；然后利用工裝適配金屬葉柄5和泡沫芯材3，保證金屬葉柄5和泡沫芯材3軸線共線；適配后將膠膜(例如幻-2八)均勻鋪覆到金屬葉柄5和泡沫芯材3的膠接面，將金屬葉柄5固定在泡沫芯材3上，在熱壓罐中固化；固化溫度為1601，固化時間為6匕熱壓罐內(nèi)壓力為0.21？3 ；
[0062]⑶預浸料下料
[0063]預浸料由碳纖維和環(huán)氧樹脂復合而成，采用熱熔法制備；根據(jù)葉片的蒙皮2、前緣加強區(qū)1和主承力梁4型面，將葉片三維模型的鋪層展開，并轉化為二維圖形，使用自動下料機裁切出相應的合適圖形；
[0064](0)前緣加強區(qū)和主承力梁鋪層及吸膠壓實
[0065]在步驟仏)制備的泡沫芯材3表面鋪貼步驟(幻制備的預浸料，前緣加強區(qū)1和主承力梁4鋪貼預浸料過程中，分3次吸膠壓實，每次吸膠采用不同尺寸的貼合葉片型面的玻璃鋼陰模模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣陰模；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度601，吸膠時間800111，熱壓罐內(nèi)壓力0.11%，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0066]⑷內(nèi)蒙皮鋪層及吸膠壓實
[0067]將步驟(幻制備的預浸料鋪放于步驟化)得到的前緣加強區(qū)1和主承力梁4表層，在完成內(nèi)蒙皮一半厚度的鋪層時進行吸膠，吸膠采用型面相應的模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣玻璃鋼陰模；然后再完成內(nèi)蒙皮剩余部分的鋪層，得到待固化產(chǎn)品；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度601，吸膠時間80111111，熱壓罐內(nèi)壓力0.11%，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0068](6)固化
[0069]將步驟((1)得到的待固化產(chǎn)品包覆輔助材料，并固定固化外陰模，然后將產(chǎn)品放入熱壓罐內(nèi)，對待固化產(chǎn)品抽真空固化；固化溫度為1601，固化時間為6卜，熱壓罐內(nèi)壓力為 0.2^)3,；
[0070]⑴外蒙皮成型
[0071]將步驟(6)得到的產(chǎn)品表面逐層包覆碳纖維織物，將包裹碳纖維織物后的產(chǎn)品放入成型模具(如圖4和圖5所示)中進行注膠；注膠方式為線式注射；注膠過程結束后固化；固化過程是在真空烘箱內(nèi)進行的，固化溫度901，固化時間處。
[0072]制造完成的葉片如圖3所示，葉片組件進行性能試驗，包括葉片揮舞面、擺振面彎曲剛度、葉片靜強度、固有頻率、葉片與葉柄結合處強度、動平衡以及質心測量等性能試驗，符合設計要求。
[0073]實施例3
[0074]如圖1至圖3所示，本發(fā)明所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，該葉片是整體泡沫夾層結構，葉片根部連接金屬葉柄5 ；所述的葉片包括蒙皮2、前緣加強區(qū)1、主承力梁4和泡沫芯材3，其中外部為蒙皮2，蒙皮2內(nèi)前端連接前緣加強區(qū)1，蒙皮2內(nèi)中部連接主承力梁4，泡沫芯材3填充在蒙皮2、前緣加強區(qū)1和主承力梁4形成的內(nèi)部空間；所述的蒙皮2分為內(nèi)蒙皮和外蒙皮，內(nèi)蒙皮表面鋪貼外蒙皮；
[0075]所述的主承力梁4厚度從葉片根部10111111過渡至葉尖4臟，漸變區(qū)域采用3臟遞增形式；
[0076]所述的前緣加強區(qū)1厚度為5臟；
[0077]所述的內(nèi)蒙皮厚度為5臟，外蒙皮厚度為3臟。
[0078]所述的內(nèi)蒙皮、前緣加強區(qū)1和主承力梁4為碳纖維復合材料，其使用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂，預浸料制作用的纖維為140級碳纖維單向帶；所述的外蒙皮用纖維為1300碳纖維織物。
[0079]所述的金屬葉柄5采用35010鍛鋼；所述的泡沫芯材3為聚甲基丙烯酰亞胺(^11)硬質閉孔泡沫(密度為
[0080]上述的碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片的成型方法，其包括如下步驟
[0081](￡1)葉柄與泡沫芯材粘接
[0082]使用數(shù)控機床加工泡沫芯材3毛坯料；然后利用工裝適配金屬葉柄5和泡沫芯材3，保證金屬葉柄5和泡沫芯材3軸線共線；適配后將膠膜(例如幻-2八)均勻鋪覆到金屬葉柄5和泡沫芯材3的膠接面，將金屬葉柄5固定在泡沫芯材3上，在熱壓罐中固化；固化溫度為1701，固化時間為3匕熱壓罐內(nèi)壓力為0.31% ；
[0083]⑶預浸料下料
[0084]預浸料由碳纖維和環(huán)氧樹脂復合而成，采用熱熔法制備；根據(jù)葉片的蒙皮2、前緣加強區(qū)1和主承力梁4型面，將葉片三維模型的鋪層展開，并轉化為二維圖形，使用自動下料機裁切出相應的合適圖形；
[0085](0)前緣加強區(qū)和主承力梁鋪層及吸膠壓實
[0086]在步驟仏)制備的泡沫芯材3表面鋪貼步驟(幻制備的預浸料，前緣加強區(qū)1和主承力梁4鋪貼預浸料過程中，分4次吸膠壓實，每次吸膠采用不同尺寸的貼合葉片型面的玻璃鋼陰模模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣陰模；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度801，吸膠時間200111，熱壓罐內(nèi)壓力0.31%，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0087]⑷內(nèi)蒙皮鋪層及吸膠壓實
[0088]將步驟(幻制備的預浸料鋪放于步驟化)得到的前緣加強區(qū)1和主承力梁4表層，在完成內(nèi)蒙皮一半厚度的鋪層時進行吸膠，吸膠采用型面相應的模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣玻璃鋼陰模；然后再完成內(nèi)蒙皮剩余部分的鋪層，得到待固化產(chǎn)品；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度801，吸膠時間20111111，熱壓罐內(nèi)壓力0.31即，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空；
[0089](6)固化
[0090]將步驟((1)得到的待固化產(chǎn)品包覆輔助材料，并固定固化外陰模，然后將產(chǎn)品放入熱壓罐內(nèi)，對待固化產(chǎn)品抽真空固化；固化溫度為1701，固化時間為3卜，熱壓罐內(nèi)壓力為 0.31^)8 ；
[0091](^)外蒙皮成型
[0092]將步驟(6)得到的產(chǎn)品表面逐層包覆碳纖維織物，將包裹碳纖維織物后的產(chǎn)品放入成型模具(如圖4和圖5所示)中進行注膠；注膠方式為線式注射；注膠過程結束后固化；固化過程是在真空烘箱內(nèi)進行的，固化溫度1101，固化時間2匕。
[0093]制造完成的葉片如圖3所示，葉片組件進行性能試驗，包括葉片揮舞面、擺振面彎曲剛度、葉片靜強度、固有頻率、葉片與葉柄結合處強度、動平衡以及質心測量等性能試驗，符合設計要求。
【權利要求】
1.一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其特征在于:該葉片是整體泡沫夾層結構，葉片根部連接金屬葉柄(5);所述的葉片包括蒙皮(2)、前緣加強區(qū)(I)、主承力梁(4)和泡沫芯材(3)，其中外部為蒙皮(2)，蒙皮(2)內(nèi)前端連接前緣加強區(qū)(1)，蒙皮(2)內(nèi)中部連接主承力梁(4)，泡沫芯材(3)填充在蒙皮(2)、前緣加強區(qū)(I)和主承力梁(4)形成的內(nèi)部空間；所述的蒙皮(2)分為內(nèi)蒙皮和外蒙皮，內(nèi)蒙皮表面鋪貼外蒙皮； 所述的主承力梁⑷厚度從葉片根部8?1mm過渡至葉尖2?4mm ;所述的前緣加強區(qū)(I)厚度為2?5mm ;所述的內(nèi)蒙皮厚度為2?5mm,外蒙皮厚度為I?3mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其特征在于:所述的內(nèi)蒙皮、前緣加強區(qū)(I)和主承力梁(4)為碳纖維復合材料，其使用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂，預浸料制作用的纖維為T300、T700或M40級碳纖維單向帶；所述的外蒙皮用纖維為T300碳纖維織物。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片，其特征在于:所述的金屬葉柄(5)采用鍛鋼或鈦合金；所述的泡沫芯材(3)為聚甲基丙烯酰亞胺硬質閉孔泡沫。
4.一種權利要求2或3所述的碳纖維復合材料泡沫夾層結構風洞風扇葉片的成型方法，其特征在于:該方法包括如下步驟 (a)葉柄與泡沫芯材粘接 使用數(shù)控機床加工泡沫芯材(3)毛坯料；然后利用工裝適配金屬葉柄(5)和泡沫芯材(3)，保證金屬葉柄(5)和泡沫芯材(3)軸線共線；適配后將膠膜均勻鋪覆到金屬葉柄(5)和泡沫芯材(3)的膠接面，將金屬葉柄(5)固定在泡沫芯材(3)上，在熱壓罐中固化；固化溫度為160°C?170°C，固化時間為3h?6h，熱壓罐內(nèi)壓力為0.2MPa?0.3Mpa ； (b)預浸料下料 預浸料由碳纖維和環(huán)氧樹脂復合而成，采用熱熔法制備；根據(jù)葉片的蒙皮(2)、前緣加強區(qū)(I)和主承力梁(4)型面，將葉片三維模型的鋪層展開，并轉化為二維圖形，使用自動下料機裁切出相應的合適圖形； (c)前緣加強區(qū)和主承力梁鋪層及吸膠壓實 在步驟(a)制備的泡沫芯材(3)表面鋪貼步驟(b)制備的預浸料，前緣加強區(qū)(I)和主承力梁(4)鋪貼預浸料過程中，分3?5次吸膠壓實，每次吸膠采用不同尺寸的貼合葉片型面的玻璃鋼陰模模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣陰模；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度60°C?80°C，吸膠時間20min?80min，熱壓罐內(nèi)壓力0.1MPa?0.3Mpa，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空； (d)內(nèi)蒙皮鋪層及吸膠壓實 將步驟(b)制備的預浸料鋪放于步驟(c)得到的前緣加強區(qū)(I)和主承力梁(4)表層，在完成內(nèi)蒙皮一半厚度的鋪層時進行吸膠，吸膠采用型面相應的模具；所述的模具為沿著葉片型面分開的2瓣玻璃鋼陰模；然后再完成內(nèi)蒙皮剩余部分的鋪層，得到待固化產(chǎn)品；所述的吸膠是在熱壓罐內(nèi)進行，吸膠溫度60°C?80°C,吸膠時間20min?80min,熱壓罐內(nèi)壓力0.1MPa?0.3Mpa，吸膠過程中對待吸膠的產(chǎn)品進行抽真空； (e)固化 將步驟(d)得到的待固化產(chǎn)品包覆輔助材料，并固定固化外陰模，然后將產(chǎn)品放入熱壓罐內(nèi)，對待固化產(chǎn)品抽真空固化；固化溫度為160°C?170°C，固化時間為3h?6h，熱壓罐內(nèi)壓力為0.2MPa?0.3Mpa ； (f)外蒙皮成型 將步驟(e)得到的產(chǎn)品表面逐層包覆碳纖維織物，將包裹碳纖維織物后的產(chǎn)品放入RTM成型模具中進行注膠；注膠方式為線式注射；注膠過程結束后固化；固化過程是在真空烘箱內(nèi)進行的，固化溫度90°C?110°C，固化時間2h?4h。
【文檔編號】F04D29/26GK104358708SQ201410408600
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權日:2014年8月19日
【發(fā)明者】楊智勇, 劉千, 蔡勇, 孫寶崗, 尹亮, 張毅, 黃鳳春, 冷霜, 羅業(yè), 游少雄 申請人:航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術研究院