CN112513352A - 用于由复合材料制备的抗剪强度提高的壳体的纤维织构 - Google Patents

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Abstract

一种纤维织构(100)，其呈带状，包括在近端部分(110)和中间部分(PI)之间沿纵向(X)延伸的第一部分(P1)。存在于所述纤维织构(100)的内表面(F1)一侧的一层或多层经纱线或经向股线至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线，其他层经纱线或经向股线的纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线。所述纤维织构(100)还包括在纵向上存在于所述纤维织构的中间部分(PI)和远端部分(120)之间的第二部分(P2)。存在于所述纤维织构(100)的外表面(F2)一侧的多层经纱线或经向股线中的一层或多层至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线，而所述多层经纱线或经向股线中其他层纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线。所述经纱线或股线在所述纤维织构(100)的整个长度(L100)上是连续的。

Description

用于由复合材料制备的抗剪强度提高的壳体的纤维织构
发明背景
本发明涉及一种纤维织物，该纤维织物可特别但不限于用于形成由复合材料制成的飞行器发动机鼓风机壳体的纤维增强件。
复合材料制壳体的制造始于生产呈带状的纤维织构，该纤维织构是通过在多层经纱线和多层纬纱线之间进行三维编织而产生的。将由此获得的纤维织构在具有要制造的壳体形状的模具或工具上绕几圈并保持在模具和形成反模的分段之间，以获得纤维预制件。
一旦生产出纤维预制件，即在纤维织构的缠绕结束时，承载纤维预制件的模具被反模封闭，然后被运送到烘箱或熔炉中，在烘箱或熔炉中通过基质对预制件进行致密化，该基质可以特别地通过在纤维预制件中注射和聚合树脂而获得。
鼓风机壳体具有三个主要功能，即：
-提供发动机零件之间的连接，
-限定进入发动机的进气管，
-提供控制功能，通过将吸入的碎片或离心投射的叶片或叶片碎片困在发动机内提供防护，以防止它们穿过壳体并到达飞行器的其他部分。
前两种功能对机械性能的要求不高，但却是永久性的。另一方面，第三种功能即使使用得很少，但对机械性能要求很高。
在扇叶脱落(FBO)事件中，对于壳体来说，事件可以分为不同的阶段：
阶段1：叶片与壳体之间的接触，
阶段2：丢失的叶片的前缘从壳体材料剪切，
阶段3：在高能量的作用下壳体变形，
阶段4：恢复储存在壳体中与丢失的叶片碎片相关的能量，
阶段5：建立风车旋转。
在阶段1中，要求壳体具有较高的刚度，以便在与叶片接触的作用下使变形尽可能小。在该阶段，能量以变形的形式被壳体存储起来。
在阶段2，壳体材料必须显示剪切特性。材料被剪切，并且通过该剪切消散能量。
在阶段3，抛射体更难穿透壳体，并且抛射体存储的能量被壳体的变形完全吸收。在该阶段，要求壳体材料具有很高的变形率。
在阶段4，通过壳体的变形恢复能量，使其恢复到初始几何形状。
在阶段5，壳体承受高机械载荷的疲劳应力。
现有技术的壳体通常以令人满意的方式提供该功能。但是，仍有可能进一步提高某些壳体的机械阻力，以抵抗抛射体的冲击，特别是当叶片脱离并投射到壳体上时的冲击。
特别在文件WO2017/109403中描述了具有强化保持区的由复合材料制成的鼓风机壳体的示例。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及一种纤维织构，其呈带状，在近端部分和远端部分之间的确定长度上沿纵向延伸，并且在第一侧边缘和第二侧边缘之间的确定宽度上沿横向延伸，所述纤维织构在沿纵向延伸的多层经纱线或经向股线与沿横向方向延伸的多层纬纱线或纬向股线之间具有三维或多层编织，其特征在于，所述纤维织构包括在纵向上存在于所述近端部分和中间部分之间的第一部分，存在于所述纤维织构的内表面一侧的一层或多层经纱线或经向股线至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线，其他层经纱线或经向股线的纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线，并且还在于，所述纤维织构还包括在纵向上存在于所述纤维织构的中间部分和远端部分之间的第二部分，存在于所述纤维织构的外表面一侧的所述多层经纱线或经向股线中的一层或多层至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线，所述多层经纱线或经向股线中其他层经纱线或经向股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线，所述经纱线或经向股线在所述纤维织构的整个长度上是连续的。
该纤维织物旨在以数圈方式缠绕，以形成用于复合壳体的纤维增强件。第一部分旨在形成该纤维增强件的径向内部(绕组的第一匝)。第二部分旨在形成该纤维增强件的径向外部(绕组的最后匝)。
发明人注意到，通过明智地将玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线放置在纤维织构中的碳纤维纱线或碳纤维股线中，可以提高壳体抵抗冲击，例如分离叶片的冲击的能力。实际上，玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线比碳纤维纱线或碳纤维股线具有高得多的抗剪切强度和抗伸长性。因此，根据本发明的纤维织构在第一部分中包括玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线，其旨在形成绕组的起点，并且位于与叶片撞击的一侧(数层经纱线或经向股线位于纤维织构的内表面一侧)，以便赋予该第一部分更大的剪切强度。这限制了撞击壳体内表面的抛射体(例如叶片或叶片部分)的穿透深度。因此，保留了更大部分的壳体材料，这使得能够在叶片损失或叶片碎裂事件期间有效地管理上述阶段(尤其是阶段2至阶段5)。
第一部分中的其他层经纱线或经向股线由碳纤维纱线或碳纤维股线构成，以便在该第一部分中保持良好的刚度并限制使用玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线的影响，它们比碳纤维纱线或碳纤维股线的质量更高。
此外，根据本发明的纤维织构在第二部分中包括玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线，其旨在形成绕组的外层。在第二部分中，玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线存在于纤维织构的外表面一侧。由于玻璃纤维的变形率很高，比碳纤维的变形率高，因此，在第二部分上赋予了显著的弹性变形能力，从而能够通过变形吸收叶片传递的能量，然后通过恢复到初始形状将这种能量恢复到叶片上(阶段3和4)。
第二部分中的其他层经纱线或经向股线由碳纤维纱线或碳纤维股线构成，以便在该第二部分中保持良好的刚度并限制使用玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线的影响，它们比碳纤维纱线或碳纤维股线的质量更高。
因此，本发明使用两种不同的材料，即碳和玻璃，它们位于纤维增强件的特定区域，以便以最佳方式对冲击事件，例如损失叶片或叶片碎裂期间壳体的应力作出反应，同时限制壳体的质量。
根据本发明的一个特定方面，第一部分中存在于纤维织构的内表面一侧的玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线在中间部分逐渐向纤维织构的外表面上升，以便在第二部分中存在于所述织构的外表面一侧。因此，经纱线或经向股线在纤维织构的整个长度上是连续的，这使得有可能在整个纤维增强件中保持由三维编织或多层编织所赋予的机械性能(特别是抗分层和应力传递)。
在示例性实施方式中，第一部分中存在于纤维织构的内表面一侧的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线构成，所述多层纬纱线或纬向股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线构成。必要时，可以通过在玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线的水平上使用玻璃纤维纬纱线或玻璃纤维经向股线来进一步增加纤维织构的第一部分的剪切强度。
在示例性实施方式中，第二部分中存在于纤维织构的外表面上的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线构成，所述多层纬纱线或纬向股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线构成。必要时，可以通过在同样由璃纤维构成的经纱线或经向股线的水平上使用玻璃纤维纬纱线或玻璃纤维纬向股线来进一步增加纤维织构的第二部分的变形能力。
本发明还针对一种用于飞行器壳体的纤维预制件，该纤维预制件包括如上所述的纤维织构的多匝绕组，第一部分位于预制件的径向内表面一侧，第二部分位于预制件的径向外表面一侧。
本发明还涉及由复合材料制成的燃气涡轮机壳体，该燃气涡轮机壳体包括由如上所述的纤维预制件构成的纤维增强件和使纤维增强件致密化的基质。
在示例实施方式中，所述壳体是燃气涡轮鼓风机壳体。
本发明还涉及具有如上所述壳体的飞行器燃气涡轮发动机。
本发明还涉及一种通过在沿纵向延伸的多层经纱线或经向股线与沿横向延伸的多层纬纱线或纬向股线之间进行三维编织或多层编织来制造纤维织构的方法，所述纤维织构呈带状，在近端部分和远端部分之间的确定长度上沿纵向延伸，并且在第一侧边缘和第二侧边缘之间的确定宽度上沿横向延伸，特征在于，所述方法包括编织第一部分，所述第一部分在纵向上存在于所述近端部分和中间部分之间，存在于所述纤维织构的内表面一侧的一层或多层经纱线或经向股线至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线，其他层经纱线或经向股线的纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线，并且还在于，所述方法还包括编织第二部分，所述第二部分在纵向上存在于所述纤维织构的中间部分和远端部分之间，存在于所述纤维织构的外表面一侧的所述多层经纱线或经向股线中的一层或多层至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线，所述多层经纱线或经向股线中其他层纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线，所述经纱线或经向股线在所述纤维织构的整个长度上是连续的。
根据本发明的一个特定方面，第一部分中存在于纤维织构的内表面一侧的玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线在中间部分逐渐向纤维织构的外表面上升，以便在第二部分中存在于所述织构的外表面一侧。
在示例性实施方式中，第一部分中存在于纤维织构的内表面一侧的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线构成，所述多层纬纱线或纬向股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线构成。
在示例性实施方式中，第二部分中存在于纤维织构的外表面上的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线构成，所述多层纬纱线或纬向股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线构成。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从以下非限制性的参考附图的描述中得出，在附图中：
图1是织机的示意性透视图，示出了纤维织构的三维编织；
图2是根据本发明的实施方式的纤维织构的示意性透视图；
图3是在图2的纤维织构的第一部分和中间部分的一部分上截取的纵向截面，并示出了编织平面；
图4是在图2的纤维织构的中间部分上截取的纵向截面，并且示出了编织平面；
图5是在图2的纤维织构的中间部分的一部分和第二部分上截取的纵向截面，并且示出了编织平面；
图6是示意性透视图，示出了纤维织构在成型工具上的缠绕；
图7是通过缠绕如图6所示的纤维织构而获得的壳体预制件的轴向截面的半视图；
图8是剖视图，示出了在图7的壳体预制件上的注入扇区的定位；
图9是根据本发明的实施方式的飞行器发动机的透视图；
图10是在根据本发明的纤维织构变体的第一部分和中间部分的一部分上截取的纵向截面，并示出了编织平面；
图11是在该纤维织构变体的中间部分上截取的纵向截面，并示出了编织方式；
图12是在该纤维织构的中间部分的一部分和第二部分上截取的纵向截面，并示出了编织平面。
具体实施方式
本发明通常适用于用于制造由复合材料制成的壳体的纤维织构，这些壳体包括在其端部具有环形凸缘的桶状物或壳。
如图1所示，纤维织构100是以已知的方式通过使用提花型织机5进行织造而产生的，在该织机上排列着一束多层的经纱线或经向股线20，经纱线由纬纱线或纬向股线30束缚。
纤维织构是由三维编织而成的。这里所说的“三维编织”或“3D编织”指的是一种编织方法，其中至少有一些纬纱线通过几层经纱线与经纱线相互连接，反之亦然。纤维织构可具有互锁编织。这里所说的“互锁”编织是指每层纬纱线与几层经纱线相互连接的编织，同一纬纱线列中的所有纱线在编织平面上的运动相同。也可以考虑其他编织。
如图2所示，纤维织构100呈带状，在与经纱线或经向股线20的行进方向相对应的纵向X上纵向延伸，并且在第一和第二侧边缘101和102之间在横向Y上横向延伸，横向Y对应于纬纱线或纬向股线30的方向。纤维织构在近端部分110和远端部分120之间的确定长度L100上纵向延伸，近端部分110旨在在成型工具上形成纤维预制件的绕组起点，远端部分120旨在形成纤维预制件的绕组终点。
纤维织构还具有沿Y方向在限定宽度l130上延伸的中央区域130，该中央区域130旨在形成壳体的桶状物或壳。中央区域130旨在与叶片相对地存在，并限定要获得的壳体的保持区域。中央区域130从第一侧边缘101和第二侧边缘102内缩，并在确定的宽度l130上延伸，该宽度小于织构100的宽度l100。中央区域130位于第一侧边缘101和第二侧边缘102之间的中间位置。中央区域130在两个侧向区域140和150之间划定，两个侧向区域140和150分别沿Y方向在确定的宽度l140和l150上分别延伸。第一侧向区域140在第一侧向边缘101和中央区域130之间延伸。第二侧向区域150在第二侧向边缘102和中央区域130之间延伸。侧向区域140和150中的每一个旨在至少部分地形成壳体的环形凸缘。
纤维织构100的长度L100根据成型工具或模具的周长来确定，以允许执行确定数量的纤维织构的匝数，例如四匝。
纤维织构100具有位于纤维织构的近端部分110和中间部分PI之间的第一部分P1。第一部分P1旨在形成绕组的第一部分，该第一部分形成壳体的纤维增强件(该绕组的径向内部，见图8，其示出了径向R)。例如，中间部分PI可以位于纤维织构100的长度的一半，或更一般地，位于纤维织构100的长度的四分之一至四分之三之间。
纤维织构100还包括与第一部分P1不同的第二部分P2，该第二部分P2存在于中间部分P1和远端部分120之间。第二部分P2旨在形成绕组的第二部分，该第二部分形成壳体的纤维增强件(该绕组的径向外部)。
在这里描述的示例中，纤维织构100在长度L100上延伸，从而允许在成型工具或模具上缠绕四匝。仍在此处描述的示例中，第一部分P1在长度LP1上延伸，该长度LP1对应于成型工具或模具上的第一绕组匝(图8)，而第二部分P2在长度LP2上延伸，该长度LP2对应于成型工具或模具上的最后绕组匝(图8)，部分PI在部分P1和P2之间延伸一段长度，该长度对应于成型工具或模具上的第三和第四绕组匝(图8)。
图3至图5分别示出了分别位于第一部分P1、中间部分PI和第二部分P2的纤维织物100的互锁编织的平面。
图3至图5所示的编织平面的示例包括9层纬纱Tc和8层经纱Ccl至Cc5以及Cv6至Cv8。在所示的互锁编织中，由在纬纱方向上彼此偏移的两个相邻的纬纱半层形成纬纱层。因此，有18个纬纱线半层交错排列。每层经纱与3层纬纱相互连接。也可以采用非交错布置，两个相邻经纱层的经纱排列在同一列上。在文件WO2006/136755中描述了可以使用的互锁型编织。
在所示的示例中，纤维织构包括玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经股线，表示为Cv6至Cv8，以及碳纤维经纱线或碳纤维经股线，表示为Cc1至Cc5。纤维织构还包括碳纤维纬纱线或碳纤维纬股线，表示为Tc。
如图3所示，第一部分P1包括在纤维织构100的外表面F2一侧存在的五层经纱线或经向股线，包括碳纤维纱线或碳纤维股线Cc1至Cc5，以及在纤维织构的内表面F1一侧存在的三层经纱线或经向股线，包括碳纤维纱线或碳纤维股线Cv6至Cv8。
一旦进入中间部分PI，就引导编织，以便通过与碳纤维经纱线或碳纤维经向股线Cc1至Cc5交叉而使玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线Cv6至Cv8朝向纤维织构的外表面F2逐渐上升。在图3中，通过与碳纤维经纱线或碳纤维经向股线Cc5和Cc4依次交叉，玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线Cv6从两层纬纱线或纬向股线上升，而碳纤维经纱线或碳纤维经向股线Cc5和Cc4又在纬纱线层中向纤维织构的内表面F1落下。
在图4中，朝向外表面F2的玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线Cv6至Cv8继续朝向纤维织构的外表面F2逐渐上升，而碳纤维经纱线或碳纤维经向股线Cc1至Cc5继续朝向纤维织构100的内表面F1逐渐下降。
图5示出中间部分PI的末端，其中玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线Cv6到Cv8现在存在于纤维织构100的外表面F2一侧。因此，第二部分P2包括在纤维织构100的内表面F1一侧存在的五层经纱线或经向股线，包括碳纤经纱线或碳纤经向股线Cc1至Cc5，以及在纤维织构100的外表面F2一侧存在的三层经纱线或经向股线，包括碳纤维经纱线或碳纤经向股线Cv6至Cv8。
因此，当沿着纤维织构100的纵向X移动时，经纱线或经向股线的性质发生变化。
刚刚描述了一个例子，其中纤维织构具有9个纬纱层和8个经纱层的互锁编织。然而，当纬纱和经纱层的数量不同时，或者当纤维织构具有与互锁编织不同的编织时，这并不超出本发明的范围。
此外，有利的是，存在于纤维织构中的碳纤维纱线或碳纤维股线和玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线具有相似的横截面或体积。例如，|V2-V1|/V1的比值可以小于或等于10％，其中V1表示碳纤维纱线或碳纤维股线的体积，V2表示玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线的体积，并且|.|表示绝对值。
纤维织构可以仅在横向Y上在确定的宽度上包括玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线。特别地，玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线可以仅用于纤维织构的中央区域130或其对应于被称为“保持区域”的一部分，在该区域中可能发生叶片或叶片碎片的冲击。
如图6所示，通过缠绕在前述纤维织构100的心轴50上形成纤维壳体增强件，该纤维增强件构成一体式壳体的完整管状纤维预制件。为此，心轴50具有外表面51，该外表面的轮廓对应于待生产的壳体的内表面。心轴50还具有两个凸缘52和53，以形成与壳体的凸缘相对应的纤维预制件62和63的部分(在图7中可见凸缘62和63)。径向地朝向预制件的内部定位的匝对应于纤维织构的第一部分P1，并且径向地朝向预制件的外部定位的匝对应于纤维织构的第二部分P2。
图7示出了将纤维织构100在心轴50上多层缠绕之后获得的纤维预制件60的截面图。层数或匝数是所需厚度和纤维织构厚度的函数。其优选至少等于2。在此处描述的示例中，预制件60包含4层纤维织构100。
然后用基质对纤维预制件60致密化。
纤维预制件的致密化在于用构成基质的材料填充预制件的全部或部分体积的孔隙。
可以在液体工艺之后以本身已知的方式获得基质。液体工艺包括用包含基质材料的有机前体的液体组合物浸渍预制件。有机前体通常为聚合物形式，例如树脂，任选地在溶剂中稀释。将纤维预制件放置在模具中，该模具可以用外壳密封成最终成型部件的形状。如图8所示，将纤维预制件60放置在形成反模的多个区段54和形成支撑件的心轴50之间，这些元件分别具有要制造的壳体的外部和内部形状。然后将液态基质前体，例如树脂，注入整个外壳中以浸渍预制件。
前体向有机基质的转化，即其聚合，是通过热处理(通常通过加热模具)进行的，在除去任何溶剂并进行聚合物交联之后，预制件始终保持在模具中，其形状与待制造部件的形状相对应。有机基质尤其可以从环氧树脂中获得，例如，出售的高性能环氧树脂，或从碳或陶瓷基质的液体前体中获得。
在形成碳或陶瓷基质的情况下，热处理包括热解有机前驱体，以根据所使用的前驱体和热解条件将有机基质转化为碳或陶瓷基质。举例来说，液态碳前体可以是具有较高焦炭含量的树脂，例如酚醛树脂，而液态陶瓷前体，特别是SiC，可以是聚碳硅烷(PCS)、聚钛碳硅烷(PTCS)或聚硅氮烷(PSZ)型树脂。从浸渍到热处理，可以进行几个连续的循环以获得所需的致密化程度。
纤维预制件的致密化可以通过众所周知的树脂传递模塑(RTM)方法进行。根据RTM工艺，将纤维预制件放置在具有要生产的壳体形状的模具中。将热固性树脂注入到刚性材料部分和模具之间的内部空间中，该内部空间包含纤维预制件。通常在注入树脂的位置和树脂的排气口之间的内部空间中建立压力梯度，以控制和优化树脂对预制件的浸渍。
所使用的树脂可以是例如环氧树脂。适用于RTM工艺的树脂是众所周知的。它们优选具有低粘度以促进其注入纤维中。树脂的温度等级和/或化学性质的选择取决于部件必须承受的热机械应力。将树脂注入整个增强件后，即可根据RTM工艺通过热处理进行聚合。
注射和聚合后，部件脱模。最后转动部件以去除多余的树脂，并对倒角进行机加工，以获得具有旋转形状的壳体810，如图9所示。
图9所示的壳体810是用于燃气涡轮飞行器发动机80鼓风机的壳体。如图8所示，这种发动机从上游到下游沿气流方向包括布置在发动机进口的鼓风机81、压缩机82、燃烧室83、高压涡轮84和低压涡轮85。发动机容纳在壳体内，该壳体包括对应于不同发动机部件的若干部分。例如，鼓风机81被壳体810包围。
图10至图12示出了根据本发明的纤维织构200的变型，其中某些纬纱线或纬向股线由玻璃纤维制成(纬纱线或纬向股线Tv)。在图10中，更准确地说，第一部分P1包括在纤维织构200的外表面F2一侧存在的五层经纱线或经向股线，包括碳纤维纱线或碳纤维股线Cc1至Cc5，以及在纤维织构的内表面F1一侧存在的三层经纱线或经向股线，包括碳纤维纱线或碳纤维股线Cv6至Cv8。此外，存在于纤维织构的内表面F1一侧的前四层纬纱线或纬向股线包括表示为Tv的玻璃纤维纬纱线或玻璃纤维纬股线，而存在于纤维织构200的外表面F2一侧的其他层纬纱线或股线包括表示为Tc的碳纤维纱线或碳纤维股线。
一旦进入中间部分PI，就引导编织，以便通过与碳纤维经纱线或碳纤维经向股线Cc1至Cc5交叉而使玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线Cv6至Cv8的朝向纤维织构的外表面F2逐渐上升。在中间部分PI中，所有纬纱线或纬向股线层都包括碳纤维纱线或碳纤维股线Tc(图10至12)。
在图12中，第二部分P2包括在纤维织构100的内表面F1一侧存在的五层经纱线或经向股线，包括碳纤经纱线或碳纤经向股线Cc1至Cc5，以及在纤维织构100的外表面F2一侧存在的三层经纱线或经向股线，包括碳纤维经纱线或碳纤维经向股线Cv6至Cv8。此外，存在于纤维织构的外表面F2一侧的前四层纬纱线或纬向股线包括表示为Tv的玻璃纤维纬纱线或玻璃纤维纬向股线，而存在于纤维织构200的内表面F1一侧的其他层纬纱线或纬向股线包括表示为Tc的碳纤维纱线或碳纤维股线。

Claims (12)

1.一种纤维织构(100)，其呈带状，在近端部分(110)和远端部分(120)之间的确定长度(L100)上沿纵向(X)延伸，并且在第一侧边缘(101)和第二侧边缘(102)之间的确定宽度(l100)上沿横向(Y)延伸，所述纤维织构在沿纵向延伸的多层经纱线或经向股线(20)与沿横向方向延伸的多层纬纱线或纬向股线(30)之间具有三维或多层编织，
其特征在于，所述纤维织构包括在纵向上存在于所述近端部分(110)和中间部分(PI)之间的第一部分(P1)，存在于所述纤维织构(100)的内表面(F1)一侧的一层或多层经纱线或经向股线至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Cv6-Cv8)，其他层经纱线或经向股线的纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线(Cc1-Cc5)，
并且还在于，所述纤维织构还包括在纵向上存在于所述纤维织构的中间部分和远端部分(120)之间的第二部分(P2)，存在于所述纤维织构(100)的外表面(F2)一侧的所述多层经纱线或经向股线中的一层或多层至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Cv6-Cv8)，所述多层经纱线或经向股线中其他层纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线(Cc1-Cc5)，所述经纱线或经向股线在所述纤维织构(100)的整个长度(L100)上是连续的。
2.根据权利要求1所述的织构，其中，所述第一部分(P1)中存在于所述纤维织构(100)的内表面(F1)一侧的玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线(Cv6-Cv8)在所述中间部分(PI)逐渐向所述纤维织构的外表面(F2)上升，以便在所述第二部分(P2)中存在于所述织构的外表面(F2)一侧。
3.根据权利要求1或2所述的织构，其中，所述第一部分中存在于所述纤维织构(200)的内表面(F1)一侧的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Tv)构成，所述多层纬纱线或纬向股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线(Tc)构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维织构，其中，所述第二部分中存在于所述纤维织构(200)的外表面(F2)一侧的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Tv)构成，所述多层纬纱线或纬向股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线(Tc)构成。
5.一种用于飞行器壳体(810)的纤维预制件(60)，其包括根据权利要求1至4中任一项所述的纤维织构的多匝绕组，所述第一部分(P1)位于所述预制件的径向内表面一侧，所述第二部分(P2)位于所述预制件的径向外表面一侧。
6.一种由复合材料制成的燃气轮机的壳体(810)，其包括由根据权利要求5所述的纤维预制件构成的纤维增强件和使所述纤维增强件致密化的基质。
7.根据权利要求6所述的壳体(810)，其中，所述壳体是燃气涡轮鼓风机壳体。
8.一种具有根据权利要求6或7所述的壳体(810)的燃气涡轮飞行器发动机(80)。
9.一种通过在沿纵向(X)延伸的多层经纱线或经向股线(20)与沿横向(Y)延伸的多层纬纱线或纬向股线(30)之间进行三维或多层编织来制造纤维织构(100)的方法，所述纤维织构呈带状，在近端部分(110)和远端部分(120)之间的确定长度(L100)上沿纵向延伸，并且在第一侧边缘(101)和第二侧边缘(102)之间的确定宽度(I100)上沿横向(Y)延伸，
其特征在于，所述方法包括编织在纵向上存在于所述近端部分(110)和中间部分(PI)之间的第一部分(P1)，存在于所述纤维织构(100)的内表面(F1)一侧的一层或多层经纱线或经向股线至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Cv6-Cv8)，其他层经纱线或经向股线的纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线(Cc1-Cc5)，
并且还在于，所述方法还包括编织在纵向上存在于所述纤维织构的中间部分和远端部分(120)之间的第二部分(P2)，存在于所述纤维织构(100)的外表面(F2)一侧的所述多层经纱线或经向股线中的一层或多层至少部分地包括玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Cv6-Cv8)，所述多层经纱线或经向股线中其他层纱线或股线包括碳纤维纱线或碳纤维股线(Cc1-Cc5)，所述经纱线或经向股线在所述纤维织构(100)的整个长度(L100)上是连续的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一部分(P1)中存在于所述纤维织构(100)的内表面(F1)一侧的玻璃纤维经纱线或玻璃纤维经向股线(Cv6-Cv8)在所述中间部分(PI)逐渐向所述纤维织构的外表面(F2)上升，以便在所述第二部分(P2)中存在于所述织构的外表面(F2)一侧。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述第一部分(P1)中存在于所述纤维织构(200)的内表面(F1)一侧的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Tv)构成，所述多层纬纱线或纬股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线(Tc)构成。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述第二部分中存在于所述纤维织构(200)的外表面(F2)一侧的多层纬纱线或纬向股线中的一层或多层由玻璃纤维纱线或玻璃纤维股线(Tv)构成，所述多层纬纱线或纬向股线中的其他层纱线或股线由碳纤维纱线或碳纤维股线(Tc)构成。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111575875B (zh) * 2020-04-23 2021-08-06 南京航空航天大学 一种易碎盖用含薄弱区三维机织预制体
FR3111920B1 (fr) * 2020-06-26 2022-07-08 Safran Aircraft Engines Texture fibreuse pour carter en matériau composite avec torons de chaîne hybrides

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2706913A1 (en) * 1993-06-22 1994-12-30 Pouradier Duteil Georges Industrial fabric having a high covering rate
US5538781A (en) * 1994-11-07 1996-07-23 Chrysler Corporation Composite reinforcing fabric
CN101713115A (zh) * 2008-10-08 2010-05-26 江南大学 一种点阵增强三维正交机织复合材料
EP2372000A1 (de) * 2010-03-31 2011-10-05 Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. Gewebter Vierkantschlauch sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung desselben
CN103998663A (zh) * 2011-12-14 2014-08-20 斯奈克玛 用于加强复合材料部件和包括具有减少厚度的部分的纤维结构
CN104395515A (zh) * 2012-04-26 2015-03-04 斯奈克玛 通过三维编织方法编织的单件的纤维坯件用于制备涡轮发动机风扇的用复合材料制成的封闭盒结构平台
WO2017109403A1 (fr) * 2015-12-22 2017-06-29 Safran Aircraft Engines Carter allégé en matériau composite et son procédé de fabrication
CN107250450A (zh) * 2015-02-16 2017-10-13 赛峰航空陶瓷技术公司 用于厚度大幅变化的复合材料部件的增强纤维结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0823095B2 (ja) * 1989-06-06 1996-03-06 東レ株式会社 補強繊維織物
FR2887601B1 (fr) 2005-06-24 2007-10-05 Snecma Moteurs Sa Piece mecanique et procede de fabrication d'une telle piece
FR3018286B1 (fr) * 2014-03-10 2016-05-27 Aircelle Sa Preforme tissee pour realiser un renfort circonferentiel ou torique a section en omega
FR3031469B1 (fr) * 2015-01-14 2017-09-22 Snecma Carter en materiau composite a matrice organique auto-raidi

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2706913A1 (en) * 1993-06-22 1994-12-30 Pouradier Duteil Georges Industrial fabric having a high covering rate
US5538781A (en) * 1994-11-07 1996-07-23 Chrysler Corporation Composite reinforcing fabric
CN101713115A (zh) * 2008-10-08 2010-05-26 江南大学 一种点阵增强三维正交机织复合材料
EP2372000A1 (de) * 2010-03-31 2011-10-05 Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. Gewebter Vierkantschlauch sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung desselben
CN103998663A (zh) * 2011-12-14 2014-08-20 斯奈克玛 用于加强复合材料部件和包括具有减少厚度的部分的纤维结构
CN104395515A (zh) * 2012-04-26 2015-03-04 斯奈克玛 通过三维编织方法编织的单件的纤维坯件用于制备涡轮发动机风扇的用复合材料制成的封闭盒结构平台
CN107250450A (zh) * 2015-02-16 2017-10-13 赛峰航空陶瓷技术公司 用于厚度大幅变化的复合材料部件的增强纤维结构
WO2017109403A1 (fr) * 2015-12-22 2017-06-29 Safran Aircraft Engines Carter allégé en matériau composite et son procédé de fabrication

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