一种正交三维机织复合材料出口导向叶片及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种正交三维机织复合材料出口导向叶片及其制造方法，涉及复合材料技术领域。本发明专利技术实现出口导向叶片近净成形，并通过设计预制体分叉方式增强出口导向叶片叶型

【技术实现步骤摘要】
一种正交三维机织复合材料出口导向叶片及其制造方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种正交三维机织复合材料出口导向叶片及其制造方法。

技术介绍

[0002]三维机织技术是利用多层经纱织造方法，将若干经纱和纬纱层相互接结而形成具有一定厚度的三维整体预制体的织造技术，其预制体生产效率高、可设计性强，且具有优异的复杂结构近净成形能力。近年来，三维机织复合材料作为一种使能技术，首次应用于航空航天领域高端装备的关键结构上。
[0003]目前大多数现代民用和军用飞机由涡扇喷气发动机提供动力，作为涡扇喷气发动机结构的重要组成部分，出口导向叶片具有将风扇出口的气流进行整流并提高推力的功能，而外涵道出口附近亦有用于支承外涵道与机匣的支板；支板与出口导向叶片相比，叶型厚度、长度均较大，会对外涵道的流动产生较大影响。
[0004]为了改善气动性能、降低噪音、减小航空发动机尺寸并减轻航空发动机重量，目前常见的是支板和出口导向叶片并排排列的设计，该设计的提升较为有限且对结构的设计和优化引入了更多的变量，设计难度和结构复杂程度大幅度提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种正交三维机织复合材料出口导向叶片及其制造方法，本专利技术制备的正交三维机织复合材料出口导向叶片在保证叶片整流、降噪功能的基础上，实现用叶片承力传力，降低出口导向叶片
‑
支板结构复杂程度，缩短航空发动机长度，促进结构功能一体化。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种正交三维机织复合材料出口导向叶片的制造方法，包括以下步骤：
[0008](1)根据出口导向叶片的几何尺寸要求设定叶型区参数和缘板区参数；
[0009](2)根据步骤(1)所述出口导向叶片的几何尺寸要求和出口导向叶片在不同载荷下的力学性能要求，设定叶型
‑
缘板连接区域分叉方式；
[0010](3)根据所述步骤(1)和步骤(2)设定的条件，织造正交三维机织出口导向叶片预制体；
[0011](4)将所述正交三维机织出口导向叶片预制体依次进行预成形和成型，得到正交三维机织复合材料出口导向叶片。
[0012]优选地，所述步骤(1)包括：
[0013](11)根据叶型弦线长度l、缘板内表面间距h、叶型区体积V1计算叶型区等效厚度t1＝V1/lh，以叶型区等效厚度t1作为基础厚度，设定叶型区的经纱层数n
j
和纬纱层数n
w
满足n
j
＝n
w
‑
1；
[0014](12)通过控制叶型区经纱密度和纬纱密度设定叶型区的纤维体积含量为40～60％；
[0015](13)通过控制叶型区不同区域内纬纱长丝支数、经纱长丝支数和纱线密度，使叶型区符合叶型要求；
[0016](14)设定缘板区的基础厚度t3＝0.5t1，缘板区的经纱层数为0.5n
j
，缘板区的纬纱层数为0.5n
j
+1。
[0017]优选地，所述n
j
≥3。
[0018]优选地，所述缘板区的纤维体积含量与叶型区的纤维体积含量保持一致。
[0019]优选地，所述步骤(2)包括：
[0020]将三维机织出口导向叶片预制体叶型区中的纬纱沿厚度方向编号为w1～w
2n
，其中n为整数；叶型区纬纱数量为偶数；编号为w
n+1
和w
n+2
的纬纱或者编号为w
n
‑1和w
n
的纬纱以二合股的形式处于同一层；
[0021]通过控制经纱的提综方式改变纬纱的分布，使得在叶型
‑
缘板连接区域的纬纱沿厚度方向的位置发生改变，发生改变后缘板区厚度方向纬纱编号为
[0022]＊＊
[0023]w1～w
2n
；
[0024]叶型区和缘板区的纬纱编号组成的集合为一一映射关系，2n根纬纱共有2n全排列种分叉方式。
[0025]优选地，所述织造采用的设备包括提花机或三维织机。
[0026]优选地，步骤(3)所述织造包括：
[0027](31)叶型区、缘板区的织造：
[0028]以自下而上的顺序，依次提起目标纬纱所在位置以上的经纱，并依次插入纬纱；
[0029](32)叶型
‑
缘板连接区域的织造：
[0030]依次添加纬纱w1至w
2n
，在叶型
‑
缘板连接区域靠近叶型区一侧，提起目标纬纱w
i
所在位置以上的经纱；在叶型
‑
缘板连接区域靠近缘板区一侧，提起w
i
对应的目标编号w
i＊
纬纱所在位置以上的经纱，将纬纱插入，该过程循环进行。
[0031]优选地，所述预成形包括：使用模具以叶型区、叶型
‑
缘板连接区域、缘板区的先后顺序，依次压实紧固叶型区、展开叶型
‑
缘板连接区域、压实叶型
‑
缘板连接区域、压实紧固缘板区，完成出口导向叶片预制体的预成形，并紧固模具。
[0032]优选地，所述成型的方法为树脂传递模塑法。
[0033]本专利技术提供了上述技术方案所述制造方法制备得到的正交三维机织复合材料出口导向叶片。
[0034]本专利技术提供了一种正交三维机织复合材料出口导向叶片的制造方法，本专利技术采用包括分叉、增加或减少纬纱长丝支数等方法，能够实现全复合材料出口导向叶片近净成形，并通过设计预制体分叉方式增强出口导向叶片叶型
‑
缘板连接区域，保持构件内部纤维结构的连续性和整体性，既可以通过减少下料、铺层工序和使用非热压罐工艺降低构件制造成本，又能够通过内部整体的纤维结构提高构件抗分层能力和损伤容限。采用正交三维机织复合材料的基本结构和叶型
‑
缘板连接区域分叉方式，使出口导向叶片结构的拉伸强度、压缩强度和弯曲载荷均有明显提高，同时减轻出口导向叶片的重量。本专利技术能够在保证叶
片整流、降噪等功能的前提下，同时承担支板的结构承力、传力作用，进一步降低航空发动机重量，减小航空发动机尺寸，降低结构复杂程度。
[0035]本专利技术提供的制备工艺相对简单、现有机器的自动化程度高，可以有效地提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
[0036]图1为正交三维机织复合材料出口导向叶片的结构示意图，图1中，1为叶型区，2为叶型
‑
缘板连接区域，3为缘板区；
[0037]图2为叶型区预制体的变截面示意图(z向纱略)，图2中，4为经纱，5为纬纱，6为基础厚度(无加纱的纬纱和经纱交替叠加的厚度)区域，7为加纱的纬纱使界面厚度变化的区域；
[0038]图3为叶型
‑
缘板连接区域分叉结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正交三维机织复合材料出口导向叶片的制造方法，包括以下步骤：(1)根据出口导向叶片的几何尺寸要求设定叶型区参数和缘板区参数；(2)根据步骤(1)所述出口导向叶片的几何尺寸要求和出口导向叶片在不同载荷下的力学性能要求，设定叶型
‑
缘板连接区域分叉方式；(3)根据所述步骤(1)和步骤(2)设定的条件，织造正交三维机织出口导向叶片预制体；(4)将所述正交三维机织出口导向叶片预制体依次进行预成形和成型，得到正交三维机织复合材料出口导向叶片。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：(11)根据叶型弦线长度l、缘板内表面间距h、叶型区体积V1计算叶型区等效厚度t1＝V1/lh，以叶型区等效厚度t1作为基础厚度，设定叶型区的经纱层数n
j
和纬纱层数n
w
满足n
j
＝n
w
‑
1；(12)通过控制叶型区经纱密度和纬纱密度设定叶型区的纤维体积含量为40～60％；(13)通过控制叶型区不同区域内纬纱长丝支数、经纱长丝支数和纱线密度，使叶型区符合叶型要求；(14)设定缘板区的基础厚度t3＝0.5t1，缘板区的经纱层数为0.5n
j
，缘板区的纬纱层数为0.5n
j
+1。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述n
j
≥3。4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述缘板区的纤维体积含量与叶型区的纤维体积含量保持一致。5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：将三维机织出口导向叶片预制体叶型区中的纬纱沿厚度方向编号为w1～w
2n
，其中n为整数；叶型区纬纱数量为偶数；编号为w
n+1
和w
n...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜世博，张玮杰，李一丁，燕瑛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：