用于制造由复合材料制成的风扇叶片的纤维织构制造技术

本发明专利技术涉及一种纤维织构(10)，该纤维织构用于形成由复合材料形成的涡轮发动机叶片的纤维增强件，包括刚性降低区(24)，刚性降低区具有由第二纤维制成的纬线，其具有大于第一伸长率的断裂伸长率，刚性降低区沿纵向方向(D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造由复合材料制成的风扇叶片的纤维织构


[0001]本专利技术涉及航空涡轮机的一般领域，更具体地，涉及意图形成由复合材料制成的涡轮机叶片的纤维增强件的纤维织构。这样的叶片可用于航空涡轮机风扇。

技术介绍

[0002]先前由金属材料制成的风扇叶片现在由复合材料制成，即，由有机基质致密化的纤维预制件制成，这允许所制作的部件的总质量低于当同一部件由金属材料制成时的总质量，同时若不具有更大的机械强度，则至少具有相当的机械强度。
[0003]在运行中，风扇叶片可能承受物体的冲击，特别是鸟类。在这种冲击下，特别是在吸入大型鸟类时，叶片通常在其中间断裂。然而，在叶片的支柱处也观察到临界损伤。重要的是，这种临界损伤的特征是一种称为“切屑”的损伤，这种损伤在压缩过程中开始，在表面上产生股线断裂，并在剪切过程中传播，在部件厚度范围内的基质中产生强脱粘，而不会导致叶片在其支柱处断裂。事实上，这种断裂会由于涡轮机中重量的过大不对称而产生比叶片中间断裂更大的不平衡，这将损害发动机及其性能。
[0004]因此，需要一种解决方案，以确保叶片在与异物碰撞的情况下不会在其支柱区域断裂。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提出了一种纤维织构，其意图形成由复合材料制成的涡轮机叶片的纤维增强件，该涡轮机叶片包括由基质致密化的纤维增强件，该纤维织构为单件，并且在多根经纱或线与多根纬纱或线之间具有三维编织，经纱或线由具有第一断裂伸长率并沿纵向方向延伸的至少第一纤维制成，纬纱或线由沿横向方向延伸的第一纤维制成，该织构沿纵向方向包括叶片根部部分、叶片翼面部分和叶片在根部部分与叶片翼面部分之间的叶片支柱部分。
[0006]根据本专利技术，纤维织构包括刚度降低区，该刚度降低区包括由第二纤维制成的经纱或线，第二纤维具有大于第一断裂伸长率的第二断裂伸长率，该刚度降低区沿纵向方向从支柱区延伸，并且其高度小于或等于叶片高度的30％，该刚度降低区沿横向方向在第一区和第二区之间延伸，第一区从意图形成前缘的织构的第一边缘延伸第一长度，而第二区从意图形成后缘的织构的第二边缘延伸第二长度。
[0007]刚度降低区的存在允许更好地适应在吸入大型鸟类时可能形成切屑的区的水平高度处的应力。因此，刚度降低区允许避免切屑的形成，或者至少使其比不存在该区时更不显著。
[0008]此外，仅将刚度降低区的存在限制在可能形成切屑的区允许叶片的其余部分与前述叶片保持一致，从而能够对叶片的其余部分使用已知的制造方法。
[0009]如上所述，刚度降低区延伸直至小于或等于叶片高度的30％的高度。这样的特性允许仅将刚度降低区限制在可能形成切屑的区，因此不会更改叶片的其它部分。
[0010]应当理解，“叶片高度”是由其边界限定的长度测量值，即叶片气动流路底部处为0％，而流路顶部处为100％。换言之，叶片气动流路的底部和顶部之间的总高度被调整为称为叶片高度的百分比。
[0011]根据该限定，叶片气动流路底部下方的叶片部分，也称为支柱部分，由负叶片高度表示。换言之，支柱区可以限定为叶片根部和叶片高度的0％之间的区。
[0012]在一个实施例中，刚度降低区在叶片高度大于或等于叶片高度的
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2％和叶片高度小于或等于叶片高度的30％之间延伸。
[0013]在一个实施例中，刚度降低区在叶片高度的
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2％和叶片高度的30％之间延伸。在另一实施例中，其在叶片高度的0％和30％之间延伸。
[0014]在模拟吸入大型鸟类的大量试验中，确实观察到切屑型缺陷出现在该区。
[0015]因此，刚度降低区不必延伸过叶片的整个支柱部分，并且从大于或等于
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2％的叶片高度开始的刚度降低区允许减少切屑的形成。
[0016]在一个实施例中，第二纤维的经纱或线在编织支柱部分期间被引入预制件中。有利地，在对应于预制件加厚的叶片高度处引入第二纤维的纱或线。用于制造这样的叶片的方法便利，因为随后可以将第二纤维的纱或线引入预制件中，而不必替换掉第一纤维的纱或线。
[0017]在另一实施例中，刚度降低区可以从叶片根部部分延伸并直至小于或等于叶片高度的30％的高度。
[0018]该实施例允许促进纤维预制件的编织，因为包括在刚度降低区中的第二纤维的纱或线可以从其编织开始就引入预制件中。
[0019]在一个实施例中，特别有利的是具有延伸直至小于或等于叶片高度的30％的高度的刚度降低区，因为实际上，在这种叶片高度处，叶片的厚度减小，使得可以在该位置处从预制件中提取包括在刚度降低区中的第二纤维的纱或线，以降低叶片的厚度，而不必通过插入第一纤维来进行替换。这导致了用于制备这种特别便利的织构的方法。
[0020]在一个实施例中，刚度降低区具有25％和75％之间的第二纤维体积率。
[0021]本专利技术人不希望受理论的限制，认为满足所述条件的第二纤维的体积率允许有效地提高叶片在吸入大型鸟类的情况下对形成切屑的阻力，同时避免可能削弱叶片的刚度过度突然变化。
[0022]织构部分中包含给定纤维的纱或线的体积率是指由包含所述纤维的纱或线所占据的体积与该部分中所有纱或线所占据的总体积之间的比率。纱或线可以仅由相同材料的纤维制成。“三维编织”或“3D编织”意指编织模式，其中至少一些经纱在若干纬纱层上结合纬纱。
[0023]如上所述，刚度降低区包括在分别延伸第一长度和第二长度的第一区和第二区之间。
[0024]在一个实施例中，第一长度包括在沿横向方向测量的预制件长度的2％和10％之间，并且较佳地包括在沿横向方向测量的预制件长度的5％和10％之间。
[0025]在一个实施例中，第二长度包括在沿横向方向测量的叶片长度的2％和40％之间。例如，第二长度包括在沿横向方向测量的预制件长度的5％和35％之间。
[0026]此处使用“横向”和“纵向”这两个表达的通常含义。纵向方向对应于将预制件的意
图形成叶片根部的部分连接到预制件的意图形成叶片头部的部分的方向，而横向方向连接预制件的意图形成叶片前缘的部分和预制件的意图形成叶片后缘的部分。
[0027]具体地，可以注意到，纬纱沿横向方向延伸，而经纱沿纵向方向延伸。当纬纱或经纱不严格地与上述方向对齐时，也不偏离本专利技术的框架。
[0028]在这样的实施例中，刚度降低区同时远离叶片的前缘和后缘。
[0029]第一区和第二区的存在允许确保意图形成叶片的前缘和后缘的区在纵向方向上具有沿着后缘或前缘的均匀机械性能。如果叶片的机械特性在前缘或后缘的纵向方向上发生变化，确实会对叶片造成损害，而第一区和第二区正好可以避免这种情况。
[0030]此外，第一长度包括在沿横向方向测量的预制件长度的2％至10％之间，而第二长度包括在沿横向方向测量的预制件长度的2％至40％之间，允许确保第一区和第二区足够宽，而不会承受过度的应力集中，过度的应力集中可能损害叶片在其使用情况下的机械强度。此外，第一长度和第二长度的最大值允许确保刚度降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纤维织构(10)，所述纤维织构意图形成由复合材料制成的涡轮机叶片(211)的纤维增强件，所述涡轮机叶片包括由基质致密化的纤维增强件，所述纤维织构为单件，并且具有在多根经纱或线与多根纬纱或线之间的三维编织，所述经纱或线由具有第一断裂伸长率并沿纵向方向(D
L
)延伸的至少第一纤维制成，而所述纬纱或线由沿横向方向(D
T
)延伸的第一纤维制成，所述织构沿所述纵向方向包括叶片根部部分(11)、叶片翼面部分(13)和在所述叶片根部部分与所述叶片翼面部分之间的叶片支柱部分(12)，其特征在于，所述纤维织构包括刚度降低区(24)，所述刚度降低区包括由第二纤维制成的经纱或线，所述第二纤维具有大于所述第一断裂伸长率的第二断裂伸长率，所述刚度降低区沿所述纵向方向从所述支柱区延伸直至小于或等于叶片高度的30％的高度，所述刚度降低区沿所述横向方向在第一区(23)和第二区(25)之间延伸，所述第一区从所述织构的意图形成前缘的第一边缘(16)延伸第一长度(21)，而所述第二区从所述织构的意图形成后缘的第二边缘(17)延伸第二长度(22)。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：