整體式槳葉預(yù)制件和用于渦輪機(jī)中間殼體的模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說明書涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中間殼體、由復(fù)合材料制成的葉片模塊的纖維預(yù)制件，并且本發(fā)明還涉及由此獲得的整體式葉片模塊、中間殼體和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0002]這種預(yù)制件可以用于制造整體式葉片模塊，每個(gè)整體式葉片模塊將多個(gè)葉片與橫向葉片部分諸如凸緣或空氣動(dòng)力平臺(tái)合并在一起。這種模塊呈現(xiàn)顯著剛度并且適合于例如并入于飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的中間殼體中。
【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)的重量以及構(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，這種葉片因此能不僅提供其空氣動(dòng)力功能，而且也提供它們通常未被設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)功能。
[0007]為了加強(qiáng)這種葉片的機(jī)械強(qiáng)度，提出了建議，特別地在法國專利申請(qǐng)F(tuán)R 2956876中，以設(shè)計(jì)呈盒形式的模塊，由在切向螺栓連接到內(nèi)平臺(tái)和外平臺(tái)的兩個(gè)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，這種模塊的總剛度受到螺栓的切向接合部限制。此外，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)在重量和維護(hù)時(shí)間方面的進(jìn)一步節(jié)省。
[0008]因此，存在對(duì)于避免了上文提到的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)固有缺陷的纖維預(yù)制件、葉片模塊、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】

[0009]本發(fā)明提供一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中間殼體的葉片模塊的纖維預(yù)制件，通過三維(3D)編織而獲得該預(yù)制件。該預(yù)制件包括:第一縱向區(qū)段，其呈現(xiàn)第一相對(duì)端和第二相對(duì)端并且適合于形成第一葉片；第二縱向區(qū)段，其呈現(xiàn)相對(duì)的第一端和第二端并且適合于形成第二葉片；以及第一橫向區(qū)段，其將第一縱向區(qū)段和第二縱向區(qū)段經(jīng)由該第一縱向區(qū)段和第二縱向區(qū)段的第一端連接在一起，并且適合于形成第一橫向葉片部分，諸如凸緣或平臺(tái)ο
[0010]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)于構(gòu)成模塊的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。
[0011]術(shù)語“橫向葉片部分”在本文中用來表示相對(duì)于葉片基本上在橫向延伸的模塊的一部分:其可以特別地包括:緊固件凸緣，其用于承靠在中間殼體的內(nèi)槳轂上以便能使用孔或緊固片來緊固該模塊；其也可以構(gòu)成空氣動(dòng)力平臺(tái)，能使第二通路設(shè)有平滑并且不干擾次要流動(dòng)的壁?？梢栽O(shè)想到其它橫向葉片部分。
[0012]使用這種預(yù)制件，能設(shè)計(jì)由至少兩個(gè)葉片構(gòu)成的一體模塊，各葉片在其端部連接在一起；這種一體配置允許機(jī)械負(fù)荷更有效地分布于成對(duì)葉片上。這導(dǎo)致模塊的總剛度增加，因此能使用不太重的零件，從而在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了顯著節(jié)省。與金屬或陶瓷制成的類似零件相比，使用復(fù)合材料也實(shí)現(xiàn)了顯著的重量節(jié)省。
[0013]此外，利用這種一體式設(shè)計(jì)，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。
[0014]自然地，也使得這種一體式模塊的維護(hù)更容易，因?yàn)椴鹦端璧牟僮鞲伲惶貏e地，能在機(jī)翼下直接行動(dòng)，因?yàn)榫o固件更少并且更易于接觸到。
[0015]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件還包括第二橫向區(qū)段，其從第一縱向區(qū)段的第二端在橫向延伸并且適合于形成第二橫向葉片部分；以及，第三橫向區(qū)段，其從第二縱向區(qū)段的第二端在橫向延伸并且適合于形成第三橫向葉片部分。因此增加了合并的零件數(shù)量，從而進(jìn)一步減小了所需緊固件的數(shù)量:改進(jìn)了總剛度，使組裝和拆卸更容易，并且也減少了重量和不同類型零件的數(shù)量。
[0016]在某些實(shí)施例中，第二橫向區(qū)段遠(yuǎn)離第二縱向區(qū)段延伸，并且第三橫向區(qū)段遠(yuǎn)離第一縱向區(qū)段延伸。這產(chǎn)生了具有Ω形狀的預(yù)制件。
[0017]在某些實(shí)施例中，第二橫向區(qū)段朝向第二縱向區(qū)段延伸，并且第三橫向區(qū)段遠(yuǎn)離第一縱向區(qū)段延伸。這產(chǎn)生了盒結(jié)構(gòu)。
[0018]在某些實(shí)施例中，第二橫向區(qū)段朝向第二縱向區(qū)段延伸，并且第三橫向區(qū)段朝向第一縱向區(qū)段延伸。這產(chǎn)生了不同的盒結(jié)構(gòu)，其中第二橫向區(qū)段和第三橫向區(qū)段朝向彼此延伸。
[0019]在某些實(shí)施例中，第二橫向區(qū)段與第三橫向區(qū)段至少部分地重疊。因此這種重疊有益于更大的剛度和厚度，并且因此給予更多的鉆孔選項(xiàng)。
[0020]在其它實(shí)施例中，第二橫向區(qū)段和第三橫向區(qū)段裝配成一個(gè)延伸另一個(gè)。這種實(shí)施例給出減小大小和重量的優(yōu)先級(jí)。
[0021]在某些實(shí)施例中，在重疊區(qū)中，重疊區(qū)段粘合地結(jié)合在一起。它們同樣也可以縫合在一起。
[0022]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件包括第一片材和第二片材，第一片材和第二片材編織在一起并且其包括互聯(lián)區(qū)和非互聯(lián)區(qū)，互聯(lián)區(qū)形成額外橫向區(qū)段，該額外橫向區(qū)段適合于形成橫向葉片部分，在非互聯(lián)區(qū)中，第一片材形成第一橫向區(qū)段和第一縱向區(qū)段，并且其中第二片材形成第二縱向區(qū)段。這種非互聯(lián)使得能獲得分支構(gòu)造。
[0023]在某些實(shí)施例中，預(yù)制件具有適合于形成至少三個(gè)葉片的至少三個(gè)縱向區(qū)段。自然地，相同的技術(shù)可以擴(kuò)展到η元組葉片。
[0024]在某些實(shí)施例中，橫向區(qū)段包括比縱向區(qū)段更大量的紗線層并且因此它們更厚。以此方式，葉片可以是精細(xì)的以有效地起到其空氣動(dòng)力學(xué)作用，而橫向葉片部分可以更厚以能更牢固地緊固模塊。
[0025]在某些實(shí)施例中，橫向區(qū)段編織有額外長度以形成緊固片。額外長度可以是側(cè)向并且在徑向折疊以能將橫向平面部分在軸向緊固到中間殼體。它們可以同樣是端部長度并且在徑向折疊以能允許將橫向葉片部分在切向緊固到中間殼體。
[0026]在某些實(shí)施例中，縱向區(qū)段編織有額外長度以形成緊固片。額外長度然后在縱向延伸縱向區(qū)段以能將葉片在切向緊固到中間殼體。
[0027]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，它們可以是任何其它類型的紗線，例如包括玻璃纖維或凱夫拉爾纖維的紗線。
[0028]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聯(lián)鎖型織法。然而，通路的外側(cè)表面的編織可以基本上是二維的，例如，以緞型編織來編織。
[0029]本說明書還涉及用于制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中間殼體的模塊，所述模塊具有兩個(gè)縱向葉片和一橫向葉片部分，諸如凸緣或平臺(tái)，其使兩個(gè)葉片在兩個(gè)葉片的端部之一處互連，所述模塊是一體件。
[0030]利用包含至少兩個(gè)葉片和一橫向葉片部分的這種一體構(gòu)造，全部獲得上文所描述的關(guān)于機(jī)械強(qiáng)度、重量、成本、易于拆卸和易于制備的優(yōu)點(diǎn)。
[0031]在某些實(shí)施例中，模塊由來自根據(jù)上文所描述的實(shí)施例中任何實(shí)施例的纖維預(yù)制件的復(fù)合材料制成，所述預(yù)制件被成形并且嵌入于基質(zhì)中。
[0032]在某些