由两个3D编织纤维预制件包围的芯体构成的复合涡轮发动机部件

技术领域

本发明涉及复合材料涡轮发动机部件的一般领域，该复合材料涡轮发动机部件由被外蒙皮包围的中心芯体形成。

本发明特别适用于涡轮发动机叶片领域，例如扩散器叶片。

背景技术

众所周知，制造由中心芯体形成的复合材料部件，该中心芯体被外蒙皮包围，外蒙皮为部件提供了机械性能，而芯体使得减轻质量成为可能。

这种复合材料设计对于经受弯曲应力的部件是有利的。

在制造这种复合材料部件中使用3D编织纤维预制件也是已知的。

为了制造具有精细边缘的部件，已知制造形成护套的3D编织纤维预制件，芯体插入护套内。然而，这种解决方案会导致出现缺陷，例如在将中心芯体插入由纤维预制件形成的护套时夹住或钩住股线。此外，3D编织纤维预制件是护套的事实施加了编织限制，例如，在护套的整个高度上总层数是相同的，从而限制了部件的设计选择。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种解决上述问题的解决方案。

根据第一方面，本发明涉及一种涡轮发动机部件，所述部件包括中心芯体，所述中心芯体包括第一面和与第一面相对的第二面，其特征在于，所述中心芯体首先被位于中心芯体的第一面上的第一外蒙皮所包围，所述第一外蒙皮由包括根据三维编织而编织的第一纤维增强织物的复合材料制成，其次被位于中心芯体的第二面上的第二外蒙皮所包围，所述第二外蒙皮由包括根据三维编织而编织的第二纤维增强织物的复合材料制成。

这样的部件可以局部地使纤维增强件适应部件的局部应力。此外，这样的部件能够制造出精细的边缘。

根据可能的特征，第一纤维增强件和第二纤维增强件具有不同的编织图案。

根据可能的特征，第一纤维增强件和第二纤维增强件具有不同的股线尺寸。

根据可能的特征，第一纤维增强件和第二纤维增强件具有不同数量的层。

根据一个可能的特征，第一纤维增强件和第二纤维增强件中的至少一个包括具有第一股线尺寸的第一部分和具有第二股线尺寸的第二部分。

根据一个可能的特征，部件包括由形成在第一纤维增强件或第二纤维增强件上的至少一个脱粘区域形成的平台，所述脱粘区域向后弯曲以便从所述部件突出。

根据一个可能的特征，增强帘布层位于第一外蒙皮和第二外蒙皮中的至少一个上，该增强帘布层(ply)是通过二维编织而编织的帘布层、或者通过三维编织而编织的帘布层、或者单向纤维片。

根据一个可能的特征，部件是异形部件，包括吸力侧、压力侧、前缘和后缘，第一外蒙皮布置在压力侧，第二外蒙皮布置在吸力侧。

根据一个可能的特征，第一外蒙皮和第二外蒙皮在前缘和后缘处接合。

根据一个可能的特征，第一外蒙皮和第二外蒙皮中的至少一个具有在前缘处减小的厚度，并且第一外蒙皮与第二外蒙皮中的至少一个具有在后缘处减小的厚度。

根据一个可能的特征，第一纤维增强件包括以下中的至少一种：

-与所述第二纤维增强件的编织图案不同的编织图案；

-比所述第二纤维增强件的股线更大的股线；

-比所述第二纤维增强件的层数更高的层数；

-比所述第二纤维增强件的经/纬比更低的经/纬比。

根据第二方面，本发明涉及一种用于制造根据任何可能的特征的部件的方法，包括以下步骤：

-通过三维编织制造第一纤维增强件和第二纤维增强件；

-将所述第一纤维增强件和所述第二纤维增强件围绕所述中心芯体放置，以包围所述中心芯体，所述第一纤维性增强件抵靠所述中心芯体的所述第一面设置，并且所述第二纤维性增强件抵靠所述中心芯体的第二面设置；

-使所述第一纤维增强件和所述第二纤维增强件致密化，以形成所述第一外蒙皮和第二外蒙皮。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从下面给出的描述中变得显而易见，并参考附图，这些附图说明了示例性实施例，但绝不是限制性的。

图1示意性地示出了根据本发明的可能实施例的涡轮发动机部件。

图2示意性地示出了根据本发明的可能实施例的涡轮发动机异型部件的剖视图。

图3A、3B和3C示意性地示出了图1中的部件的预制件的示例性实施例。

图4示意性地示出了根据本发明的可能实施例的用于制造部件的方法的各个步骤。

具体实施方式

如图1所示，涡轮发动机部分1包括中心芯体2，该中心芯体2被第一外蒙皮3和第二外蒙皮4包围，第一外蒙皮3包括由基质致密化的第一纤维增强件31，第二外蒙皮4包括由基质致密化的第二纤维增强件41。第一外蒙皮3和第二外蒙皮4设置在中心芯体的任一侧，因此第一外蒙皮3位于中心芯体2的第一面上，第二外蒙皮4位于中心芯体2的与中心芯体2的第一面相对的第二面上。

如图2所示，涡轮发动机部件1可以是具有异型横截面的部件，该异型横截面具有压力侧11、吸力侧12、前缘13和后缘14。实际上，本发明特别适用于叶片所遇到的应力。该部件尤其可以是转子叶片或定子叶片，例如扩散器叶片(也称为“出口导向叶片”，OGV)。实际上，本发明的复合结构特别适用于扩散器叶片。

第一外皮3和第二外皮4由复合材料制成，各自包括根据三维编织而编织的纤维增强织物，该纤维增强织物由基质致密化，例如填充或未填充的树脂。更准确地，第一外蒙皮3由通过基质致密化的第一纤维增强件31形成，并且第二外蒙皮4由通过基质致密化的第二纤维增强件41形成。

这里，术语“三维编织”或“3D编织”是指经纱与多层纬纱交叉的编织，或者纬纱与多层经纱交叉的编织。

这样的复合材料部件1可以通过使用由轻质材料制成的芯体而减轻质量，同时为部件1提供机械性能，使其能够承受由于具有3D编织纤维增强件的外蒙皮3和4而产生的部件1的使用应力。更具体地，中心芯体2由刚性多孔材料制成；换句话说，具有低密度的材料，例如泡沫结构或蜂窝结构。中心芯体可通过模制或机械加工刚性多孔材料块来生产。芯体优选地不含复合材料，该复合材料包括根据三维编织而编织的纤维增强件，该纤维增强件通过基质致密化以使部件的总质量最小化。

另外，第一外蒙皮3和第二外蒙皮4不同的事实使得可以使两个外蒙皮3和4的特征适应部件1的每个面所遇到的应力。

因此，第一纤维增强件31和第二纤维增强件41可以具有不同的编织图案，从而使得可以使编织图案适应部件1的表面所遇到的局部应力。

第一纤维增强件31和第二纤维增强件41还可以具有不同尺寸的股线，从而可以局部增加部件1的强度，同时限制部件1的质量增加。这里，股线的尺寸是指构成纤维预制件31、41的纱线的股线的厚度。

第一纤维增强件31和第二纤维增强件41还可以具有不同的经/纬比，从而使得可以局部地适应部件1的机械性能。这里，经/纬比是指每个纤维增强件31、41的经纱数量与纬纱数量之间的比率。

第一纤维增强件31和第二纤维增强件41还可以具有不同数量的层，这也可以局部增加部件1的强度，同时限制部件1的质量增加。这里，层数是指纬纱或经纱的层数。

此外，第一纤维增强件31和/或第二纤维增强件41可包括具有第一股线尺寸的第一部分和具有与第一股线尺寸不同的第二股线尺寸的第二部分。这两部分是3D编织的。更多数量的部分也是可能的。也可以在一部分中使用纤维增强件。

图3A至图3C示出了用于生产部件1的预制件的形成。更准确地，图3A和图3C分别示出了第一纤维增强件31和第二纤维增强件41在成形和用树脂浸渍之前的示例性实施例。图3B示出了第一纤维增强件31和第二纤维增强件41在中心芯体2上的组装以及它们的成形，以形成部件1的预制件100。

在图3A至图3C所示的示例性实施例中，第一纤维增强件31包括具有第一股线尺寸的第一部分31a和具有第二股线尺寸的第二部分31b，第一股线尺寸大于第二股线尺寸。另外，第二纤维增强件41还包括第一部分41a和第二部分41b，然而第一部分41a和第二部分41b具有相同尺寸的股线。使用由两部分制成的纤维预制件的事实使得尤其可以在部件1上形成平台，如下文将详细说明的。

如图1所示，部件1可包括形成在第一外蒙皮3和/或第二外蒙皮4上的一个或多个平台5。一个或多个平台5可以例如用于将部件1附接到涡轮发动机中，或者用于限制涡轮发动机中的气流。

如图3A至图3C所示，平台5可由纤维增强件31和41的脱粘区域51形成，这些脱粘区域通过形成纤维增强件的第一部分和第二部分之间的脱粘区域52获得。此外，当脱粘区域51形成在纤维增强件上时，纤维增强件还包括仅由经纱形成的下落区域53，然后切割该下落区域53以释放最初连接到所述下落区域53的一个或多个脱粘区域。一旦一个或多个脱粘区域51被释放，一旦纤维增强件已经被基质前体树脂浸渍，一个或更多个脱粘区域51就向部件1的外部折叠，以形成平台5(图1和图2)。脱粘区域51的成形可以特别地用用于致密纤维增强件31、41的模具来制造。

此外，如图3B所示，增强帘布层6可以沉积在第一外蒙皮3或第二外蒙皮4上，或者同时沉积在第一纤维增强件31和/或第二纤维增强件41上(图3B中未示出)。增强帘布层6可以局部改善部件1的机械性能。增强帘布层6还可以增加部件1的抗侵蚀能力。根据第一种可能的替代方案，增强帘布层6由通过三维编织而编织的帘布层形成。

根据第二种可能的替代方案，增强帘布层6由通过二维编织而编织的帘布层形成。这里，“二维编织”是一种传统的编织模式，通过这种模式，每根纬纱从单个经层的纱线的一侧穿过另一侧，反之亦然。

根据第三种可能的替代方案，增强帘布层6由单向纤维(UD)片形成，其可以通过自动纤维铺放(AFP)或通过长丝缠绕获得。纤维的方向根据待增强部件1的机械性能进行调整。

如图2所示，第一外蒙皮3设置在压力侧11上，第二外表蒙皮4设置在吸力侧12上。根据有利的特征，第一外蒙皮3的加强强度强于第二外蒙皮4。第一外蒙皮3和第二外蒙皮4在前缘13和后缘14处接合，从而完全包围中心芯体2。

因此，第一外蒙皮3的第一纤维增强件31可包括比第二外蒙皮4的第二纤维增强件41的股线更大的股线。第一外蒙皮3的第一纤维增强件31还可以包括比第二外蒙皮4的第二纤维增强件41的层数更多的层数，并且因此更厚。

第一外表皮3的第一纤维增强件31的经/纬比比第二外表皮4的第二纤维增强件41的经/纬比低。

另外，为了形成叶片的精细边缘，即前缘13和后缘14，第一外蒙皮3和/或第二外蒙皮4的厚度在前缘13处减小，并且第一外蒙皮3和/或第二外蒙皮4的厚度在后缘14处减小。在图2所示的替代方案中，第一外蒙皮3和第二外蒙皮4的厚度均减小，以便使叶片的前缘13和后缘14变薄。

如图4所示，部件1是根据以下方法制造的：

-100：通过三维编织制造第一纤维增强件31和第二纤维增强:41。在纤维增强件31、41的该制造步骤100期间，如果需要形成平台5，则可以产生脱粘区域52。

-200：将第一纤维增强件31和第二纤维增强件41围绕中心芯体2放置，以包围所述中心芯体2，第一纤维增强件31抵靠中心芯体2的第一面设置并成形，第二纤维增强件41抵靠中心芯2的第二面设置并成形。第一纤维增强件31和第二纤维增强件41可以例如胶合在中心芯体2上。

-300：使第一纤维增强件31和第二纤维增强件41致密化，以形成第一外蒙皮3和第二外蒙皮4。通过将基质前体材料，例如填充或未填充的树脂，注射到纤维增强件的孔中，然后聚合前体材料来使第一纤维增强件31和第二纤维增强件41致密化。