包括配备有加强筋的平台的复合叶片制造技术

一种用于涡轮机叶片的纤维预成形件和由该预成形件形成的单块叶片，包括这种叶片的叶片盘和涡轮机；该纤维预成形件通过三维编织获得，并包括：第一纵向部分，所述第一纵向部分能够形成叶片根部(21)；第二纵向部分，所述第二纵向部分向上延伸该第一纵向部分，并能够形成翼型部分(22)；第一横向部分，所述第一横向部分从在该第一纵向部分与该第二纵向部分之间的连接部横向地延伸，并能够形成第一平台(23)；以及第一加强条带，所述第一加强条带从第一横向部分的远端向下延伸，并能够形成第一平台加强筋。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括配备有加强筋的平台的复合叶片
本专利技术涉及一种用于涡轮发动机叶片的纤维预成形件，并且也涉及能够由这种预成形件制成的单件叶片，转子轮以及包括这种叶片的涡轮发动机。这种预成形件可用于制造包括空气动力平台的单件叶片，在该空气动力平台中控制离心变形。这种叶片特别地可以是用于飞机涡轮喷气发动机的风机叶片，仅举一个例子。
技术介绍
为了减少飞机涡轮喷气发动机的重量，并且因此减少这种涡轮喷气发动机的燃料消耗，已经知道由复合材料制造喷气发动机的某些叶片，所述复合材料比迄今为止常规使用的金属要轻得多。为此，现在也已知使用三维(3D)编织技术来获得导致质量非常好的复合叶片的纤维预成形件。特别地，文献WO2014/076408描述了一种编织翼型的预成形件的方法，其使得可以以单件方式获得叶片，所述叶片包括压力侧平台和吸力侧平台的两个平台，该平台具有恒定的厚度。然而，在对这种叶片进行的试验和模拟期间，本专利技术人已经发现，在涡轮发动机运行的同时起作用的离心力的作用下，平台的各个区域或多或少地变形。特别地，本专利技术人已经观察到，该平台的区域的变形随着与翼型的偏移的增加而增加。在这种情况下，在运行时，这些平台呈现出可能扰乱空气流，并因此影响涡轮发动机的效率的形状不规则性。此外，本专利技术人已经观察到，通常为较长平台的吸力侧平台比压力侧平台受到更大的弯曲，使得在两个连续叶片的吸力侧平台与压力侧平台之间的界面处出现不连续性，也存在压力侧平台被相邻的吸力侧平台重叠的风险。因此，存在对于至少部分不存在已知系统固有的上述缺陷的纤维预成形件、叶片、转子轮和涡轮发动机的真正需要。
技术实现思路
本专利技术涉及一种通过三维编织获得的用于涡轮发动机叶片的纤维预成形件，所述预成形件包括：第一纵向段，所述第一纵向段适于形成叶片根部；第二纵向段，所述第二纵向段向上延伸第一纵向段，并适于形成翼型部分；第一横向段，所述第一横向段从第一纵向段与第二纵向段之间的接合处横向延伸，并且适于形成第一平台；以及第一加强筋条带，所述第一加强筋从第一横向部分的远端边缘向下延伸，并且适于形成第一平台加强筋。在本说明书中，术语“纵向”、“横向”、“底部”、“顶部”及其衍生词相对于所考虑的叶片的主方向被定义，叶片根部位于这个参考系中的叶片的底部端部处；术语“轴向”、“径向”、“切向”、“内部”、“外部”及其衍生词相对于承载叶片的转子轮的主轴线，即通常为涡轮发动机的轴线而定义。术语“轴向平面”用于表示包括涡轮发动机主轴线的平面，术语“径向平面”是垂直于主轴线的平面；术语“纵向平面”用于表示平行于叶片的主方向并垂直于叶片根部延伸的方向的平面：这种纵向平面因此是涡轮发动机的参考系中的径向平面。此外，术语“上游”和“下游”是相对于通过涡轮发动机的空气的流动来定义的。通过这种预成形件，可以获得单件叶片，所述单件叶片包括叶片根部、翼型部分和至少一个具有加强筋的平台，该加强筋确保涡轮发动机正在运行的同时在离心力的作用下平台的更规则的变形。基本上径向地延伸的该加强筋条带的存在用于连接和加强平台的各个区域，特别是平台的远端区域中的各个区域，从而趋于确保平台端部处的变形更加均匀。因此平台的变形可以平均化，也就是说，沿着向外方向，通常剧烈偏斜的区域拉动通常较少偏斜的区域，而较少偏斜的区域用于向内部保持经受高水平的离心力的区域。在这种情况下，在操作中，平台保持相对规则的轮廓，并且几乎或甚至根本不干扰空气流的流动。通过该预成形件，由此可以从三维编织单件叶片的优点中获益(节省重量；更少数量的零件；简化的组装和维修；等)，同时确保空气流在空气动力学上是规则的。此外，在发生暴力冲击的情况下，例如，由于摄入鸟类，则这种加强筋形成基台，所述基台防止平台与相邻叶片的平台重叠。在某些实施例中，第一加强筋条带具有不同的宽度。以这种方式，可以考虑到平台的形状，以便以更优化的方式补偿平台的变形。特别地，变化的宽度使得可以首先调节加强筋条带的刚度，从而调节从平台的一个区域到另一个区域的力的传递，其次调节局部地加在平台上的重量，因此局部调节施加在平台上的离心力。特别地，通过局部增加通常较少偏斜的平台的区域的重量而增加该区域中的离心力的大小，使得其被稍微更多地偏斜，并且更容易地与自然地更大程度地偏斜的相邻区域对齐。在某些实施例中，第一加强筋条带一直沿着第一横向段的远端边缘延伸。以这种方式，总是沿着该平台对离心力进行控制。在某些实施例中，第一加强筋条带具有其中第一横向段的宽度为最大的最小宽度，即在其宽度最大的纵向平面中。专利技术人已经发现平台的宽度越大(并且因此是第一横向段)，平台所述区域受到径向变形的程度越大。这可以通过以下事实来解释：平台越长，由离心力施加在所述区域的远端部分上的弯矩越大，因为将该远端部分连接到其中平台连接到叶片根部的区域的杠杆臂较长。在这种情况下，在该实施例中，在自然地剧烈偏斜的该区域中增加仅仅一点重量，使得操作中的径向变形很少或完全不会被恶化。在某些实施例中，第一加强筋条带具有其中第一横向段的宽度为最小的最大宽度，或者更精确地在其宽度最小的纵向平面中。以这种方式，在自然地偏斜很小的区域中增加了更大的重量，使得该区域在操作中呈现更大的径向变形，并且因此更容易地与自然地更大程度地偏斜的相邻区域对齐。在某些实施例中，当沿着第一横向段的远端边缘前进时，第一加强筋条带的宽度在第一横向段的宽度减小的同时增加，并且在第一横向段的宽度增加同时也减小。以这种方式，加强筋条带的重量和刚度根据其形状一直沿着平台进行调节：这因此获得了在一直沿着其长度而更规则的操作中的平台变形。在某些实施例中，给定纵向平面中的第一加强筋条带的宽度与所述纵向平面中的第一横向段的宽度成反比。专利技术人已经观察到，该关系确保了平台变形的非常好的规则性，并且因此导致空气流所受到的空气动力学变形的显著降低。在某些实施例中，第一加强筋条带具有恒定数量的纱线层。因此其厚度可以是恒定的。在某些实施例中，第一加强筋条带具有与第一横向段的数量相同的纱线层。形成第一加强筋条带的纱线层优选地来自形成第一横向段的纱线层。在这种情况下，第一加强筋条带的厚度与第一横向段的厚度相同。在其它实施例中，第一加强筋条带(或来自于其的加强筋)的厚度小于或大于第一横向段(或其来源的平台)的厚度。特别地，第一加强筋条带(或来自于其的加强筋)的厚度可以沿其主要方向变化。在某些实施例中，当沿着第一横向段的远端边缘行进时，第一加强筋条带的给定长度的段的重量在第一横向段的宽度减小的同时增加，且在第一横向段的宽度增加的同时减少。在某些实施例中，第一加强筋条带的给定段的重量与包括该段的纵向横向平面中的第一加强筋条带的长度成反比。在某些实施例中，第一加强筋条带与第一横向段形成一角度，该角度在60°至89°的范围内，优选在75°至85°的范围内。以这种方式，当两个叶片连续地安装在相同的转子轮上时，相对于彼此具有一定的倾斜角度，它们的平台可以一直沿着进一步有助于减少径向变形的大区域的接触表面连续地设置，它们的加强筋彼此压靠，忽略操作间隙(如果有的话)。相反，可以观察到，在90°的结构中，两个连续平台的加强筋彼此阻碍，使平台处于应力状态，并且在加强筋之间仅提供一接触线，从而极大地影响平台的机械性能。在某些实施例中，预成形件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过三维编织获得的用于涡轮发动机叶片的纤维预成形件，所述预成形件包括：第一纵向段(31)，所述第一纵向段(31)适于形成叶片根部(21)；第二纵向段(32)，所述第二纵向段(32)向上延伸所述第一纵向段(31)，并适于形成翼型部分(22)；第一横向段(33)，所述第一横向段(33)从所述第一纵向段(31)和第二纵向段(32)之间的接合部处横向延伸，并适于形成第一平台(23)；以及第一加强筋条带(35)，所述第一加强筋条带(35)从所述第一横向部分(33)的远端边缘向下延伸，并且适于形成第一平台加强筋(25)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.03 FR 1555064;2014.10.30 US 62/072,6321.一种通过三维编织获得的用于涡轮发动机叶片的纤维预成形件，所述预成形件包括：第一纵向段(31)，所述第一纵向段(31)适于形成叶片根部(21)；第二纵向段(32)，所述第二纵向段(32)向上延伸所述第一纵向段(31)，并适于形成翼型部分(22)；第一横向段(33)，所述第一横向段(33)从所述第一纵向段(31)和第二纵向段(32)之间的接合部处横向延伸，并适于形成第一平台(23)；以及第一加强筋条带(35)，所述第一加强筋条带(35)从所述第一横向部分(33)的远端边缘向下延伸，并且适于形成第一平台加强筋(25)。2.根据权利要求1所述的预成形件，其中，所述第一加强筋条带(35)具有变化的宽度(L5)。3.根据权利要求1或2所述的预成形件，其中，所述第一加强筋条带(35)一直沿着所述第一横向段(33)的远端边缘延伸。4.根据权利要求3所述的预成形件，其中，所述第一加强筋条带(35)在所述第一横向段(33)的宽度(L3)最大处具有最小宽度(L5)；以及所述第一加强筋条带(35)在所述第一横向段(33)的宽度(L3)最小处具有最大宽度(L5)。5.根据权利要求3或4所述的预成形件，其中，当沿着所述第一横向段(33)的远端边缘行进时，所述第一加强筋条带(35)的宽度(L5)在所述第一横向段(33)的宽度(L3)减小的同时增加，并且在所述第一横向段(33)的宽度(L3)增加的同时而减小。6.根据权利要求5所述的预成形件，其中，在给定纵向平面中的所述第一加强筋条带(35)的宽度(L5)与所述纵向平面中的所述第一横向段(33)的宽度(L3)成反比。7.根据权利要求1至6中任一项所述的预成形件，其中，所述第一加强筋条带(35)与所述第一横向段(33)形成一角度(...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·马林，托马斯·阿兰·德高兰，奥德里·拉盖尔，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，
类型：发明
国别省市：法国,FR