專利名稱：由3d復(fù)合材料制造的風(fēng)扇導(dǎo)向葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造制造導(dǎo)向葉片(出口導(dǎo)向葉片/入口導(dǎo)向葉片(0GV/IGV))的方法。
背景技術(shù)：
在希望減輕重量的結(jié)構(gòu)，例如渦輪機(jī)中，導(dǎo)向葉片(例如風(fēng)扇導(dǎo)向葉片，低壓導(dǎo)向葉片)由具有聚合物基體的復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料由例如碳、玻璃或凱夫拉爾 的纖維加強(qiáng)。這種復(fù)合材料的密度顯著小于普遍使用的輕合金的密度，它們提供更好的機(jī)械性能 (在剛性和抗破損性能方面)。更為近期的復(fù)合材料通過(guò)制造3D纖維預(yù)成型件，例如編織三維纖維而制成。這樣的預(yù)成型件隨后由聚合物增加密度，以制造成品復(fù)合部件，其中該預(yù)成型件的紗線嵌在固體聚合物基體內(nèi)。一種已知的預(yù)形成這種增密的技術(shù)通過(guò)例如液體實(shí)現(xiàn)其中具有注入與注射之間的區(qū)別。在注入技術(shù)中，該預(yù)成型件設(shè)置在一模子半件和一薄板之間，隨后一液體形式的聚合物化學(xué)前體從一側(cè)注入該預(yù)成型件，同時(shí)在該模子半件與薄板之間建立起真空。在真空的作用下，該前體遍及該預(yù)成型件散布，隨后通過(guò)熱處理聚合，以進(jìn)行固化。在注射技術(shù)中，該預(yù)成型件設(shè)置在一模子中，隨后將液態(tài)前體通過(guò)填充該模子的多個(gè)點(diǎn)注射到該模子中，隨后通過(guò)熱處理聚合，這是已知為樹脂轉(zhuǎn)換成型的技術(shù)。已知的另一種密化預(yù)成型件的技術(shù)是化學(xué)蒸汽滲透。該預(yù)成型件于是設(shè)置在一封閉體中，在該封閉體中包含一聚合物前體并容入氣體。在該封閉體內(nèi)建立壓力和溫度條件， 該氣體遍及該預(yù)成型件散布，在接觸該預(yù)成型件的纖維后轉(zhuǎn)化成聚合物。目前，導(dǎo)向葉片的結(jié)構(gòu)不包括單一件，而是相反，由組合在一起的多個(gè)部件構(gòu)成。 因此，如表示現(xiàn)有技術(shù)的圖5中所示，一導(dǎo)向葉片100包含一翼面110和至少一個(gè)平臺(tái)120， 該翼面相對(duì)于渦輪機(jī)的主軸徑向延伸。該翼面110和平臺(tái)120為3D復(fù)合材料或多層復(fù)合材料(通過(guò)堆疊預(yù)制的2D織物制成，所述織物通過(guò)其聚合物基體連接在一起)的板或殼。 平臺(tái)120設(shè)置在翼面110的徑向端部，例如徑向內(nèi)端部111，并與其垂直。翼面110還可在其徑向外端部包括一第二平臺(tái)。有必要將導(dǎo)向葉片100在其徑向內(nèi)端和其徑向外端緊固。這樣，平臺(tái)120以上游區(qū)域125的形式延伸過(guò)翼面110的引導(dǎo)邊緣115，上游區(qū)域125包括孔181、182，孔181,182 適于穿過(guò)將葉片100緊固到罩體或殼體上的機(jī)械緊固件。孔181、182必須位于上游區(qū)域 125中，因?yàn)樵趦蓚€(gè)相鄰導(dǎo)向葉片100之間缺乏空間，無(wú)法設(shè)置這些孔和葉片之間的所述緊固件(即在平臺(tái)120的位于導(dǎo)向葉片100的引導(dǎo)邊緣115與拖尾邊緣(未示出)之間的部分)。翼面110與平臺(tái)120是兩個(gè)不同的部件。它們因而需要連接在一起。翼面110與平臺(tái)120之間的連接需要結(jié)實(shí)，尤其是因?yàn)榇诉B接形成直角并因此承受應(yīng)力集中。因此，在此連接上有必要安裝附加的零件，例如芯部130、增強(qiáng)部132和/或插件，如圖5中所示。盡管有此增強(qiáng)部，翼面110與平臺(tái)120之間的連接還是弱于葉片100的其他部分，因?yàn)樗怯勺畛醴蛛x，通過(guò)粘合組裝在一起通常由不同材料制成的的部件組成。因此在翼面110與平臺(tái)120之間的力傳遞很難保證。而且，增加這些零件要求許多附加的制造工作，從而導(dǎo)致更高的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求解決這些缺點(diǎn)，或至少削弱它們。本發(fā)明尋求提供一種制造導(dǎo)向葉片的簡(jiǎn)單、低成本的方法，從而使所制造的葉片具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，特別是在翼面與平臺(tái)連接的部位，包括位于葉片前邊緣前方的的區(qū)域，其適合于緊固到一支撐上。此目的通過(guò)如下事實(shí)實(shí)現(xiàn)該方法包括通過(guò)3D編織一單件而制造一纖維預(yù)成型件，該預(yù)成型件包括一第一部分，該第一部分沿縱軸延伸，構(gòu)成該葉片翼面的預(yù)成型件，在該第一部分的縱向端部，一第二部分構(gòu)成葉片平臺(tái)的預(yù)成型件，該第二部分以第一層和第二層進(jìn)行制造，該第二層面對(duì)第一層，并通過(guò)解開而不切割與第一層分離，同時(shí)制成該預(yù)成型件；第一層與第二層的折疊方式為它們中的每一個(gè)位于垂直于縱軸的平面中，相對(duì)于第一部分基本相互對(duì)稱，并且第一層的第一區(qū)域在第一部分的前邊緣前覆蓋第二層的第二區(qū)域；將該預(yù)成型件在一模具中成型，并用聚合體基體密化該預(yù)成型件。利用這些結(jié)構(gòu)，葉片具有更好的機(jī)械強(qiáng)度，因?yàn)闃?gòu)成該預(yù)成型件的纖維部件并不切割，特別是在第一與第二層的分離之處。因此，所述纖維部件在第一部分與第二部分之間連續(xù)，并因此可在這兩部分之間傳遞力。另外，在翼面邊緣前方第一與第二層之間的重疊使平臺(tái)更結(jié)實(shí)，因此使葉片更結(jié)實(shí)，這兩個(gè)層通過(guò)用聚合物基體密化的工藝而連接在一起，因而適合于緊固到一支撐上。有利地，第一層的纖維預(yù)成型件在與第一部分相鄰的區(qū)域中呈弧形，第二層的纖維預(yù)成型件在與第一部分相鄰的區(qū)域中呈弧形，其方式為在該弧形的影響下，與第一部分相鄰的第一層的區(qū)域與第二層的區(qū)域在相對(duì)于第一部分的各側(cè)上趨向于占據(jù)對(duì)稱位置。因而，第一和第二層得到自然的曲面，趨向于使它們定位在與翼面垂直的平面中， 相對(duì)于第一部分(翼面)的方位平面對(duì)稱，即一旦葉片制成，則它們位于其最終位置。當(dāng)纖維在預(yù)成型件用聚合物基體密化之前設(shè)置在模具中時(shí)，這減小了在纖維中的應(yīng)力。這提供了具有較小由其制造方法產(chǎn)生的剩余應(yīng)力的葉片。本發(fā)明還提供一種導(dǎo)向葉片，該葉片由復(fù)合材料制成，并包括由纖維結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的聚合物基體，該葉片具有形成翼面的第一部分，以及位于該第一部分一端的第二部分，并形成在基本垂直于翼面的平面中延伸的平臺(tái)。根據(jù)本發(fā)明，該纖維結(jié)構(gòu)的特征在于，所有形成纖維結(jié)構(gòu)的纖維部件是連續(xù)的，形成第二部分的纖維結(jié)構(gòu)的區(qū)域包括一第一層，該第一層在該翼面的一側(cè)及該翼面前邊緣的前面的平面中延伸；以及一第二層，該第二層在該翼面的一側(cè)及該翼面前邊緣的前面的平面中延伸，相對(duì)于翼面與第一層基本對(duì)稱，其方式為第一層的區(qū)域在翼面前邊緣的前面覆蓋第二層的區(qū)域。


在閱讀以下非限定性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明后，本發(fā)明可更好地得到理解，其優(yōu)點(diǎn)將更好地呈現(xiàn)。該說(shuō)明參照附圖，其中圖IA為本發(fā)明葉片的纖維結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；圖IB為本發(fā)明葉片的纖維結(jié)構(gòu)在折疊前的示意性透視圖；圖IC為本發(fā)明葉片的纖維結(jié)構(gòu)正在折疊時(shí)的示意性透視圖；圖ID為本發(fā)明葉片的纖維結(jié)構(gòu)在折疊后的示意性透視圖；圖2A為本發(fā)明葉片另一實(shí)施例的纖維結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；圖2B為本發(fā)明葉片另一實(shí)施例的纖維結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；圖2C為本發(fā)明葉片另一實(shí)施例的纖維結(jié)構(gòu)在折疊前的示意性透視圖；圖2D為本發(fā)明葉片另一實(shí)施例的纖維結(jié)構(gòu)正在折疊時(shí)的示意性透視圖；圖2E為本發(fā)明葉片另一實(shí)施例的纖維結(jié)構(gòu)在折疊后的示意性透視圖；圖3A為沿圖IB中線III A-III A的截面圖，顯示本發(fā)明葉片纖維結(jié)構(gòu)的第一部分的一截面；圖;3B為沿圖IB中線III B-III B的截面圖，顯示本發(fā)明葉片纖維結(jié)構(gòu)的第一部分的
另一截面；圖3C為沿圖IB中線III C-III C的截面圖，顯示本發(fā)明葉片纖維結(jié)構(gòu)的第二部分的一截面；圖4為沿圖2C中線IV-IV的截面圖，顯示本發(fā)明葉片另一實(shí)施例的纖維結(jié)構(gòu)的第二部分的截面；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)向葉片的透視及截面圖。在以下的描述中，面F41和F51代表本發(fā)明葉片的結(jié)構(gòu)中的中間面。
具體實(shí)施例方式該制造本發(fā)明導(dǎo)向葉片方法的步驟示意性地顯示在圖1A、1B、1C、1D和IE中。預(yù)成型件1是由纖維構(gòu)件制成的纖維結(jié)構(gòu)。這些纖維構(gòu)件可為例如纖維、麻的粗纖維或交織編織的微纖維。這些纖維可以是任何增強(qiáng)纖維，例如碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉爾纖維或這些纖維的結(jié)合。在下面的描述中，該預(yù)成型件通過(guò)纖維的3D編織制成?？蛇x擇地，其可通過(guò)纖維的3D交錯(cuò)編織制成。如圖IA中所示，預(yù)成型件1包括形成導(dǎo)向葉片翼面的第一部分10。該第一部分 10的主要方向沿縱軸A延伸，第一部分10的形狀繞軸A稍微彎曲。第一部分10的寬度沿垂直于軸A的橫向軸B延伸，第一部分10的厚度沿垂直于軸A和B的軸C延伸。第一部分 10的厚度相對(duì)于其寬度和長(zhǎng)度較小，因此第一部分10基本為大致在由軸A和B限定的平面中延伸的彎曲板的形式。編織第一部分10，直到其沿軸A的長(zhǎng)度大致等于所希望的成品葉片的徑向尺寸。 經(jīng)紗(纖維)沿軸A延伸，緯紗(纖維)沿軸B延伸。第一部分10于是沿在前邊緣15與后邊緣16之間的橫向軸B的方向延伸。沿著縱向軸A的方向，第一部分10在兩個(gè)縱向端之間延伸。編織在提花機(jī)型織布機(jī)上進(jìn)行，其上安裝有經(jīng)紗，以沿軸A定向，并延伸過(guò)沿軸C疊置的多個(gè)層，其中緯紗沿軸B定向并限定該疊置的層。裝載緯紗的織布機(jī)梭沿軸B來(lái)回移動(dòng)，以在經(jīng)紗上下經(jīng)過(guò)。圖3A和;3B的頂部為第一部分10的平面AC(由軸A和C限定)的截面。在圖3A中，緯紗T1至Tn(垂直于這些圖的平面)設(shè)置在交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)中，由此限定多個(gè)層。經(jīng)紗C11至Clm成波浪形以將所述多個(gè)層連接在一起。經(jīng)紗C11至Clm沿軸B偏移， 以提高該預(yù)成型件的內(nèi)聚力。圖;3Β為在平行于圖3Α的截面并與沿軸B的所述平面偏移的平面中的截面。應(yīng)觀察到，經(jīng)紗C21至C2m沿軸C相對(duì)于經(jīng)紗C11至Clm偏移，以使緯紗T1至Tn交錯(cuò)地從經(jīng)紗的一側(cè)移到另一側(cè)。其結(jié)果為織成具有良好內(nèi)聚力的預(yù)成型件。為了清楚起見(jiàn)，圖3Α至;3Β中所示的經(jīng)紗和緯紗的數(shù)值縮減。規(guī)定圖3Α和;3Β中經(jīng)紗和緯紗的布置是為了圖解說(shuō)明編織本發(fā)明的預(yù)成型件的大致原理，即經(jīng)紗與多個(gè)疊置的緯紗層連接在一起的事實(shí)，即這些連接沿垂直于緯紗延伸的方向從一個(gè)平面到另一個(gè)平面變化。因此，可以理解，圖3Α和;3Β顯示在其他布置方式中， 僅一個(gè)可能的經(jīng)/緯紗布置方式符合這些通常的編織原理。根據(jù)本發(fā)明的其他編織布置方式從而是可能的。在第一部分10的縱向端11，經(jīng)紗被解開以在該縱向端11創(chuàng)造3D纖維結(jié)構(gòu)的第一突出和3D纖維結(jié)構(gòu)的第二突出。該纖維結(jié)構(gòu)的第一部分10分離為兩個(gè)突出僅通過(guò)解開紗線發(fā)生，并不切割紗線，下面將作說(shuō)明。由此，預(yù)成型件1的結(jié)構(gòu)完整性得到保存。此后，每個(gè)這些突出分別連續(xù)編織，以將該第一突出延伸為3D纖維結(jié)構(gòu)的第一層 40，并將該第二突出延伸為3D結(jié)構(gòu)的第二層50。該第一層40和第二層50被平面P分開， 平面P由縱軸A和橫軸B限定。第一層40與第二層50結(jié)合在一起的位置是節(jié)S，其平行于軸B，并包含于平面P中。第一層40與第二層50的厚度(沿軸C)大致相等，以使平面P 位于第一部分10厚度的中部。第一層40與第二層50每個(gè)都呈現(xiàn)與第一部分10厚度一半相等的厚度。圖3Α和;3Β的底部顯示解開經(jīng)紗的原理。在節(jié)S下，經(jīng)紗的波動(dòng)幅度減小，使得這些經(jīng)紗不穿過(guò)平面P。于是可以理解，有必要使用兩個(gè)緯紗梭，每個(gè)梭分別編織第一層40和第二層50。第一層連續(xù)編織的方式為沿縱軸A越過(guò)一定距離延伸，從節(jié)5沿軸B覆蓋第一部分10的整個(gè)寬度，并沿軸B越過(guò)前邊緣15，以使預(yù)成型件1在平面P中呈現(xiàn)L形。第一層 40由此沿縱軸A的方向終止于沿橫軸B延伸的第一面41，以及沿縱軸A從第一面41延伸到延伸節(jié)S的線的第二面42。第一層40的端部由此在平面P中通過(guò)三個(gè)側(cè)面劃定邊界 第一面41、第二面42，和平行于第一面41以延伸節(jié)S的面F41。面F41由此從第二面42延伸到前邊緣15的鄰近處。第一層40的緯紗于是從后邊緣16延伸到第二面42。以類似方式，第二層50連續(xù)編織的方式為形成具有與第一層40相同形狀并面對(duì)所述第一層的一個(gè)層。此第二層50因此最初沿縱軸A從第一面51，在與第一面41相同的平面內(nèi)，延伸過(guò)第一部分10的整個(gè)寬度，并沿橫軸B的方向越過(guò)，直到其到達(dá)第一層40的第二面42，從而在與所述第二面42相同的平面內(nèi)限定第二面52。該第二面52沿縱軸A從第一面51延伸到延伸節(jié)S的線的水平。第二層50的端部由此在平面P中通過(guò)三個(gè)側(cè)面劃定邊界第一面51、第二面52，和與面F41共面的面F51。第二層50的緯紗于是從后邊緣16延伸到第二面52。這生產(chǎn)出如圖IA中所示的葉片。隨后，第一層40從F41沿縱軸A的方向延伸，以使預(yù)成型件1在平面P中具有J形。 此延伸經(jīng)過(guò)距離d，該距離和節(jié)S與第一面41之間的距離大致相等。第一層40的端部由此在平面P中通過(guò)三個(gè)側(cè)面劃定邊界第二面42、第三面43和第四面44，其中第三面43平行于舊的面F41從第二面42延伸到前邊緣15的鄰近處，第四面 44緊接前邊緣15的前部延伸，平行于第二面42，從舊的面F41延伸到第三面43(見(jiàn)圖1B)。實(shí)際上，第一層40通過(guò)使用經(jīng)紗從面F41延伸，經(jīng)紗從第一面41延伸到第三面43。 在第一層40端部用于經(jīng)紗的梭在第四面44與第二面42之間來(lái)回移動(dòng)，而不遇到葉片第一部分10的緯紗。在平面Q限定為垂直于軸B，并位于緊挨前邊緣15前部的情況下(見(jiàn)圖1A)，在第一層40端部的緯紗不穿過(guò)平面Q。以類似方式，第二層50連續(xù)編織，以形成具有與第一層40相同形狀并面對(duì)所述第一層的一個(gè)層。因而，此第二層50的端部在平面P中通過(guò)三個(gè)側(cè)面劃定邊界與第一層40 的第二面42共面的第二面52、與第一層40的第三面43共面的第三面53，和與第一層40 的第四面44共面的第四面54(見(jiàn)圖1B)。實(shí)際上，第二層50使用經(jīng)紗從面F51延伸，經(jīng)紗從第一面51延伸到第三面53。用于經(jīng)紗的梭從而在第四面M與第二面52之間來(lái)回移動(dòng)，而不穿過(guò)平面Q。第一層40和第二層50構(gòu)成預(yù)成型件1的第二部分20，其形成導(dǎo)向葉片的平臺(tái)。 由前邊緣15和第四面44、54限定的空間形成一通道30，該通道將第二部分20與第一部分 10分離。第一層40在平面Q前部，并由第一面41、第二面42、第三面43和第四面44限定的區(qū)域構(gòu)成第一區(qū)域隊(duì)。第二層50在平面Q前部，并由第一面51、第二面52、第三面53和第四面M限定的區(qū)域構(gòu)成第二區(qū)域R2。第一區(qū)域R1和第二區(qū)域&設(shè)計(jì)為完全重疊，以重新構(gòu)成在翼面的前邊緣15前的平臺(tái)部分，下面將進(jìn)行解釋。該平臺(tái)必須具有恒定厚度，因此第一區(qū)域R1和第二區(qū)域&的厚度有必要改變。因此，第一區(qū)域R1的厚度從第一面41的厚度e線性減小到第三面43上幾乎為零的厚度。第一區(qū)域R1的面對(duì)第二區(qū)域&的面，即其平面P中的面，稱為第一內(nèi)面46。第一區(qū)域R1的與第一內(nèi)面46相對(duì)的面稱為第一外面47。第一區(qū)域R1的厚度的厚度減小通過(guò)第一外面47接近平面P而實(shí)現(xiàn)。第一內(nèi)面46留在平面P中，垂直于第一面41。第一區(qū)域 R1的形狀顯示于圖IB中。此大致線性的厚度減小通過(guò)使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法(此方法的一個(gè)例子描述在歐洲專利申請(qǐng)EP 1 526 285中)解開而獲得。經(jīng)紗Cij的幅度從第一面41向第三面43逐漸減小，以使經(jīng)紗橫跨緯紗Tn的幾個(gè)層。同時(shí)，經(jīng)紗梭來(lái)回移動(dòng)的數(shù)量減小。此情況顯示在圖3中，其為截面AC中第一區(qū)域隊(duì)的截面。此厚度的減小意味著預(yù)成型件的厚度在平面Q中沿軸B從位于與翼面(第一部分10)成一直線的第一層40的區(qū)域到第一區(qū)域R1變化。延伸該翼面的該第一層40的區(qū)域平行于平面Q，為矩形截面，然而第一區(qū)域R1為梯形截面。第一層40在平面Q內(nèi)的厚度變化限定一平行于第二面42的第一邊緣45 (見(jiàn)圖1A)。此厚度減小通過(guò)解開而獲得經(jīng)紗的幅度在平面Q旁減小，來(lái)自延伸翼面的第一層40區(qū)域的緯紗返回到平面Q水平的后面，以限定第一邊緣45。以類似方式，第二區(qū)域&的厚度從第一面51的厚度e線性減小到第三面53中幾乎為零的厚度。第二區(qū)域&的面對(duì)第一區(qū)域R1的面稱為第二內(nèi)面56。第二區(qū)域&的與第二內(nèi)面56相對(duì)的面稱為第二外面57。第一區(qū)域Ii1的厚度通過(guò)使第二內(nèi)面56更接近第二外面57而減小。第二外面57留在平行于平面P、垂直于第一面51的平面中。第二區(qū)域& 的形狀顯示在圖IB中。此大致線性的厚度減小因而通過(guò)如對(duì)于第一區(qū)域隊(duì)的解開而獲得。經(jīng)紗Cu的幅度從第一面51向第三面53逐漸減小，以使經(jīng)紗橫跨緯紗Tn的幾個(gè)層。同時(shí)，緯紗梭來(lái)回移動(dòng)的數(shù)量減小。此情況顯示在圖3C中，其為截面AC中第二區(qū)域&的截面。此厚度的減小意味著預(yù)成型件的厚度在平面Q中沿軸B從位于延伸翼面(第一部分10)的第二層50的區(qū)域到第二區(qū)域&變化。第二層50在平面Q內(nèi)的厚度變化限定一平行于第二面52的第二邊緣55 (見(jiàn)圖1A)。此厚度減小通過(guò)解開而獲得與第一區(qū)域R1的解開方式相似。圖IB顯示折疊前完工的葉片。制造導(dǎo)向葉片的方法中的下面步驟在于下面描述的折疊第一層40與第二層50。
第一層40圍繞節(jié)S樞轉(zhuǎn)，以使第一邊緣41遠(yuǎn)離平面P，直到第一層40位于垂直于第一部分10的平面，即由橫軸B和厚度軸C限定的平面中。第一區(qū)域R1的一半(由舊面 F41、第二面42、第三面43和第四面44限定的一半)由此經(jīng)過(guò)到第一部分10的另一側(cè)(即由軸A和B限定的另一側(cè))。相似地，第二層50圍繞節(jié)S樞轉(zhuǎn)，以使第一邊緣51遠(yuǎn)離平面P，即其沿與第一層 40旋轉(zhuǎn)方向相反的方向樞轉(zhuǎn)，直到第二層50位于垂直于第一部分10的平面中，即位于現(xiàn)在包含第一層40的相同平面中。第二區(qū)域&的一半(由舊面F51、第二面52、第三面53和第四面M限定的一半)由此經(jīng)過(guò)第一部分10的另一側(cè)。節(jié)S從而作為鉸鏈，第一層40和第二層50圍繞它沿互相相對(duì)的方向樞轉(zhuǎn)過(guò)一具有90°的角。圖IC顯示在樞轉(zhuǎn)過(guò)程中在中間階段的第一層40和第二層50?？梢岳斫?，在樞轉(zhuǎn)過(guò)程的末端，第一層40的第一區(qū)域R1在由橫軸B和厚度軸C限定的平面中面對(duì)第二層50的第二區(qū)域&。其結(jié)果是，第一層40和第二層50在第一區(qū)域R1 與第二區(qū)域&的區(qū)域互相覆蓋，以形成一厚度為e的新層，如圖ID中所示的那樣。外面47 于是與內(nèi)面56完全接觸。第四面44于是接觸第二邊緣55，第四面M接觸第一邊緣45。與圖IA至ID類似，圖2A至2E顯示本發(fā)明另一實(shí)施例中制造導(dǎo)向葉片方法的步馬聚ο如圖2A中所示，編織第一層40與第二層50的第一部分10，直到平面Q，以與圖IA 中所示實(shí)施例相同的方式解開第一層40與第二層50。圖3A和;3B平等地應(yīng)用于本實(shí)施例。于是，連續(xù)編織第一層40，以沿縱軸A延伸過(guò)一定距離，從節(jié)5沿軸B覆蓋第一部分10的整個(gè)寬度，并沿軸B越過(guò)平面Q，以使預(yù)成型件1在平面P中具有L形。第一層40 由此沿縱軸A的方向終止于沿橫軸B延伸的第一面41，以及沿縱軸A從第一面41到延伸節(jié)S的線的水平延伸的第二面42。第一層40的端部由此在平面P中通過(guò)三個(gè)側(cè)面劃定邊界第一面41、第二面42，和平行于第一面41并延伸節(jié)S的面F41。面F41由此從第二面42 延伸到前邊緣15的鄰近處。第一層40的緯紗于是從后邊緣16延伸到第二面42。以類似方式，第二層50象第一層40那樣連續(xù)編織，使預(yù)成型件1在平面P內(nèi)具有 L形。第二層50于是沿縱軸A的方向終止于第一面51中，第一面51在第一部分10的整個(gè)寬度占據(jù)與第一面41相同的平面，并沿橫軸B的方向超越，直到第一層40的第二面42的水平，于是在與第二面42相同的平面中限定第二面52。此第二面52沿縱軸A從第一面51延伸到延伸節(jié)S的線的水平。第二層50的端部由此在平面P中通過(guò)三個(gè)側(cè)面劃定邊界第一面51、第二面52， 和平行于第一面51并延伸節(jié)S的面F51。面F51從第二面52延伸到前邊緣15的鄰近處。第二層50的緯紗從后邊緣16延伸到第二面52。這樣制造出如圖2B中所示的葉片。然而，與圖IA至ID中所示實(shí)施例不同的是，第一層厚度的變化不在平面Q中進(jìn)行，而在平面R中進(jìn)行，平面R限定如下平面R通過(guò)圍繞軸T樞轉(zhuǎn)平面Q獲得，軸T平行于包含在平面Q中與節(jié)S相交的軸C。此平面R相對(duì)于平面Q傾斜，其方式為，它包含第一面 41與第二面42之間的相交段。第一層40的區(qū)域位于平面Q與平面R之間，面42于是在平面P內(nèi)形成直角三角形，其斜邊位于平面Q中(見(jiàn)圖2A)。平面R中的厚度變化在下文中描述。在平面R的第一面41旁的面上，第一層40基本為矩形截面，并且厚度均等于e。此矩形截面具有沿軸T的長(zhǎng)度為e的一側(cè)，以及沿第一面41和第二面42的相交段的長(zhǎng)度為e的相對(duì)側(cè)。這兩側(cè)通過(guò)位于平面P中的一側(cè)以及與其平行的一側(cè)相連。在平面R的另一面上，第一層40為梯形截面，形成此截面的梯形定義如下其與所述(平面R的另一面上的截面的)矩形共享其沿第一面41和第二面42的相交段的長(zhǎng)度為e的側(cè)邊，以及其位于平面P內(nèi)的側(cè)邊。沿著軸T，該梯形具有長(zhǎng)度等于e/2 的側(cè)邊，該側(cè)邊通過(guò)一傾斜側(cè)邊與相對(duì)側(cè)相連。該梯形因而具有沿軸C的在e與e/2之間線性變化的寬度。因此，在平面R中第一層40厚度的變化為在其最大值與在軸T上等于e/2，在第二面42上等于零。該第一層40在平面R內(nèi)的厚度變化定義第一邊緣44 (見(jiàn)圖2A)。此厚度變化通過(guò)解開而獲得來(lái)自第一面41的經(jīng)紗Cij的幅度在穿過(guò)平面R時(shí)減小，以使經(jīng)紗穿過(guò)更少層的緯紗Tn。同時(shí)，來(lái)自延伸翼面的第一層40的區(qū)域的緯紗在平面R回來(lái)，以限定第一邊緣45。此情況顯示在圖4中，圖4為截面AC中第一層40的截面。以相似方式，第二層50的厚度變化在平面R中進(jìn)行，從矩形截面到梯形截面。形成此截面的梯形定義如下其與所述(平面R的另一面上的截面的)矩形共享在第一面41 和第二面42的相交段上長(zhǎng)度為e的側(cè)邊，以及其位于平面P內(nèi)與該側(cè)邊相對(duì)的側(cè)邊。沿著軸T，該梯形具有長(zhǎng)度等于e/2的側(cè)邊，該側(cè)邊通過(guò)一傾斜側(cè)邊與相對(duì)側(cè)相連。該梯形因而具有沿軸C的在e與e/2之間線性變化的寬度。第二層50的梯形與第一層40的梯形于是可重合。第二層50在平面R中的厚度變化定義第二邊緣M (見(jiàn)圖2A)。此厚度減少通過(guò)解開而獲得，與第一層40相同。此情況顯示在圖4中，圖4為截面AC中第二層50的截面。第一層40從面F41開始，通過(guò)沿縱軸A的方向編織而延伸，以使預(yù)成型件1在平面 P中具有J形。第一層40沿軸A從面F41延伸的距離在位于節(jié)T的面F41的端部與(在第二面42上的)面F41的相對(duì)端部之間線性變化。因此，第一層40未在節(jié)T上延伸，其延伸到第二面42上經(jīng)過(guò)距離d。該距離d為面F41與第一面41之間的距離。第一層40的端部于是由第三面43限定，第三面43從第二面42延伸到節(jié)T。面F41、第二面42和第三面43 在平面P內(nèi)限定一直角三角形，其斜邊由第三面43構(gòu)成。實(shí)際上，第一層40通過(guò)使用經(jīng)紗從第一面F41延伸，所述經(jīng)紗從第一面41延伸到第三面43。用于第一層40端部的經(jīng)紗梭于是在第三面43與第二面42之間進(jìn)行來(lái)回移動(dòng)。以類似方式，第二層50從面F51沿縱軸A的方向連續(xù)編織，以形成與第一層40具有相同形狀并面對(duì)所述第一層的層。因此，第二層50未在節(jié)T上延伸，其從第一面52延伸過(guò)距離d。該第二層50的端部由第三面53限定，第三面53從第二面52延伸到節(jié)T。面F51、 第二面52和第三面53在平行于平面P的平面內(nèi)限定一直角三角形，并具有由第三面53構(gòu)成的斜邊。第二層50從面F51通過(guò)與第一層40相同的方式進(jìn)行編織而延伸。第一層40和第二層50構(gòu)成預(yù)成型件1的第二部分20，其用于形成導(dǎo)向葉片的平臺(tái)。由平面R、第二面42和第三面43限定的第一層40的區(qū)域構(gòu)成第一區(qū)域隊(duì)。由平面R、第二面52和第三面53限定的第二層50的區(qū)域構(gòu)成第二區(qū)域&。第一區(qū)域R1和第二區(qū)域&設(shè)計(jì)為完全重疊，從而構(gòu)成翼面的前邊緣15前的平臺(tái)的部分，下文將作說(shuō)明。該平臺(tái)需要恒定的厚度，因此需要使第一區(qū)域隊(duì)的厚度和第二區(qū)域民的厚度改變，下文將作說(shuō)明。第一區(qū)域R1的面對(duì)第二區(qū)域&的面，即位于平面P中的面，稱為第一內(nèi)面46。第二區(qū)域R1的與第一內(nèi)面46相對(duì)的面稱為第一外面47。第一區(qū)域R1的沿第二面42的厚度從厚度e (在第一面41上)線性減小到從第一面41沿軸A測(cè)量的距離2d處的接近零的厚度。第二面42因而為三角形。第一區(qū)域R1的沿第三面43的厚度從在節(jié)T處大致為e/2的厚度線性減小到第三面43與第二面42結(jié)合位置的接近零的厚度。第三面43因而為三角形，其與第二面42具有一共同的頂點(diǎn)。此頂點(diǎn)為&。第二面42、第三面43、第一內(nèi)面46以及第一外面47由此形成一梯形基底的棱錐， 該棱錐位于平面R內(nèi)，頂點(diǎn)為&。第一區(qū)域R1的形狀顯示在圖2C中。第一區(qū)域隊(duì)的大致線性的厚度減少通過(guò)解開而獲得。經(jīng)紗Cij的幅度從平面R向第三面53減小，其方式為經(jīng)紗越過(guò)幾層緯紗Tn。同時(shí)，緯紗梭來(lái)回移動(dòng)的數(shù)量減少。此情形顯示在圖4中，圖4為截面AC中第一區(qū)域札的截面。第二區(qū)域&的厚度與第一區(qū)域R1的厚度相同進(jìn)行變化。第二區(qū)域&的面對(duì)第一區(qū)域R1的面稱為第二內(nèi)面56。第二區(qū)域&的與第二內(nèi)面 56相對(duì)的面稱為第二外面57。該第二外面57位于平行于平面P，垂直于第一面41的平面內(nèi)。
第二區(qū)域&沿第二面52的厚度從厚度e (在第一面51)線性減小到從第一面51 沿軸A測(cè)量的在距離2xd處的接近為零的厚度。第二面52因而為三角形。第二區(qū)域&沿第三面53的厚度從節(jié)T上大致等于e/2的厚度線性減小到第三面 53與第二面52連接位置的接近零的厚度。第三面53因而為三角形，其與第二面52共有一頂點(diǎn)。此頂點(diǎn)稱為&。第二面52、第三面53、第二內(nèi)面56以及第二外面57由此形成一梯形基底的棱錐， 該棱錐位于平面R內(nèi)，其頂點(diǎn)為&。第二區(qū)域&的形狀顯示在圖2C中。第二區(qū)域&的大致線性的厚度減少通過(guò)解開而獲得，如第一區(qū)域R1那樣。此情形顯示在圖4中，圖4為截面AC中第二區(qū)域民的截面。圖2C顯示折疊前的完工的葉片。制造導(dǎo)向葉片的方法中的下面步驟在于下面描述的折疊第一層40與第二層50。第一層40被驅(qū)使圍繞節(jié)S樞轉(zhuǎn)，以使第一邊緣41遠(yuǎn)離平面P，直到第二層40位于垂直于第一部分10與軸A的平面內(nèi)，即由橫軸B和厚度軸C限定的平面內(nèi)。第一區(qū)域R1 的一半(由舊面F41、第二面42和第三面43限定的一半)由此經(jīng)過(guò)第一部分10的另一側(cè) (即由軸A和B限定的平面P的另一側(cè))。第二層50以相似方式被驅(qū)使圍繞節(jié)S樞轉(zhuǎn)，以使第一邊緣51遠(yuǎn)離平面P，即其沿與第一層40旋轉(zhuǎn)方向相反的方向樞轉(zhuǎn)，直到第二層50位于垂直于第一部分10的平面中， 即位于現(xiàn)在包含第一層40的相同平面中。第二區(qū)域&的一半(由舊面F51、第二面52和第三面53限定的一半)由此經(jīng)過(guò)到平面P的另一側(cè)。節(jié)S從而作為鉸鏈，第一層40和第二層50圍繞它沿互相相對(duì)的方向分別樞轉(zhuǎn)過(guò)一具有90°的角。這些層于是占據(jù)相對(duì)于第一部分10的對(duì)稱位置。圖2D顯示在樞轉(zhuǎn)中間階段的第一層40和第二層50。可以理解，在樞轉(zhuǎn)過(guò)程的末端，第二層40的第一區(qū)域R1在由橫軸B和厚度軸C限定的平面中面對(duì)第二層50的第二區(qū)域&。其結(jié)果是，第一層40和第二層50在第一區(qū)域R1 與第二區(qū)域&的區(qū)域互相覆蓋，以形成一厚度為e的新層，如圖2D中所示的那樣。第一外面47于是與第二內(nèi)面56完全接觸。第一層40的第三面43于是與第二邊緣M完全接觸， 第二層50的第三面53與第一邊緣44完全接觸。在上述兩實(shí)施例中，第一區(qū)域R1在包含內(nèi)面56與外面47的平面中與第二區(qū)域& 接觸。第一層40覆蓋第二層50的表面因此基本是平的?？蛇x擇地，第一區(qū)域R1與第二區(qū)域&可互相覆蓋，這些區(qū)域的厚度以非線性方式 (例如階梯式)變化，使這些區(qū)域的厚度和基本等于沿平行于軸A的任何軸的全部。因此， 此第一區(qū)域R1覆蓋第二區(qū)域&的區(qū)域的厚度基本等于(最大值)第一層40或第二層50 的厚度，使得由纖維結(jié)構(gòu)的第二部分20制成的平臺(tái)的厚度基本恒定。一旦該平臺(tái)以此方式一致，以具有基本接近其最終形狀(即由第一層40和第二層 50構(gòu)成的平臺(tái)大致垂直于翼面10這樣的形狀)的形狀，此平臺(tái)被放置在一模具中，該模具的形狀對(duì)應(yīng)于該最終形狀。該平臺(tái)隨后使用上述已知技術(shù)(用液體浸漬，或化學(xué)蒸汽滲透) 中的一個(gè)進(jìn)行密化。上面描述一實(shí)施例，其中第一層40的第一區(qū)域R1在一區(qū)域覆蓋第二層50的第二區(qū)域&，該覆蓋區(qū)域大致為矩形，構(gòu)成位于翼面的前邊緣15前部的平臺(tái)的所有部分。
還描述了一實(shí)施例，其中第一層40的第一區(qū)域R1在一區(qū)域覆蓋第二層50的第二區(qū)域&，該覆蓋區(qū)域大致為三角形，沿向前的方向從翼面的前邊緣15擴(kuò)張。以通常方式，本發(fā)明涉及葉片，其中第一層40的第一區(qū)域禮在翼面的前邊緣15的前部覆蓋第二層50的第二區(qū)域&。第一層40和第二層50大致具有相同的體積和形狀。可選擇地，第一層40和第二層50可具有不同的體積和形狀。在上面的說(shuō)明中，描述了一種3D編織技術(shù)，用于制造構(gòu)成本發(fā)明葉片的平臺(tái)。其他3D編織技術(shù)也可使用，只要能得到具有相同形狀的平臺(tái)。在密化操作前，可在上述制造的平臺(tái)中制造兩個(gè)軸A的孔81和82，所述孔穿過(guò)第一區(qū)域R1和第二區(qū)域&，并位于在翼面的前邊緣15前部的平面P(圖ID和圖2D)的任一側(cè)。在示例中，每個(gè)孔可通過(guò)利用直徑等于孔直徑的圓柱體分離該預(yù)成型件的纖維，或圍繞這樣的圓柱體編織而制成。該預(yù)成型件和圓柱體于是在密化操作前放入模具中，其方式使得葉片在其平臺(tái)中這些圓柱體的位置包括兩個(gè)孔?？?1和82用于穿過(guò)螺栓，螺栓使葉片能夠機(jī)械緊固到其支撐上。有利地，孔81和82的定位方式使它們每個(gè)都穿過(guò)第一層40和第二層50 (即它們每個(gè)都穿過(guò)第一區(qū)域R1和第二區(qū)域ig。因此，穿過(guò)這些孔的螺栓(或其他機(jī)械緊固裝置) 用于將第一層40和第二層50連在一起，另外將平臺(tái)緊固到其支撐上。以上述方式制造在第一部分10的縱向端部11具有第一層40和第二層50的預(yù)成型件1，還可在預(yù)成型件1的其他縱向端部進(jìn)行。因此，在模具中成型預(yù)成型件1之前，制造一第三部分，該第三部分類似于第二部分20，但位于第一部分10的另一縱向端部，以形成另一平臺(tái)。此修改的預(yù)成型件于是放入一適合裝容它的模具中，隨后用聚合物基體進(jìn)行密化。在圖IA至ID以及2A至2E中，第一部分10顯示為圍繞軸A彎曲。通常，第一部分10可以具有更為復(fù)雜的形狀(圍繞多個(gè)軸彎曲)，這取決于為其翼面所希望的形狀。在某些應(yīng)用中，第一部分10包括一安裝到前邊緣15上的金屬引導(dǎo)邊緣。本發(fā)明還提供一渦輪機(jī)，其包括至少一個(gè)本發(fā)明的導(dǎo)向葉片。
1權(quán)利要求
1.一種制造導(dǎo)向葉片的方法，其特征在于，該方法包括a)通過(guò)3D編織一單一件制造一纖維預(yù)成型件(1)，該預(yù)成型件包括第一部分(10)， 該第一部分沿縱軸(A)延伸，并構(gòu)成用于所述葉片的翼面的預(yù)成型件，在所述第一部分 (10)的縱向端部(11)，一第二部分00)構(gòu)成用于所述葉片的平臺(tái)的預(yù)成型件，所述第二部分00)制造為第一層GO)和第二層(50)，第二層(50)面對(duì)該第一層，并通過(guò)在制造所述預(yù)成型件(1)時(shí)解開而不切割來(lái)與所述第一層GO)分離；b)折疊所述第一層GO)和第二層(50)，其方式為它們中每個(gè)位于垂直于所述縱軸的平面中，相對(duì)于所述第一部分(10)基本相互對(duì)稱，所述第一層GO)的第一區(qū)域(R1)在所述第一部分(10)的前邊緣(1 的前面覆蓋所述第二層(50)的第二區(qū)域( )；c)在一模具中成型所述預(yù)成型件(1)；d)用聚合物基體密化所述預(yù)成型件(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層GO)和第二層(50)的體積和形狀基本相同。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一層00)的纖維預(yù)成型件在鄰近所述第一部分(10)的區(qū)域中彎曲，所述第二層(50)的纖維預(yù)成型件在鄰近所述第一部分(10)的區(qū)域中彎曲，其方式為所述第一層G0)和第二層(50)的鄰近所述第一部分(10) 的區(qū)域傾向于在彎曲的影響下相對(duì)于所述第一部分在各自側(cè)占據(jù)對(duì)稱位置。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在模具中成型所述預(yù)成型件(1)之前，以與所述第二部分00)相似的方式制造一位于所述第一部分(10)另一縱向端部的第三部分，用于形成另一平臺(tái)。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一部分(10)包括安裝在所述前邊緣(1 上的一金屬引導(dǎo)邊緣。
6.一種由復(fù)合材料制成的導(dǎo)向葉片，所述復(fù)合材料包括由纖維結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的聚合物基體，所述葉片包括形成翼面的第一部分(10)，以及第二部分(20)，所述第二部分00)位于所述第一部分(10)的縱向端部，并形成在基本垂直于所述翼面的平面中延伸的平臺(tái)，所述纖維結(jié)構(gòu)的特征在于，形成所述纖維結(jié)構(gòu)的所有纖維部件是連續(xù)的，形成第二部分的纖維結(jié)構(gòu)的區(qū)域包括第一層(40)，該第一層00)在所述翼面的前邊緣(15)前在所述翼面的一側(cè)的所述平面中延伸；以及第二層(50)，該第二層(50)在所述翼面的前邊緣(1 前在所述翼面的一側(cè)的所述平面中延伸，相對(duì)于所述翼面與所述第一層G0)大致對(duì)稱，其方式為所述第一層G0)的第一區(qū)域(R1)在所述前邊緣(15)前覆蓋所述第二層的第二區(qū)域(R2)。
7.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)向葉片，其特征在于，所述第一層00)和所述第二層(50)的體積和形狀基本相同。
8.如權(quán)利要求6或7所述的導(dǎo)向葉片，其特征在于，所述第一層00)的第一區(qū)域(R1) 覆蓋所述第二層(50)的第二區(qū)域(R2) —區(qū)域，該覆蓋區(qū)域基本為矩形，構(gòu)成位于所述翼面的前邊緣(15)前的平臺(tái)的整個(gè)部分。
9.如權(quán)利要求6或7所述的導(dǎo)向葉片，其特征在于，所述第一層00)的第一區(qū)域(R1) 覆蓋所述第二層(50)的第二區(qū)域(R2) —區(qū)域，該覆蓋區(qū)域基本為三角形，從所述翼面的前邊緣(15)向前擴(kuò)張。
10.如權(quán)利要求6-9中任何一項(xiàng)所述的導(dǎo)向葉片，其特征在于，所述第一層00)覆蓋所述第二層(50)的表面基本是平的。
11.如權(quán)利要求6-10中任何一項(xiàng)所述的導(dǎo)向葉片，其特征在于，它進(jìn)一步包括一第三部分，該第三部分與所述第二部分00)相似，并位于所述第一部分(10)的另一縱向端部上，所述第三部分用于形成另一平臺(tái)。
12.如權(quán)利要求6-11中任何一項(xiàng)所述的導(dǎo)向葉片，其特征在于，所述翼面包括安裝到所述前邊緣(1 上的一金屬引導(dǎo)邊緣。
13.一種渦輪機(jī)，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求6-12中任何一項(xiàng)所述的導(dǎo)向葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造導(dǎo)向葉片的方法。該方法包括通過(guò)3D編織一單一件制造一纖維預(yù)成型件(1)，該預(yù)成型件包括第一部分(10)，其沿縱軸(A)延伸，并構(gòu)成用于所述葉片的翼面的預(yù)成型件，在所述第一部分(10)的縱向端部(11)，一第二部分(20)構(gòu)成用于所述葉片的平臺(tái)的預(yù)成型件，所述第二部分(20)制造為第一層(40)和第二層(50)，第二層(50)面對(duì)該第一層，并通過(guò)在制造所述預(yù)成型件(1)時(shí)解開而不切割來(lái)與所述第一層(40)分離；折疊所述第一層(40)和第二層(50)，其方式為它們中每個(gè)位于垂直于所述縱軸的平面中，相對(duì)于所述第一部分(10)基本相互對(duì)稱，所述第一層(40)的第一區(qū)域(R1)在所述第一部分(10)的前邊緣(15)的前面覆蓋所述第二層(50)的第二區(qū)域(R2)；在一模具中成型所述預(yù)成型件(1)；用聚合物基體密化所述預(yù)成型件(1)。
文檔編號(hào)B29C70/44GK102171025SQ200980126988
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者吉恩·諾埃爾·馬修, 奧利維耶·貝爾蒙特, 澤維爾·米利爾 申請(qǐng)人:斯奈克瑪