CN113302030A - 用于叶片间平台的具有一体式编织纤维增强件的预成型件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于形成风扇叶片间平台的预成型件(30)，预成型件具有通过三维编织而编织成一体的纤维增强件，风扇叶片间平台包括空气动力学底座(2)和包括加强元件(11)的固定结构(4)，加强元件(11)从空气动力学底座延伸，预成型件包括：‑第一纤维部分(31)，用于形成空气动力学底座，‑第二纤维部分(32)，用于至少部分地形成叶片间平台的加强元件，‑第一连接区(33)，在第一连接区中第一部分和第二部分编织在一起，以及‑第一断开区(34)，由沿着横向方向延伸的第一断开线(46)界定，且在第一断开区中第一部分和第二部分彼此分离，第一断开区沿着纵向方向L与第一连接区相邻。

Description

用于叶片间平台的具有一体式编织纤维增强件的预成型件
技术领域
本发明涉及由复合材料制成的涡轮机部件的制造领域，涡轮机部件例如是用于涡轮机风扇的叶片间平台。
背景技术
现有技术包括文献FR-A1-2 988 427、FR-A1-2 988 426和WO-A2-2013/088040)。
涡轮机，尤其是用于飞行器的双流式涡轮机，通常包括根据涡轮机中的气体流动布置在气体发生器上游的移动风扇。风扇产生用于在穿过气体发生器的主管道中流动的主气流和用于在围绕气体发生器的副管道中流动的副气流。风扇包括由转子盘承载的可移动风扇叶片，转子盘以涡轮机的纵向轴线为中心。在每个风扇叶片之间布置有使风扇的入口锥体延伸的叶片间平台。
众所周知，这些平台由复合材料制成，复合材料包括由基体致密化的纤维增强件，以减少平台的质量并提高平台的热机械阻力。复合材料平台包括空气动力学底座，其允许构成两个风扇叶片之间的空气入口的空气动力学管道的径向内壁的一部分，以引导进入涡轮机的气流，且还通过防止进入的空气流向转子盘内部的循环来确保涡轮机运行期间的密封。复合材料平台还包括固定结构，使得叶片间平台一体地旋转安装在转子盘上。固定结构包括固定在上游壳体的凸缘上的上游径向凸缘和固定在下游鼓的凸缘上的下游径向凸缘，以限制凸缘的径向位移和空气动力学性能损失。固定件通常由位于凸缘的水平处的杆和/或螺栓制成。可替代地，上游凸缘和下游凸缘分别通过与上游壳体和下游鼓接触而受到约束。
叶片间平台特别是固定结构承受很大的应力，特别是涡轮机旋转过程中的离心力，这样的力会导致这些附件破裂和叶片间平台弹出到涡轮机中，从而对涡轮机的某些部件造成破坏。此外，由于安装平台以覆盖风扇叶片的根部并具有截头圆锥形状的总体轴向横截面，因此平台增加了风扇入口和出口之间的风扇轮毂比，这不利于涡轮机的性能。轮毂比是在风扇叶片的前缘处测得的风扇叶片的径向内端处的直径与在叶片的前缘处测得的叶片的径向外端处的直径的商。
本发明尤其旨在提供一种简单有效的解决方案，以能够在提高涡轮机的性能的同时，确保涡轮盘上的复合材料叶片间平台承受住离心力的机械强度。
发明内容
根据本发明，这通过一种用于形成风扇叶片间平台的预成型件来实现，该预成型件具有通过三维编织而编织成一体的纤维增强件，叶片间平台包括沿着纵向轴线延伸的空气动力学底座和包括加强元件的固定结构，加强元件沿着横向轴线从空气动力学底座延伸，预成型件包括：
-第一纤维部分，用于形成空气动力学底座，
-第二纤维部分，用于至少部分地形成叶片间平台的加强元件，
-第一连接区，在第一连接区中第一部分和第二部分编织在一起，以及
-第一断开区，由沿着横向方向延伸的第一断开线界定，且在第一断开区中第一部分和第二部分彼此分离，第一断开区沿着纵向方向与第一连接区相邻。
因此，该解决方案允许实现上述目的。特别地，一方面，该预成型件易于一体制造以形成底座和底座下方的加强件，且另一方面，该预成型件允许有效解决(风扇)转子盘上的平台承受住离心力的机械强度，同时重量轻。断层允许形成加强元件，加强元件不占据空气动力学底座下方的大空间，但同时允许确保其加强和刚性固定在转子盘上的功能。该预成型件还允许获得具有通常形状类似于例如I或Y的加强元件的平台，这允许降低风扇的轮毂比，从而提高涡轮机的性能。最后，这种构造允许避免系统地使用被称为“间隙填充物”的插入物(刚性的或处于纤维预成型件的形式)，该间隙填充物用于放置在形成空气动力学底座的第一纤维部分和加强元件之一之间，以填充某些间隙并确保半径中纤维的可接受的体积比。
预成型件还包括单独地或组合地采用的以下特征中的一项或多项：
-加强元件沿着径向轴线从空气动力学底座延伸并沿着纵向轴线基本上位于空气动力学底座的中间部分的水平处，加强元件还沿着垂直于径向轴线和纵向轴线的横向轴线Y延伸，
-预成型件包括至少由沿着垂直于纵向方向的横向方向延伸的第二断开线界定的第二断开区，且在第二断开区中第一部分和第二部分彼此分离，第二断开区沿着纵向方向与第一连接区相邻，
-第一断开区和第二断开区在同一平面中延伸，
-第一断开线和第二断开线界定第一连接区，第二纤维部分沿着第一连接线和第二连接线分离以形成第一结构和第二结构，第一结构和第二结构用于形成加强元件的第一臂和第二臂，
-预成型件包括界定在第四断开线和第五断开线之间的第二断开区，第四断开线和第五断开线沿着相同的第一平面延伸且第四断开线和第五断开线中每一个沿着垂直于纵向方向的横向方向延伸，且在第二断开区中第二纤维部分被分成沿着断开区彼此分离的第一纤维结构和第二纤维结构，第一结构和第二结构用于形成加强元件的第一臂和第二臂，
-第一断开区在与第一平面不同的第二平面中延伸，第一平面和第二平面沿着垂直于纵向方向的径向方向重叠，
-第一纤维结构和第二纤维结构在第一连接区中与第一纤维部分编织在一起，
-第一纤维结构和第二纤维结构在第三连接区编织在一起，
-第一纤维部分沿着纵向方向的长度大于第一纤维结构和第二纤维结构的长度，
-每个第一部分和第二部分包括多根结合在一起的经线和纬线。
-纤维增强件的线包括碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、凯夫拉纤维、聚酰胺纤维或这些纤维的混合物，以及
-第一断开区在第一边缘和第一断开线之间延伸，且第一连接区在第二边缘和第一连接线之间延伸。
本发明还涉及一种用于制造复合材料风扇叶片间平台的方法，该方法包括以下步骤：
-编织多根线以生产具有任何前述特征的一体式预成型件，
-至少通过相对于第一断开线展开第二纤维部分来使预成型件成形，以及
-将基体注射到注射外壳中以致密化所成形的预成型件。
用于制造预成型件的方法还包括单独地或组合地采用的以下特征中的一项或多项：
-编织步骤是平整进行的，
-第一部分和第二部分沿着相同方向编织，
-该方法包括将预成型件放置在注射模具的注射外壳中的步骤，
-该方法包括压实基体和预成型件的步骤，
-该方法包括加热注射模具以固化基体的步骤，
-该方法包括将获得的叶片间平台脱模的步骤，
-该方法包括对获得的最终预成型件进行机加工的步骤，以及
-加工步骤包括在平台的固定U形夹中钻出至少一个孔口。
本发明还涉及一种用于涡轮机的由复合材料制成的叶片间平台，复合材料包括由基体致密化的纤维增强件，叶片间平台通过具有上述步骤和/或特征中的任一项的方法制造，平台包括空气动力学底座和固定结构，空气动力学底座沿着纵向方向延伸并具有径向外表面，该径向外表面用于形成空气入口空气动力学管道的径向内壁的一部分，以及固定结构配置为使平台固定到转子盘。
因此，这样的平台允许满足风扇转子盘上的叶片固定和机械强度的功能要求，并通过三维编织的纤维增强件确保使用复合技术(注射3D编织)的制造得以简化。该平台还可允许显著减少进气锥体上游的空气动力学导管的入口与转子盘的齿之间的间隙，这也对减少风扇的轮毂比和提高涡轮机的性能产生积极影响。
该平台还包括单独地或组合地采用的以下特征中的一项或多项：
-加强元件具有形状类似于Y的轴向截面，
-平台的加强元件和底座具有形状类似于T的轴向截面，
-平台的加强元件和底座具有形状类似于π的轴向截面，
-固定结构包括上游径向凸缘和下游径向凸缘，
-上游径向凸缘包括沿着纵向轴线延伸并由明显的翻转边缘形成的轴环，
-加强元件包括至少一个用于固定到涡轮机的转子盘的U形夹，
-固定U形夹和纤维增强件径向延伸，固定U形夹用于固定到转子盘以平行于加载方向延伸。
本发明还涉及一种涡轮机，涡轮机包括具有任何上述特征的叶片间平台。
附图说明
通过参考所附的示意图阅读以下作为纯粹说明性和非限制性示例给出的、本发明的实施例的详细说明性描述，将更好地理解本发明，且本发明的其他目的、细节、特征和优点将变得更加清楚，其中：
[图1]图1是根据本发明的双流式涡轮机的轴向剖视图；
[图2]图2示出了根据本发明的用于围绕转子盘安装在至少两个相邻的风扇叶片之间的平台的示例的透视图；
[图3]图3示出了根据本发明的用于围绕转子盘安装在两个相邻的风扇叶片之间的平台的另一个实施例；
[图4]图4示出了用于制造叶片间平台的预成型件的实施例，预成型件具有通过三维编织而编织成一体的纤维增强件，该预成型件包括断开部；
[图5]图5示意性地示出了根据图4的示例编织的纤维增强件的平台，且纤维增强件的形状使得形成加强元件的一部分织物从沿着大致纵向方向延伸的一部分织物基本上径向地延伸；
[图6]图6是注射模具的示例的非常示意性的轴向剖视图，根据图5成形的预成型件安装在注射模具中并进行致密化；
[图7]图7示出了用于制造叶片间平台的预成型件的另一个实施例，预成型件具有通过三维编织而编织成一体的纤维增强件，该预成型件包括两个断开部；
[图8]图8示意性地示出了根据图7的示例编织的纤维增强件的平台，且纤维增强件的形状使得形成加强元件的织物部分从沿着大致纵向方向延伸的织物部分径向地延伸；以及
[图9]图9示出了用于制造叶片间平台的预成型件的另一个实施例，预成型件具有通过三维编织而编织成一体的纤维增强件，该预成型件包括两个断开部并被平整编织。
具体实施方式
图1示出了本发明应用到的飞机涡轮机100。该涡轮机100在这里是沿着纵向轴线X延伸的双流式涡轮机。当然，本发明可应用于其他类型的涡轮机。
涡轮机100包括布置在气体发生器102上游的风扇101。在本发明中，一般而言，术语“上游”和“下游”关于涡轮机中的气体流动且在这里沿着涡轮机的纵向轴线定义。气体发生器102容纳在环形内壳体103周围，而风扇容纳在环形外壳体104中。这些内壳体103和外壳体104被环形管道间壳体105隔开，以界定主管道106和副管道107。管道间壳体105带有将主管道与副管道分开的环形流拆分鼻部108。
风扇101产生用于在穿过气体发生器的主管道106中流动的主流和在围绕气体发生器的副管道107中流动的副流。气体发生器102从上游到下游包括压缩机组件109、燃烧室110和涡轮组件111。通常，风扇101包括风扇叶片112，每个风扇叶片112具有面向外壳体104的自由端，以在一方面确保进入涡轮机的气流(其朝向主管道被引导)被第一次压缩，且另一方面驱动进入副管道的气流，以提供不可忽略的推力分量。流过主管道的主流通常在进入燃烧室之前由压缩机组件的一级或多级压缩。燃烧能量由涡轮组件的一级或多级回收，参与驱动压缩机和风扇的级。
风扇模块包括从转子盘113(示意性示出)径向延伸的风扇叶片112，转子盘113与穿过转子盘并以纵向轴线X为中心的风扇轴成一体。术语“内”、“外”、“径向”和“径向地”相对于垂直于涡轮机的纵向轴线X的径向轴线Z定义。风扇轴通过未图示的动力传递机构由低压轴旋转。盘113包括多个凹槽，这些凹槽围绕盘的周边均匀分布且基本上沿着纵向轴线延伸。风扇叶片根部均位于凹槽中。凹槽具有与叶片根部的轮廓互补的轮廓(例如形状类似于枞树)。凹槽在凹槽之间形成齿，这些齿基本上沿着纵向轴线延伸且有利地沿着转子盘延伸。换言之，齿由两个周向相邻的凹槽界定和形成。
参考图2，风扇模块还配备有多个叶片间平台1，每个叶片间平台至少布置在位于转子盘113的水平处的两个相邻风扇叶片112之间，且特别令人感兴趣。每个叶片间平台1包括沿着纵向轴线延伸的空气动力学底座2(在平台安装在涡轮机中的情况下)。下面假设平台1安装在风扇模块中。空气动力学底座2包括径向外表面3，径向外表面3用于形成空气动力学入口管道的径向内壁的一部分。在空气动力学入口管道中的风扇叶片112之间引导入口气流。空气动力学入口管道通过涡轮机的主管道106向下游延伸。每个叶片间平台1还包括允许叶片间平台固定到转子盘113的固定结构4。该固定结构4至少部分地在空气动力学底座2下方径向延伸，且一方面还允许加强空气动力学底座2，另一方面允许将离心力分布在多个元件上以减小应力并保证机械强度。在以下描述中，仅描述一个平台，应理解所有的叶片间平台具有相同的配置。
固定结构4包括分别位于空气动力学底座2的纵向端部7、7'处的上游径向凸缘5和下游径向凸缘6。上游径向凸缘5和下游径向凸缘6沿着纵向轴线X彼此相对。上游径向凸缘5允许固定到上游壳体(未示出)的上游凸缘，上游壳体固定到转子盘。上游径向凸缘5包括从径向凸缘5的端部9基本上沿着纵向轴线(朝向上游)延伸的轴环8。轴环8有利地由非常明显的翻转边缘形成。特别地，上游径向凸缘5用于抵靠盘的齿的径向壁并沿着盘的齿的径向壁径向地支撑。轴环8用于抵靠上游壳体的肩部以确保叶片间平台1的径向保持。特别地，轴环8位于上游壳体的肩部下方。上游壳体至少部分地被风扇的入口锥体114(见图1)包围，入口锥体114将进入的气流引导至风扇112的叶片。平台3的径向外表面与入口锥体的外表面具有表面连续性。
下游径向凸缘6允许固定到鼓(未示出)的下游凸缘，鼓固定在转子盘上。下游径向凸缘6还包括从下游径向凸缘6的端部沿着纵向轴线(朝向下游)延伸的轴环10。轴环10还有利地由翻转边缘形成，该翻转边缘支撑在鼓的下游凸缘下方以确保叶片间平台的径向保持。
两个径向上游凸缘5和下游凸缘6然后构成用于叶片间平台1的两个支撑点，叶片间平台1在受到离心力时通过与上游壳体和下游鼓接触而径向地保持就位。
从图2还可以看出，固定结构4由加强元件11完成，加强元件11从叶片间平台1的径向内表面12基本上径向地延伸。径向内表面12沿着径向轴线与径向外表面3相对。加强元件11布置在叶片间平台的中间部分的水平处。这些加强元件11沿着横向轴线Y延伸。如图2所示，该横向轴线垂直于纵向轴线和径向轴线。加强元件11允许加强空气动力学底座2，但不占用至少叶片间平台的上游部分下方的空间。
加强元件11和叶片间平台1(具有底座2和径向凸缘5、6)一体形成。
固定结构4的这种构造(特别是基本上轴向地位于底座2的中间的事实)允许减小轮毂比RE(如图1所示)。实际上，轴环8具有(在这里沿着如图2所示的径向轴线)减小的厚度。轴环8必须承受的力小于传统箱式固定结构(上游径向凸缘和下游径向凸缘)承受的力。这种类型的传统固定结构占据轴环下方的空间和/或涉及增加轴环的径向厚度。在本发明中，术语“轴向”和“轴向”相对于纵向轴线X定义。
在图2所示的示例中，加强元件11具有轴向截面或形状基本上类似于Y的大体形状。特别地，加强元件11包括连接到底座2的第一臂13。加强元件11还包括连接到底座2的第二臂14。第一臂13包括固定到第二臂14的第二腿16的第一径向腿15。第一腿和第二腿形成用于固定到转子盘的U形夹17。固定U形夹17径向地延伸。第一臂13和第二臂14形成Y的两个分支且每个分支是与空气动力学底座2接触的点。第一腿15和第二腿16形成Y的根部。第一臂13和第二臂14允许将离心力传递到固定到转子盘的固定U形夹17。固定U形夹17包括沿着纵向轴线在两侧穿过壁的孔口18。通过孔口接收诸如销或螺柱的固定元件以将叶片间平台固定到转子盘113。
在图3所示的另一个实施例中，加强元件11从空气动力学底座2基本上径向地延伸。在该实施例的示例中，空气动力学底座2和加强元件11具有轴向截面或形状基本上类似于T的大体形状。换言之，加强元件11包括从叶片间平台的空气动力学底座2径向地延伸的单个臂20。
在未示出的又一实施例中，加强元件11从空气动力学底座2径向地延伸。在本示例中，加强元件11和空气动力学底座2具有轴向横面或形状基本上类似于π(Pi)的大体形状。特别地，加强元件11包括从底座径向地延伸的第一臂和第二臂(如图2的实施例中那样)。然而，第一臂和第二臂彼此间隔开。第一臂和第二臂各自的自由端没有接合。在这种情况下，第一臂和第二臂的每个自由端包括用于接收固定元件的通孔。
在这些实施例中，叶片间平台1由复合材料制成，其中纤维增强件嵌入在基体中。特别地，通过制造以线的三维编织(或3D编织)制成的预成型件30以获得纤维增强件，而获得平台1。在本发明中，术语“三维编织”或“3D编织”被理解为意思是指一种编织方法，其中，经线在几层中结合到纬线。
具体地，用于制造诸如涡轮机叶片间平台等涡轮机部件的方法包括以下步骤：
-编织多根线以制造具有三维纤维增强件的预成型件，
-可选地切割纤维增强件的边缘，使得预成型件的轮廓尽可能接近叶片间平台的轮廓，
-润湿，其中例如用水润湿预成型件的纤维增强件，使得更容易处理预成型件，特别是改变经线相对于纬线的方位(移位)，
-使预成型件成形，其中，操作员移动线，以使纤维增强件成形成平台所需的轮廓，
-干燥预成型件，其中，从预成型件中提取用于润湿的水。在干燥之后，预成型件变硬并保持操作员制作的形状。该步骤可通过在合适的外壳中加热纤维增强件来进行。
-根据RTM(树脂传递模塑)技术注入基体，以致密化预成型件并获得所需的叶片间平台。允许纤维增强件致密化的基体可以是聚合物基体，例如环氧基热固性树脂。聚合物基体还可以是热塑性树脂。在基体硬化或聚合之后获得刚性组件。
-如有必要，在方法结束时加工获得的平台。
更具体地，对预成型件30一体地进行三维编织并使预成型件30成形的步骤，令人感兴趣。预成型件的编织通过配置为三维编织的织机进行。编织有利地平整进行，且所获得的预成型件还具有不同厚度的大致平坦的形状。所使用的线包括碳纤维、凯夫拉纤维、聚酰胺纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维或这些纤维的混合物。有利地，经线和纬线包括碳纤维。为了便于预成型件的后续成形(除了允许线在它们之间移动的润湿步骤之外)，预成型件30包括多个纤维部分，这些纤维部分包括在编织过程中形成的连接区和断开区。预成型件30的各部分包括在这些部分之间编织的多层线或纤维层。
在本说明书中，术语“断开部”用于指代由未局部结合或编织在一起的线层有意形成的区域。特别地，断开部允许层或纤维部分在断开区的水平处相对于其他相邻层或纤维部分展开或分离。
在实施例的本示例中，预成型件30的经线具有基本上平行于纵向轴线(沿着空气动力学底座的长度)的方向且纬线具有基本上平行于横向轴线的方向。可替代地，纬线的方向平行于横向轴线且纬线的方向平行于纵向轴线。当然，经线的方向垂直于纬线的方向。
图4至图9示意性地示出了具有编织成一体的纤维增强件的预成型件，以允许获得如上所述的不同叶片间平台。预成型件30具有大致平行六面体形状(在这里为长方体)。在对预成型件的描述中，使用术语纵向方向、径向方向和横向方向来定义预成型件的尺寸。
参考图4，预成型件30包括第一纤维部分31和第二纤维部分32，以允许获得如图3所示的具有形状类似于T的轴向截面的加强元件11和叶片间平台1。第一纤维部分31和第二纤维部分32被平整编织。第一纤维部分31用于形成叶片间平台1的空气动力学底座2，而第二纤维部分32用于形成加强元件11。第一部分31和第二部分32沿着图4中的纵向方向L延伸。第一部分31的所有上层(相对于垂直于纵向方向的径向方向R而言)是连续的，以保证在所获得的叶片间平台的径向外表面上具有良好的机械强度和刚度的连续性。
第一部分31和第二部分32编织成形成至少一个连接区33和至少一个断开区34。第一纤维部分31和第二纤维部分32在预成型件的第一区Z1上编织在一起或彼此结合。因此，第一区Z1仅包括一个纤维层。类似地，第一纤维部分和第二纤维部分在预成型件30的第二区Z2中断开。特别地，第一部分31和第二部分32通过沿着预成型件30的横向方向延伸的断开部而彼此分离。所形成的断开区34沿着预成型件的纵向方向在第一边缘35和断开线46之间延伸。另一方面，断开区34沿着横向方向在彼此相对的第一侧和第二侧之间延伸。第二区在此包括沿着径向方向重叠的两个纤维层。在本示例中，断开线46位于预成型件沿着纵向方向的长度的中间。当然，该断开线46可位于不同的距离处，例如位于第一边缘35的三分之一或三分之二处。
在图5中，预成型件30的第二部分32的一部分在其成形期间从预成型件的第一部分31扩展或展开。第二部分32从第一边缘35打开或展开。可以看出，第二部分32在沿着横向方向延伸的断开线46的水平处与第一部分完全分离。另一方面，第二部分32和第一部分31在预成型件的整个第一部分(第一区Z1)上完全编织在一起。第二部分32在展开时形成加强元件11的唯一臂20。预成型件30遵循制造方法的其余部分，直到将基体注入到注射模具50例如图6中所示的模具中。
参考图6，模具50具有第一内腔51，第一内腔51用于接收在成形步骤中成形的预成型件30。成形步骤有利地在第一腔51上的模具中进行，第一腔51的形状对应于最终平台所需的形状。模具51预先由包括第二腔53的对向模具52闭合。第一腔和第二腔形成注入空间，基体注入到该注入空间中。根据所需的应用选择基体，在这里是用于叶片间平台。基体通过第二纤维部分浸渍预成型件的纤维增强件，在注射模具中形成加强元件的臂。在注入基体之前，第一纤维部分还成形成形成空气动力学底座的上游凸缘和下游凸缘。
图7示出了预成型件30'的另一个实施例，预成型件30'用于制造叶片间平台1和加强元件11，加强元件11的轴向截面的形状基本上基本类似于π(pi)。图7示出了具有沿着纵向方向延伸的第一部分31和第二部分32的、平整编织的预成型件30'。第一纤维部分用于形成叶片间平台的空气动力学底座，而第二纤维部分用于形成加强元件。该预成型件30'与关于图4至图6描述的预成型件30的不同之处在于：预成型件30'包括位于第一纤维部分和第二纤维部分之间的两个断开部。断开部允许在连接区36沿着纵向方向的两侧上使第一纤维部分与第二纤维部分分离。这里，连接区36位于预成型件30'的中间区Z10中。两个断开区37、38分别在预成型件30'的第一区Z20和第二区Z30中延伸。特别地，第一断开区37沿着纵向方向L在第一边缘35和第一断开线39之间延伸。第一断开区37进一步沿着横向方向在预成型件的第一侧和第二相对侧之间延伸。第二断开区38在第二边缘40和第二断开线41之间延伸。另一方面，第二断开区38沿着横向方向在第一侧和第二相对侧之间延伸。连接区36轴向地布置在两个断开区37、38之间。特别地，断开区36由第一断开线39和第二断开线41轴向地界定。在本示例中，两个断开区在垂直于径向方向的同一平面P1中延伸。
第一区Z20和第二区Z30沿着纵向方向的长度相同。当然，这些区域Z20和Z30的另一种配置是可行的。
此外，在第一区Z20中，两个纤维层沿着径向方向重叠。第二区Z30还包括沿着径向方向重叠的两个纤维层。最后，中间区Z10仅包括一个纤维层。区域Z30、Z10和Z20沿着纵向方向L彼此相邻。
当如图8所示分离或展开预成型件30'时，获得在第一断开线39的水平处与第一部分完全分离的第二纤维部分的第一结构32a，以形成预成型件的加强元件的第一臂。第二纤维部分32的第二结构32b还在第二断开线41的水平处与第一纤维部分完全分离，以形成加强元件11的第二臂。通过将基体注入到适合于预成型件的形状的模具中，而使成形的型预成型件30'致密化。在成形期间，第一纤维部分还成形成形成空气动力学底座的上游凸缘和下游凸缘。
在该实施例的示例中，第二纤维部分32的第一结构32a和第二结构32b沿着相同方向编织。该方向可以是沿着预成型件30'的纵向方向从上游到下游或从下游到上游。可替代地，第一结构32a和第二结构32b沿着相反方向编织。在这种情况下，第一结构32a可在第一断开线39的下游编织，而第二结构32b可在第二断开线41的上游编织。
图9非常示意性地示出了用于制造叶片间平台和加强元件的预成型件30”，加强元件具有如图2所示的形状基本上类似于Y的轴向截面。预成型件30”以与图7和图8中所示的预成型件30'基本上相同的方式制造。也就是说，本示例中的预成型件30”包括两个断开部，断开部允许第二纤维部分32与第一纤维部分31分离且同时形成第一纤维结构32a和第二纤维结构32b。第一结构32a和第二结构32b用于分别形成叶片间平台的加强元件11的第一臂13和第二臂14。
然而，该预成型件30”与图中的预成型件30'的不同之处在于：第一结构32a和第二结构32b在它们的端部接合在一起，以在风扇101的转子盘上形成固定U形夹17。第一结构32a和第二结构32b之间的接合通过三维编织步骤期间的联合编织或将基体注入到注射模具中(共注入)期间的致密化而获得。第一结构32a和第二结构32b编织在一起，允许提高层间剪切强度，该剪切强度由在操作过程中将施加在U形夹上的应力产生。这提高了部件的机械性能和耐用性。
在该实施例的示例中，两个纤维结构32a、32b的连接在编织步骤期间通过编织进行。因此，预成型件30”包括第一断开区37'，第一断开区37'沿着纵向方向L在预成型件30”的第一边缘35'和第一断开线39'之间延伸。第一断开区37'进一步沿着横向方向在预成型件30'的第一侧和第二相对侧之间延伸。在断开之后，用于形成平台的底座的第一部分31与用于形成加强元件11(形成Y)的第二部分分离。
第二断开区38'界定在第四断开线42和第五断开线43之间。第四断开线42和第五断开线43在同一平面P2中延伸，且各自沿着垂直于纵向方向的横向方向延伸。在该断开区中，第二纤维部分32通过断开部分成第一纤维结构32a'和第二纤维结构32b'。
第一断开区37'和第二断开区在不同且平行的平面P1、P2中延伸。平面P1、P2沿着径向方向R重叠。此外，第一断开区37'和第二断开区38'的一部分沿着径向方向重叠。
预成型件30”包括连接区36a，在连接区36a中第一部分和第二部分(第一纤维结构和第二纤维结构)编织在一起。该第一连接区36a在第二边缘40'和第五断开线43之间延伸。第二连接区36b在第二边缘40'和第一断开线39'之间延伸。第三连接区44(对应于编织第一结构和第二结构以形成固定U形夹17)在预成型件的第一边缘35'和第四断开线42之间纵向地延伸。
如图所示，第一纤维部分31的长度大于第二结构32(第一结构32a'和第二结构32b')的长度。这样，第一纤维部分纵向地延伸超过第三连接区44。该长度将允许在平台成形期间形成上游径向凸缘。
为了实现这种编织以结合第一结构32a'和第二结构32b'，纤维增强件沿着大致纵向方向平整编织。用于形成加强元件11的臂的第一结构32a和第二结构32b以及用于形成底座2的第一纤维部分沿着相同方向编织。有利地，根据图9，编织方向平行于经线且从上游到下游。可替代地，使用纬线并从上游到下游进行编织。
考虑图9，预成型件30”包括沿着大致纵向方向并从上游到下游的多个相邻且连续的区域。这里，沿着纵向方向有五个连续的区域，称为A、B、C、D和E。特别地，第一区A包括第一纤维层C1(单个纤维层)，第一纤维层C1用于至少部分地形成空气动力学底座，且第二区B包括两个纤维层，即第二纤维层C2和第三纤维层C3。这些第二纤维层C2和第三纤维层C2、C3通过断开部(断开区38'的一部分)分离。这样，第二层和第三层沿着径向方向重叠。第二层用于形成叶片间平台的空气动力学底座的至少一部分。第三层部分地形成加强元件11。
第三区C包括三个纤维层，即第四纤维层C4、第五纤维层C5和第六纤维层C6。第四层、第五层和第六层通过两个断开部分离。这些断开部是断开区37'、38'的一部分。断开区37'、38'在不同且平行的平面中延伸。第四纤维层C4至少部分地形成空气动力学底座。第五层C5和第六层C6至少部分地形成加强元件11。
第四区D包括两个纤维层，即沿着径向方向重叠的第七纤维层C7和第八纤维层C8。因此，单个断开部使这两个层分离。断开部是断开区37'的一部分。第七层C7用于至少部分地形成空气动力学底座2，且第八层C8至少部分地形成加强元件。3D编织的该第八层用于在形成加强元件11的第一臂和第二臂的端部形成连接。
最后，第五区E包括单个层。该层是第九纤维层，沿着大致纵向方向延伸并用于至少部分地形成空气动力学底座。
因此，通过在层之间形成断开区以使层分离，从区域A到区域E来编织预成型件。
在预成型件30”的分离或展开期间，在第一断开区37'的水平处获得第一部分和第二部分的分离，以形成底座2和加强元件11。第二部分沿着第二断开区38'分离以形成第一结构32a'和第二结构32b'，第一结构和第二结构用于形成第一臂和第二臂，同时在它们的端部进行编织以形成固定U形夹17。通过将基体注入到适合于预成型件的形状的模具中，而使成形的预成型件30”致密化。在成形期间，第一纤维部分还成形成形成空气动力学底座的上游凸缘和下游凸缘。固定U形夹17和在该固定U形夹中的纤维增强件的布置平行于加载方向，即沿着径向方向，与通常沿着垂直于加载方向的方向延伸的现有技术的固定元件相比，这允许更好的机械强度。
当在基体致密化之后获得刚性部件时，钻出至少一个孔以形成叶片间平台的固定U形夹17的孔口18。有利地，环形金属插入件(未示出)安装在U形夹的孔口中。金属插入件通过压合来安装。这种金属插入件允许减少位于孔口的壁的水平处的复合材料的磨损。从而保证平台的使用寿命。
用于形成平台的空气动力学底座的第一纤维部分31可以以二维2D编织或三维编织进行编织。

Claims (16)

1.一种用于形成风扇叶片间平台(1)的预成型件(30、30'、30”)，具有通过三维编织而编织成一体的纤维增强件，所述叶片间平台(1)包括沿着纵向轴线延伸的空气动力学底座(2)和包括加强元件(11)的固定结构(4)，所述加强元件(11)从所述空气动力学底座沿着径向轴线延伸且沿着所述纵向轴线基本上位于所述空气动力学底座的中间部分的水平处，所述加强元件(11)还沿着垂直于所述径向轴线和纵向轴线的横向轴线Y延伸，所述预成型件(30、30'、30”)包括：
-第一纤维部分(31)，用于形成所述空气动力学底座(2)并沿着纵向方向L延伸，
-第二纤维部分(32)，用于至少部分地形成所述叶片间平台的加强元件(11)，
-第一连接区(33、36、36a、36b)，在所述第一连接区中所述第一部分和第二部分(31、32)编织在一起，以及
-第一断开区(34、37、37'、38、38')，由沿着垂直于纵向方向的横向方向T延伸的第一断开线(46、39、39'、41、43)界定，且在所述第一断开区中所述第一部分和第二部分(31、32)至少从所述第一断开线开始彼此分离，以通过所述空气动力学底座获得相对于所述纵向轴线具有形状类似于T、Y或π的轴向截面的加强元件，所述第一断开区(34、37、37'、38、38')沿着所述纵向方向L与所述第一连接区(33、36、36a、36b)相邻。
2.根据前一项权利要求所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述预成型件包括至少由沿着所述横向方向延伸的第二断开线(41)界定的第二断开区(38)，且在所述第二断开区中所述第一部分和第二部分(31、32)彼此分离，所述第二断开区(38)沿着所述纵向方向L与所述第一连接区(36)相邻。
3.根据前一项权利要求所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述第一断开区(37)和第二断开区(38)在同一平面(P1)中延伸。
4.根据权利要求2或3所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述第一断开线和第二断开线(39、41)界定所述第一连接区(36)，所述第二纤维部分(32)沿着所述第一连接线和第二连接线分离以形成第一结构(32a)和第二结构(32b)，所述第一结构和第二结构用于形成所述加强元件(11)的第一臂和第二臂(13、14)。
5.根据权利要求1所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述预成型件包括界定在第四断开线和第五断开线(42、43)之间的第二断开区(38')，所述第四断开线和第五断开线沿着相同的第一平面(P2)延伸且所述第四断开线和第五断开线中的每一个沿着所述横向方向延伸，且在所述第二断开区中所述第二纤维部分被分成沿着所述断开区彼此分离的第一纤维结构(32a')和第二纤维结构(32b')，所述第一结构和第二结构用于形成所述加强元件(11)的第一臂和第二臂(13、14)。
6.根据前一项权利要求所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述第一断开区(37')在与所述第一平面(P2)不同的第二平面(P1)中延伸，所述第一平面和第二平面(P1、P2)沿着垂直于所述纵向方向的径向方向重叠。
7.根据权利要求5和6中的一项所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述第一纤维结构(32a')和所述第二纤维结构(32b')在所述第一连接区(36a)中与所述第一纤维部分(31)编织在一起。
8.根据权利要求5至7中的一项所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述第一纤维结构(32a)和所述第二纤维结构(32b)在第三连接区(44)中编织在一起。
9.根据权利要求5至8中的一项所述的预成型件(30、30'、30”)，其特征在于，所述第一纤维部分(31)沿着所述纵向方向的长度大于所述第一纤维结构和第二纤维结构(32a、32b)的长度。
10.一种用于制造复合材料风扇叶片间平台(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
-编织多根线以生产根据前述权利要求中任一项所述的一体式预成型件(30、30'、30”)，
-至少通过相对于所述第一断开线展开所述第二纤维部分来使所述预成型件成形，以及
-将基体注射到注射外壳中以致密化所成形的预成型件。
11.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述编织步骤是平整进行的。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一部分和第二部分(31、32)沿着相同方向编织。
13.一种用于涡轮机(100)的由复合材料制成的叶片间平台(1)，所述复合材料包括由基体致密化的纤维增强件，所述叶片间平台(1)通过根据权利要求10至12中任一项所述的方法生产，所述平台(1)包括空气动力学底座(2)和固定结构(4)，所述空气动力学底座(2)沿着纵向轴线延伸并具有径向外表面(3)，所述径向外表面用于形成空气入口空气动力学管道的径向内壁的一部分，以及所述固定结构配置为允许所述平台固定到转子盘(113)。
14.根据前一项权利要求所述的叶片间平台(1)，其特征在于，所述加强元件(11)具有形状类似于Y的轴向截面。
15.根据权利要求13所述的叶片间平台(1)，其特征在于，所述平台的加强元件(11)和底座(2)具有形状类似于T的轴向截面。
16.根据权利要求13所述的叶片间平台(1)，其特征在于，所述平台的加强件和底座(2)具有形状类似于π的轴向截面。
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