由具有有机基体的复合材料构成的自增强壳体制造技术

本发明专利技术涉及一种通过基体致密化的纤维增强件而获得的复合材料制成的燃气涡轮机壳体(10)。该壳体(10)包括至少一个强化部分(17)，该强化部分以比与其邻近的壳体的上游部分(18)和下游部分(19)的半径大的半径延伸，以在壳体的内表面中形成环形凹部(171)。

Self reinforcing shell composed of composite material with organic matrix

The present invention relates to a gas turbine casing (10) made of composite material obtained by compact fiber reinforcement of a matrix. The housing (10) comprises at least one strengthening part (17), the strengthening part to upstream than adjacent housing part (18) and a downstream portion (19) extending radius radius, to form an annular recess on the inner surface of the housing (171).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由具有有机基体的复合材料构成的自增强壳体专利技术背景本专利技术涉及燃气涡轮机壳体，更具体地但非排它地，涉及用于航空发动机的燃气涡轮机风扇壳体。在燃气涡轮机航空发动机中，风扇壳体执行若干功能。特别地，其限定进入发动机的空气入口通道，其可选地支撑与风扇叶片的尖端对准的可磨耗材料和/或用于在发动机入口处进行声学处理的声波吸收器结构，并且其结合或支撑保持罩。壳体，诸如风扇壳体通常由金属材料制成，但是它们现在由复合材料制成，即，由通过有机基体致密化的纤维预制件制成，因此使得部件的总重量能够被制成比由金属制成时的相同部件的重量小，同时呈现即使没有更好也至少等效的机械强度。由有机基体复合材料制造风扇壳体具体描述在文献US8322971中。虽然使用复合材料壳体使得可以减小发动机的总重量，但是这种重量减小降低了壳体的共振频率，并且可能导致与来自风扇叶片尾流的干扰，其中然后当壳体自身谐振频率匹配由叶片的尾流产生的激发谐波时，壳体进入谐振。在这种情况下，需要增强复合材料壳体。专利技术目的和内容本专利技术的一个目的在于提出一种由复合材料制成的燃气涡轮机壳体，其在不显著增加壳体的尺寸和重量的情况下实现刚度增强。该目的通过一种由复合材料制成的燃气涡轮机壳体来实现，该复合材料包括由基体致密化的增强件，所述壳体是回转体形式的，并且特征在于，包括至少一个强化部分，该强化部分以比与所述强化部分邻近的壳体上游部分和下游部分的半径大的半径延伸，以在壳体的内表面中形成环形凹部。通过在壳体的轮廓形成至少一个阶梯，该壳体的轮廓不遵循通常由壳体整个内表面限定的空气流动通道的轮廓，本专利技术的壳体局部呈现出提供自增强的特定形状。因此，本专利技术的壳体具有增强的刚度且在不添加附加元件，诸如适配在复合材料壳体上的专用强化件的情况下实现而添加附加元件将使得壳体的制造更加复杂且将增加其总重量。根据本专利技术壳体一个方面，每个强化部分在轴向截面中呈现Ω形形状。有利地，由每个强化部分形成的环形凹部填充有填料材料或结构，以在邻近每个强化部分的壳体上游部分和下游部分之间提供壳体的内表面的连续性。还有利地，由每个强化部分形成的环形凹部填充有声衰减材料或结构。根据本专利技术壳体的另一个方面，其包括呈现大于壳体其余部分厚度的保持区域，所述强化部分(多个)位于保持区域的外侧。本专利技术还提供了一种具有本专利技术风扇保持壳体的燃气涡轮机航空发动机，以及具有一个或多个此类航空发动机的飞行器。本专利技术还提供一种由复合材料制造燃气涡轮机壳体的方法，该方法包括通过三维或多层编织以单件条的形式编织纤维织构，通过将纤维织构绕在支撑工具上而成形，以及用基体使纤维增强件致密，该方法的特征在于，在成形期间使纤维织构成一定形状，以获得具有至少一个阶梯状部分的纤维预制件，该阶梯状部分以比与所述台阶部邻近的预制件上游部分和下游部分的半径大的半径延伸，所述阶梯状部分在致密化之后在壳体的内表面中形成环形凹部。根据本专利技术方法的一个方面，每个强化部分在轴向截面中呈现Ω形形状。有利地，由每个强化部分形成的环形凹部填充有填料材料或结构，以在与每个强化部分邻近的壳体上游部分和下游部分之间提供壳体内表面的连续性。还有利地，由每个强化部分形成的环形凹部填充有声衰减材料或结构。根据本专利技术方法的另一个方面，纤维预制件具有厚度比形成壳体的保持区域的纤维预制件其余部分的厚度更大的区域，所述阶梯状部分(多个)位于该较大厚度部分的外侧。附图简述通过对作为非限制性示例给出的本专利技术特定实施例的以下描述并参考附图，本专利技术其它特征和优点将显而易见，其中：图1是根据本专利技术实施例的航空发动机的立体图；图2是图1发动机的风扇壳体的轴向截面一侧的视图；图3是根据本专利技术另一实施例的风扇壳体的轴向截面一侧的视图；图4是示出被成形用于形成图2风扇壳体的强化件的纤维织构的立体图；图5是通过缠绕如图4所示的纤维织构而获得的图2壳体的预制件的轴向截面一侧的视图；和图6是示出了在通过缠绕如图4所示的纤维织构而获得的图2壳体的预制件上的注入区段定位的截面图。具体实施方式本专利技术大体地应用于由有机基体复合材料制成的任何燃气涡轮机壳体。下文对本专利技术应用到用于燃气涡轮机航空发动机的风扇壳体进行描述。如图1示意性所示的此类发动机在气流的流动方上游到下游包括：位于发动机入口处的风扇1,压缩机2，燃烧室3，高压涡轮机4，以及低压涡轮机5。发动机容纳在壳体内，该壳体包括对应于发动机的不同部件的多个部分。因此，风扇1被呈回转体形式的风扇壳体10包围。图2示出了风扇壳体10的轮廓(在轴向截面上)，在该示例中风扇壳体10由有机基体复合材料制成，，即由例如碳、玻璃、芳族聚酰胺或陶瓷纤维并通过例如环氧树脂、双马来酰亚胺或聚酰亚胺基体的聚合物基体致密化制成的增强件。由复合材料制造壳体具体地描述在文献US8322971中。壳体的内表面11限定发动机的空气入口通道。壳体10可以在其上游和下游端具有外凸缘14、15，以使其能够安装并连接到其它元件。在其上游端和下游端之间，壳体10呈现变化的厚度，壳体的一部分16比端部厚并逐渐地过渡到其中。该部分16从上游到下游延伸穿过风扇的位置，以形成能够保持区域以保持发动机入口处摄取的或者由于风扇叶片损坏而产生的且通过风扇的旋转径向地投射的碎屑、颗粒或物体，以防止它们穿过壳体并损坏飞行器的其它部件。根据本专利技术，该壳体10还具有至少一个强化部分17，其以比邻近该强化部分17的壳体的上游部分18和下游部分19的半径大的半径延伸，以在壳体内表面11中形成环形凹部171。更具体地，强化部分17由环形平台173形成，该环形平台173相对于壳体的内表面11朝向壳体的外部径向偏移。环形平台173经由相应的环形梯级部172和174连接到限定壳体内表面11一部分的上游部分18和下游部分19。分别形成在梯级部172和174之间的以及在上游部分18和下游部分19的角度β172和β174优选地大于90°且小于180°。这些角度具体地定义成期望赋予壳体的刚度的函数以及制造可能性的函数。对应于其相对于壳体内表面11的径向偏移的平台高度H173还取决于期望提供给壳体的刚度，同时考虑到对壳体尺寸的约束，以使其能够集成在发动机的环境中。在当前所述的实施例中，平台173和梯级部172和174在轴向截面中呈现直线的轮廓。然而，在变型实施例中，这些元件同样可以具有略微弯曲或波浪形的轮廓。在当前描述的实施例中，强化部分17呈现Ω形形状，其是非常适于强化的形状。图3示出了根据本专利技术壳体20，其与上述壳体10的不同之处在于：由限定强化部分27的平台和环形梯级部273、273和274形成的环形凹部271填充有填料材料或结构，该结构在本示例中对应于用于提供声衰减的蜂窝结构275。在由强化部分27形成的环形凹部271中的填充用于为在上游部分28和下游部分29之间的内表面21提供连续性，并且因此避免改变由壳体的所述内表面限定的通道。填充可以使用任何适当类型的材料或结构来执行，特别是用于提供声衰减处理的材料(例如泡沫)或结构(例如蜂窝结构)。除了期望的刚度之外，强化部分中的平台高度还可以被定义为用于声学处理的最佳高度的函数。本专利技术壳体可以具有类似于上述强化部分17和27的多个强化部分。然而，强化部分(多个)优选地位于保持区域的外侧，该保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由复合材料制成的燃气涡轮机壳体(10)，所述燃气涡轮机壳体包括由基体增强的增强件，所述壳体是回转体形式且其特征在于，包括至少一个强化部分(17)，所述强化部分(17)以比与所述强化部分(17)邻近的所述壳体的上游部分(18)和下游部分(19)的半径大的半径延伸，以在所述壳体(10)内表面(11)中形成环形凹部(171)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.14 FR 1550278;2014.08.22 US 62/040,6801.一种由复合材料制成的燃气涡轮机壳体(10)，所述燃气涡轮机壳体包括由基体增强的增强件，所述壳体是回转体形式且其特征在于，包括至少一个强化部分(17)，所述强化部分(17)以比与所述强化部分(17)邻近的所述壳体的上游部分(18)和下游部分(19)的半径大的半径延伸，以在所述壳体(10)内表面(11)中形成环形凹部(171)。2.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，每个强化部分(17)轴向截面呈现Ω形形状。3.根据权利要求1或2所述的壳体，其特征在于，由每个强化部分(27)形成的所述环形凹部(271)填充有填料材料或结构(275)，以在与每个强化部分(27)邻近的所述壳体(20)的上游部分(28)和下游部分(29)之间提供所述壳体(20)所述内表面(21)的连续性。4.根据权利要求1或2所述的壳体，其特征在于，由每个强化部分(27)形成的所述环形凹部(271)填充有声衰减材料或结构(275)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的壳体，其特征在于，包括呈现大于所述壳体(10)的其余部分的厚度的保持区域(16)，一个或多个所述强化部分(17)位于保持区域(16)的外侧。6.一种具有根据权利要求1到5中任一项所述的风扇保持壳体(10)的燃气涡轮机航空发动机。7.一种包括一个或多个根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·马林，Q·D·罗姆巴特，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR