本发明涉及制造用于推进组件(例如,用于航空发动机的燃气轮机风扇外壳、空气入口或机舱罩)的复合材料旋转部件的一般领域。
背景技术:
1、在航空燃气涡轮发动机中,风扇外壳执行多种功能。其限定了进入到发动机中的空气入口流道,支撑了面向风扇叶片尖端的可磨损材料,支撑了用于发动机入口处的声学处理的可能声波吸收结构,并且结合或支撑了防护罩。该防护罩构成了碎片收集器,该碎片收集器保留通过离心作用飞溅出来的碎片(例如,摄入的物体或被损坏的叶片的碎片),以便防止它们穿过外壳并且到达飞行器的其他部分。
2、以前由金属材料制成的外壳(例如,风扇外壳)现由复合材料制成,即通过有机基体致密化的纤维预制件制成,这使得:可以生产出一种部件,所述部件在它们由金属材料制成时其总质量比这些相同部件的质量低,同时具有至少相等的机械强度(如果不是更大的话)。
3、文献us 8 322 971中特别描述了由有机基体复合材料制成的风扇外壳的制造。在文献us 8 322 971中公开的外壳中,防护罩由在外壳的纤维增强件水平处获得的多余的厚度部分(其具有可变的厚度)构成。纤维增强件是通过卷绕具有能够形成防护罩的多余的厚度部分的3d编织纤维织物而获得的。
4、然而,为了能够容纳在叶片损失的情况下以非常高的能量飞溅的碎片,多余的厚度部分必须在径向方向上始终具有显著的尺寸,这显著地增加了复合材料部件的总质量。这同样适用于推进组件的空气入口或机舱罩。
技术实现思路
1、因此,期望能够具有一种解决方案,以提供用于推进组件的复合材料旋转部件,该复合材料旋转部件具有比现有技术的复合材料外壳的总质量低的总质量,同时具有至少等同的(如果不是更高的)保持能力。
2、为此,根据本发明,提出了一种用于制造用于推进组件的复合材料旋转部件的方法,该方法包括:
3、-在心轴上制作纤维预制件,该心轴具有与待制造部件的轮廓相对应的轮廓,以及-通过基体使该纤维预制件致密化,
4、其特征在于,制作所述纤维预制件包括:形成条形的纤维坯料,所述条形的纤维坯料包括至少一个连续纤维层和至少一个不连续纤维层,所述纤维坯料成形在所述心轴上,所述纤维坯料的所述至少一个连续纤维层围绕所述心轴延伸至少一整圈。
5、因此,本发明的方法可以获得具有改进的保持能力的复合材料部件,这是由于在其纤维增强件中存在一个或几个不连续纤维层。在与诸如航空发动机外壳中的叶片的突出物体碰撞(fbo:风扇叶片脱落)的情况下,该不连续纤维层确实能够被损坏,以耗散能量。所述部件的所述连续纤维层确保了所述部件的机械内聚力和强度。
6、因此,可以在不需要太大的厚度增加的情况下制造出具有非常好的保持能力的复合材料旋转部件,这些部件具有比现有技术复合材料部件的总质量低的总质量。
7、根据本发明方法的一个方面,所述不连续纤维层是具有不连续长纤维的非编织织物或无规纤维垫。
8、根据本发明方法的另一个方面,所述连续纤维层选自以下纤维结构中的至少一种:三维编织结构、单向层堆叠、二维编织层堆叠、编织物。所述纤维坯料可以包括单个连续纤维层,该单个连续纤维层与条形纤维结构相对应,该条形纤维结构具有多根经纱与多根纬纱之间的三维编织。在这种情况下,制作所述纤维预制件包括:将所述纤维坯料整体卷绕在所述心轴上一圈或几圈。所述纤维坯料可以包括:单个连续纤维层,该单个连续纤维层也与具有三维编织的条形纤维结构相对应,该条形纤维结构在长度方向上包括第一部分和第二部分,在所述第一部分中,经纱在所述纤维结构的整个厚度上通过纬纱相互连接,所述第二部分包括非相互连接区域,该非相互连接区域存在于所述纤维结构的厚度的中间位置处,并且沿与所述纤维结构的表面平行的平面在所述纤维结构中延伸,所述非相互连接区域将所述纤维结构分成第一蒙皮和第二蒙皮;所述不连续纤维层,其被布置在所述第一蒙皮与所述第二蒙皮之间。在这种情况下,制作所述纤维结构包括:将所述纤维坯料卷绕在所述心轴上一圈或几圈。
9、本发明还涉及一种用于推进组件的复合材料旋转部件,该复合材料旋转部件包括纤维增强件,所述纤维增强件通过基体致密化,其特征在于,所述纤维增强件在厚度方向上包括至少一个连续纤维层和至少一个不连续纤维层。
10、如上所述,本发明的复合材料部件提供了非常好的保持能力,同时具有可控的厚度,并且因此,与现有技术的复合材料部件相比,其总质量减小。
11、根据本发明的一个方面,所述不连续纤维层是具有不连续长纤维的非编织织物或无规纤维垫。
12、根据本发明的另一个方面,所述连续纤维层选自以下纤维结构中的至少一种:三维编织结构、单向层堆叠、二维编织层堆叠、编织物。所述纤维增强件可以包括:单个连续纤维层,该单个连续纤维层由具有三维编织或多层编织的条形纤维结构构成,该条形纤维结构包括第一部分和第二部分,在所述第一部分中,经纱在所述纤维结构的整个厚度上通过纬纱相互连接,所述第二部分包括非相互连接区域,该非相互连接区域存在于所述纤维结构的厚度的中间位置处,该非相互连接区域将所述纤维结构分成第一蒙皮和第二蒙皮;所述不连续纤维层,其存在于所述第一蒙皮与所述第二蒙皮之间。
13、根据本发明所述部件的另一个方面,后者与包括护罩的外壳相对应,该护罩包括:形成保持区域的超厚部分,该护罩还包括:位于其轴向端部处的夹具。
1.一种用于制造用于推进组件的复合材料旋转部件(100)的方法,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述至少一个不连续纤维层是具有不连续长纤维的非编织织物(80)或无规纤维垫(60)。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述至少一个连续纤维层选自以下纤维结构中的至少一种:三维编织结构、单向层堆叠、二维编织层堆叠、编织物。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述纤维坯料(140)包括:与条形纤维结构(50)相对应的连续纤维层,所述条形纤维结构具有多根经纱(20)与多根纬纱(30)之间的三维编织,并且其中,制作所述纤维预制件包括:将所述纤维坯料卷绕在所述心轴上一圈或几圈。
5.根据权利要求3所述的方法,其中,所述纤维坯料包括:连续纤维层,其与具有三维编织的条形纤维结构(70)相对应,所述条形纤维结构(70)在长度方向上包括第一部分(76)和第二部分(75),在所述第一部分中,所述经纱在所述纤维结构的整个厚度上通过所述纬纱相互连接,所述第二部分包括非相互连接区域(71),所述非相互连接区域存在于所述纤维结构的厚度的中间位置处,并且沿与所述纤维结构的表面平行的平面在所述纤维结构中延伸,所述非相互连接区域(71)将所述纤维结构分成第一蒙皮(73)和第二蒙皮(74);不连续纤维层,其被布置在所述第一蒙皮与所述第二蒙皮之间,并且其中,制作所述纤维结构包括:将所述纤维坯料卷绕在所述心轴上一圈或几圈。
6.一种用于推进组件的复合材料旋转部件(100),所述复合材料旋转部件包括纤维增强件,所述纤维增强件通过基体而被致密化,其特征在于,所述纤维增强件在厚度方向上包括至少一个连续纤维层和至少一个不连续纤维层。
7.根据权利要求6所述的部件,其中,所述至少一个不连续纤维层是具有不连续长纤维的非编织织物(80)或无规纤维垫(60)。
8.根据权利要求6或7所述的部件,其中,所述至少一个连续纤维层选自以下纤维结构中的至少一种:三维编织结构、单向层堆叠、二维编织层堆叠、编织物。
9.根据权利要求8所述的部件,其中,所述纤维增强件包括:连续纤维层,其与具有三维编织或多层编织的条形纤维结构(70)相对应,所述条形纤维结构包括第一部分(76)和第二部分(75),在所述第一部分中,经纱在所述纤维结构的整个厚度上通过纬纱相互连接,所述第二部分包括非相互连接区域(71),所述非相互连接区域存在于所述纤维结构的厚度的中间位置处,所述非相互连接区域(71)将所述纤维结构分成第一蒙皮(73)和第二蒙皮(74);所述不连续纤维层,其存在于所述第一蒙皮与所述第二蒙皮之间。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的部件,所述部件与包括护罩的外壳(600)相对应,所述护罩包括:形成保持区域的超厚部分(610),所述护罩还包括:位于其轴向端部处的夹具(604、605)。