專利名稱：束縛角部和包括其的凸緣和物品的制作方法
束縛角部和包括其的凸緣和物品技術(shù)領(lǐng)域在此描述的實(shí)施例一般地涉及束綽(tether)角部和包括其的凸緣和 物品。更特定地，此處的實(shí)施例一般地描述可以幫助消除在凸緣鋪層和 固化期間復(fù)合材料發(fā)生的橋接的束縛角部。
背景技術(shù)：
近年來，復(fù)合材料由于其耐久性和相對的重量輕已日益流行地使用 在多種航空應(yīng)用中。雖然復(fù)合材料可以提供出眾的強(qiáng)度和重量特性，但 在由復(fù)合材料制造的結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)凸緣仍是挑戰(zhàn)。目前的凸緣鋪層(lay up)過程可以一般地涉及重復(fù)地施加織物的 層或片層到復(fù)合結(jié)構(gòu)直至獲得具有希望尺寸的凸緣。在此過程期間產(chǎn)生 的一個(gè)問題是，當(dāng)施加第二層織物時(shí)，它可能覆蓋第一層織物，因此使 得幾乎不能監(jiān)測第一層以保證其放置不改變。作為結(jié)果，可能發(fā)生織物 的橋接。當(dāng)最初的織物層或第 一織物層從凸緣角部拉開且跨越了角部而非 保持緊密地附著到角部時(shí)發(fā)生了橋接。橋接可能導(dǎo)致樹脂富余(resm richness),這是過度的樹脂在第一織物層下方的不希望的聚集，這可能 局部地弱化疊層。橋接可能由數(shù)個(gè)因素中的任何因素導(dǎo)致。例如，橋接可能由于不適 當(dāng)?shù)貙⒆畛醯目椢飳臃胖迷谕咕壗遣績?nèi)導(dǎo)致，使得在鋪層期間施加隨后 的層時(shí)，最初的層可能擁擠而導(dǎo)致橋接。同樣，在鋪層期間不適當(dāng)?shù)貜?織物層移除松散部(bulk)可能導(dǎo)致復(fù)合材料的過長的長度，這可能導(dǎo) 致在固化過程期間的橋接。另外，橋接可能由于在固化期間工具與織物 的熱膨脹差異導(dǎo)致。無論何種原因， 一旦初始織物層已經(jīng)被覆蓋則目前對于操作者無法 容易地監(jiān)測初始的織物層來幫助保證防止橋接且保證第 一 層織物保持 附著在凸緣角部。目前最好的實(shí)踐是在角部終止織物層以允許織物滑 移。然而，此實(shí)踐一般地僅在解決在固化期間熱膨脹不同的問題中是有 益的，且不能防止作為擠擁或不適當(dāng)?shù)乃缮⒉咳コ慕Y(jié)果而發(fā)生的橋接。因此，希望的是生產(chǎn)更不易于橋接的復(fù)合凸緣，且涉及前述的制造。發(fā)明內(nèi)容本文中的實(shí)施例一般地涉及束縛凸緣角部，其包括至少一層屏障 纖維，和繞屏障纖維纏繞的至少一個(gè)纖維束。本文中的實(shí)施例也一般地涉及凸緣，其具有束縛角部，包括至少 一層屏障纖維，繞屏障纖維纏繞的至少一個(gè)纖維束，在纖維束上方施加 的至少一層填充物纖維，和在填充物纖維上方施加的至少一層凸緣纖 維。本文中的實(shí)施例也一般地涉及物品，其包括復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括凸緣， 具有束縛角部，包括至少一層屏障纖維，和繞屏障纖維纏繞的至少一 個(gè)纖維束。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將從如下的披露中清楚這些和其他特征、方面 和優(yōu)點(diǎn)。


雖然說明書以權(quán)利要求結(jié)束特別地指出且清楚地要求了本發(fā)明，但 相信在此闡明的實(shí)施例通過結(jié)合附圖的如下的描述更好地被理解，附圖 中類似的參考數(shù)字指示類似的元件。圖1是具有端部凸緣和安裝凸緣的風(fēng)扇外殼的 一個(gè)實(shí)施例的示意性 透視圖；圖2是圖1的示意性端部視圖；圖3是復(fù)合結(jié)構(gòu)形成工具的一個(gè)實(shí)施例的示意性透視圖； 圖4是圖2的沿線A-A的示意性截面視圖；和 圖5是帶有用于制造具有束縛角部的安裝凸緣的導(dǎo)向件的風(fēng)扇外殼 的一個(gè)實(shí)施例的示意性截面—見圖。
具體實(shí)施方式
在此描述的實(shí)施例 一般地涉及束縛角部以及包括束縛角部的凸緣 和物品，其可以幫助消除在凸緣鋪層和固化期間發(fā)生的橋接。雖然實(shí)施
例在此可以 一般地關(guān)注于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇外殼上的復(fù)合凸 緣，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將理解的是，描述不應(yīng)限制于此。的確，如 以下描述所解釋，在此描述的束縛凸緣角部可以利用在由復(fù)合材料制造 的任何凸緣上?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1圖示了可接受的復(fù)合結(jié)構(gòu)10的一個(gè)實(shí)施例。 如在此所使用，"復(fù)合結(jié)構(gòu)"指任何由復(fù)合材料或復(fù)合材料的組合制造 的部件。復(fù)合結(jié)構(gòu)IO可以包括一般地圓柱形的構(gòu)件，例如風(fēng)扇外殼12。風(fēng)扇外殼12可以具有圓周，如在圖2中示出，且如前所述可以由任何 可接受的材料制造。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)扇外殼12可以由從包 括如下項(xiàng)的組中選擇的材料制造玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷 纖維、例如poly ( p-phenylenetherephtalamide )纖維即(KEVLAR )的 芳香族聚酰胺纖維，和它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)扇外殼12可 以由碳纖維制造。如在圖1中示出，風(fēng)扇外殼12可以一^f殳地包括具有前端16和后端 18的圓柱主體14。如在此所使用，"風(fēng)扇外殼"用于指固化前和固化 后的復(fù)合風(fēng)扇外殼。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將從本說明書理解參考了何種 階段。風(fēng)扇外殼12也可以包括任何個(gè)數(shù)的端部凸緣20,如一般地在圖1 和圖2中示出，和/或安裝凸緣22,如一般地在圖1中示出。如在此所 使用，"安裝凸緣"指任何周向地繞風(fēng)扇外殼12的主體14,或其他復(fù) 合結(jié)構(gòu)插入的凸緣。"插入"意味著安裝凸緣22可以繞風(fēng)扇外殼12的 主體14周向地定位，如與繞前端16或后端18任一個(gè)相對。作為對比， 端部凸緣20可以繞前端16或后端18的任一個(gè)或二者定位。風(fēng)扇外殼12可以使用本領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知的任何可接受的制 造方法或工具制造。例如，見Xie等人的美國專利申請No. 2006/0201135 和Blanton等人的美國專利申請No2006/0134251。在一個(gè)實(shí)施例中，如 在圖3中示出，可以使用復(fù)合結(jié)構(gòu)形成工具24,該工具具有圓周、 一般 地圓柱形的芯26以及第一端板28和第二端板30,它們可移除地聯(lián)4秦到 工具24的芯26。在圖4中示出了在風(fēng)扇外殼12上的端部凸緣預(yù)形成件32的圖示的 實(shí)施例。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將理解的是，如下的凸緣和鋪層描述可以 等同地可應(yīng)用于安裝凸緣。端部凸緣預(yù)形成件32可以包括束縛凸緣角 部33,其可以在鋪層和固化期間幫助將凸緣預(yù)形成件32錨定到位。束 縛凸緣角部33可以包括至少一層屏障纖維34和至少一個(gè)周向地繞其纏 繞的纖維束(tow) 36，如在下文中描述。更特定地，束繂角部凸緣可以一般地包括例如鄰近工具24的第一 端板28和風(fēng)扇外殼12施加的至少一層屏障纖維34。屏障纖維34可以 包括多方向紡織物預(yù)形成件，例如織造物或編織物。如在此所使用，"多 方向"指包括在多于一個(gè)方向定向的纖維束的紡織物預(yù)形成件。屏障纖 維34的纖維束可以包括本領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知的任何合適的強(qiáng)化纖 維，包括但不限制于玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳香族 聚酰胺纖維，和它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，屏障纖維34可以包括 玻璃纖維。另外，屏障纖維34的每個(gè)纖維束可以包括從大約3000至大 約24000個(gè)纖維絲。通過周向地繞工具24和風(fēng)扇外殼12纏繞屏障纖維34直至獲得希 望的厚度，屏障纖維34可以施加在鄰近工具24的第一端板28和風(fēng)扇 外殼12的凸緣角部37內(nèi)。如果希望這樣，則屏障纖維34可以最初地 且當(dāng)施加到風(fēng)扇外殼12完成后粘合，以將屏障纖維34保持到位。對于 本領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知的任何可接受的樹脂可以用于粘合屏障纖維 34,例如環(huán)氧樹脂。然后，至少一個(gè)單獨(dú)的纖維束36可以在凸緣角部37內(nèi)周向地繞風(fēng) 扇外殼12纏繞在屏障纖維34上方。以此方式，纖維束36可以完成束 縛凸緣角部33且?guī)椭鷮⑵琳侠w維34固定在希望的位置。雖然纖維束36 可以繞風(fēng)扇外殼12的圓周纏繞任何次數(shù)，但在一個(gè)實(shí)施例中，纖維束 36可以繞風(fēng)扇外殼12的圓周纏繞從大約3次到大約6次。替代地，可 以將多于一個(gè)纖維束36繞風(fēng)扇外殼12纏繞一次或多次以實(shí)現(xiàn)相同的結(jié) 果。纖維束36可以由本領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知的任何可接受的材料制 造，包括但不限制于玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳香族 聚酰胺纖維，和它們的組合。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，纖維束36可以 由碳纖維制造。另外，每個(gè)所利用的纖維束36可以包括從大約3000到 大約24000個(gè)纖維絲，且在一個(gè)實(shí)施例中包括12000個(gè)纖維絲。 一旦纖 維束36繞束縛凸緣角部33的屏障纖維34牢固地纏繞，則可以使用本 領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知的任何可接受的樹脂，例如環(huán)氧樹脂將它粘合， 以在端部凸緣預(yù)形成件32的剩余部分制造期間將它保持到位。至少 一層填充物纖維38然后可以施加在纖維束36上方以幫助填充
可能在束縛凸緣角部33和隨后施加的凸緣纖維之間存在的任何空間。類似于屏障纖維34，填充物纖維38的層可以是包括本領(lǐng)域一般技術(shù)人 員已知的任何合適的強(qiáng)化纖維的多方向紡織物預(yù)形成件，包括但不限制 于玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳香族聚酰胺纖維，和它 們的組合。也類似于屏障纖維34,填充物纖維可以繞風(fēng)扇殼體12的圓 周鄰近第一端板28且在屏障纖維34和纖維束36上纏繞，直至獲得了 希望的厚度。如果需要，則填充物纖維38可以使用本領(lǐng)域一般技術(shù)人 員已知的任何可接受的樹脂粘合，以幫助將填充物纖維38在剩余的制 造過程中保持到位。凸緣纖維40然后可以使用本領(lǐng)域任何已知的凸緣制造方法施加在 填充物纖維38上，以完成端部凸緣預(yù)形成件32的制造。凸緣纖維再次 可以包括任何合適的材料，例如玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖 維、芳香族聚酰胺纖維，和它們的組合，它們可以在填充物纖維38上 方繞工具24巻繞。為加固端部凸緣預(yù)形成件32,可以進(jìn)行壓實(shí)(debulk)步驟。特別 地，例如屏障纖維34、填充物纖維38和凸緣纖維40的強(qiáng)化纖維可以固 有地具有大量的松散部。為幫助在最終的材料固化期間防止褶皺和/或空 隙且為在最終的固化期間利用接近凈形狀(net shape)工具，材料的纖 維可以被加固或壓縮為更接近希望的最終固化厚度的尺寸。此加固在壓 實(shí)期間發(fā)生。壓實(shí)可以使用本領(lǐng)域一般技術(shù)人員已知的任何普通方法執(zhí)行，例如 通過以真空袋、收縮帶或其他機(jī)械裝置向復(fù)合纖維施加壓力。在壓實(shí)前 施加到纖維的樹脂可以幫助 一旦施加壓力則將纖維粘合或鎖定到位。如 果粘合的纖維不能在室溫下如希望地被加固，則可以施加熱以降低樹脂 的粘性。樹脂然后可以更好地滲入復(fù)合纖維且允許將加固進(jìn)行到希望的 程度。在完成端部凸緣預(yù)形成件32的鋪層和壓實(shí)后，可以將最終的固化 工具繞包括任何端部凸緣預(yù)形成件和安裝凸緣預(yù)形成件的風(fēng)扇外殼12 放置，以用作固化過程期間的模具。如本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將理解，最 后的固化工具和過程可以根據(jù)例如所使用的樹脂、零件幾何形狀和設(shè)備 容量的因素變化。如前所述，上文等同地可應(yīng)用于安裝凸緣以及端部凸緣。當(dāng)制造繞
風(fēng)扇外殼12的主體定位的安裝凸緣預(yù)形成件41時(shí)，可以使用導(dǎo)向件42 來替代第一或第二端板以提供將屏障纖維34和纖維束36靠著它施加的 表面，如一般地在圖5中示出。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)向件42可以包括 離散的弓形構(gòu)件，每個(gè)跨過180度以相應(yīng)地繞風(fēng)扇外殼12配合。導(dǎo)向 件42的弧可以可釋放地連接在一起，以容易地繞風(fēng)扇外殼12放置和調(diào) 整。然而，將理解的是，導(dǎo)向件42可以包括任何個(gè)數(shù)的部件且具有任 何對應(yīng)于復(fù)合結(jié)構(gòu)形狀的形狀。如前所討論，導(dǎo)向件42可以用作用于 施加屏障纖維34和纖維束36以及凸緣預(yù)形成件41的剩余纖維層的支 承件。導(dǎo)向件42可以是圓周形的且如所示出具有L形截面，且可以由 任何剛性的輕量材料構(gòu)造，例如由鋁或復(fù)合物構(gòu)造。 一旦安裝凸緣預(yù)形 成件41的一側(cè)如圖5中所示構(gòu)造，則導(dǎo)向件42可以去除。安裝凸緣預(yù) 形成件41的其他側(cè)然后可以以于第 一側(cè)相同的方式構(gòu)造。在此描述的束縛角部的實(shí)施例可以提供數(shù)個(gè)益處。例如，將纖維束 繞屏障纖維施加允許纖維束用作束繂件來在隨后的鋪層步驟期間將屏 障纖維保持在凸緣的角部。更特定地，當(dāng)另外的填充物纖維層和/或凸緣 纖維層放置和擁擠時(shí)，屏障纖維因?yàn)槔p繞的纖維束而保持束縛在角部。 這可以幫助降低或甚至消除在當(dāng)前的凸緣制造過程中經(jīng)常面臨的橋接 問題。另外，在固化期間，復(fù)合結(jié)構(gòu)形成工具端板和芯具有因固化過程的 熱和壓力相互膨脹和拉離的趨勢。這又能導(dǎo)致屏障纖維被拉出角部且導(dǎo) 致橋接。由纖維束造成的束縛角部可以幫助以兩個(gè)方式解決此問題。首 先，束縛角部可以通過幫助保持所教示的屏障纖維而在第 一情形中降低 橋接的發(fā)生。第二，在固化過程期間，前述的復(fù)合結(jié)構(gòu)形成工具的膨脹 可以使束縛角部的纖維束變緊，因此有效地將它和屏障纖維在希望的取 向相互拉靠且強(qiáng)化它們之間的附著。此書面描述使用了例子來披露本發(fā)明，包括披露本發(fā)明的最佳模 式，且也使得任何本領(lǐng)域一般技術(shù)人員能制成和使用本發(fā)明。本發(fā)明的 可專利的范圍由權(quán)利要求書限定且可以包括本領(lǐng)域一般技術(shù)人員想到 的其他例子。這樣的其他例子如果其結(jié)構(gòu)元件與權(quán)利要求的文字語言沒 有不同或如果其包括不大體上與權(quán)利要求的文字語言不同的等價(jià)結(jié)構(gòu) 元件，則它們意圖于在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種束縛凸緣角部(33)，其包括至少一層屏障纖維(34)；和繞該屏障纖維(34)纏繞的至少一個(gè)纖維束(36)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的束縛凸緣角部(33),其中，屏障纖維 (34)由從包括如下項(xiàng)的組中選擇的材料制成玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳香族聚酰胺纖維和它們的組合，優(yōu)選地由玻璃纖 維制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的任何項(xiàng)所述的束縛凸緣角部(33)，其 中，纖維束(36)由從包括如下項(xiàng)的組中選擇的材料制成玻疼纖維、 石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳香族聚酰胺纖維和它們的組合，優(yōu)選 地由碳纖維制成。
4. 一種凸緣(20, 22)，其具有束綽角部(")，包括 至少一層屏障纖維(34);繞該屏障纖維(34)纏繞的至少一個(gè)纖維束(36); 在纖維束(36)上方施加的至少一層填充物纖維(38);和 在填充物纖維(38)上方施加的至少一層凸緣纖維(40)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的所述的凸緣(20, 22),其中，凸緣(20、 22)從包括端部凸緣(20)、安裝凸緣(22)和它們的組合的組中選擇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的任何項(xiàng)所述的凸緣(20, 22)，其中， 填充物纖維(38)由從包括如下項(xiàng)的組中選擇的材料制成玻璃纖維、 石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳香族聚酰胺纖維和它們的組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4、 5或6的任何項(xiàng)所述的凸緣(20, 22 )，其中， 凸緣纖維(40)由從包括如下項(xiàng)的組中選擇的材料制成玻璃纖維、石 墨纖維、碳纖維、陶資纖維、芳香族聚酰胺纖維和它們的組合。
8. —種物品，包括復(fù)合結(jié)構(gòu)(10)，其包括凸緣(20, 22 )，具有束縛角部(33)， 包括至少一層屏障纖維(34);和繞該屏障纖維(34)纏繞的至少一個(gè)纖維束(36)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的所述的物品，其中，凸緣(20、 22)從包括 端部凸緣(20)、安裝凸緣(22)和它們的組合的組中選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的任何項(xiàng)所述的物品，其中，復(fù)合結(jié)構(gòu)(10 ) 是風(fēng)扇外殼(12)。
全文摘要
束縛凸緣角部包括至少一層屏障纖維和繞屏障纖維纏繞的至少一個(gè)纖維束。還包括的是凸緣，其具有束縛角部，包括至少一層屏障纖維，繞屏障纖維纏繞的至少一個(gè)纖維束，在纖維束上方施加的至少一層填充物纖維，和在填充物纖維上方施加的至少一層凸緣纖維。另外包括的是物品，包括復(fù)合結(jié)構(gòu)，其具有凸緣，具有束縛角部，包括至少一層屏障纖維，和繞屏障纖維纏繞的至少一個(gè)纖維束。
文檔編號F16S5/00GK101210646SQ20071016084
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者C·B·庫爾蒂斯, F·沃爾托夫, L·A·布蘭頓 申請人:通用電氣公司