圓筒狀外殼及圓筒狀外殼的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及例如作為覆蓋航空器用噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇外殼使用的圓 筒狀外殼及圓筒狀外殼的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如，上述覆蓋航空器用噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇外殼謀求輕量及具有高強(qiáng) 度，為滿足這些要求，作為風(fēng)扇外殼的素材嘗試采用強(qiáng)化纖維和熱固化樹脂的復(fù)合材料。
[0003] 在上述風(fēng)扇外殼中，在覆蓋風(fēng)扇葉片的外殼主體的端部，一體地形成有與通常發(fā) 動機(jī)艙連結(jié)的環(huán)狀的朝外凸緣。因此，作為素材使用碳纖維等的強(qiáng)化纖維和環(huán)氧樹脂等的 熱固化樹脂的復(fù)合材料時，外殼主體及環(huán)狀的凸緣都具有包含由碳纖維等的強(qiáng)化纖維形成 的織物在內(nèi)的多個織物層。
[0004] 使用強(qiáng)化纖維和熱固化樹脂的復(fù)合材料制造上述風(fēng)扇外殼（圓筒狀外殼）時，使 筒狀的芯軸圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)，且將織物纏繞在芯軸的成形面上來成形織物層的層疊體，通 過加熱該層疊體，使預(yù)先含浸于該層疊體的熱固化樹脂固化。
[0005] 在上述風(fēng)扇外殼中，為確保充分的強(qiáng)度及剛性，在多個織物層之間，需要包含相對 于外殼主體周向的傾斜角為±0~75°的強(qiáng)化纖維，這樣的風(fēng)扇外殼被記載于例如專利文 獻(xiàn)1 〇
[0006] 【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0007] 【專利文獻(xiàn)】
[0008] 【專利文獻(xiàn)1】日本特開2009-107337號公報
[0009] 然而，如上述風(fēng)扇外殼（圓筒狀外殼）那樣地，環(huán)狀的朝外凸緣位于外殼主體的端 部的情況下，在多個織物層間包含相對于周向的傾斜角為〇~10°的強(qiáng)化纖維，要確保層 疊體的充分的強(qiáng)度及剛性時，會損害織物層所含有的織物的柔軟性，由此，在層疊體的成形 時，在與朝外凸緣的彎曲的根部相當(dāng)?shù)牟糠謺a(chǎn)生褶皺或纖維的曲折，朝外凸緣的強(qiáng)度及 剛性降低。其結(jié)果，存在不能提高風(fēng)扇外殼整體的強(qiáng)度及剛性這樣的問題，解決該問題成為 以往的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明是著眼于上述以往的課題而研發(fā)的，其目的是提供圓筒狀外殼及圓筒狀外 殼的制造方法，例如，將強(qiáng)化纖維和熱固化樹脂的復(fù)合材料作為素材，在具有朝外的環(huán)狀的 槽或環(huán)狀凸緣的風(fēng)扇外殼的情況下，能夠確保外殼整體的高的強(qiáng)度及剛性。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的圓筒狀外殼，由使熱固化樹脂含浸于強(qiáng)化纖維的復(fù)合 材料形成，其特征在于，具有：呈圓筒狀的外殼主體；在所述外殼主體的端部沿周向以環(huán)狀 配置的向離心側(cè)開口的槽，構(gòu)成所述外殼主體的周壁是交替地層疊包含由相對于所述外殼 主體的軸心方向的取向角為±15~75°的2軸的強(qiáng)化纖維帶形成的非卷曲結(jié)構(gòu)的2軸織 物在內(nèi)的多個2軸織物層、和包含對沿著所述外殼主體的周向的強(qiáng)化纖維集束而成的粗紗 在內(nèi)的多個粗紗層而形成的，構(gòu)成所述槽的槽壁是交替地層疊包含由所述外殼主體的周壁 上的與所述多個2軸織物層連續(xù)的多個2軸織物層、以及相對于所述外殼主體的軸心方向 的取向角為±15~75°的2軸的強(qiáng)化纖維帶及相對于所述外殼主體的軸心方向的取向角 為0°的1軸的強(qiáng)化纖維帶的合計3軸的強(qiáng)化纖維帶形成的非卷曲結(jié)構(gòu)的3軸織物在內(nèi)的 多個3軸織物層而形成的。
[0012] 優(yōu)選的是，所述外殼主體的周壁及所述槽的槽壁上的各正反面都通過由使熱固化 樹脂含浸于強(qiáng)化纖維的復(fù)合材料形成的保護(hù)膜被覆蓋。
[0013] 優(yōu)選的是，構(gòu)成所述槽的槽壁通過Ti合金制或Ni合金制的蓋罩被覆蓋，并作為覆 蓋航空器用噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇外殼使用。
[0014] 另外，本發(fā)明的上述圓筒狀外殼的制造方法，其特征在于，反復(fù)實(shí)施如下工序而成 形具有與所述外殼主體相當(dāng)?shù)牟糠值膶盈B體：使將外周面作為成形面的筒狀的芯軸圍繞其 軸心旋轉(zhuǎn)，且將由所述2軸的強(qiáng)化纖維帶形成的非卷曲結(jié)構(gòu)的所述2軸織物纏繞在該芯軸 的所述成形面上而形成所述2軸織物層的2軸織物層形成工序；使所述芯軸圍繞其軸心旋 轉(zhuǎn)，且將對所述強(qiáng)化纖維集束而成的粗紗沿周向以螺旋狀纏繞在該芯軸的所述成形面中的 所述外殼主體的成形部位上而形成所述粗紗層的粗紗層形成工序；使所述芯軸圍繞其軸心 旋轉(zhuǎn)，且將由所述3軸的強(qiáng)化纖維帶形成的非卷曲結(jié)構(gòu)的所述3軸織物纏繞在該芯軸的所 述成形面中的所述槽的成形部位上而形成所述3軸織物層的3軸織物層形成工序，成形了 具有與所述外殼主體相當(dāng)?shù)牟糠值膶盈B體之后，還經(jīng)過如下工序：通過槽成形模具和位于 所述芯軸的端部的槽成形部，在所述層疊體中的與所述外殼主體相當(dāng)?shù)牟糠值亩瞬砍尚闻c 所述槽相當(dāng)?shù)牟糠值牟鄢尚喂ば?；對于通過該槽成形工序在與所述外殼主體相當(dāng)?shù)牟糠值?端部成形了與所述槽相當(dāng)?shù)牟糠侄傻乃鰧盈B體進(jìn)行加熱，由此使含浸于所述織物層的 各強(qiáng)化纖維而成的熱固化樹脂固化的加熱工序。
[0015] 而且，本發(fā)明的上述圓筒狀外殼的制造方法，其特征在于，
[0016] 反復(fù)實(shí)施如下工序而成形與所述外殼主體相當(dāng)?shù)牟糠值膶盈B體：使將外周面作為 外殼主體成形面的筒狀的芯軸圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)，且將由所述2軸的強(qiáng)化纖維帶形成的非卷 曲結(jié)構(gòu)的所述2軸織物纏繞在該芯軸的所述成形面上而形成所述2軸織物層的2軸織物 層形成工序；使所述芯軸圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)，且將對所述強(qiáng)化纖維集束而成的粗紗沿周向以 螺旋狀纏繞在該芯軸的所述成形面上而形成所述粗紗層的粗紗層形成工序，并且，反復(fù)實(shí) 施如下工序而成形槽用層疊體：使將外周面作為槽成形面的筒狀的槽用芯軸圍繞其軸心旋 轉(zhuǎn)，且將由所述2軸的強(qiáng)化纖維帶形成的非卷曲結(jié)構(gòu)的所述2軸織物纏繞在該槽用芯軸的 所述槽成形面上而形成所述2軸織物層的2軸織物層形成工序；使所述槽用芯軸圍繞其軸 心旋轉(zhuǎn)，且將由所述3軸的強(qiáng)化纖維帶形成的非卷曲結(jié)構(gòu)的所述3軸織物纏繞在該槽用芯 軸的所述槽成形面上而形成所述3軸織物層的3軸織物層形成工序，成形了槽用層疊體之 后，還經(jīng)過如下工序：通過槽成形模具和所述槽用芯軸，將所述槽用層疊體成形于與所述槽 相當(dāng)?shù)牟糠值牟鄢尚喂ば颍皇雇ㄟ^該槽成形工序作為與所述槽相當(dāng)?shù)牟糠殖尚蔚乃霾塾?層疊體和作為與所述外殼主體相當(dāng)?shù)牟糠殖尚蔚膶盈B體成為一體的一體化工序；對通過該 一體化工序相互成為一體的與所述外殼主體相當(dāng)?shù)牟糠值乃鰧盈B體、和作為與所述槽相 當(dāng)?shù)牟糠殖尚蔚乃霾塾脤盈B體進(jìn)行加熱，由此，使含浸于所述織物的各強(qiáng)化纖維而成的 熱固化樹脂固化的加熱工序。
[0017] 在本發(fā)明的圓筒狀外殼及圓筒狀外殼的制造方法中，構(gòu)成外殼主體及朝外凸緣 的復(fù)合材料的強(qiáng)化纖維能夠使用例如碳纖維、玻璃纖維、有機(jī)纖維（芳綸、ΡΒ0、聚酯、聚乙 烯）、氧化鋁纖維、碳化硅纖維，作為基質(zhì)，熱固化樹脂能夠使用例如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙 烯基酯樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、1藥挫啉樹脂、三聚氰胺樹脂。
[0018] 在本發(fā)明的圓筒狀外殼中，構(gòu)成外殼主體的周壁是交替地層疊包含由碳纖維等的 強(qiáng)化纖維帶形成的2軸織物在內(nèi)的多個2軸織物層、和包含對沿著外殼主體的周向的碳纖 維等的強(qiáng)化纖維集束而成的粗紗在內(nèi)的多個粗紗層而形成的，從而能夠確保圓筒狀外殼整 體的強(qiáng)度及剛性。
[0019] 另外，在本發(fā)明的圓筒狀外殼中，構(gòu)成槽的槽壁是交替地層疊與外殼主體的周壁 連續(xù)的多個2軸織物層、和使3軸方向的強(qiáng)化纖維帶中的1個強(qiáng)化纖維帶的取向角與外殼 主體的軸心方向相匹配而成的多個3軸織物層而形成的，從而能夠保持圓筒狀外殼整體的 強(qiáng)度及剛性，且提高對于槽壁的向軸心方向的負(fù)載來說的強(qiáng)度及剛性。
[0020] 而且，在槽的槽壁上，采用了使1個強(qiáng)化纖維帶的取向角與外殼主體的軸心方向 相匹配的3軸織物層，從而能夠允許槽的槽壁向周向的擴(kuò)展，槽的成形不會產(chǎn)生褶皺或纖 維的曲折，能夠在實(shí)現(xiàn)省力或工期短縮的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)自動成形。
[0021] 發(fā)明的效果
[0022] 在本發(fā)明的圓筒狀外殼中，能夠發(fā)揮能夠確保外殼整體的高的強(qiáng)度及剛性這樣的 非常優(yōu)良的效果。
【附圖說明】
[0023] 圖1是采用了本發(fā)明的一實(shí)施例的風(fēng)扇外殼的航空器用噴氣發(fā)動機(jī)的概要截面 說明圖。
[0024] 圖2是圖1的風(fēng)扇外殼的部分放大截面說明圖。
[0025] 圖3A是局部剖切地表示圖2的F部分中的織物的層疊狀態(tài)的局部平面說明圖。
[0026] 圖3B是局部剖切地表示圖2的C部分中的織物及粗紗的層疊狀態(tài)的局部平面說 明圖。
[0027] 圖3C是局部剖切地表示圖2的R部分中的織物的層疊狀態(tài)的局部平面說明圖。
[0028] 圖4A是表示圖1的風(fēng)扇外殼的制造方法中的制造開始時的狀況的第1工序說明 圖。
[0029] 圖4B是表示圖1的風(fēng)扇外殼的制造方法中的織物的層疊結(jié)束時的狀況的第2工 序說明圖。
[0030] 圖5A是圖1的風(fēng)扇外殼的制造方法中的成形工序的第3工序說明圖。
[0031] 圖5B是圖1的風(fēng)扇外殼的制造方法中的成形工序的第4