用于复合材料制成的涡轮机叶片的纤维纺织结构制造技术

本发明专利技术涉及一种纤维纺织结构(100)，其旨在形成由复合材料制成的涡轮机(1)叶片(10)的纤维增强体，所述复合材料在由第一纤维制成的多根经纱或股线与由第一纤维制成的多根纬纱或股线之间具有三维编织，所述纺织结构包含叶片根部部分(110)、叶片翼型部分(120)和自由端(121)，所述纺织结构在对应于叶片前缘(13)的第一边缘(101)和对应于叶片后缘(14)的第二边缘(102)之间沿横向(T)延伸，其特征在于，叶片翼型部分(120)具有增强区(140)，所述增强区从自由端(121)沿纵向(L)在小于或等于在纵向上测量的纺织结构长度(L0)的20％的第一长度(L1)上延伸，并且从第二边缘(102)沿横向(T)在小于或等于在纺织结构自由端(121)处在横向上测量的纤维纺织结构宽度(L3)的75％的第二长度(L2)上延伸，所述增强区包含由不同于第一纤维的第二纤维(T1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于复合材料制成的涡轮机叶片的纤维纺织结构


[0001]本专利技术涉及用于航空的复合材料部件的一般领域。更具体地，本专利技术涉及一种纤维纺织结构(fibrous texture)，其旨在形成由复合材料制成的涡轮机叶片的纤维增强体。

技术介绍

[0002]在航空涡轮机领域，无论是从这些部件的制造成本，还是从涡轮机的能源和环境效益来看，减少部件的质量都是一个主要问题。这个问题很快导致了对复合材料(特别是有机基质复合材料(OMC))所制成部件的研发，以取代涡轮喷气发动机不同部分的传统金属部件。
[0003]然而，有机基质复合材料制成的叶片的生产带来了一些问题，特别是在抗冲击方面。事实上，所述叶片的位置，例如在风扇或压缩机中，可能会使其暴露于各种物体(鸟、砾石、冰块、沙子等)的冲击下，随后OMC叶片会被损坏或侵蚀。
[0004]众所周知，可以将金属箔置于叶片的前缘，以保护前缘免受冲击，同时保持减小的质量。然而，为了解决空气动力的压力问题，风扇的复合材料叶片的主体可能有厚度小的区域，在受到冲击的情况下仍有可能损坏。
[0005]因此，需要一种质量减小并且抗冲击性更强的涡轮机叶片。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术提出了一种纤维纺织结构，其旨在形成由复合材料制成的涡轮机叶片的纤维增强体，所述复合材料包含由基质致密化的纤维增强体，所述纺织结构是一体的，并且在沿纵向延伸的由第一纤维制成的多根经纱或股线与沿横向延伸的由第一纤维制成的多根纬纱或股线之间具有三维编织，所述纺织结构包含叶片根部部分和在叶片根部和纤维纺织结构的自由端之间延伸的叶片翼型部分，所述纺织结构在对应于叶片前缘的第一边缘和对应于叶片后缘的第二边缘之间沿横向延伸。所述纤维纺织结构的特征在于，叶片翼型部分具有增强区，所述增强区从纤维结构的自由端沿纵向在第一长度上延伸，并且从第二边缘沿横向在第二长度上延伸，所述第一长度小于或等于沿纵向测量的纺织结构长度的20％，优选小于或等于10％，所述第二长度小于或等于在纺织结构自由端处沿横向测量的纤维纺织结构宽度的75％，，所述增强区包含由不同于第一纤维的第二纤维制成的纬纱或股线，第二纤维的断裂伸长率大于第一纤维的断裂伸长率，并且增强区中的第二纤维的第一体积率大于纤维纺织结构的叶片翼型部分的其余部分中的第二纤维的第二体积率。
[0007]换言之，增强区中的第二纤维多于叶片翼型部分的其他部分。特别地，第二纤维可以主要存在于增强区的纬纱中。
[0008]所谓"纺织结构部分的第二纤维的体积率"是指所述纤维所占的体积与该部分中所有纤维所占的总体积之间的比率。纱线或股线可以只由相同材料的纤维组成。应理解，所谓"三维编织"或"3D编织"是一种编织模式，通过这种模式，至少其中一些经纱在多个纬纱层上与纬纱相互连接(interlink)。在本文中，经和纬之间可以角色互换，而且必须视为同
样被权利要求涵盖。
[0009]具有该纤维纺织结构，就有可能生产出能够更好地抵御物体(尤其像小型或中型鸟类)冲击的叶片，所述物体的冲击可以在机翼尖端的后缘水平和横向方向上造成可观察到的局部损坏。位于增强区的第二纤维的断裂伸长率较大，使得包含所述纤维结构作为增强体的叶片能够承受所述冲击，而不会使其质量明显增加(第二纤维的质量通常大于第一纤维的质量)。使用第二纤维作为纬纱或股线使得制造所述纤维纺织结构变得容易，因为在织机上编织时，只需用第二纤维制成的纬纱或股线替换用第一纤维制成的纬纱或股线即可，如后文详述。
[0010]在一个示例性的实施方式中，所述叶片翼型部分可以进一步包含与增强区沿横向相邻的过渡区，其中，由第二纤维制成的纬纱或股线被由第一纤维制成的纬纱或股线取代，由第二纤维制成的纬纱或股线在沿横向的偏移的位置处逐渐离开过渡区的纤维纺织结构，所述由第二纤维制成的纬纱或股线在由第二纤维制成的纬纱或股线的偏移的离开位置水平处逐渐被由第一纤维制成的纬纱或股线取代。
[0011]所述的排布使得对包含该纺织结构作为增强体的叶片的损伤沿着横向方向逐渐分散，而不是集中在同一个纵向平面(经线平面)，这使得在受到冲击时仍能提高叶片的抗冲击性。
[0012]在一个示例性的实施方式中，所述过渡区沿横向在10mm至100mm的长度上延伸。
[0013]在一个示例性的实施方式中，其中增强区中第二纤维的体积可以随着沿纵向移动远离纤维纺织结构的自由端而减小。所述的排布可以允许沿着纵向方向的刚度(stiffness)逐渐过渡区，从而允许进一步提高抗冲击性。
[0014]在一个示例性的实施方式中，所述第一长度小于或等于100mm。
[0015]在一个示例性的实施方式中，所述第二长度小于或等于在纺织结构的自由端水平处沿横向测量的纤维纺织结构宽度的50％。
[0016]在一个示例性的实施方式中，第一纤维由碳制成，第二纤维由选自如下的材料制成：玻璃、玄武岩、芳纶或聚酯。
[0017]在一个示例性的实施方式中，第一体积率可以至少为30％，优选为30％至90％
[0018]本专利技术还涉及一种由复合材料制成的风扇叶片(10)，所述材料包含由基质致密化的纤维增强体，所述叶片的纤维增强体包含如上文所述的纤维纺织结构(100)。
[0019]本专利技术还涉及一种包含风扇的航空涡轮机，所述风扇包括旋转盘和安装在旋转盘上的如上文所述的多个叶片。
[0020]最后，本专利技术涉及一种纤维纺织结构的制造方法，其旨在形成由复合材料制成的涡轮机叶片的纤维增强体，所述复合材料包含由基质致密化的纤维增强体，所述纺织结构是一体的，并且通过在沿纵向延伸的由第一纤维制成的多根经纱或股线与沿横向延伸的由第一纤维制成的多根纬纱或股线之间的三维编织获得，所述纺织结构包含叶片根部部分和在叶片根部和纤维纺织结构的自由端之间延伸的叶片翼型部分，所述纺织结构在对应于叶片前缘的第一边缘和对应于叶片后缘的第二边缘之间沿横向延伸。所述方法的特征在于，叶片翼型部分具有增强区，所述增强区从纤维织物的自由端沿纵向在第一长度上延伸，并且从第二边缘沿横向在第二长度上延伸，所述第一长度小于或等于沿纵向测量的纤维织物的长度的20％，优选小于或等于10％，所述第二长度小于或等于在纤维织物自由端水平处
横向测量的宽度的75％，所述增强区包含由不同于第一纤维的第二纤维制成的纬纱或股线，第二纤维的断裂伸长率大于第一纤维的断裂伸长率，并且增强区中的第二纤维的第一体积率大于纤维纺织结构的叶片翼型部分的其余部分中的第二纤维的第二体积率。
[0021]在一个示例性的实施方式中，所述叶片翼型部分可以进一步包含与增强区沿横向相邻的过渡区，其中由第二纤维制成的纬纱或股线被由第一纤维制成的纬纱或股线取代，过渡区中由第二纤维制成的纬纱或股线沿横向在的偏移的位置处逐渐离开纤维纺织结构，所述由第二纤维制成的纬纱或股线在由第二纤维制成的纬纱或股线的偏移的离开位置水平处逐渐被由第一纤维制成的纬纱或股线取代。
[0022]一种由复合材料制成的风扇叶片的制造方法，所述材料包含由基质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纤维纺织结构(100)，其旨在形成由复合材料制成的涡轮机(1)叶片(10)的纤维增强体，所述复合材料包含由基质致密化的纤维增强体，所述纺织结构是一体的并且在沿纵向(L)延伸的由第一纤维制成的多根经纱或股线与沿横向(T)延伸的由第一纤维制成的多根纬纱或股线之间具有三维编织，所述纺织结构包含叶片根部部分(110)和在纤维纺织结构的自由端(121)和叶片根部之间延伸的叶片翼型部分(120)，所述纺织结构在对应于叶片前缘(13)的第一边缘(101)和对应于叶片后缘(14)的第二边缘(102)之间沿横向(T)延伸，其特征在于，叶片翼型部分(120)具有增强区(140)，所述增强区从纤维结构的自由端(121)沿纵向(L)在第一长度(L1)上延伸，并且从第二边缘(102)沿横向(T)在第二长度(L2)上延伸，所述第一长度(L1)小于或等于沿纵向测量的纺织结构长度(L0)的20％，所述第二长度(L2)小于或等于在纺织结构自由端(121)处沿横向测量的纤维纺织结构宽度(L3)的75％，所述增强区包含由不同于第一纤维的第二纤维制成的纬纱或股线(T1
–
T4)，第二纤维的断裂伸长率大于第一纤维的断裂伸长率，并且增强区(140)中的第二纤维的第一体积率大于纤维纺织结构的叶片翼型部分(120)的其余部分中的第二纤维的第二体积率。2.如权利要求1所述的纤维纺织结构，其中，叶片翼型部分(120)进一步包含与增强区(140)沿横向(T)相邻的过渡区(150)，由第二纤维制成的纬纱或股线(T1
‑
T4)被由第一纤维制成的纬纱或股线(T5
‑
T8)取代，过渡区中由第二纤维制成的纬纱或股线(T1
‑
T4)沿横向(T)在的偏移位置处逐渐离开纤维纺织结构，所述由第二纤维制成的纬纱或股线在由第二纤维制成的纬纱或股线的偏移的离开位置水平处逐渐被由第一纤维制成的纬纱或股线(T5
‑
T8)取代。3.如权利要求2所述的纤维纺织结构，其中，所述过渡区(150)沿横向在10mm至100mm的长度(L4)上延伸。4.如权利要求1至3中任一项所述的纤维纺织结构，其中，所述增强区(140)中第二纤维的体积率随着沿纵向(L)移动远离纤维纺织结构的自由端(121)而减小。5.如权利要求1至4中任一项所述的纤维纺织结构，其中，所述第一长度(L1)小于或等于100mm。6.如权利要求1至5中任一项所述的纤维纺织结构，其中，所述第二长度(L2)小于或等于在纺织结构的自由端(121)水平处沿横向(T)测量的纤维纺织结构宽度(L3)的50％。7.如权利要求...

【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：