中空涡轮发动机叶片的纤维预制件制造技术

一种中空涡轮发动机叶片的纤维预制件，该预制件包括通过三维编织获得的并包含至少一个主要部件(41)主纤维结构，其中该主要部件(41)从第一连接带(44p)延伸，包括适用于实际上形成翼面的压力侧壁的第一主纵向部分(46)，然后包括适用于实际上形成翼面的前缘和尾缘的U形转弯的弯曲部分(45)，然后包括面对该第一主纵向部分(46)并适用于实际上形成翼面的吸力侧壁和在第二连接带(44q)终止的第二主纵向部分(47)，其中该第一和第二连接带(44p、44q)彼此固定并形成该主纤维结构的连接部分(44)，并且其中，该主纵向部分(46、47)被间隔开，以在所述主纵向部分(46、47)之间形成适用于在翼面中形成中空部的间隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书涉及一种中空涡轮发动机叶片的纤维预制件，这种中空叶片，以及制造这种中空叶片的方法。本专利技术也涉及一种包括这种中空叶片的涡轮发动机和航空器。这种预制件可用于制造中空叶片，如涡轮后叶片，或涡轮发动机中一些其它模块的叶片。
技术介绍
由于燃料的高成本，目前正进行大量工作以降低航空器涡轮喷气发动机的燃料消耗。对其燃料消耗具有影响的主要因素是航空器及其设备的重量，该设备包括涡轮喷气发动机本身。因此，几年来，新材料已经出现在航空器涡轮喷气发动机中并且已经获得了显著减少的重量。这特别适用于与常规使用的金属材料相比提供良好机械强度和低重量的复合材料：新一代涡轮喷气发动机因此具有大量由复合材料制成的部件。用于获得减少重量的另一方法寻求简化某些部件的形状或消除多余的某些元件。特别地，可以挖空过去通常为实心的某些部件。这特别地适用于在新一代涡轮发动机中为中空的某些叶片，特别地涡轮后叶片。特别地，这可以选择更善于承受在涡轮中存在的高温的材料，即使它们比常规材料有点重，但没有导致重量的增加。此外，这种中空叶片可用作维修或冷却空气的通道。在这种情况下，理论上应该可以使通过由复合材料制造这种中空叶片来减少重量的两种方法所提供的优点结合。然而，由复合材料制造中空部件的方法在数量上很少、复杂并且不是很令人满意。特别地，一种已知方法包括编织多个二维织物，通过堆叠它们使它们成形，然后通过共烧结将它们粘结在一起。然而，该方法需要大量的织物被编织，导致在堆叠中织物的共同成形过程中的困难，以及导致受到由其层压结构所导致的结构性弱点的部件。因此真正需要一种中空涡轮发动机叶片的纤维预制件，这种中空叶片，以及制造这种中空叶片的方法，同时至少部分地避免上述已知方法所固有的缺点。
技术实现思路
本说明书提供了一种中空涡轮发动机叶片的纤维预制件，该预制件包括通过三维编织获得的和包含至少一个主要部件的主纤维结构，其中该主要部件从第一连接带延伸，包括适用于实际上形成翼面的压力侧壁的第一主纵向部分，然后包括适用于实际上形成翼面的前缘或尾缘的U形转弯的弯曲部分，然后包括面对该第一主纵向部分并适用于实际上形成翼面的吸力侧壁和在第二连接带终止的第二主纵向部分，其中该第一和第二连接带彼此固定并形成该主要部件的连接部分，并且其中，该主纵向部分被间隔开，以在所述主纵向部分之间形成适用于在翼面中形成中空部的间隙。通过该预制件，由于其中空并且因为其由复合材料制成，可获得一种特别轻量的中空叶片。此外，由于该三维编织，这种中空叶片具有存在非常好的机械性能的单件结构。这种部件也具有减少的各向异性，因此在其上施加很大的机械强度，不管压力所施加的方向如何。特别地，其纤维的三维网络能够使其承受剪切力，而没有分层的风险，例如与共烧结的织物堆叠不同。通过该预制件，也简化了制造这种中空叶片的方法。该方法可包括使用三维梭织机实施的仅一个编织步骤，这在本领域中如今是众所周知的，从而降低了整体成本和制造这种中空叶片所需的时间。在适当的地方，也可以在该单一编织步骤中将一组叶片的其它元件结合在该预制件中，诸如，然后以单件方式与该中空叶片形成的平台或紧固件凸缘。此外，该预制件具有与最终叶片非常接近的形状，从而减少获得最终部件所需的加工量。特别地，对于这种预制件，可以从该编织步骤获得该前缘的最终或几乎最终形状，从而限制求助于仅加工对应于尾缘的连接部分。此外，通过避免任何奇异性，这特别地在该区域中获得了良好的机械性能。具体地，应该注意的是前缘区域通常处于比尾缘区域更大的压力下。自然也可想象一种预制件，其中该弯曲部分形成该尾缘的最终或几乎最终形状，加工专用于该前缘。该连接带优选地一直沿其相应主纵向部分的上游边缘延伸。在本说明书中，相对于叶片的主方向限定术语“纵向”、“横向”、“底”、“顶”及其衍生术语；此外，当提到该预制件时，它们相对于已成形的预制件被限定；相对于该涡轮发动机的主轴线限定术语“轴向”、“径向”、“切向”、“内”、“外”及其衍生术语；最后，术语“上游”和“下游”，当它们涉及该预制件时，相对于编织该预制件的方向被限定。在某些实施例中，该第一和第二连接带以互连方式编织在一起。这样，该预制件以及因此产生的中空叶片受益于在该连接部分中所包括的彼此结合的纤维三维网络：这可以提高该连接部分以及从而所产生叶片的前缘或尾缘的机械强度。此外，因此预制件被获得作为从编织步骤开始的单件。在某些实施例中，该U形转弯的弯曲部分实际上适用于形成前缘。该前缘的外形具有相对较大并且易于用梭织机获得的曲率半径。在某些实施例中，层在第一和第二连接带中交叉。这进一步提高了该连接部分的结合。在其它实施例中，该第一和第二连接带以非互连方式编织并且它们缝合在一起。在其它实施例中，该第一和第二连接带以非互连方式编织并且它们通过共烧结而粘结在一起。在某些实施例中，该预制件包括通过编织获得并被构造成装配到该主纤维结构边缘的副纤维结构。当该预制件的一部分位于从以下区域的下游时，这特别地有用，在该区域中织机的梭子实施U形转弯的运动并且该部分因此在同一编织步骤中不能与该预制件的其余部分编织在一起。这特别地适用于位于从该主纤维结构的主要部件的弯曲部分下游并用于例如形成平台或紧固件凸缘的部件的任何部分。在某些实施例中，通过三维编织获得该副纤维结构。在其它实施例中，该副纤维结构具有一个或多个二维层。在某些实施例中，副纤维结构通过缝合被装配到该主纤维结构的边缘。在某些实施例中，副纤维结构通过共烧结被装配到该主纤维结构的边缘。在某些实施例中，副纤维结构通过基质的共喷射被装配到该主纤维结构的边缘。在某些实施例中，至少一个该纤维结构包括至少一个径向部分，该径向部分从该主要部件的主纵向部分之一的底部或顶部边缘延伸并且适用于形成平台或紧固件凸缘。如上所述，这可以单件方式制造平台或紧固件凸缘，并且在与用于制造中空叶片的相同步骤中这样做。因此提高了组件(特别地在叶片与平台或凸缘之间的界面)的机械强度。此外，这可以减少所需部件的数量，特别地紧固件，从而减少了组件的重量和成本。在某些实施例中，所述径向部分一直沿所述主纵向部分的所述底部或顶部边缘延伸。在某些实施例中，至少一个该纤维结构进一步包括从所述径向部分的边缘延伸并且适用于形成紧固件凸缘的至少一个副纵向部分。在某些实施例中，至少一个该纤维结构包括重叠部分，当该纤维结构平坦时，该重叠部分位于该主要部件的连接部分的至少一部分上游，一个间隙留在所述重叠部分和该连接部分之间。由于在编织结束时获得该间隙，可在该纤维结构中切出该间隙。这可以制造突出超过该中空叶片的翼弦面的平台部分或凸缘部分。因此也可以制造重叠区域，其中各个纤维结构片一旦成形就彼此重叠，从而对于最终获得的完整平台或紧固件凸缘提供更好的结合和更好的强度。在某些实施例中，该主要部件的连接部分在其底部和/或在其顶部具有比其中部更小的宽度。在底部或顶部的较小宽度用于限制在该部分区域中所需要的加工量；由于在叶片的前缘和尾缘与平台之间的连接，这很敏感。相反，更大宽度在连接区域之间的中部是可能的，以获得高强度，由于该区域受到更少的限制。在某些实施例中，用于编织该预制件的纱线为陶瓷氧化物、碳或碳化物类型的纤维，优选地为氧化铝、莫来石、硅石、氧化锆、碳化硅或它们的混合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中空涡轮发动机叶片的纤维预制件，该预制件包括通过三维编织获得的并包括至少一个主要部件(41)的主纤维结构；其中该主要部件(41)从第一连接带(44p)延伸，包括适用于实际上形成翼面(21)的压力侧壁(26)的第一主纵向部分(46)，然后包括适用于实际上形成翼面的前缘(28)和尾缘(29)的U形转弯的弯曲部分(45)，然后包括面对该第一主纵向部分(46)并适用于实际上形成翼面(21)的吸力侧壁(27)和在第二连接带(44q)终止的第二主纵向部分(47)；其中该第一和第二连接带(44p、44q)彼此固定并形成该主纤维结构的连接部分(44)；并且其中，该主纵向部分(46、47)被间隔开，以在所述主纵向部分(46、47)之间形成适用于在翼面中形成中空部(30)的间隙(50)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.23 FR 13603391.一种中空涡轮发动机叶片的纤维预制件，该预制件包括通过三维编织获得的并包括至少一个主要部件(41)的主纤维结构；其中该主要部件(41)从第一连接带(44p)延伸，包括适用于实际上形成翼面(21)的压力侧壁(26)的第一主纵向部分(46)，然后包括适用于实际上形成翼面的前缘(28)和尾缘(29)的U形转弯的弯曲部分(45)，然后包括面对该第一主纵向部分(46)并适用于实际上形成翼面(21)的吸力侧壁(27)和在第二连接带(44q)终止的第二主纵向部分(47)；其中该第一和第二连接带(44p、44q)彼此固定并形成该主纤维结构的连接部分(44)；并且其中，该主纵向部分(46、47)被间隔开，以在所述主纵向部分(46、47)之间形成适用于在翼面中形成中空部(30)的间隙(50)。2.根据权利要求1所述的纤维预制件，其中，该第一和第二连接带(44p、44q)以互连方式编织在一起。3.根据权利要求1或2所述的纤维预制件，进一步包括通过编织获得并被构造成装配到该主纤维结构(41)边缘的副纤维结构(48i)。4.根据权利要求1到3任一所述的纤维预制件，其中，至少一个该纤维结构(48i)包括至少一个径向部分(52)，该径向部分从该主要部件(41)的主纵向部分(46)之一的底部或顶部边缘延伸并且适用于形成平台(22)或紧固件凸缘。5.根据权利要求4所述的纤维预制件，其中，至少一个该纤维结构包括重叠部分(152m)，当该纤维结构平坦时，该重叠部分位于该主要部件(141)的连接部分(144)的至少一部分上游，间隙(149)留在所述重叠部分(152m)和该连接部分(144)之间。6.根据权利要求1到5任一所述的纤维预制件，其中，该主要部件(41)的连接部分(44)在其底部和/或在其顶部具有比其中部更小的宽度。7.一种特别地涡轮后叶片类型的中空叶片，其特征在于，它由根据任一前述权利要求所述的纤维预制件(40)制成为复合材料的单件，所述预制件(40)在模具中成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·波杰斯基，布鲁诺·杰克斯·杰拉德·达米布瑞恩，索恩·勒弘，多米尼克·玛丽·克里斯蒂安·库普，卢多维克·埃德蒙德·卡米尔·莫利克斯，乔纳森·戈林，
申请(专利权)人：斯奈克玛，赛峰集团，
类型：发明
国别省市：法国;FR