2.3 纤维间隙变化的叶片灌注试验
参照Aerodyn 某款设计叶片的工艺做实验,具体的试验条件与结果对比如表3 所示。
表3 纤维间隙变化的全尺寸叶片灌注试验对比
3 结果与分析
3.1 根端灌注与全叶片试验
从试验结果中可以看出,根端样件与全叶片的根端出现了完全不同的灌注效果:样件出现了严重的包络现象,中间仅有31% 的布层浸透;而全叶片根端仅在前后缘的翻边陡峭处出现了小面积包络,易于通过调整真空辅材尺寸解决。可见,根端试件的试验不完全等同于全叶片的根端灌注的胶液流动模式。
原因分析:开启注胶管后,胶液沿着导流网迅速向前流动,同时也向下面布层渗透。对于根端试件,胶液很快就达到了纤维布的边缘,而四周被压紧的纤维布壁面与真空材料间形成“桥架”造成了虹吸现象,使得胶液在表层纤维布间加速前进,速度明显大于在布层间的下渗速度。
树脂到达注胶管最前端的布层后形成回流,导致中央布层中的空气难以排出,胶液下渗速度变缓,产生包络,最终树脂产生凝胶,出现大面积的多层干布。而对于全叶片,由于重力作用胶液难以迅速上升到前后缘的翻边,同时叶片根端的胶液可以向叶尖无限延伸,出现不了包络现象,树脂得以迅速下渗,浸透下层布层,而前后缘的小面积包络应该是导流体系的铺设尺寸不合理导致的,可以通过增加导流网到翻边的距离来解决。
3.2 纤维间隙变化的叶片灌注试验
从试验结果看出,增加纤维间隙,提高了布层间的孔隙率,使得灌注时间大大减少。同时,由于纤维布只是改变了纤维束间隙而没有改变面密度,布层强度不会有变化,也可以保证叶片的强度不会有明显变化。
原因分析:纤维间隙的适当增加,使得胶液在纤维束间动压力增加,在布层间下渗的速度加快,同时纤维束间足量的胶液也使得纤维束间的毛细压力增加,综合结果是胶液下渗和浸透纤维的速度都增加了,布层浸渍良好,如表3所示。但是过度的增加纤维间隙,会使得纤维束间的动压力大于纤维束内的毛细压力而造成纤维丝的浸润不良。从整体灌注时间上看,在叶片所有管路打开后,叶根与叶身的渗透速度都加快,最终提高了整体灌注时间。
4 结语
叶片灌注的质量问题多是由工艺因素造成的,这些因素会影响到胶液在纤维布层间的流动:宏观流动、微观流动和虹吸现象。在生产过程中,通过灵活设计与匹配工艺因素,如纤维间隙、导流材料的尺寸等,可以提高生产效率和避免缺陷。