一种包容机匣、航空发动机及包容机匣的制造方法技术

本公开涉及一种包容机匣，包括：板形预制体，卷绕成多层的且呈环形的机匣轮廓；以及填充材料，填充成型于所述机匣轮廓中；其中，所述板形预制体包括互相编织的多股纤维束，每股所述纤维束包括互相缠绕的多根纤维，所述机匣轮廓的至少一层中的至少一股纤维束被分出至少一根纤维，与相邻层中的至少一股纤维束并股并在所述相邻层进行编织。根据本公开实施例，本申请能够提升风扇包容机匣在冲击载荷下保持结构完整性的能力，尤其能够提高板状预制体尾端处纤维预制体层与尾端下方的区域预制体的层间强度，降低了各层间界面发生的失效的几率，提高了机匣的包容能力，从而提升发动机的安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种包容机匣、航空发动机及包容机匣的制造方法


[0001]本公开涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种包容机匣、航空发动机及包容机匣的制造方法。

技术介绍

[0002]航空发动机和燃气轮机中存在大量高速旋转的叶片，在外物冲击、工艺缺陷等情况下，旋转中的叶片可能发生脱落，因此要求发动机机匣具备良好的包容性，保证高速高能的碎片不穿透机匣，不对设备和人员造成损伤；同时，叶片飞脱后的发动机转子存在巨大不平衡载荷，会使发动机在停车前产生持续的振动，这期间仍要求机匣保持一定的结构完整性，不发生解体；此外，发动机机匣尺寸较大，其重量会对发动机总重有明显影响，进而影响发动机效率。
[0003]针对上述的包容机匣的包容性要求、强度要求和重量要求，新一代商用发动机中的低温端机匣普遍采用碳纤维复合材料：
[0004]欧洲专利EP1674244中提出了使用三轴机织预制体，加树脂液体成型工艺制造等厚度的风扇包容机匣；
[0005]欧洲专利EP1674671中提出了一种变厚度的风扇包容机匣，机匣复材核心的增强相是周向对齐、多层叠加的编织物，除此之外的复材层由螺旋缠绕的编织物获得；
[0006]美国专利US8322971B2提出了一种复合材料包容机匣，先采用三维机织方法加工变厚度纤维预制体，再在一个芯轴上叠层缠绕获得机匣预制体，然后通过树脂液体成型得到机匣。
[0007]然而经过分析与实验，制造人员发现通过缠绕预制体的方法制备包容机匣，不同预制体层的界面处容易在遭受叶片脱落载荷时，在层间应力的作用下失效，进而导致包容机匣的界面处脱粘，不同层的预制体开始分离。特别的，机匣外侧缠绕预制体的末端，属于自由端，更容易在受到叶片脱落的冲击载荷后，与内层发生界面脱开，继而引发大面积的层间脱粘。而叶片脱落后，发动机会出现持续一段时间的剧烈振动，引起界面失效脱粘的影响范围不断增大，最终导致机匣的刚度严重下降，甚至机匣解体，对人机安全造成巨大威胁。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本公开实施例提供一种包容机匣、航空发动机及包容机匣的制造方法，能够提升包容机匣在冲击载荷下保持结构完整性的能力，提升发动机的安全性。
[0009]在本公开的一个方面，提供一种包容机匣，包括：
[0010]板形预制体，卷绕成多层的且呈环形的机匣轮廓；以及
[0011]填充材料，填充成型于所述机匣轮廓中；
[0012]其中，所述板形预制体包括互相编织的多股纤维束，每股所述纤维束包括互相缠绕的多根纤维，所述机匣轮廓的至少一层中的至少一股纤维束被分出至少一根纤维，与相邻层中的至少一股纤维束并股并在所述相邻层进行编织。
[0013]在一些实施例中，所述板形预制体为长方体，所述板形预制体包括：
[0014]第一区域，位于所述长方体沿长度方向的第一端，并沿径向位于所述机匣轮廓的最外层，所述第一区域的长度不小于所述机匣轮廓最外层对应10
°
圆心角的弧长；以及
[0015]第二区域，位于所述机匣轮廓的次外层，并位于所述第一区域的径向内侧，所述第二区域与所述第一区域所分别对应的圆心角至少部分重叠；
[0016]其中，所述第一区域的至少一股纤维束被分出至少一根纤维，与所述第二区域中的一股纤维束并股并在所述第二区域中编织。
[0017]在一些实施例中，所述多股纤维束包括：
[0018]多根纬向纤维束，沿所述长方体的宽度方向延伸，且所述多根纬向纤维束在垂直于所述宽度方向的平面上的投影呈矩阵分布；以及
[0019]多根经向纤维束，沿所述长方体的长度方向延伸，每根所述经向纤维束包括至少两根纤维，并且在垂直于所述宽度方向的平面上的投影每根所述经向纤维束均绕经多根所述纬向纤维束；
[0020]其中，被同一所述经向纤维束绕经的相邻的两根所述纬向纤维束处于所述矩阵分布的不同排和不同列。
[0021]在一些实施例中，每根所述经向纤维束呈波浪形的编织结构与多根所述纬向纤维束进行编织，所述波浪形的编织结构包括多组首尾相连的波浪段，每组所述波浪段包括第一弧形和第二弧形，在所述第一弧形，所述经向纤维束沿径向斜向外侧地穿过呈两层三列矩阵分布的纬向纤维束，在所述第二弧形，所述经向纤维束沿径向斜向内侧地穿过两层三列矩阵分布的纬向纤维束。
[0022]在一些实施例中，多根经向纤维束包括：
[0023]第一经向纤维束，沿径向位于所述第一区域的最内侧；以及
[0024]第二经向纤维束，沿径向位于所述第二区域的最外侧；
[0025]其中，所述第一经向纤维束分为第一纤维和第二纤维，所述第一纤维沿所述第一经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置，所述第二纤维穿入所述第二区域中，与所述第二经向纤维束合股后，沿所述第二经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置。
[0026]在一些实施例中，多根经向纤维束包括：
[0027]第三经向纤维束，沿径向位于所述第一区域的最内侧；
[0028]第四经向纤维束，沿径向位于所述第一区域的次内侧；
[0029]第五经向纤维束，沿径向位于所述第二区域的最外侧；以及
[0030]第六经向纤维束，沿径向位于所述第二区域的次外侧；
[0031]其中，所述第三经向纤维束分为第三纤维和第四纤维，所述第三纤维沿所述第三经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置，所述第四纤维穿入所述第二区域中，与所述第六经向纤维束合股后，沿所述第六经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置；
[0032]所述第四经向纤维束分为第五纤维和第六纤维，所述第五纤维继续沿所述第四经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置，所述第六纤维穿入所述第二区域中，与所述第五经向纤维束合股后，沿所述第五经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置。
[0033]在一些实施例中，所述板形预制体还包括：
[0034]第三区域，位于所述长方体沿长度方向的第二端，并沿径向位于所述机匣轮廓的
最内层，所述第三区域的长度不小于所述机匣轮廓最外层对应10
°
圆心角的弧长；
[0035]其中，沿所述板形预制体的长度方向，所述第一区域和所述第三区域的厚度向端部减缩。
[0036]在一些实施例中，在所述第一区域的端部和所述第三区域的端部，沿所述板形预制体的厚度方向，所述纬向纤维束为至少三层分布；在所述板形预制体除所述第一区域和所述第三区域以外的区域，沿所述板形预制体的厚度方向，所述纬向纤维束的分布层数大于等于所述第一区域和所述第三区域的所述纬向纤维束的分布层数。
[0037]在一些实施例中，所述板形预制体还包括沿宽度方向分布的包容区、过渡区和/或法兰区，并且所述包容区、所述过渡区和/或所述法兰区的厚度依强度需要而不同。
[0038]在一些实施例中，在所述板形预制体不同厚度的区域，多股所述纤维束的编织结构不同，在所述板形预制体的厚度渐变区域，多股所述纤维束的粗细随所述板形预制体的厚度而渐变。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包容机匣，其特征在于，包括：板形预制体，卷绕成多层的且呈环形的机匣轮廓；以及填充材料，填充成型于所述机匣轮廓中；其中，所述板形预制体包括互相编织的多股纤维束，每股所述纤维束包括互相缠绕的多根纤维，所述机匣轮廓的至少一层中的至少一股纤维束被分出至少一根纤维，与相邻层中的至少一股纤维束并股并在所述相邻层进行编织。2.根据权利要求1所述的包容机匣，其特征在于，所述板形预制体为长方体，所述板形预制体包括：第一区域，位于所述长方体沿长度方向的第一端，并沿径向位于所述机匣轮廓的最外层，所述第一区域的长度不小于所述机匣轮廓最外层对应10
°
圆心角的弧长；以及第二区域，位于所述机匣轮廓的次外层，并位于所述第一区域的径向内侧，所述第二区域与所述第一区域所分别对应的圆心角至少部分重叠；其中，所述第一区域的至少一股纤维束被分出至少一根纤维，与所述第二区域中的一股纤维束并股并在所述第二区域中编织。3.根据权利要求2所述的包容机匣，其特征在于，所述多股纤维束包括：多根纬向纤维束，沿所述长方体的宽度方向延伸，且所述多根纬向纤维束在垂直于所述宽度方向的平面上的投影呈矩阵分布；以及多根经向纤维束，沿所述长方体的长度方向延伸，每根所述经向纤维束包括至少两根纤维，并且在垂直于所述宽度方向的平面上的投影每根所述经向纤维束均绕经多根所述纬向纤维束；其中，被同一所述经向纤维束绕经的相邻的两根所述纬向纤维束处于所述矩阵分布的不同排和不同列。4.根据权利要求3所述的包容机匣，其特征在于，每根所述经向纤维束呈波浪形的编织结构与多根所述纬向纤维束进行编织，所述波浪形的编织结构包括多组首尾相连的波浪段，每组所述波浪段包括第一弧形和第二弧形，在所述第一弧形，所述经向纤维束沿径向斜向外侧地穿过呈两层三列矩阵分布的纬向纤维束，在所述第二弧形，所述经向纤维束沿径向斜向内侧地穿过两层三列矩阵分布的纬向纤维束。5.根据权利要求4所述的包容机匣，其特征在于，多根经向纤维束包括：第一经向纤维束，沿径向位于所述第一区域的最内侧；以及第二经向纤维束，沿径向位于所述第二区域的最外侧；其中，所述第一经向纤维束分为第一纤维和第二纤维，所述第一纤维沿所述第一经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置，所述第二纤维穿入所述第二区域中，与所述第二经向纤维束合股后，沿所述第二经向纤维束与所述纬向纤维束编织的路径设置。6.根据权利要求4所述的包容机匣，其特征在于，多根经向纤维束包括：第三经向纤维束，沿径向位于所述第一区域的最内侧；第四经向纤维束，沿径向位于所述第一区域的次内侧；第五经向纤维束，沿径向位于所述第二区域的最外侧；以及第六经向纤维束，沿径向位于所述第二区域的次外侧；其中，所述第三经向纤维束分为第三纤维和第四纤维，所述第三纤维沿所述第三经向
纤维束与所述纬向纤维束编织的路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璇，孔维夷，张屹尚，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：