專利名稱：由復(fù)合材料制造燃?xì)鉁u輪機(jī)殼體的方法,及由此獲得的殼體的制作方法
由復(fù)合材料制 氣渦輪機(jī)殼體的方法，及由此獲得的殼體鉢領(lǐng)域本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)殼體，更特別地，涉及航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動lfl的風(fēng)扇阻擋殼體(fan retention casing)。
技術(shù)背景在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，風(fēng)扇殼體具有幾種用途。它形成了發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通 道，支歸面對卿葉片尖部的耐磨材料，它可選地支撐著用于吸收聲波，以在發(fā) 動豐J1進(jìn)氣口皿行聲處理的結(jié)構(gòu)，而且它接合或支撐著固定護(hù)罩(retentionshield)。 固定護(hù)罩形成了碎屑收集器，可以擋住任，屑，諸如被吸入的異物或者因離心力 而拋扔的損壞葉片的碎片，從而防止這些碎屑穿過殼體而iSA到航空器的其它部位。通常， 阻擋殼體均采用較薄的金屬壁板構(gòu)成，這^屬壁板形成了發(fā)動機(jī) 的逬氣通道，并支撐著耐磨材料和聲處理(如果有的話)，還有固定至IJ戶，金屬壁板 夕HK啲護(hù)罩結(jié)構(gòu)，與M互相對準(zhǔn)。這種護(hù)罩結(jié)構(gòu)可以通過多層纖維織構(gòu)來制成。 例女口，可以參考如下文獻(xiàn)US 4 699 567; US 4 902 201;禾卩US 5 437 538。歐洲專利文獻(xiàn)EP1674 244中提出了采用纖銜樹脂型復(fù)合材料制造具有恒定厚 度的則阻擋殼體的建議，其審隨方式是，先制造纖維預(yù)制件，而后^tA樹脂，最 后再對浸有樹脂的預(yù)制件進(jìn)行模壓成形，從而直接獲得所需要的微。預(yù)制件通過 一種三軸編織技術(shù)制成。US 2006/0093847號專利文,涉及至嗨臘一種，阻擋殼體，但制造方式是， 在纖嫩樹脂復(fù)合材料層之間交織排列金屬蜂窩狀芯材料層，從而增加殼體厚度，而 戶/M復(fù)合材料層，例如通過粘合劑裝配到金屬蜂窩狀芯材料層上。歐洲專利EP1674 671還提出了i頓復(fù)合材料制造不同厚度的鵬阻擋殼體的 方法，其厚度大于鋪的厚度。夾芯纖維層由沿圓周方向?qū)R的編織物制成，相互 疊置在一起。另外還添加了其它的纖維層，這些纖維層由螺旋纏繞編織的纖維制成。 這些纖維層通過一種熱固性樹月鏈接到一起。出現(xiàn)沖擊瞎況下，動能會因?yàn)榉謱幼?用，即由于纖維層的分離、樹脂裂化，及最終由于纖維斷裂而耗散。US2005/084377和US2006/257260號專利文獻(xiàn)公開了一種方法，采用這種方法， 可以偉隨復(fù)合材料鋪葉片的纖維預(yù)制件，臓纖維預(yù)制件可以通i!H維編織技術(shù) 做為單一部件而被直接獲得，在編織期間，部件的厚度、寬度和編織方^4都會變4t。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種采用復(fù)合材料審隨不同厚度的燃?xì)鉁u輪機(jī)殼體的方法，不論是從結(jié)構(gòu)角度還是/A^c受沖擊的能力角度來講，性能都會得到提高。該目的可以通過制造燃?xì)鉁u輪豐幾的不同厚度的復(fù)合材料殼體的方法來實(shí)現(xiàn)，所 述方^S括通過疊置纖維織構(gòu)層形成纖維增強(qiáng)件，并對該纖維增強(qiáng)件使用基質(zhì)材料 進(jìn)廳致密化處理，該方法中，纖維織構(gòu)MH維編織技術(shù)進(jìn)行制造，具有不同的厚 度，所述纖維織構(gòu)采用疊置多層纖維纏繞在心軸上而成，心軸外形與需要制造的殼 體的外形一致，從而獲得不同厚度的纖維預(yù)制件，其微與所要制造的殼體糊犬相 符。將不同厚度的編織織構(gòu)纏繞在心軸上就可以直接獲得管狀預(yù)制件，這禾中預(yù)制件 具有所需要的不同厚度的皿。編織教構(gòu)的纏繞還可以使得線紗沿圓周方向纏繞，這樣有助于提供殼體所需要 的結(jié)構(gòu)性能，且又不必在編織物中插入縱向線紗，而后者在上述的專利文獻(xiàn)EP1 674671中則是必不可少的。此外，采用m阻擋殼體時，人們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)沖擊時，能量的消tfcfe要是通過基 質(zhì)的微破裂，而不是分層作用，為此，不會使殼體 產(chǎn)生顯著改變。有利地，纖維織構(gòu)在編織時，其經(jīng)紗被巻繞在繞線架上，而后者的外形則取決 于要制造的殼體的外形。在纏繞期間，由于經(jīng)紗的圓周路徑不同，結(jié)果經(jīng)紗的巻繞 就不同，從而形成卩膽預(yù)制件。即使預(yù)制件的局部厚度差異很大時，構(gòu)成單一部件的預(yù)制件也可以通過纏繞不 同厚度的三維織物來獲得。這樣，當(dāng)需要制造的殼體包括至少一個凸緣時，預(yù)制件 可以有利地一起與對應(yīng)于殼體的凸^f頁審腫部分制成單一部件。凸緣預(yù)制件部分從 而可以直接地結(jié)合到殼體預(yù)制件中，包括在凸緣預(yù)制件上沿圓周方向纏繞的線紗， 其有助于向殼體凸緣提供所需要的機(jī)械強(qiáng)度性能。另外，有利地，在纖維織構(gòu)的縱向端部附近區(qū)域內(nèi)，從纖維織構(gòu)的縱向端部， 以漸進(jìn)增加厚度的方式編織纖維織構(gòu)。預(yù)制件可以通過帶有雙羅紋(interlock)編織的三維編織技術(shù)來形成。 本發(fā)明還提供了一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的自阻擋殼體，所述殼體厚度不同，采用帶有由基質(zhì)致密的纖維增強(qiáng)件的復(fù)合材料制成，其中纖維增強(qiáng)件包括不同厚度的纖纟隹織構(gòu)，該織構(gòu)由三維編織技術(shù)并纏繞在疊置層內(nèi)形成。本發(fā)明還提供了一種^OT上述風(fēng)扇阻擋殼體的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。


下面參照附圖，并閱讀如下示例說明，可以更好的理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于所述示例，附圖如下 圖1為航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意圖-，*圖2為軸向剖面半視圖，示出了圖1所述種類的燃?xì)鉁u輪機(jī)風(fēng)扇的阻擋殼體外形；*圖3為軸向剖面 圖，示出了纖維織物的三維編織技術(shù)用繞線架，用來形成 圖2所示殼體的纖維預(yù)制件； 圖4和圖5為雙羅紋類型三維編織的示意圖；*圖6為纖維織構(gòu)層剖面圖，戶誠纖維織構(gòu)^M過圖3戶標(biāo)繞線架巻繞編織而獲 得的；*圖7為軸向剖面^l見圖，以較大比例示出了用于纏繞圖3纖維織構(gòu)形成殼體預(yù) 制4牛的心軸；權(quán)8示出了軸向咅靦科見圖，以放大的比例示出了殼體預(yù)帝U件，所示殼體預(yù)制 件是通過在圖7所示心軸上纏繞纖維織構(gòu)而獲得的。具體實(shí)駄式下面介紹了根據(jù)本發(fā)明制造航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)自殼體的情況，從而了解本 發(fā)明的特性。如圖1清楚所示，這種發(fā)動機(jī)沿燃?xì)饬鲃臃较?，自上游到下游，包括設(shè)置在 發(fā)動t皿氣口的風(fēng)扇l; rai機(jī)2;燃燒室3;高壓(HP)渦輪機(jī)4;低壓(LP)渦f&機(jī)5。高壓渦輪機(jī)和低壓渦輪ma過同軸的各自軸分別聯(lián)接到壓縮機(jī)和風(fēng)扇上。 發(fā)動機(jī)安裝在包括多個部分的殼體內(nèi)，這些部分都對應(yīng)于發(fā)動機(jī)各種不同的部件。這樣，風(fēng)扇i的周圍就形成了風(fēng)扇殼體io。圖2示出了由復(fù)合材料制成的，殼體io的外形，戶;f^K扇殼體是按照本發(fā)明的方法制造的。殼體的內(nèi)表面ll形成了進(jìn)氣通道。它可以設(shè)有耐磨涂層12，對準(zhǔn)后 面的風(fēng)扇葉片尖的通路，所示葉片13為局部部分，且圖示相當(dāng)清楚。為此，僅在沿殼體長度方向(即沿軸向)部分上4頓了耐磨涂層。另外，在內(nèi)表面ll上，特別是在耐磨涂層12的上游部分，還可以應(yīng)用聲處理涂層(圖中未示)。殼體10還在其上游端和下游端設(shè)置有指向夕卜部的凸緣14、 15，從而便于裝配并與其它部件相連接。在其上游端和下游端之間，殼體10的厚度不同，殼體的中央部分16的厚度實(shí)際上要大于其兩端部分，并與端部逐漸相連接。中央部分16在上游和下游端在自^S兩側(cè)延伸，以形成阻擋殼體，旨,阻擋碎屑、顆?；蛭氲漠愇镞M(jìn)入到發(fā)動機(jī)內(nèi)，因?yàn)樗樾家约帮L(fēng)扇轉(zhuǎn)動而徑向W^t的異物g對風(fēng)扇葉片造成損壞，為此可防止它們通過殼體而對航空器的其它部分造成損壞。殼體10采用包含基質(zhì)致密的纖維增強(qiáng)件的復(fù)合材料制成。增強(qiáng)件可以用纖維制 成，例如，碳、玻璃、芳族聚 或者陶瓷纖維，基質(zhì)可以由聚合物，例如環(huán)氧化 物、雙馬來 胺、或者聚 胺制成。根據(jù)本發(fā)明的特征，纖維增強(qiáng)件的形成可以將纖維織構(gòu)纏繞在心軸上，纖維織 構(gòu)采用三維編織技術(shù)制成，厚度不同，心軸的外形則符合要制造的殼體的，。有 利地，纖維增強(qiáng)件構(gòu)成殼體10的識管狀纖維預(yù)制件，形成了包括對應(yīng)于凸緣14、 15的增強(qiáng)部分在內(nèi)的單一部件。三維編織是這樣進(jìn)行的，艮P，將經(jīng)紗嗜繞在根據(jù)要制造殼體微而選擇的繞線架上。無需選擇那種要對殼體內(nèi)表面^a行復(fù)制的繞線架微，而這是巻繞心軸所必需的。為了方便起見，在編織時，可以使用一種平均直徑要大大小于待制造殼 體內(nèi)表面直徑的繞線架。然后，選擇繞線架的形狀，這樣當(dāng)最后纏繞在成形心軸上 時，最終形成的織物很容易地具有所需要的形狀。如下所述，還可以很容易地形成 織物的邊緣部分，而這些部分構(gòu)成了與凸緣相對應(yīng)的預(yù)制件的各錦分。圖3示出了在編織纖維織構(gòu)時使用的m架20的一個示例，適^通過將纖維 織構(gòu)纏繞在心軸上而獲得圖2所示殼體10的完整纖維預(yù)制件。繞線架20的中央部 分21逐漸超申到兩側(cè)部分23、 25，這兩部分的直徑要小于中央部分21的直徑，兩 側(cè)部分23、 25分別連接到端部27、 29，其直徑沿向繞線架20的軸向端部而顯著增 加。纖維織構(gòu)的三維編織技術(shù)可以1OT包括多層經(jīng)紗和諱紗在內(nèi)的雙羅紋型編織來 進(jìn)斤。三維編織物的厚度可以不同或者呈錐形，這樣隨后可以進(jìn)行纏繞，獲得與需要制造殼體厚度相對應(yīng)的不同厚度的預(yù)制件。經(jīng)紗由纖架20巻繞，在編織時，纖 維會只構(gòu)就逐漸纏繞在繞線架上。圖4和圖5為兩部分纖維織構(gòu)的雙羅紋編織的示例，這兩部分厚度不同，分別 為中央部分較厚，兩側(cè)部分較薄。圖4和圖5中，以剖面形式示出了諱紗部分。帶 有雙羅紋編織的三維編織技術(shù)涉及到*經(jīng)紗都與多層緯紗相連，經(jīng)紗隨后所走的 路線是相同的。通過增加或減少一層或多層經(jīng)紗和緯紗，就可以逐漸增加或縮小纖 維全只構(gòu)的厚度。另外，還可以設(shè)想纟頓其它的三維編織法，例如采用多緞紋或多平紋編織棘 行多層編織。這種編織法在WO 2006/136755號專利文獻(xiàn)中進(jìn)行了介紹。圖6為采用三維編織技術(shù)在繞線架20上形成的纖維織構(gòu)30層的剖面示意圖。 纟書佳織構(gòu)30包括中央部分31，其厚度要大于相鄰的兩側(cè)部分33、 35，而這兩側(cè)部 分的末端部分37、 39則向外抬起。為了獲得所需殼體的纖維預(yù)制件，纖維織構(gòu)30采用多個疊置層或匝數(shù)在心軸， 如圖7所示心軸40上纏繞。心軸40的外表面42與要制造殼體的內(nèi)表面以及兩個側(cè)凸緣44、 45的皿相對應(yīng)。纖維織構(gòu)30在心軸40上巻纏后，其皿開始發(fā)生變化，端部37、 39抬起，抵 在凸緣44、 45上，形成了與殼體凸緣14、 15相對應(yīng)的預(yù)制件部分(見圖7)。這樣， 就形成了預(yù)制件部分37、 39， ^g向延伸，在編織時，纖維織構(gòu)纖處不會出現(xiàn)突 然轉(zhuǎn)變，否則，三維編織期間會產(chǎn)生制境問題。圖8為纖維預(yù)制件50的剖面圖，這是在心軸40上纏繞了多層纖維織構(gòu)30后獲 得的預(yù)諱,50。層數(shù)或匪數(shù)是所需厚度和纖維織構(gòu)厚度的函數(shù)， 不少于兩個層 數(shù)或匝數(shù)。在纖維織構(gòu)縱向端部鄰近區(qū)域，纖維織構(gòu)的厚度自縱向端部逐漸增加， 而纖維織構(gòu)的長度可以選擇，以便使得終端部分徑向相反，從而可以避免一旦纏繞， 織構(gòu)端部附近厚度的明顯地過多增加。所獲得的纖維預(yù)制件50的中央部位56厚度較大，對應(yīng)于殼體的中央部分16， 而其端部54、 55則對應(yīng)于凸緣14、 15。將預(yù)制件50置于心軸40上，并臥樹脂。為此，在預(yù)制件上〗頓了一種柔性 護(hù)套，。可在外部與預(yù)制件所位于的心軸和柔14 限定的空間之間建立壓力差， 以便協(xié)助樹脂的mX。在樹胺^A^后，開始進(jìn)行聚合樹脂。這樣就直接形成了一種坯體，可以在加工后獲得所需要的殼體，以便進(jìn)行表面 處理。纖維織構(gòu)的經(jīng)紗沿圓周方向纏繞，有助于皿殼體所需要的機(jī)械強(qiáng)度，包括向 纏繞經(jīng)紗的凸緣提供所需機(jī)械強(qiáng)度。纖維織構(gòu)的圓周連續(xù)性有利于提供良好的沖擊強(qiáng)度，從而不會出現(xiàn)實(shí)質(zhì)上的分 層J贈(即疊置層之間的分離)，沖擊損傷就超現(xiàn)基質(zhì)的微破裂。這樣，殼體的形 狀得以保存。本發(fā)明的復(fù)合材料風(fēng)扇殼體的沖擊強(qiáng)度可以與采用"6061"鋁合金制成的殼體 的沖擊5破相匹敵，后者是CFM國際公司供貨商制造的"CFM56-7"型發(fā)動t/Lt目 前f吏用的M殼體。復(fù)合材料由纖維增強(qiáng)件構(gòu)成，后者是通過疊置多層由碳纖維以 及以環(huán)氧樹脂基質(zhì)制造的三維雙羅紋編織織物而形成。對于*單位面積同等重量來講，在兩種材料的平板上測量的穿孔能量是復(fù)合 材料為3000焦耳CO，相比較，鋁合金的穿孔能量則是1500焦耳(J)。如上戶脫，殼體預(yù)制件也可以設(shè)計制成單一部件，如果有殼體凸緣的話，同時 帶有對應(yīng)于殼體凸緣的預(yù)制件部分。在變化的形式中，例如，通過在預(yù)制件的端部 纏繞一條纖維織構(gòu)，與凸緣相對應(yīng)的^h 頁制件部分也可以^^蟲帝隨。纖維織構(gòu)條 可以由兩維或三維織物制造。纏繞的纖維織構(gòu)條與預(yù)制件的連接可以通過,喊植 入剛j性部件，例如碳制造的剛性部件來實(shí)現(xiàn)。而且，可按照已知方式，殼體可以設(shè)置有固定到其外表面上的加強(qiáng)寸牛。上述方^lt別適合于制造航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇殼體。然而，這種方法同 樣還適用于其它燃?xì)鉁u輪機(jī)殼體或殼體部件，特別是航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，諸如， 噴^t或混合器的殼體。
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的不同厚度復(fù)合材料殼體的制造方法，所述方法包括通過纖維織構(gòu)疊置層形成纖維增強(qiáng)件，并使用基質(zhì)對纖維增強(qiáng)件進(jìn)行致密化，其特征在于纖維織構(gòu)是用三維編織技術(shù)制成，厚度不同，其中，纖維織構(gòu)以多個疊置層形式纏繞在心軸上，所述心軸的外形與需要制造的殼體形狀相對應(yīng)，從而獲得不同厚度且形狀對應(yīng)于需制造殼體形狀的纖維預(yù)制件。
2. —種根據(jù)權(quán)利要求1 ，的方法，，征在于在編織纖維織構(gòu)時，其經(jīng)紗被纏繞在繞線架上，所述繞線架的外形根據(jù)需要制造的殼體外形而定。
3. —種根據(jù)權(quán)利要求1戶誠的方法，其用于帝隨帶有至少一個固定或連接凸緣的殼體，其特征在于:預(yù)制件與對應(yīng)于殼體凸緣的預(yù)制件部分是作為單一部件來制造。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1戶，的方法， 征在于在編織纖維織構(gòu)時，其厚度在縱向端部附近區(qū)域內(nèi)自其縱向端部逐漸增加。
5. —種根據(jù)權(quán)利要求1戶斥述的方法，，征在于預(yù)制件^用帶有雙羅紋編織的 三維編織技術(shù)形成。
6. —種燃?xì)鉁u輪機(jī)的，阻擋殼體，該殼體的厚度不同，采用復(fù)合材料制成，戶腿復(fù)合材料使用了經(jīng)由基質(zhì)致密化的纖維增強(qiáng)件，其特征在于纖維增強(qiáng)件包括厚 度不同的纖維織構(gòu)，所述纟f^隹織構(gòu)采用三維編織技術(shù)并纏繞成疊置層形成。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求6戶誠的殼體，臓殼體包括至少一個凸緣，辦征在于纖維增強(qiáng)件制作為包括凸緣增強(qiáng)部分的單一部件。
8. —種航空燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)，戶腿發(fā)動機(jī)4頓了根據(jù)權(quán)利要求6 *利要求7所述的風(fēng)扇阻擋殼體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種厚度不同的復(fù)合材料殼體，特別是燃?xì)鉁u輪機(jī)風(fēng)扇殼體，采用成形纖維增強(qiáng)件并使用基質(zhì)對該增強(qiáng)件進(jìn)行致密化而制成。纖維增強(qiáng)件的制造是將纖維織構(gòu)疊置層纏繞在心軸上制成，所述纖維織構(gòu)采用三維編織技術(shù)制成，厚度不同。
文檔編號B29C70/24GK101249725SQ200810081610
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者多米尼克·柯珀, 奧利維爾·莫利納里, 安東尼·菲利波, 布魯諾·戴姆布里恩, 弗朗西斯·瑪琳, 菲利普·沃瑟斯 申請人:斯奈克瑪