用于制造復(fù)合包容殼體的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域大體涉及用于制造復(fù)合包容殼體的系統(tǒng)和方法，并且更確切地，涉及用于制造具有較大硬度的復(fù)合風(fēng)扇殼體并且具有較少制造步驟的方法。
[0002]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的前部中、由軸裝式壓縮機(jī)壓縮并且與燃燒器中的燃料混合。隨后混合物被燃燒并且熱廢氣穿過安裝在同一軸上的渦輪。燃燒氣體流通過渦輪膨脹，渦輪又使軸旋轉(zhuǎn)并且向壓縮機(jī)提供動(dòng)力。熱廢氣通過發(fā)動(dòng)機(jī)后部的噴嘴進(jìn)一步膨脹，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)的強(qiáng)大推力。
[0003]至少一些已知的風(fēng)扇包容殼體組件包括分段式復(fù)合夾心板，這些分段式復(fù)合夾心板與彼此和殼體組件獨(dú)立制成并且隨后粘結(jié)到包容殼體內(nèi)表面上。這些分段式復(fù)合夾心板提供空氣流動(dòng)路徑，并且有時(shí)提供其他功能，如減小發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的聲學(xué)處理。類似概念和制造過程用于金屬和復(fù)合風(fēng)扇箱兩者，并且由大多數(shù)制造商使用。就生產(chǎn)最終殼體的勞動(dòng)力和時(shí)間而言，這種組裝過程是昂貴的。此外，這種過程由于將許多零件粘結(jié)在一起以形成最終殼體而產(chǎn)生硬度較小的殼體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于制造復(fù)合包容殼體的方法包括:提供心軸；繞心軸施加至少一層材料以形成第一環(huán)形面板；圍繞第一面板施加多個(gè)核心段；使用自動(dòng)鋪絲(AFP) (automated fiber placement)過程圍繞核心段形成殼體；以及使面板、核心段和殼體固化在一起，從而形成一體化復(fù)合包容殼體。
[0005]在另一實(shí)施例中，一種形成復(fù)合包容殼體組件的方法包括:使用自動(dòng)鋪絲過程形成第一環(huán)形徑向內(nèi)面板；圍繞面板安裝核心，從而形成核心組件；使用AFP過程圍繞核心形成徑向外殼體；使殼體組件固化。
[0006]在又一實(shí)施例中，一種復(fù)合包容殼體系統(tǒng)包括:配置用于圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)管道的第一徑向內(nèi)環(huán)形面板層；圍繞所述面板層的核心組件；以及卷繞在核心組件周圍的殼體結(jié)構(gòu)，所述面板層、所述核心組件和所述殼體結(jié)構(gòu)固化在一起以形成一體化包容殼體系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0007]圖1-5示出本說明書中所述的方法和系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。
[0008]圖1是通常包括風(fēng)扇組件和核心發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意性表示。
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的復(fù)合風(fēng)扇包容殼體的一部分的截面?zhèn)纫晥D。
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成復(fù)合包容殼體的方法的流程圖。
[0011]圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成復(fù)合包容殼體的方法的流程圖。
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成復(fù)合包容殼體的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下詳細(xì)描述以實(shí)例的方式而非限制的方式示出本發(fā)明的實(shí)施例。可以設(shè)想的是，本發(fā)明具有在工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用中形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的一般應(yīng)用。
[0014]如本說明書中所使用，以單數(shù)形式列舉并通過字詞“一個(gè)”或“一種”引出的元件或步驟應(yīng)理解為并不排除多個(gè)所述元件或步驟，除非明確說明此類排除情況。此外，對本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的參考并不旨在解釋為排除存在同樣包含所列舉特征的另外的實(shí)施例。
[0015]就復(fù)合風(fēng)扇包容殼體而言，現(xiàn)在切實(shí)可行的是，整合夾心板作為風(fēng)扇包容殼體設(shè)計(jì)的一部分，并且將它們與風(fēng)扇包容殼體制造在一起。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，自動(dòng)鋪絲用來使用數(shù)字控制的關(guān)節(jié)連接機(jī)械鋪放頭以高速將由例如預(yù)浸漬復(fù)合材料形成的多個(gè)單獨(dú)絲束自動(dòng)鋪放到心軸上，鋪放頭用于同時(shí)對多達(dá)32個(gè)絲束進(jìn)行分配、夾緊、切割和重新起動(dòng)。鋪絲的優(yōu)點(diǎn)包括處理速度、減少的材料報(bào)廢和勞動(dòng)成本、零件合并和提高的零件與零件之間的一致性。然而，此處所述的一般設(shè)計(jì)和制造概念可應(yīng)用于其他制造過程，如手工鋪疊過程。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，夾心板被制造為360°全向殼體結(jié)構(gòu)。夾心板結(jié)構(gòu)與殼體分開被檢查并固化，或殼體與夾心板結(jié)構(gòu)一起形成并且整個(gè)組件被固化在一起從而形成一體化夾心板/殼體結(jié)構(gòu)。殼體和結(jié)構(gòu)的其他部分由使用自動(dòng)鋪絲或任何其他適當(dāng)方法鋪設(shè)的預(yù)浸漬復(fù)合材料形成。
[0017]圖1是通常包括風(fēng)扇組件12和核心發(fā)動(dòng)機(jī)14的常規(guī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)實(shí)施例的示意性表示。風(fēng)扇組件12可包括具有主體17的復(fù)合風(fēng)扇殼體16，和從轉(zhuǎn)子盤20徑向向外延伸的風(fēng)扇葉片18陣列。核心發(fā)動(dòng)機(jī)14可包括高壓壓縮機(jī)22、燃燒器24、高壓渦輪26和低壓渦輪28。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有進(jìn)氣端30和排氣端32。
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的復(fù)合風(fēng)扇包容殼體16的一部分300的截面?zhèn)纫晥D。在示例性實(shí)施例中，耐磨材料層202連接到殼體16并且被配置用于在風(fēng)扇葉片18的外側(cè)延伸軸向長度204。殼體16包括第一層206，該第一層206通過使用例如自動(dòng)鋪絲過程將絲束層卷繞在心軸(未示出)周圍來形成，心軸被成形為與所需殼體內(nèi)表面互補(bǔ)。層206還可在層206的軸向長度上被形成為具有可變厚度。此外，層206可延伸整個(gè)軸向長度208或可僅延伸長度208的一部分距離。
[0019]層206可與其他殼體部件分開固化，或可在已將其他殼體部件連接到層206之后固化。非復(fù)合填充材料層210被施加到層206的徑向外表面。層210可在手動(dòng)過程中被施加，或可使用粘合劑或機(jī)械手段來連接到層206。層210通常包括定位在殼體16的層206周圍的材料的周向片段。層210的每個(gè)片段可沿整個(gè)長度208延伸或可僅沿長度208部分地延伸。此外，層210可由以重疊和/或鄰接配置定位的各種較小的材料“小塊”形成。
[0020]殼體16還可包括第二面板層212。層212也使用AFP過程來施加在層210周圍。在各種實(shí)施例中，層206、210和212被固化在一起，從而圍繞填充材料形成構(gòu)成復(fù)合外殼的單一環(huán)形體。
[0021]組裝過程通過以下方式來監(jiān)視:在過程期間的中間步驟處對殼體16的部件進(jìn)行檢查。例如，當(dāng)由節(jié)段制造層206時(shí)，可在固化之后檢查每個(gè)節(jié)段，并且可丟棄或重新加工不滿足制造公差的任何節(jié)段。一般來說，在每個(gè)固化步驟之后檢查固體部件的缺陷。此類檢查可減小過程中的缺陷的損耗，但是也可增加最終殼體16的制造成本和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。一般來說，當(dāng)固化在一起以形成整體件的部件越多時(shí)，所述整體件越強(qiáng)。當(dāng)單獨(dú)形成并且隨后粘結(jié)在一起的部件越多時(shí)，最終殼體結(jié)構(gòu)的硬度和/或強(qiáng)度將越小。
[0022]殼體16還包括使用AFP過程由復(fù)合材料形成的徑向外殼體層214。將殼體構(gòu)建成所需外部尺寸并且使整個(gè)殼體組件固化，以形成適用于容納燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成復(fù)合包容殼體的方法400的流程圖。在示例性實(shí)施例中，方法400包括形成402繞心軸延伸360°的面板。在一個(gè)實(shí)施例中，通過將用樹脂如環(huán)氧樹脂預(yù)浸漬的多個(gè)絲束層手動(dòng)定位在心軸周圍來形成面板。在各種實(shí)施例中，使用自動(dòng)過程如自動(dòng)鋪絲過程來形成面板。方法400還包括圍繞面板層安裝404核心材料層。核心材料大體是蜂窩材料或泡沫材料，但是也可包括開放式結(jié)構(gòu)，如桁架(truss)結(jié)構(gòu)。核心材料層可圍繞面板來手動(dòng)安裝，并且可通過粘合劑或其他粘結(jié)過程來粘附到面板。使用構(gòu)建復(fù)合材料層、例如用樹脂預(yù)浸漬的絲束層的AFP過程圍繞核心材料層形成406包容殼體。構(gòu)建過程可施加厚度軸向可變的復(fù)合材料以形成匹配預(yù)先確定規(guī)范的殼體的外表面。方法400包括將整個(gè)殼體結(jié)構(gòu)固化408在一起以形成一體化殼體結(jié)構(gòu)。隨后檢查410已固化殼體結(jié)構(gòu)，以確保殼體形成過程的質(zhì)量。
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成復(fù)合包容殼體的方法500的流程圖。在示例性實(shí)施例中，方法500包括形成502繞心軸延伸360°的面板。在一個(gè)實(shí)施例中，通過將用樹脂預(yù)浸漬的多個(gè)絲束層手動(dòng)定位在心軸周圍來形成面板。在各種實(shí)施例中，使用自動(dòng)