具有局部厚度变化的复合材料制成的壳体制造技术

一种由复合材料制成的燃气轮机风扇壳体(810)，所述壳体具有纤维增强件，所述壳体包括多圈重叠的带状纤维织构(100)，所述带状纤维织构在多个经线层(20)和多个纬线层(30)之间具有三维编织，所述纤维增强件被基质致密化。所述纤维织构(100)包括至少一个厚度可变的横向部分(P2；P3)，其中所述纬线(Tc2；Tc3)的尺寸或支数不同于所述纤维织构的剩余部分中存在的多层纬线的纬线(Tc1)的尺寸或支数。的多层纬线的纬线(Tc1)的尺寸或支数。的多层纬线的纬线(Tc1)的尺寸或支数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有局部厚度变化的复合材料制成的壳体


[0001]本专利技术涉及燃气轮机壳体，更具体地但不排它地涉及用于航空发动机的燃气轮机风扇壳体。

技术介绍

[0002]复合材料制壳体的制造始于生产呈带状的纤维织构，该纤维织构是通过在多层经线和多层纬线之间进行三维编织而产生的。将由此获得的纤维织构在具有要制造的壳体形状的模具或工具上缠绕几圈并保持在模具和形成反模的分段之间，以获得纤维预制件。
[0003]一旦生产出纤维预制件，即在纤维织构的缠绕结束时，承载纤维预制件的模具被反模封闭，然后被运送到烘箱或熔炉中，在烘箱或熔炉中通过基质对预制件进行致密化，该基质可以特别地通过在纤维预制件中注射和聚合树脂而获得。文件US8322971中详细描述了由有机基质复合材料制成的风扇壳体的制造。
[0004]在航空燃气涡轮发动机中，风扇壳体具有多种功能，其中一个主要功能是确保保留发动机内部吸入的碎屑，或离心力作用下投射的叶片或叶片碎片，以防止它们穿过壳体到达飞机的其它部分。风扇壳体还必须履行次要功能，特别是：
[0005]‑
确保进气管道和中间壳体护罩之间的机械连续性(力和力矩)，
[0006]‑
固定流道板(上游和下游的隔音板和耐磨材料盒),
[0007]‑
确保发动机部件之间的连接。
[0008]‑
等等。
[0009]壳体的最厚区域对应于必须较厚的保持区域，以确保保持投射物，并且对应于通常较厚的上游和下游夹具，以确保与发动机其它部分的界面以及许多力的吸收。壳体的其它区域可以减薄，以减轻壳体的整体质量。
[0010]然而，如文件US8322971中所述，复合材料壳体具有轴对称形状，使得在壳体中形成的厚度变化存在于壳体的整个圆周上。机加工可用于在壳体中形成局部厚度变化。然而，这种解决方案是不可取的，因为在加工过程中，纱线被切断，这降低了壳体复合材料的机械性能。
[0011]然而，需要能够局部地而不是轴对称地改变壳体的厚度。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提出一种由复合材料制成的燃气轮机壳体，其厚度和/或几何形状局部变化而不必求助于复合材料的机加工。
[0013]该目的特别是通过一种制造由复合材料制成的用于燃气轮机的壳体的方法来实现，该方法包括：
[0014]‑
通过在沿纵向延伸的多层经线或径向股线与沿横向延伸的多层纬线或纬向股线之间进行三维编织来生产纤维织构，所述纤维织构具有带状形状，在近端部分和远端部分之间的确定长度上沿纵向延伸，并且在第一侧边缘和第二侧边缘之间的确定宽度上沿横向
延伸，
[0015]‑
将纤维织构在与要制造的壳体的轮廓对应的型材的心轴上重叠缠绕几圈，以获得形状与要制造的壳体的形状对应的纤维预制件，
[0016]‑
通过基质对纤维预制件进行致密化，以获得由复合材料制成的具有旋转形状的壳体，
[0017]其特征在于，纤维织构包括至少一个厚度可变的横向部分，其中纬线的尺寸或支数不同于所述纤维织构的剩余部分中所述多层纬线的纬线的尺寸或支数，所述至少一个厚度可变的横向部分沿纵向在确定的长度上延伸并且沿横向在纤维织构的整个确定的宽度上延伸，以便在壳体中形成至少一个沿径向具有不同于壳体其余部分厚度的部分。
[0018]因此可以沿径向局部地改变壳体的厚度，而不必加工壳体的复合材料。
[0019]根据本专利技术方法的一个特定特征，纤维织构包括至少一个厚度可变的横向部分，其中纬线的尺寸或支数大于纤维织构的剩余部分中存在的多层纬线的纬线的尺寸或支数。因此，在壳体中形成加厚部分，使得特别可以在壳体上局部地构成用于设备的固定支撑区域和/或机械加强区域。在这种情况下，存在于所述可变厚度的至少一个横向部分中的纬线的支数或尺寸可等于36K，而存在于纤维织构的剩余部分中的多层纬线的纬线的支数或尺寸为24K。
[0020]根据本专利技术方法的另一个特定特征，纤维织构包括至少一个厚度可变的横向部分，其中纬线的尺寸或支数小于纤维织构的剩余部分中存在的多层纬线的纬线的尺寸或支数。因此，在壳体中形成减薄部分，使得特别有可能在壳体上局部形成间隙区域，在该间隙区域中，壳体的空间要求减少，并且可以避免与管道、线束或任何其他类型设备的装配干涉。在这种情况下，存在于所述可变厚度的至少一个横向部分中的纬线的支数或尺寸可等于12K，而存在于纤维织构的剩余部分中的多层纬线的纬线的支数或尺寸为24K。
[0021]本专利技术还提出了一种由复合材料制成的燃气涡轮风扇壳体，该复合材料具有纤维增强件，所述壳体包括多圈重叠的带状纤维织构，该带状纤维织构在多个经线层和多个纬线层之间具有三维编织，所述纤维增强件被基质致密化，
[0022]其特征在于，纤维织构包括至少一个厚度可变的横向部分，其中纬线的尺寸或支数不同于所述纤维织构的剩余部分中所述多层纬线的纬线的尺寸或支数，所述至少一个厚度可变的横向部分沿壳体的轴向在纤维织构的整个确定宽度上延伸。
[0023]根据本专利技术壳体的一个特定特征，纤维织构包括至少一个厚度可变的横向部分，其中纬线的尺寸或支数大于纤维织构的剩余部分中存在的多层纬线的纬线的尺寸或支数。因此，在壳体中形成加厚部分，使得特别可以在壳体上局部地构成用于设备的固定支撑区域和/或机械加强区域。在这种情况下，存在于所述可变厚度的至少一个横向部分中的纬线的支数或尺寸可等于36K，而存在于纤维织构的剩余部分中的多层纬线的纬线的支数或尺寸为24K。
[0024]根据本专利技术壳体的另一个特定特征，纤维织构包括至少一个厚度可变的横向部分，其中纬线的尺寸或支数小于纤维织构的剩余部分中存在的多层纬线的纬线的尺寸或支数。因此，在壳体中形成减薄部分，使得特别有可能在壳体上局部形成间隙区域，在该间隙区域中，壳体的空间要求减少，并且可以避免与管道、线束或任何其他类型设备的装配干涉。在这种情况下，存在于所述可变厚度的至少一个横向部分中的纬线的支数或尺寸可等
于12K，而存在于纤维织构的剩余部分中的多层纬线的纬线的支数或尺寸为24K。
[0025]本专利技术的另一目的是具有根据本专利技术的风扇壳体的航空燃气涡轮发动机。
附图说明
[0026]图1是织机的示意性透视图，示出了纤维织构的三维编织；
[0027]图2是根据本专利技术的一个实施方式的纤维织构的示意性透视图；
[0028]图3是在图2的纤维织构的加厚部分和减薄部分截取的纵向横截面，并显示了编织平面，
[0029]图4是示意性透视图，示出了纤维织构在成型工具上的缠绕；
[0030]图5是通过缠绕如图4所示的纤维织构而获得的壳体预制件的轴向半剖视图；
[0031]图6是剖视图，示出了在图5的壳体预制件上的注入扇区的定位；
[0032]图7是根据本专利技术的一个实施方式的航空发动机的透视图。
具体实施方式
[0033]本专利技术通常适用于由有机基质复合材料制成的任何燃气轮机壳体。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造燃气轮机用复合材料壳体(810)的方法，包括：通过在沿纵向(X)延伸的多层经线或径向股线(20)与沿横向(Y)延伸的多层纬线或纬向股线(30)之间进行三维编织来制造纤维织构(100)，所述纤维织构具有带状形状，在近端部分(110)和远端部分(120)之间的确定长度(L
100
)上沿纵向延伸，并且在第一侧边缘(101)和第二侧边缘(102)之间的确定宽度(I
100
)上沿横向(Y)延伸，将所述纤维织构(100)在与要制造的壳体的轮廓对应的型材的心轴(50)上重叠缠绕几圈，以获得形状与要制造的壳体的形状对应的纤维预制件(60)，通过基质对所述纤维预制件(60)进行致密化，以获得由复合材料制成的具有旋转形状的壳体，其特征在于，所述纤维织构(100)包括至少一个厚度可变的横向部分(P2；P3)，其中纬线(Tc2；Tc3)的尺寸或支数不同于所述纤维织构的剩余部分中所述多层纬线的纬线(Tc1)的尺寸或支数，所述至少一个厚度可变的横向部分沿纵向(X)在确定的长度上延伸并且沿横向(Y)在所述纤维织构的整个确定的宽度(l
100
)上延伸，以便在所述壳体(810)中形成至少一个沿径向具有不同于所述壳体其余部分厚度的部分(P
l2
；P
l3
)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纤维织构(100)包括至少一个厚度可变的横向部分(P2)，其中所述纬线(Tc2)的尺寸或支数大于所述纤维织构的剩余部分中存在的多层纬线的纬线(Tc1)的尺寸或支数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，存在于所述可变厚度的至少一个横向部分(P2)中的纬线(Tc2)的支数或尺寸等于36K，而存在于所述纤维织构的剩余部分中的多层纬线的纬线(Tc1)的支数或尺寸为24K。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述纤维织构(100)包括至少一个厚度可变的横向部分(P3)，其中，所述纬线(Tc3)的尺寸或支数小于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：克莱门特，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，
类型：发明
国别省市：