CN109415947B - 用于涡轮发动机风扇的插入平台及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种插入平台(1)，该插入平台用于定位在航空涡轮发动机风扇的两个相邻叶片(2)之间，所述平台包括由复合材料制成的流动截面壁(10)，该流动截面壁包括中心部分(16)以及第一和第二缘部(18)，该第一和第二缘部沿所述壁的纵向方向延伸，每个缘部沿所述壁的横向方向在预定距离(D)上从中心部分(16)延伸，所述流动截面壁包括由基质致密的纤维加强件，其特征在于，存在于中心部分(16)中的纤维加强件具有三维编织，并且存在于第一和第二缘部(18)中的纤维加强件至少部分地具有二维编织。本发明还涉及一种风扇模块、涡轮发动机以及制造此种平台的方法。

Description

用于涡轮发动机风扇的插入平台及其制造方法
技术领域
本发明涉及航空涡轮发动机的一般领域，并且更具体地说，本发明涉及用于涡轮发动机风扇的装配平台。
背景技术
航空涡轮发动机的风扇通常包括多个可动叶片，且平台在这些可动叶片的根部处存在于这些可动叶片之间。该平台的主要功能是限定流动通道，用于供气体流进入到涡轮发动机中。由于平台的空气动力学功能，这些平台的流动通道壁需要与相邻叶片紧密接触，以在平台和叶片之间提供密封。在摄取物体(冰块、鸟等等)的情形中，风扇叶片会受到冲击并且变得变形。该变形然后传递至平台的流动通道壁，甚至在重大冲击的情形下，这些平台必须在可能的任何位置避免变得受损或破坏。
为了避免损坏叶片和平台，叶片和平台的顶壁需要进行适当地接触。为此目的，已知使得平台顶壁的与叶片相接触的缘部变薄，即在叶片和平台之间的接触区域中局部地减小壁厚。这些薄缘部使得平台和叶片之间的接触能更灵活地形成，并且这些薄缘部能有效地衰减冲击且由此减小由于这些冲击在叶片和平台上引起的损坏。
当平台由通过基质致密的纤维加强件制成的复合材料所制造时，减薄流动通道壁的缘部通常需要机加工步骤。具体地说，在薄缘部的情形下，通常需要将垫圈放置就位，以在叶片和平台之间提供密封。机加工步骤难以执行并且该机加工步骤延长制造和安装平台的方法，由此增大成本。
因此，需要一种用于风扇叶片的装配平台，该装配平台制造容易且廉价，并且并不具有上述缺点。
发明内容
因此，本发明的主要目的是通过提出一种装配平台来缓解这些缺点，该装配平台用于定位在航空涡轮发动机风扇的两个相邻叶片之间，所述平台包括由复合材料制成的流动通道壁，该流动通道壁具有中心部分以及第一和第二缘部，各个缘部沿所述壁的纵向方向延伸，每个缘部沿所述壁的横向方向在预定距离上从中心部分延伸，所述流动通道壁包括由基质致密的纤维加强件，该平台的特征在于，存在于中心部分中的纤维加强件具有三维编织，并且存在于第一和第二缘部中的纤维加强件至少部分地具有二维编织。
术语“二维编织”或“2D编织”在这里用于意指传统的编织方法，其中，每根经纱在单个纬纱层中从纱线的一侧通至另一侧。术语“三维编织”或“3D编织”在这里用于意指这样的编织方法，其中，至少一些经纱在多个纬纱层之上与纬纱互连。
本发明的平台的流动通道壁的缘部在平台和相邻叶片之间提供灵活的接触，而无需附加的机加工，于是能够避免添加垫圈。针对给定厚度，与具有通过二维编织获得的纤维加强件的复合材料相比，具有通过三维编织获得的纤维加强件的复合材料需要更多能量来变得分层。因此，通过在流动通道壁的缘部(至少部分地具有2D编织)和中心部分(3D编织)中利用不同织法编织纤维加强件，能够增大缘部中复合材料的挠性。然后则不再需要对缘部进行机加工，以获得平台，该平台能在与物体冲击的情形中适应与相邻叶片的碰撞。
第一和第二缘部中的织法可选自：平纹编织、缎纹编织、哔叽编织。
每个缘部可沿流动通道壁的横向方向在预定距离D之上从中心部分延伸，以使得比值D/L位于2％至10％的范围内，例如在5％至10％的范围内，其中，L是流动通道壁的沿所述壁的横向方向的宽度。
每个缘部可具有一定厚度e，以使得比值e/D位于5％至50％的范围内，例如在5％至10％的范围内，其中，D是预定距离，每个缘部沿流动通道壁的横向方向在该预定距离之上从中心部分延伸。
在一实施例中，该平台可具有底壁和两个侧壁，该底壁用于搁抵在风扇盘上，而两个侧壁在所述平台的底壁和流动通道壁之间延伸。在此种构造中，该平台可称为“盒式”平台。
在一实施例中，该平台可由复合材料制成并且包括由基质致密的纤维加强件，该流动通道壁的纤维加强件构成平台的纤维加强件的一部分。
本发明还提供一种航空涡轮发动机风扇模块，该航空涡轮发动机风扇模块包括至少两个叶片和如上所述的至少一个平台，该至少一个平台定位在两个相邻的叶片之间，并且本发明还提供一种包括此种风扇模块的涡轮发动机。术语“风扇模块”以传统的方式用于指代涡轮发动机的模块，该模块具体地说包括风扇并且在适用的情形下包括低压压缩机。
最后，本发明还提供一种制造如上所述的装配平台的方法，该方法包括如下步骤：
·编织纤维平台，以形成平台的流动通道壁的纤维加强件；以及
·在所述纤维平台的孔隙中形成基质。
附图说明
参照附图给出的以下描述，本发明的其它特征和优点显现，这些附图示出不具有限制特征的实施例。附图中：
·图1示出用于涡轮发动机风扇的盒式装配平台；
·图2是图1的装配平台的示意剖视图；以及
·图3A和3B以及4A和4B分别示出流动通道壁的缘部处的两个示例织法。
具体实施方式
图1示出用于航空涡轮发动机风扇的装配平台1的示例。平台1定位在两个相邻叶片2(在图1中以虚线示意地示出仅仅一个叶片2)，并且该平台安装在风扇盘3上。图1中示出的平台1完全由复合材料制成并且该平台具有盒的类型，即该平台具有流动通道壁10、底壁12以及两个侧壁14，这两个侧壁在底壁12和流动通道壁10之间延伸。当发动机静止时，平台的底壁12与风扇盘3相接触。进入到涡轮发动机中的空气流的方向在附图中由箭头F指示。当发动机处于操作中时，该平台的流动通道壁10限定用于供气体流进入到涡轮发动机中的流动通道的内部(相对于未示出的涡轮发动机的纵向轴线)。
平台1可完全地或部分地由通过基质致密的纤维加强件构成。纤维加强件可包括碳纤维或陶瓷纤维。基质可以是陶瓷基质，或者更常见的是有机基质，并且该基质可例如从致密化树脂中获得。
图2是图1所示平台1的示意剖视图。平台1的流动通道壁10具有中心部分16和两个缘部18。缘部18沿流动通道壁10的纵向方向延伸，在该示例中在流动通道壁10的整个长度之上延伸。流动通道壁10的纵向方向沿由该流动通道壁的长尺寸给出的方向延伸，横向方向垂直于该纵向方向。流动通道壁10在该示例中在该流动通道壁的两个缘部18之间横向地延伸。
根据本发明，流动通道壁10包括由基质致密的纤维加强件。在与中心部分16相对应的部分中，纤维加强件具有三维编织。纤维加强件的与流动通道壁10的缘部18相对应的部分至少部分地具有二维编织。借助示例，在中心部分16中，纤维加强件可具有互锁或多层类型的织法，并且在缘部中，纤维加强件可具有缎纹、平纹或哔叽(serge)类型的织法。应观察到的是，还能够在用于缘部18的纤维加强件中提供混合编织，即一种在缘部18的厚度的一部分上是二维的而在缘部18的厚度的剩余部分上是三维的编织。
缘部18的每个可沿流动通道壁10的横向方向在预定距离D上从中心部分16延伸。在流动通道壁10的位点处的距离D可使得D/L位于2％至10％的范围内，例如在5％至10％的范围内，其中，L是流动通道壁在所考虑的位点处的宽度。自然并且针对图1中的平台1，宽度L可沿着流动通道壁10改变，以使得距离D可类似地沿着流动通道壁10改变。缘部18的厚度e可不同于流动通道壁10的剩余部分的厚度。在这些情形下，缘部18的厚度e可使得e/D位于5％至50％的范围内，并且例如在5％至10％的范围内。
例如在图2中识别的缘部18的区域A中的两个织法示例在下文分别参照图3A和3B以及参照图4A和4B进行描述。在这些附图中，纬纱在截面中可见并且示作处于交错构造中，以使得纬纱层T包括两个接续的纬纱半层t1和t2、t3和t4等等。经纱以c1至c10标注。在整个说明书和所有附图中，按照惯例并且出于方便的原因，陈述并示出的是，经纱偏离它们的路径以便在一层或多层纬纱中抓住纬纱。然而，这些角色可在经纱和纬纱之间互换。
图3A和3B分别示出在第一示例中在缘部18附近的区域A中编织纤维加强件的两个编织平面。在该示例中，整个中心部分16的纤维加强件具有互锁类型的三维织法，而缘部18的纤维加强件具有哔叽类型的二维织法。示出中心部分16的纤维加强件的十一个纬纱层T，即二十二个纬纱半层t1至t22。缘部18处的纤维加强件具有十个纬纱层T，即二十个纬纱半层t1至t20。
在所示出的示例中，中心部分16中的纤维加强件具有互锁织法，其中，每根经纱c1至c10与三个纬纱半层互连。此外，在缘部18中，纤维加强件具有传统的哔叽织法，其中，每个经纱c1至c10抓住从单个纬纱层T的一侧行进至另一侧的两根纬纱。在缘部18处，纬纱层T并不由经纱c1至c10互连。因此，在缘部18中，获得二维织物条带的堆叠，这些条带的每个均通过编织连接于中心部分16。在导致平台1的缘部18相对于相邻叶片2发生相对运动的冲击事件中，在具有二维编织的织物片层或条带之间会发生分层，即织物的条带可能彼此分开。
图4A和4B示出在第二示例中在缘部18附近的区域A中编织纤维加强件的两个相应的编织平面。在该示例中，整个中心部分16的纤维加强件具有互锁织法，而缘部18的纤维加强件具有混合织法，该混合织法包括在缘部18的厚度中具有(二维)哔叽织法的两个部分20和22以及在缘部18的厚度中具有(三维)互锁织法的部分24。
如同在第一示例中那样，中心部分16中的纤维加强件具有互锁织法，其中，每根经纱c1至c10与三个纬纱半层互连。之后，在中心部分16和缘部18之间的界面处，缘部18的前面两根和最后两根经纱c1和c2以及c9和c10遵循哔叽型式，其中，每根经纱抓住两根纬纱，并且每根经纱与单个纬纱层T互连。剩余的经纱c3至c8继续它们的路径而不会改变缘部18的纤维加强件中的型式，以使得三个纬纱半层利用互锁织法而互连。在部分24中，纬纱层T通过纱线c3至c8互连。在缘部18中，前两个和最后两个纬纱层T并不互连，也不与部分24相连。通过使用这里借助示例示出的织法，缘部18仅仅在部分20和22中具有二维织法。因此，在该示例中，每个缘部18在每个部分20和22中具有两个二维织物条带；以及在部分24中具有三维织法的条带。部分20、22和24中的上述条带均通过编织连接于流动通道壁10的中心部分。
为了制造本发明的平台1，能通过编织纤维预制件开始，该纤维预制件会形成平台的纤维加强件。如图1中示出的盒式平台1可从单个纤维预制件中获得。在一变型中，能使用多个纤维预制件，这些纤维预制件随后在致密之前组装在一起，例如是用于流动通道壁10的纤维预制件和用于平台的剩余部分的纤维预制件。用于流动通道壁10的纤维预制件根据上述编织特征而编织，例如，使用缘部18中的上述织法来编织。自然，在不超出本发明范围的情形下，可使用除了上文描述织法以外的织法。
最后，基质可通过任何已知的方法在平台1的纤维预制件内形成，这能在该纤维预制件已成形之后进行。例如，平台1可通过将模制树脂注射到纤维预制件中来制造。该方法称为树脂传递模制(RTM)。为此目的，使用注塑模具，该注塑模具具有平台1的形状且将干纤维预制件放置在该注塑模具中，在这之后，将树脂在压力下注射到模具内部，树脂固化以在纤维预制件的孔隙中形成基质，且将以此方式制造的平台1从模具中提取出。

Claims (9)

1.一种装配平台，所述装配平台用于定位在航空涡轮发动机风扇的两个相邻叶片之间，所述平台包括由复合材料制成的流动通道壁，所述流动通道壁具有中心部分以及第一和第二缘部，各个缘部沿所述壁的纵向方向延伸，每个缘部沿所述壁的横向方向在预定距离上从所述中心部分延伸，所述流动通道壁包括由基质致密的纤维加强件，所述平台的特征在于，存在于所述中心部分中的纤维加强件具有三维编织，并且存在于所述第一和第二缘部的每一个中的纤维加强件具有两个二维编织部分，每个部分中具有两个通过编织连接到所述中心部分的二维织物条带。
2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述第一和第二缘部中的织法选自：平纹编织、缎纹编织、哔叽编织。
3.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，每个缘部沿所述流动通道壁的横向方向在预定距离D上从所述中心部分延伸，以使得比值D/L位于2％至10％的范围内，其中，L是所述流动通道壁沿所述壁的横向方向的宽度。
4.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，每个缘部具有厚度e，以使得比值e/D位于5％至50％的范围内，其中，D是预定距离，每个缘部沿所述流动通道壁的横向方向在所述预定距离上从所述中心部分延伸。
5.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述平台具有底壁和两个侧壁，所述底壁用于搁抵在风扇盘上，而所述两个侧壁在所述平台的底壁和流动通道壁之间延伸。
6.根据权利要求1所述的平台，其特征在于，所述平台由复合材料制成并且包括由基质致密的纤维加强件，所述流动通道壁的纤维加强件构成所述平台的纤维加强件的一部分。
7.一种航空涡轮发动机风扇模块，所述航空涡轮发动机风扇模块包括至少两个叶片和一个根据权利要求1所述的平台，所述平台定位在所述叶片中相邻的两个叶片之间。
8.一种航空涡轮发动机，所述航空涡轮发动机包括根据权利要求7所述的风扇模块。
9.一种制造根据权利要求1所述的装配平台的方法，所述方法包括以下步骤：
·编织纤维平台，以形成所述平台的流动通道壁的纤维加强件；以及
·在所述纤维平台的孔隙中形成基质。
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