用于渦輪機(jī)的單塊預(yù)制件和槳葉的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說明書涉及一種用于渦輪機(jī)葉片或槳葉的纖維預(yù)制件并且也涉及使用這種預(yù)制件形成的整體葉片或槳葉，本發(fā)明還涉及一種中間殼體，以及一種包括這種葉片或槳葉的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0002]這種預(yù)制件可以用于制造具有空氣動(dòng)力平臺(tái)的整體葉片或槳葉。這種葉片可以特別地是引導(dǎo)葉片并且可以例如包含于渦輪噴氣飛機(jī)的中間殼體內(nèi)。
【背景技術(shù)】
[0003]常規(guī)涵道渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有風(fēng)扇，風(fēng)扇遞送空氣流，空氣流分流成主要流和次要或涵道流，主要流導(dǎo)向至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)、燃燒室和然后渦輪，次要或涵道流遞送推力的主要部分。
[0004]次要流在次要通路中流動(dòng)，次要通路設(shè)置于噴射機(jī)的外殼體與容納渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部分的內(nèi)殼體之間。這兩個(gè)殼體連接在一起并且由中間殼體保持就位，中間殼體由內(nèi)槳轂、外護(hù)罩和多個(gè)結(jié)構(gòu)臂構(gòu)成，多個(gè)結(jié)構(gòu)臂在徑向延伸并且將內(nèi)槳轂連接到外護(hù)罩。除了其支承渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)總體上的動(dòng)態(tài)行為造成的負(fù)荷的結(jié)構(gòu)功能之外，結(jié)構(gòu)臂中的某些是中空的，從而允許傳遞服務(wù)，諸如流體管道、電纜或?qū)嶋H上用于傳輸機(jī)械動(dòng)力的構(gòu)件。
[0005]此外，這種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括由多個(gè)固定葉片組成的引導(dǎo)噴嘴，固定葉片通常被稱作出口引導(dǎo)葉片(OGV)用于理順來自風(fēng)扇的次要流。
[0006]為了減輕渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和構(gòu)成它們的零件數(shù)量，關(guān)于中間殼體提出了建議，中間殼體合并了噴嘴功能，其中，結(jié)構(gòu)臂中的某些被引導(dǎo)葉片替換。然而，這種葉片需要設(shè)置額外元件，諸如空氣動(dòng)力平臺(tái)或緊固件凸緣，這些元件裝配到葉片上并且顯著地增加了其總重量，減少了涉及的零件數(shù)量(特別地是因?yàn)閷⒃o固到葉片上所需的緊固件)并且減輕了維護(hù)的復(fù)雜性。
[0007]為了改進(jìn)上文提到的方面中的某些，提出了建議，特別地在法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R 2956 876中，以設(shè)計(jì)呈框形式的模塊，該模塊由螺栓連接到內(nèi)平臺(tái)和外平臺(tái)的兩個(gè)復(fù)合葉片組成。然而，盡管由該方案提供的進(jìn)步已經(jīng)較為顯著，但這種方案仍涉及較大量零件，特別是緊固件，將需要減少該數(shù)量以便實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步重量節(jié)省并且在組裝和維護(hù)期間節(jié)省時(shí)間。
[0008]這些減輕重量或減少所用零件的數(shù)量、節(jié)省空間或者簡(jiǎn)化制造方法的問題不僅在引導(dǎo)葉片中遇到，而且它們更通常地存在于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中所有類型的槳葉或葉片中，并且更特別地存在于風(fēng)扇槳葉中。
[0009]因此，存在對(duì)于避免了上文提到的已知系統(tǒng)固有缺陷的纖維預(yù)制件、葉片、中間殼體和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本說明書涉及一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)槳葉或葉片的纖維預(yù)制件，這種預(yù)制件通過整體三維編織而獲得，所述預(yù)制件包括:第一縱向區(qū)段，其適合于形成葉片根部；第二縱向區(qū)段，其從第一縱向區(qū)段延伸并且適合于形成翼型部；以及，第一橫向區(qū)段，其從第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間的接合部沿橫向延伸并且適合于形成第一平臺(tái)。
[0011]在本說明書中，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“底部”、“頂部”和其派生詞相對(duì)于相關(guān)的槳葉或葉片的主要方向限定；術(shù)語“軸向”、“徑向”、“切向”、“內(nèi)”、“外”和其派生詞相對(duì)于中間殼體和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要軸線限定。而且，術(shù)語“上游”和“下游”在本文中相對(duì)于編織前移方向(在附圖中的箭頭T)使用。
[0012]利用這種預(yù)制件，能設(shè)計(jì)由葉片根部、翼型部和平臺(tái)構(gòu)成的整體式槳葉:這種整體設(shè)計(jì)使得能顯著減少需要設(shè)計(jì)和組裝在一起的零件數(shù)量。特別地，存在緊固件和因此與之相關(guān)聯(lián)的重量和成本的顯著節(jié)省。
[0013]此外，將平臺(tái)合并到槳葉或葉片本身的設(shè)計(jì)中得到更佳地優(yōu)化的零件，不需要額外的厚度或額外零件以將槳葉或葉片的各種元件緊固在一起。這種葉片因此重量更輕并且因此提供操作的顯著節(jié)省。與由金屬或陶瓷制成的相似零件相比，選擇使用復(fù)合材料還提供重量的顯著節(jié)省。
[0014]自然地，也使得這種整體槳葉或葉片的維護(hù)更容易，因?yàn)闇p少了拆卸所需的操作；特別地，能在機(jī)翼下方直接采取措施，因?yàn)榫o固件更少并且更易于接近。
[0015]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件還包括第二橫向區(qū)段，第二橫向區(qū)段從第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間的接合部沿橫向延伸，第二橫向區(qū)段從第一橫向區(qū)段延伸并且遠(yuǎn)離第一橫向區(qū)段伸展，適合于形成第二平臺(tái)。常常有利地提供具有壓力側(cè)平臺(tái)和吸力側(cè)平臺(tái)的槳葉或葉片，以便提供整個(gè)流線型壁用于在槳葉或葉片兩側(cè)上的空氣流動(dòng)通路。
[0016]在某些實(shí)施例中，第一橫向區(qū)段由自由尾部的至少一部分形成，所述自由尾部和所述第二縱向區(qū)段以非互連的方式同時(shí)編織，非互連始于第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間的接合部。
[0017]這種非互連提供與第一縱向區(qū)段連續(xù)地編織對(duì)應(yīng)于橫向區(qū)段的自由尾部的優(yōu)點(diǎn)，從而使之在結(jié)構(gòu)上相關(guān)聯(lián)，第一縱向區(qū)段形成槳葉或葉片根部，槳葉或葉片根部用于總體上支承槳葉或葉片，同時(shí)也考慮從下游沿著第二縱向區(qū)段的厚度，第二縱向區(qū)段將形成翼型部并且因此需要更精細(xì)。因此在第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間的邊界使得能分離將變成結(jié)構(gòu)部分的部分與將變成空氣動(dòng)力部分的部分的編織；在分離自由尾部已經(jīng)向這種厚度變化做出了顯著貢獻(xiàn)的情況下，使得在這兩個(gè)部分之間需要的厚度過渡更容易。
[0018]在某些實(shí)施例中，以類似方式制成第二橫向區(qū)段。
[0019]在其它實(shí)施例中，第二橫向區(qū)段和所述第一縱向區(qū)段以非互連方式聯(lián)合地編織，所述非互連止于第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間的接合部。以此方式編織有利地使得能減少專用于編織平臺(tái)的層數(shù)量，同時(shí)保留了制造縱向區(qū)段中的第一橫向區(qū)段所需的各層。
[0020]在其它實(shí)施例中，第一橫向區(qū)段由一個(gè)折疊到另一個(gè)上的第一自由尾部和第二自由尾部的至少部分形成，所述第一自由尾部和所述第一縱向區(qū)段以非互連的方式同時(shí)編織，所述第二自由尾部和所述第二縱向區(qū)段以非互連的方式同時(shí)編織，層交叉設(shè)置于第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間的接合部，使得第一自由尾部的紗線在第二縱向區(qū)段中延伸并且第二自由尾部的紗線來自第一縱向區(qū)段。能以類似方式制成第二橫向區(qū)段。
[0021]在某些應(yīng)用中，需要有一種葉片根部，其相當(dāng)精細(xì)以便能例如插入于較窄空間中，或者有一種翼型部，其保持特定量的厚度，例如以便執(zhí)行額外結(jié)構(gòu)作用:在這些情形下，在葉片根部與翼型部之間，即在第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間需要的厚度過渡可能較小或者甚至不存在。然后，這種層交叉有利地用于提供在第一縱向區(qū)段與第二縱向區(qū)段之間的這種厚度連續(xù)性。
[0022]在某些實(shí)施例中，第二縱向區(qū)段的紗線層數(shù)量變化，和因此其厚度變化。這能使翼型部更精細(xì)以便改進(jìn)空氣動(dòng)力性能。
[0023]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件包括:第三橫向區(qū)段和第四橫向區(qū)段，其在第一縱向區(qū)段的上游端的兩側(cè)沿橫向延伸并且適合于形成槳葉的緊固件凸緣；以及所述第三橫向區(qū)段和第四橫向區(qū)段同時(shí)以非互連方式編織，所述非互連止于第一縱向區(qū)段的上游端。利用這種預(yù)制件，凸緣合并到槳葉或葉片的設(shè)計(jì)和制造中，凸緣用于將槳葉或葉片緊固于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中:這簡(jiǎn)化了上文提到的優(yōu)點(diǎn)。而且，凸緣直接編織以延伸根部，因此加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)連接，從而確保了增加的總機(jī)械強(qiáng)度。
[0024]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件還包括:第三縱向區(qū)段，其從第二縱向區(qū)段延伸并且適合于形成葉片頭；以及第五橫向區(qū)段，其從第二縱向區(qū)段與第三縱向區(qū)段之間的接合部沿橫向延伸并且適合于形成第三平臺(tái)。某些葉片是固定的并且跨越流體流動(dòng)通路一直延伸:在這些情形下，通路的外壁也可以需要具有放置于其中的平臺(tái)。這種預(yù)制件用于將這種頂部平臺(tái)同樣并入于設(shè)計(jì)中并且制成葉片:這簡(jiǎn)化了上文提到的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]在某些實(shí)施例中，通過與第一橫向區(qū)段執(zhí)行的非互連類似的非互連實(shí)現(xiàn)了第五橫向區(qū)段。
[0026]在其它實(shí)施例中，通過類似于第一橫向區(qū)段執(zhí)行的層交叉類似的層交叉獲得第五橫向區(qū)段。
[0027]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件以類似方式包括適合于形成第二頂部平臺(tái)的第六橫向區(qū)段；這提供一對(duì)頂部平臺(tái)，一個(gè)在壓力側(cè)上并且另一個(gè)在吸力側(cè)上。
[0028]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件包括第七橫向區(qū)段和第八橫向區(qū)段，第七橫向區(qū)段和第八橫向區(qū)段類似于第三橫向區(qū)段和第四橫向區(qū)段并且適合于形成頂部凸緣。
[0029]在某些實(shí)施例中，用于編織預(yù)制件的紗線包括碳纖維。然而，它們可以是其它類型的紗線，例如，包括玻璃纖維或凱芙拉纖維的紗線。
[0030]在某些實(shí)施例中，用于預(yù)制件的三維編織的編織可以是三維互鎖型編織。然而，通路的外側(cè)表面的編織可能基本上是二維，例如，以緞紋型編織來編織。
[0031]本說明書還涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)槳葉或葉片，包括根部、翼型部和從翼型部在葉片根部與翼型部之間的接合部沿橫向延伸的平臺(tái)，利用根據(jù)上述實(shí)施例中任一實(shí)施例的纖維預(yù)制件，所述槳葉或葉片被制成整體復(fù)