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      用于渦輪機(jī)空心葉片的纖維預(yù)成形件的制造方法與工藝

      文檔序號:11171783閱讀:1098來源:國知局
      用于渦輪機(jī)空心葉片的纖維預(yù)成形件的制造方法與工藝
      本發(fā)明涉及一種用于空心渦輪引擎葉片的纖維預(yù)成形件、該空心葉片和還有制造該空心葉片的方法。本說明書還涉及渦輪引擎和包括此空心葉片的飛機(jī)。在例子中,此預(yù)成形件可以用于制造后渦輪定子的空心葉片或渦輪引擎的某一其他模塊的空心葉片。

      背景技術(shù):
      因?yàn)槿剂系母邇r(jià),最近以來一直花費(fèi)了巨大的努力來減少飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的燃料消耗。對該消耗具有影響的主要因素是飛機(jī)的重量及其裝備,該裝備中的某一個包括渦輪噴氣發(fā)動機(jī)本身。因此,過去幾年以來,新材料一直在飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)中出現(xiàn),并能夠獲得重量的大量降低。這尤其應(yīng)用于同時提供良好的機(jī)械強(qiáng)度和相對于傳統(tǒng)所使用的金屬材料提供低重量的復(fù)合材料:新一代的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)因此包括大量的由此復(fù)合材料制成的零件。用于減少重量的另一技術(shù)尋求簡化特定零件的形狀或消除多余的某些實(shí)施例。尤其是,可以挖空傳統(tǒng)中是實(shí)心的特定零件。這尤其應(yīng)用至特定葉片,特別是后渦輪定子的葉片,所述葉片在新一代的渦輪引擎中是中空的。在這種情況下,理論上可以結(jié)合由通過使該中空葉片由復(fù)合材料制成而降低重量的那兩種方法所獲得的優(yōu)點(diǎn)。然而,使用復(fù)合材料制造中空零件的方法是昂貴、復(fù)雜且不令人滿意的。尤其是,已知的方法由以下組成:編織多個二維織物,通過堆疊它們而使它們成形,以及然后通過共燒結(jié)來將它們結(jié)合。然而,該方法在共同地形成該堆疊的片的同時要求大量的織物片被編織并增加了難度,由于它們分層的結(jié)構(gòu),這導(dǎo)致零件具有結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)。因此,這就存在對以下的真正的需要:用于中空渦輪引擎葉片的纖維預(yù)成形件,此中空葉片,以及制造此中空葉片的方法,它們至少某一程度上不具有上述已知方法的內(nèi)在缺陷。

      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
      本說明書涉及一種用于中空渦輪引擎葉片的纖維預(yù)成型件,該預(yù)成形件包括:第一纖維結(jié)構(gòu),所述第一纖維結(jié)構(gòu)通過三維編織獲得并包括至少一個主要適于形成翼面的壓力側(cè)壁的主縱向部分;第二纖維結(jié)構(gòu),所述第二纖維結(jié)構(gòu)通過三維編織獲得并包括至少一個主要適于形成翼面的吸力側(cè)壁的主縱向部分;其中第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)中的每個還包括:第一互連區(qū)域,所述第一互連區(qū)域沿著其主縱向部分的前邊緣延伸,該第一區(qū)域相互為一體并形成預(yù)成形件的第一互連部分;以及第二互連區(qū)域,所述第二互連區(qū)域沿著其主縱向部分的后邊緣延伸,該第二區(qū)域相互為一體并形成預(yù)成形件的第二互連部分;其中第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的主縱向部分被分離,以在所述主縱向部分之間留下適合用于形成中空翼面的一間隙。利用該預(yù)成形件,由于其中空并且因?yàn)槭褂脧?fù)合材料,因此可以獲得重量尤其輕的中空葉片。此外,由于進(jìn)行三維編織,因此該中空葉片具有帶有非常良好機(jī)械性能的單件結(jié)構(gòu)。該零件的各向異性也被減少,從而具有高的機(jī)械強(qiáng)度,無論應(yīng)力所施加的方向如何。尤其是,纖維的該三維網(wǎng)絡(luò)使其能夠抵抗剪力,而不存在任何分層風(fēng)險(xiǎn),不像例如共燒纖維件的堆疊。利用該預(yù)成形件,制造該中空葉片的方法也被簡化。該預(yù)成形件僅僅需要涉及單一編織步驟,所述單一編織步驟使用如目前在本領(lǐng)域眾做周知的三維織布機(jī),從而減少了總體成本和需要用于制造該中空葉片的時間。如果合適,在相同的單一編織步驟中,也可以將其環(huán)境的其他元件合并至例如平臺或緊固件法蘭的預(yù)成形件中,所述平臺或緊固件法蘭然后與中空葉片一體地一起形成。優(yōu)選地,第一互連區(qū)域全都沿著它們的各自的主縱向部分的前邊緣延伸,第二互連區(qū)域全都沿著它們各自的主縱向部分的后邊緣延伸。在本說明書中,術(shù)語“縱向的”、“橫向的”、“底部”、“頂部”和它們的派生詞相對于葉片的主方向而定義。而且,當(dāng)應(yīng)用至預(yù)成形件時,一旦預(yù)成形件成形,它們就相對于該預(yù)成形件來定義。術(shù)語“軸向的”、“徑向的”、“切向的”、“內(nèi)部的”、“外部的”及其它們的派生詞相對于渦輪引擎的主軸線來定義。最后,術(shù)語“上游”和“下游”在整個渦輪引擎中相對于氣流來定義。在特定實(shí)施例中,第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第一互連區(qū)域以互連的方共同地被編織,和/或第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第二互連區(qū)域以互連的方式共同地被編織;第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的主縱向部分以非互連的方式共同地被編織。以該方式,得利于粘合的纖維的三維格子的預(yù)成形件和因此所獲得的中空葉片包括在互連區(qū)域中:這用來提高互連區(qū)域的機(jī)械強(qiáng)度和因此所獲得的葉片的前邊緣和后邊緣的機(jī)械強(qiáng)度。在特定實(shí)施例中,在第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第一互連區(qū)域中和/或在第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第二互連區(qū)域中使用交錯的層。這進(jìn)一步改進(jìn)了第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的粘合。在其他實(shí)施例中,第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第一互連區(qū)域以非互連的方式被編織并且它們被縫在一起,和/或第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第二互連區(qū)域以非互連的方式被編織并且它們被縫在一起。在其他實(shí)施例中,第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第一互連區(qū)域以非互連的方式被編織并且它們被粘附地粘合在一起,和/或第一纖維結(jié)構(gòu)和第二纖維結(jié)構(gòu)的第二互連區(qū)域以非互連的方式被編織并且它們被粘附地粘合在一起。在特定實(shí)施例中,纖維結(jié)構(gòu)的至少一個還包括至少一個徑向部分,該徑向部分從其主縱向部分的底部邊緣或頂部邊緣延伸,并適于形成一平臺或一緊固件法蘭。如上所述,這使得可在單一步驟中制造與中空葉片一體的平臺或緊固件法蘭。因此提高了尤其在葉片與法蘭的平臺之間的界面處的整體機(jī)械強(qiáng)度。此外,這使得可減少所需要的零件,尤其是緊固件零件的數(shù)量,從而減少整體重量和成本。在特定實(shí)施例中,所述徑向部分均沿著所述主縱向部分的所述底部邊緣或頂部邊緣延伸。在特定實(shí)施例中,至少所述纖維結(jié)構(gòu)還包括至少一個次縱向部分,該次縱向部分從所述徑向部分的邊緣延伸并適于形成緊固件法蘭在特定實(shí)施例中,纖維結(jié)構(gòu)的至少一個包括重疊部分,當(dāng)纖維結(jié)構(gòu)攤開時,該重疊部分位于所述纖維結(jié)構(gòu)的第一互連區(qū)域的至少一部分的前方或在所述纖維結(jié)構(gòu)的第二互連區(qū)域的至少一部分的后方,在正在討論中的所述重疊部分與互連區(qū)域之間留下一間隙。當(dāng)纖維結(jié)構(gòu)在編織的末端被獲得時,該間隙可以從該纖維結(jié)構(gòu)切割。這使得可制造平臺部分或法蘭部分,該平臺部分或法蘭部分越過中空葉片的弦平面而突出。因此還可以制造重疊區(qū)域,其中兩個纖維結(jié)構(gòu)一旦成形就相互重疊,從而使最終完整的平臺或緊固件法蘭能夠獲得更好的粘結(jié)和更大的強(qiáng)度。在特定實(shí)施例中,第一互連部分和/或第二互連部分在其底部和/或其尖端處,而不是在其中間中具有更小的寬度。在底部或尖端處的更小的寬度用來限制在該零件的該區(qū)域中所需要的加工的量;該區(qū)域由于在前邊緣或后邊緣與平臺之間的連接而是敏感的。然而,更大的寬度可以在互連區(qū)域的中間存在,以獲得高強(qiáng)度,因?yàn)樵搮^(qū)域經(jīng)受更少的約束。在特定實(shí)施例中,使用于編織該預(yù)成形件的紗線由氧化物類型的纖維,優(yōu)選由氧化鋁、莫來石、二氧化硅和氧化鋯制成的纖維...
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