CN105492189B - 用于复合物品的纤维预制体结构及制备方法 - Google Patents

用于复合物品的纤维预制体结构及制备方法 Download PDF

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Abstract

纤维预制体结构及其制备方法，包括多个纤维带。多个纤维带中的每个依次放置于预定位置和方向，以在纤维带之间形成相互交织和相互交叉的图案。多个纤维带的每个由多个以预定间隔并排放置的纤维束组成，纤维带中的每个纤维束限定一个或更多个间隙，并且在每个纤维带中限定第二基于相互交叉。通过将多个纤维带的每一个同一个或更多个先放置且不在共同内平面的纤维带互相交叉，纤维带在内平面和出平面方向相互交织。多个纤维带包括三个或更多的不同朝向角度并提供一致覆盖。

Description

用于复合物品的纤维预制体结构及制备方法
技术领域
本公开大体涉及燃气涡轮发动机并且，更特定地，涉及用于燃气涡轮发动机的复合物品的纤维预制体结构，例如复合风扇包容机匣，以及制备方法。
背景技术
燃气涡轮发动机典型地包括高压和低压压缩机、燃烧器，以及至少一个涡轮。压缩机压缩同燃料混合并将其导入燃烧器的空气。然后混合物被点燃以用于产生热燃烧气体，并且燃烧气体被引导至涡轮，该涡轮从燃烧气体提取能量以用于驱动压缩机，而且产生有用功以在飞行中推进航空器或驱动负载，例如发电机。
用于航空器中的燃气涡轮发动机具有带有毂的风扇，并且风扇叶片布置为绕中心轴线旋转。当发动机在多种条件下运转时，外物可被吸进发动机。更具体地说，多种类型的外物可以被夹带到燃气涡轮发动机的入口中，范围从大鸟到冰雹、沙粒和雨水。外物可影响叶片，从而导致被影响叶片的部分从转子松动。如果损坏的风扇叶片在离心力下从旋转的轴毂向外径向推进并冲击航空器机身，航空器及其乘员会发生灾难性损伤。
为了避免这样的损伤，通常包括围绕周界的大体圆柱形的风扇包容机匣，以容纳风扇叶片和任何外物。风扇包容机匣还可经受导致转子叶片刺穿发动机风扇包容机匣，从而引起沿着发动机风扇包容机匣的外表面的裂缝的外物损伤。此外，外物损伤可引起发动机的一部分膨胀或偏转，从而导致沿着整个发动机风扇包容机匣的增加的应力。风扇包容机匣典型地由金属材料制备，其导致发动机和因而的机身的增加的重量。由复合材料形成的风扇包容机匣将优异的抗冲击性和耐损坏性质与带有相对于金属壳的显著的重量降低结合。
众所周知，由织物(例如纺织物、编织物)制成的复合层压板与单向层压板相比具有优良的损伤容限，并且这样的织物预制体适于风扇包容机匣的纤维结构，以获得包容性。然而，已知的使用织物的复合制造工艺通常包含手工处理，并且不符合成本效益。自动纤维放置(AFP)机的近期发展允许自动化和更成本有效的生产复合组件的方法。然而，常规的纤维放置工艺不能使用织物并通过放置包括互相邻接的纵向纤维和树脂的纤维带产生单向层板。
因此期望为复合物品(例如风扇包容机匣)提供新颖的纺织纤维预制体，以及提供高抗冲击性和较强损伤容限的制造方法，而不会增加整体重量。
发明内容
现有技术的这些和其它缺陷通过本公开解决，其提供用于复合物品的纺织纤维预制体结构及制备方法。
在用于复合物品的纤维预制体结构中存在本公开的一个方面，该结构包括，多个纤维带，多个纤维带中的每一个同时在预定位置和朝向放置，以在纤维带之间形成互锁图案。多个纤维带的每个包括多个纤维束，其并排以预定间隔放置，以在纤维带中的每个束之间限定一个或更多个间隙。多个纤维带通过使多个纤维带中的每一个与预先铺下且不在一个共同平面中的多个纤维带中的一个或更多个交叉而在一个平面内和平面外的方向编织，以填充一个或更多个间隙，并限定均匀覆盖的多层组件。多个纤维带包括三个或更多个不同的朝向角度。
在用于复合物品的纤维预制体结构中存在本公开的另一个方面，该结构包括以第一朝向角度朝向的第一纤维带；以第二朝向角度朝向的第二纤维带，其中，第二朝向角度不同于第一朝向角度；至少一个额外的纤维带，每个带以额外的朝向角度朝向，其中，额外的朝向角度不等于第一朝向角度和第二朝向角度；以及第二额外的纤维带，其布置为处于与之前布置的多个纤维带处于预定的偏离间隔关系，直到在之前布置的多个纤维带之间形成的一个或更多的间隔完全被一个或更多个随后布置的纤维带完全占用。多个纤维带中的每一个同时并在预定位置和方向上放置，以在多个纤维带之间形成编织和互锁的图案。通过使多个纤维带中的每一个与之前铺下的且不在相同平面中的多纤维带中的一个或更多个交叉，多个纤维带在平面内和平面外的方向上编织。
然而，在形成用于复合物品的纤维预制体结构的方法中存在本公开的另一方面。该方法包括以下步骤：a.沉积以第一朝向角度延伸的第一纤维带；b.沉积以与第一带相差180°的第二朝向角度延伸的第二纤维带，并且其中，第二朝向角度不等于第一朝向角度；c.沉积至少一个额外的纤维带，每个以与第一纤维带和第二纤维带相差180°的额外的朝向角度延伸，并且其中额外的朝向角度中的每一个不等于第一朝向角度和第二朝向角度；d.重复步骤a-c使得每个沉积的纤维带具有与之前以相同朝向角度沉积的纤维带的预定间隔；e.重复步骤d直到多个沉积的纤维带均匀地覆盖区域并限定一层纤维带；f.重复步骤e直至通过沉积额外的多个纤维带实现完全覆盖，使得在步骤a-c期间放置的每个带以与在步骤a-c中的纤维带的沉积期间放置的相同的朝向角度放置为紧接相对应的纤维带。通过使纤维束和带中的每一个与之前铺下且不在共同平面中的纤维束和带中的一个或更多个交叉，使多个纤维束和带在平面内和平面外朝向上交织。
在形成用于复合物品的纤维预制体结构的方法中存在本公开的又一方面，包括步骤：a.沉积第一纤维带，该第一纤维带包括一组以预定间隔并排放置的纤维束，来在每个束之间限定一个或更多个间隙，第一纤维带以第一朝向角度延伸；b.沉积第二纤维带，该第二纤维带包括一组以预定间隔并排沉积的纤维束，来在第二纤维带中的每个束之间限定一个或更多个间隙，第二纤维带以与第一带相差180°的第二朝向角度延伸，并且其中，第二朝向角度不等于第一朝向角度；c.沉积至少一个额外的纤维带，包括一组以预定间隔并排沉积的纤维束，来在至少一个额外的带中的每个束之间限定一个或更多个间隙，该至少一个额外的纤维带以与之前沉积的纤维带的朝向角度相差180°的额外的朝向角度延伸，并且其中，额外的朝向角度不等于之前沉积的纤维带的朝向角度；d.重复步骤a-c，使得每个沉积的纤维带与以相同朝向角度沉积的之前沉积的纤维带具有预定间隔；e.重复步骤d直到多个沉积的纤维带均匀地覆盖区域，并且限定一层纤维带；f.重复步骤e通过沉积额外的多个纤维带实现完全覆盖，使得使得在步骤a-c期间放置的每个带以与在步骤a-c中的纤维带的沉积期间放置的相同的朝向角度放置为紧接相对应的纤维带；以及，g.重复步骤a-f，直至通过将至少一个额外的成层组件布置在之前沉积的成层组件附近实现完整的覆盖，来填充一个或更多个间隙并限定层片。通过将每个纤维束和带中的每一个与之前沉积的且不在共同的平面内的纤维束和带交叉，使多个纤维束和带在平面内和平面外方向交织。
上述特征的各种改进涉及本发明的各实施例。进一步的特征也可以结合这些各种实施例。这些改进和额外的特征可以单独存在或者进行任意结合。例如，以下讨论的各种涉及一个或更多个描述实施例的特征可以单独或组合进入本发明的上述任何实施例。此外，上述发明内容仅仅是使读者熟悉特定实施例以及本发明的文本，而非对权利要求主题范围的限制。
附图说明
当阅读以下详细说明时，参照随后的附图，其中附图标示贯穿全部附图使用，本发明的上述以及其它特征、实施例和优势将得到更好的理解，其中：
图1是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的燃气轮机系统的示意图；
图2示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的风扇包容机匣的剖视图；
图3示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的纤维预制体结构；
图4示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维带的一部分的局部完整接头的示意图；
图5示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维带的一部分的多个纤维束；
图6示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维带的一部分的多个纤维束；
图7示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维带的一部分的多个纤维束；
图8示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维带的一部分的多个纤维束；
图9示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维带的一部分的多个纤维束；
图10示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的多个纤维带的一部分；
图11示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；
图12示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；
图13示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；
图14示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；
图15示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；
图16示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；
图17示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；
图18示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法中的步骤；以及
图19示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的用来制造用于复合物品的纤维预制体结构的方法。
具体实施方式
本公开将被描述用于仅仅结合某些实施例的说明的目的；然而，可以理解，本公开的其它目标和优点将通过根据本公开的附图的下列说明而显而易见。虽然公开了优选实施方式，但是它们并不意味着限制。而是，在本文中提出的一般原则被认为仅仅说明本公开的范围，并且还应当理解的是，可进行许多改变而不脱离本公开的范围。
术语“第一”、“第二”等，在本文中并不表示任何次序、质量或者重要性，而是用于元件之间相互区别。术语“一”和“一个”不表示质量的限制，而是表示存在至少一个提及项的出现。修饰语“大约”用于同数量连接时包括本数，并具有结合上下文口述之意(例如，包括特殊数量测量的误差程度)。术语“更高”，“更低”，“顶”，“底”，“第一”，“第二”或者类似的是用于表明读者朝特定零部件的方向。
而且，在本说明书中，后缀“(s)”是通常用来包括项目所指代的单个和多个，从而包括一个或者多个项目(例如“开口”可以包括一个或者多个开口，除非另有规定)。参照贯穿说明书的“一个实施例”，“另一个实施例”，“实施例”等等，意味着实施例的描述连接的特定元件(例如，特征，结构和/或特点)包含于本文的至少一个实施例中，并且会或不会呈现在其它实施例中。相似地，关于“特定配置”意味着与该配置连接描述的特定元件(例如，特征，结构和/或特色)包含于本文描述的至少一个配置，并且会或者不会呈现于其它的配置。此外，可以理解描述的发明特征在各种实施例和配置中可以以任何合适方式结合。
在下面描述了用于复合物体的纤维预制体结构及制备方法。该方法涉及由交织的多个纤维带制备复合织物纤维，通过互相交叉提供改进的强度。该方法包括自动纤维放置(AFP)工序，其利用独立的纤维束、纤维束组，或者通常在树脂粘合剂中包括多个纵向朝向纤维的狭缝带。在实施例中，多个独立的纤维束形成纤维带，其沉积至工具表面上。织物型复合物经由多个纤维带的绞合制作，包括根据纤维放置程序变化朝向，以便形成织物纤维预制品。用于多个层或者板层的构建的AFP的使用，并且更具体的，操纵预定的复杂路径的能力，提供了复杂的复合结构的制备。
如之前所提及，纤维预制体结构可用来制备用于典型地在燃气涡轮发动机中发现的复合物体的预制体。由此，首先描述用于燃气涡轮发动机10的风扇包容机匣，其包括具有如在本文中描述的结构的纤维预制体。图1示意地示出了燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发动机10包括风扇组件12和包括高压压缩机14的芯部发动机13，以及燃烧器16。发动机10还包括高压涡轮18、低压涡轮20、以及升压器22。风扇组件12包括从转子盘26径向向外延伸的风扇叶片24的排列。发动机10具有入口侧28和排气侧30。在一个实例中，燃气涡轮发动机是从俄亥俄州辛辛那提市通用电气公司可获得的GE90。风扇组件12和涡轮20通过第一转子轴31联接。压缩机14和涡轮机18通过第二转子轴32联接。本公开不限于在特定的燃气涡轮发动机中使用，并且图1所示的发动机仅仅是为了说明目的。
在运转期间，空气沿着中心轴线34流动穿过风扇组件12，并且压缩空气被提供给高压压缩机14。高度压缩的空气被输送至燃烧器16。来自燃烧器16的空气流(在图1中未示出)驱动涡轮18和20，并且涡轮20借助于轴31驱动风扇组件12。
图2是风扇包容机匣40的示意剖视说明，而图3是风扇包容机匣40的一部分的示意轴测说明，并且更特定地为根据在本文中描述的方法制备的纤维预制体。参照图2，在示例性实施例中，风扇包容机匣40是硬壳密封系统，其带有大约等于风扇组件长度44的长度42。更具体地，长度42是可变尺寸，使得风扇包容机匣40限定了风扇组件12的主要密封区46。如在本文中使用的主要密封区46由其中风扇叶片24最有可能从风扇组件12排出的绕风扇组件12轴向且周向地延伸的区域限定。
在图3所示的示例性实施例中，风扇包容机匣40包括纤维预制体48，包含许多纤维带52，每个包括如在本文中所描述的多个纤维束或狭缝带50。在特定实施例中，每个纤维束50包括一组纤维。更特定地，在实施例中，纤维束每束包含大约3000至50000个纤维。典型地，当纤维束包含超过50000个纤维时，纤维预制体48的强度会降低，而当纤维束包含少于3000个纤维时，制造成本增加。如例如在图4和10中所显示，纤维束50聚集成多个带52并形成多个径向布置层(目前描述)。通过将多个纤维带52中的每一个与多个之前铺下的且不在共同面上的纤维带52中的一个或更多个交叉从而使带52在平面内和平面外方向上交织。如例如在图4至10中所显示，多个纤维带52中的每一个包括多个纤维束50，其以预定间隔并排定位，以在相对应的纤维带52中的每个束50之间限定一个或更多个间隙54。在实施例中，在纤维束之间的预定间隔是束宽度的整数倍。
每个带52在粘合剂(例如树脂)中包含一个或更多个纤维束50。每个纤维束50通过带有不变宽度的纤维捆束进行限定。更具体地参照图5，在所示实例中，纤维带52由四个纤维束50组成，其由多个间隙54分开。在实施例中，纤维带52是大约"x"英寸宽，并由四个纤维束52组成，并在每个纤维束52之间具有间隙54。在实施例中，x＝2.0英寸并且每个间隙54具有约0.25英寸的尺寸，以便大约等于每个单独束50的宽度。在图6所示的备选实施例中，带52可包括通过间隙54分开的多个纤维束50，该间隙54具有比每个单独的束50的宽度更大的尺寸。
如在图7-9中最佳示出，多个纤维带52中的每个可由任意数量的束50组成，该束50通过多个间隙54分开。现在参照图7，在在大体类似于图5的实施例的实施例中，示出的是纤维带52，其中，宽度“a”等于约2.0英寸，并且包括四个单独束50，其各在它们之间形成间隙54。图8示出纤维带52，其中，宽度“b”等于大约1.0英寸，并且包括具有在它们之间形成的间隙54的两个单独的束50。图9示出了纤维带52，其中，宽度“c”等于大约0.5英寸，并且包含一个束50，该束50具有与其相邻地形成的间隙54。应当理解的是，虽然多个纤维带52已经示出和描述为包括特定数量的纤维束50并且包括特定尺寸宽度时，这不意味着限定，并且应当理解的是，多个纤维带52可以由任意数量的纤维束50组成，该纤维束50具有在每个纤维束50之间形成的间隙52。
在特定应用中，期望使用多个纤维类型以形成复合预制体。因此，对于特定实施例，纤维束50中的至少一者包括第一材料并且纤维束中的至少一者包括第二材料。可在给定的层、层板或不同的层板内混合的纤维类型可使用不同的纤维类型形成。在一个实例中，更硬的抗剪纤维可以结合在冲击表面处，而在后表面附近的纤维可被选择以用于增强的能量吸收。更硬的抗剪纤维的非限制实例包括金属或陶瓷纤维。具有相对高的能量吸收的纤维的非限制实例包括S-玻璃，芳纶(例如，和)，和定向的聚乙烯纤维(例如和)。是E.I.du Pont de Nemours and Company销售的，Richmond Va.芳纶是由荷兰的Tejin Twaron销售的。纤维是Honeywell Specialty Materials销售的，Morris N.J.纤维是荷兰的DutchState Mines(DSM)销售的。
在其它应用中，期望形成混合纤维类型层板。即，纤维带52中的至少一者使用至少一个束50形成，该束50包括第一材料并且纤维带52中的至少一者使用至少一个束50形成，该束50包括第二材料。例如，玻璃纤维可以与碳(石墨)纤维交织以增强所得的复合物品的抗穿性。
在其它应用中，包括第一和第二材料的纤维束50被放在纤维预制体48的不同区域上。例如，高韧性纤维(例如或则玻璃钢)可以放在冲击区中，而高强度纤维(例如碳纤维)被放在非非冲击区中，在一个或更多个层板内。
期望地，纤维预制体48，以及因而的风扇包容机匣40的制备，可裁剪以保护避免多种尺寸威胁。对于抗穿性，最佳的晶胞尺寸取决于穿透物体的尺寸。对于特定实施例，束50的纤维带52中的至少一者具有第一宽度，而束50的带52中的至少一者具有第二宽度，其中，第一和第二宽度不同。例如，在实施例中，带50的宽度可以从大约0.125英寸(0.3175cm)变化至大约6英寸(15.24cm)。较小宽度的带保护较小的抛射体，例如发动机片段，反之较大宽度的带保护较大的抛射体，例如风扇叶片的前缘。此外，卷绕叠圈的紧密性可被调整。
在特定实施例中，内部部件例如耐磨或声衬层(未示出)作为纤维预制体48的圆柱芯棒。对于特定实施例，纤维预制体48放置在声衬上。对于其它实施例，纤维预制体48放置在耐磨衬垫上。实例耐磨或声衬在共同指定的，在2002年5月11日提交的，美国专利No.7,713,021“风扇包容机匣及制备方法”中进行描述，通过引用将其全部并入本文。
现在参照图11-19，示出的是在本公开的方法实施例中的连续步骤。如所示，形成用于复合物品(例如风扇包容机匣40)的纤维预制体的方法70，包括例如通过绕组，在工具62上布置各由一个或更多个束50组成的许多纤维带52，以组建多个布置的层64。图11-17绘出了用于在工具62上布置纤维带52的步骤。首先，在步骤72中，第一纤维带52a布置在工具62上，并以第一朝向角度α1延伸。接着，在步骤74中，沉积第二纤维带52b。沉积第二纤维带52b以便以相对第一带52a相差180°的第二朝向角度α2延伸，并且其中，第二朝向角度α2不等于第一朝向角度α1。
在步骤76中，接着沉积第三纤维带52c。沉积第三纤维带52c以便以相对第一纤维带52a和第二纤维带52b相差180°的第三朝向角度α3延伸，并且其中，第三朝向角度α3不等于第一朝向角度α1和第二朝向角度α2。在实施例中，在步骤78中，接着沉积第四纤维带52d。沉积第四纤维带52d以便以相对第一纤维带52a、第二纤维带52b和第三带52c相差180°的第四朝向角度α4延伸，并且其中，第四朝向角度α4不等于第一朝向角度α1、第二朝向角度α2和第三朝向角度α3。应当理解的是，虽然在本文中描述了分别以四个不同朝向角度α1、α2、α3、α4沉积第四纤维带52a、52b、52c、52d以形成层64，但是预期可发生在以三个朝向角度的多个纤维带52的沉积的实施例中，因而包括以多于三个不同的朝向角度沉积。作为实例，在本文中构思了包括以0°、60°以及-60°的三个纤维带的沉积的实施例。
接着，在步骤80中，重复步骤72-78以形成如在图14中所示的额外的层64，使得每个沉积的纤维带52a、52b、52c、52d等，与之以相同朝向角度沉积的纤维带具有预定间隔"x"。应当理解的是，预定间隔"x"是束宽的整数倍，并且可相对多个带52的每个朝向变化。例如，在第一沉积的纤维带52a和随后沉积的纤维带52a之间的间隔"x"，可不等于在第一沉积纤维带52b和随后沉积的纤维带52b之间的间隔"x"等。重复步骤72-78直到多个放置的纤维带52a、52b、52c、52d等，以预定间隔填充全部的纤维带至均匀的整个分数(例如，1/2或1/3)，如在图13中最佳示出。重复步骤80直到由在纤维带52之间的间隔"x"产生的间隙完全被覆盖。
在步骤82中，重复步骤80直到通过沉积额外的多个纤维带52a、52b、52c以及52d实现完全覆盖，如在图14-17中最佳所示出，使得在最初的步骤72-80期间放置的各个带被放置为直接邻接相对应的纤维带50，该纤维带50在额外的纤维带50的随后的沉积期间以与在图15中通过相邻地沉积的纤维带52a-52a指示的相同的朝向角度放置。在步骤82中，重复步骤80直到纤维带52之间的间隔"x"被完全覆盖。
步骤72-82以多个(n)朝向角度产生多(n)层纤维带52(包括间隙54)，以形成交织且均匀地覆盖层组件65(图17)。对于图5所示的纤维带，各根据步骤72-82形成的随后的层组件，被沉积为邻接在之前的层组件65中的束50以填充间隙54，并形成完全覆盖的层板。当间隙54大于如在图6中示出的一个束50的宽度时，重复步骤72-82以完全覆盖间隙54并完成层板。
在实施例中，第一朝向角度α1等于约61°，第二朝向角度α2等于约-61°，第三朝向角度α3等于约17°，并且第四朝向角度α4等于约-17°。应当理解的是，虽然陈述了具体的朝向角度和四个不同的角度，但是并不意味着限定，并且额外朝向角度通过本公开构思。
基于期望的所得部分、尺寸、朝向角度和纤维带宽度的几何形状，在图18中公开并示出了备选方法90。在示出的方法90的实施例中，(如之前所描述的)步骤72-78中的每一个，在全部步骤内可作为子集重复。例如，在实施例中，对于圆柱形部分，重复三次步骤72和74，并然后可执行步骤76-78以便限定子集行列。步骤80和82将然后如后面所述地执行。
再次参照图11，如所示，多个纤维束50被放在一起，并然后作为带52放在工具62上，以形成纤维预制体48。根据应用，可使用相同或不同的类型纤维，其非限制实例包括碳(石墨)纤维和玻璃纤维，如上所述。
在特定实施例中，在纤维铺下工序中在特定阶段固化热硬化树脂。在其它实施例中，热硬化树脂在铺下工序的结束时被固化。固化技术可根据使用的树脂的类型而变化，但是固化技术的非限制性实例包括加热树脂，或者暴露树脂于紫外线(UV)辐射。加热的一个相同实例通过向树脂的红外线(IR)的施加，或者通过在封闭炉或高压锅中放置实现。树脂化学将规定可被使用的固化技术的类型。
对于示例性实施例，如图3、4以及17所最佳示出，步骤包括将纤维束50聚集成多个带52，并通过将多个纤维带52中的每一个与之前铺下的且不在共同平面中的多个纤维带52中的一个或更多个交叉而在平面内和平面外朝向上交织，以形成绕组图案。在纤维带52中的每一个中的间隙54，如在图5-9中所示，形成次级、纤维束50，如图4和10中最佳示出，其基于带52并在带52内交叉。该交叉可沿着一个或更多个层64的至少一部分形成至少一个绕组图案。例如，如之前参照图7-9所描述，聚集纤维束50以形成纤维带52。带52的宽度可以通过在纤维带52中的每一个中包括或多或少的束50进行调整。此外，绕组图案的紧密性可被调整以改变绕组图案。
存在许多上述纤维预制体结构和形成为包括所述结构的风扇包容机匣及制备方法的益处。这样的益处包括，对大和小威胁的抗冲击性、增大的强度、减少层板的分层以及将多种特征的能力(例如不同的材料、不同的束厚度以及不同的绕组图案)合并入外壳。其它益处包括减少的外壳重量，制造的简便性，以及潜在的成本节省。
尽管在本文中已经仅仅示出和描述了本公开的特定特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此，应当理解的是，所附权利要求意图覆盖落入本公开的真正精神的所有的这样的修改和变化。

Claims (20)

1.一种用于复合物品的纤维预制体结构，包括：
多个纤维带，所述多个纤维带中的每一个一次在预定的位置和朝向上放置，以在所述多个纤维带之间产生互锁图案，
其中，所述多个纤维带中的每一个包括多个纤维束，其以预定的间隔并排定位以在所述多个纤维带中在每个纤维束之间限定一个或更多个间隙，
其中，所述多个纤维束和纤维带通过使所述多个纤维束和纤维带中的每一个与之前铺下的且不在共同平面上的所述多个纤维束和纤维带中的一个或更多个交叉而在平面内和平面外朝向上交织，以填充所述一个或更多个间隙，并限定均匀地覆盖的多层组件，以及
其中，所述多个纤维带包括三个或更多个不同的朝向角度。
2.根据权利要求1所述的纤维预制体结构，其中，第一朝向角度是0°，第二朝向角度是60°，而第三朝向角度是-60°。
3.根据权利要求1所述的纤维预制体结构,其中，第一朝向角度是61°，第二朝向角度是-61°，第三朝向角度是17°，而第四朝向角度是-17°。
4.根据权利要求1所述的纤维预制体结构，其中，所述复合物品是用于复合风扇包容机匣的纤维预制体。
5.一种用于包括限定多层组件的多个纤维带的复合物品的纤维预制体结构，包括：
第一纤维带，其以第一朝向角度朝向；
第二纤维带，其以第二朝向角度朝向，其中，所述第二朝向角度不等于所述第一朝向角度；
至少一个额外的纤维带，每个以额外的朝向角度朝向，其中，所述额外的朝向角度不等于所述第一朝向角度和所述第二朝向角度；以及
第二额外的纤维带，其布置为与所述之前布置的多个纤维带处于预定的偏离间隔关系，直到在所述之前布置的多个纤维带之间形成的一个或更多个间隔被一个或更多个随后布置的纤维带完全占用，
其中，所述多个纤维带中的每一个一次且在预定位置和朝向上放置，来在所述多个纤维带之间产生交织且互锁的图案，以及
其中，通过使所述多个纤维带中的每一个与之前铺下的且不在共同平面上的所述多个纤维带中的一个或更多个交叉，而使所述多个纤维带在平面内和平面外朝向上交织。
6.根据权利要求5所述的纤维预制体结构，其中，所述第一朝向角度是0°，所述第二朝向角度是60°，而第一额外朝向角度是-60°。
7.根据权利要求5所述的纤维预制体结构，其中，所述第一朝向角度是61°，所述第二朝向角度是-61°，第一额外朝向角度是17°，而第二额外朝向角度是-17°。
8.根据权利要求5所述的纤维预制体结构，其中，所述多个纤维带中的每一个包括多个纤维束，其并排以预定间隔定位，以在相对应的纤维带中在每个纤维束之间限定所述一个或更多个间隙。
9.根据权利要求5所述的纤维预制体结构，其中，所述复合物品是用于复合风扇的纤维预制体。
10.一种用来制备用于复合物品的纤维预制体的方法，包括如下连续步骤：
a.沉积以第一朝向角度延伸的第一纤维带；
b.沉积以第二朝向角度延伸的第二纤维带，所述第二朝向角度不同于相对于所述第一纤维带的180°，并且其中，所述第二朝向角度不等于所述第一朝向角度；
c.沉积至少一个额外的纤维带，每个所述额外的纤维带以额外的朝向角度延伸，所述额外的朝向角度不同于相对于所述第一纤维带和所述第二纤维带的180°，并且其中，所述额外的朝向角度中的每一个不等于所述第一朝向角度和所述第二朝向角度；
d.重复步骤a-c，使得每个沉积的纤维带与以相同的朝向角度沉积的之前沉积的纤维带具有预定间隔；
e.重复步骤d，直到多个沉积的纤维带均匀地覆盖区域并限定纤维带层；以及
f.重复步骤e直到通过沉积额外的多个纤维带实现完全覆盖，使得在步骤a-c期间放置的每个纤维带被放置为紧接在步骤a-c中在所述纤维带的沉积期间以相同的朝向角度放置的相对应的纤维带，
其中，通过使所述纤维束和纤维带中的每一个与之前铺下的且不在共同平面中的所述纤维束和纤维带中的一个或更多个交叉，使所述多个纤维束和纤维带在平面内和平面外朝向上交织。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在启动步骤c之前重复步骤a-b。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一纤维带、所述第二纤维带以及所述至少一个额外的纤维带中的每一个包括一组纤维束，其以预定间隔并排布置以在每个纤维束之间限定一个或更多个间隙。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一朝向角度是0°，所述第二朝向角度是60°，而第一额外朝向角度是-60°。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一朝向角度是61°，所述第二朝向角度是-61°，第一额外朝向角度是17°，而第二额外朝向角度是-17°。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述复合物品是用于复合风扇包容机匣的纤维预制体。
16.用来制作用于复合物品的纤维预制体的方法，其包括如下连续步骤：
a.沉积第一纤维带，其包括一组以预定间隔并排布置的纤维束来在各个纤维束之间限定一个或更多个间隙，所述第一纤维带以第一朝向角度延伸；
b.沉积第二纤维带，其包括以预定间隔并排布置的一组纤维束，来在所述第二纤维带中在各个纤维束之间限定一个或更多个间隙，所述第二纤维带以第二朝向角度延伸，所述第二朝向角度不同于相对于所述第一纤维带的180°，并且其中，所述第二朝向角度不等于所述第一朝向角度；
c.沉积至少一个额外的纤维带，其包括以预定间隔并排布置的一组纤维束，来在所述至少一个额外的纤维带中在每个纤维束之间限定一个或更多个间隙，所述至少一个额外的纤维带以额外的朝向角度延伸，所述额外的朝向角度不同于相对于之前沉积的纤维带的朝向角度的180°，并且其中，所述额外的朝向角度不等于之前沉积的纤维带的朝向角度；
d.重复步骤a-c，使得每个沉积的纤维带与以相同朝向角度沉积的之前沉积的纤维带具有预定间隔；
e.重复步骤d直到多个沉积的纤维带均匀地覆盖区域并限定纤维带层；
f.重复步骤e直到通过沉积额外的多个纤维带实现完全覆盖，使得在步骤a-c期间放置的每个纤维带，被放置为紧接在步骤a-c中在所述纤维带的沉积期间以相同的朝向角度放置的相对应的纤维带，并限定成层组件；和
g.重复步骤a-f，直到通过将至少一个额外的成层组件布置在所述之前沉积的成层组件附近实现完全覆盖，来填充所述一个或更多个间隙并限定层片，
其中，通过将所述纤维束和纤维带中的每一个与之前铺下且不在共同平面中的所述纤维束和纤维带中的一个或更多个交叉，而使所述多个纤维束和纤维带在平面内和平面外朝向上交织。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括，在启动步骤c之前重复步骤a-b。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一朝向角度是0°，所述第二朝向角度是60°，而第一额外朝向角度是-60°。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一朝向角度是61°，所述第二朝向角度是-61°，第一额外朝向角度是17°，而第二额外朝向角度是-17°。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述复合物品是用于复合风扇包容机匣的纤维预制体。
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