CN114635217B - 一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件及其制备方法 - Google Patents
一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件及其制备方法,预制件包括面板P1、第一侧壁P2和第二侧壁P3,所述面板P1形成流道平台L0的流道面L1,所述第一侧壁P2和第二侧壁P3的底侧面与所述面板P1连接,所述第一侧壁P2和第二侧壁P3之间至少部分通过折叠重合从而与所述面板P1共同形成盒状结构,第一侧壁P2和第二侧壁P3之间的折叠重合部分构成盒状结构的封顶L4,第一侧壁P2和第二侧壁P3还分别形成与所述面板P1连接的第一加强筋L2和第二加强筋L3。本发明流道平台具有结构一体性好,实现两侧加强筋、封顶区及流道面一体连接,操作简单,外观均匀,满足离心力变形和强度需求。
Description
技术领域
本发明属于三维机织复合材料增强体预制件的通常领域,特别涉及一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件及其制备方法。
背景技术
三维机织立体织物具有结构可设计性强的特点,可实现不同异形截面的制备,如π形件、T形件、十字形件等,通过大提花织机可实现单根纱线路径单独控制,纱线路径可设计性较强且织物制备效率高,因此三维机织预制件作为复合材料增强体受到越来越多的青睐。航空发动机风扇平台主要受离心载荷作用,为了提高其抗离心力,专利CN104395515B提出采用三维机织封闭盒结构提高流道平台强度,并提出几种封闭方法,其中封闭口分布在两侧加强筋上或者在封闭连接板与一侧加强筋连接处,即盒子一角,封闭口容易形成凸起的接头,接口较粗糙,不利于外形尺寸控制。此外,接口在一角易导致流道平板两侧结构不匀,接口在两侧加强筋上烦的情况是封顶为独立面,再与侧板加强筋连接,破坏了加强筋的一体性。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件及其制备方法,以解决现有技术风扇流道平台存在一体性差或接口粗糙不利于外形尺寸控制等问题,实现两侧加强筋、封顶区及流道面一体连接,操作简单,外观均匀,满足离心力变形和强度需求。
实现本发明目的的技术解决方案为:
一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件,包括面板P1、第一侧壁P2和第二侧壁P3,
所述面板P1形成流道平台L0的流道面L1,所述第一侧壁P2和第二侧壁P3的底侧面与所述面板P1连接,所述第一侧壁P2和第二侧壁P3之间至少部分通过折叠重合从而与所述面板P1共同形成盒状结构,第一侧壁P2和第二侧壁P3之间的折叠重合部分构成盒状结构的封顶L4,第一侧壁P2和第二侧壁P3还分别形成与所述面板P1连接的第一加强筋L2和第二加强筋L3。
进一步地,所述第一侧壁P2包括紧挨着面板P1的第一区域P21、自第一区域P21向幅宽自由端方向延伸的第二区域P22以及第二区域P22向前止口方向延伸的第三区域P23,所述第二侧壁P3包括紧挨着面板P1的第一区域P31、自第一区域P31向幅宽自由端方向延伸的第二区域P32以及第二区域P32向前止口方向延伸的第三区域P33。
进一步地,所述第一侧壁P2还包括自第二区域P22向幅宽自由端方向延伸的第四区域P24,所述第二侧壁P3还包括自第二区域P32向幅宽自由端方向延伸的第四区域P34。
进一步地,各区域的厚度关系为:第一侧壁P2中第三区域P23<第二区域P22<第一侧壁P21,第二侧壁P3中第三区域P33<第二区域P32<第一侧壁P31。
进一步地,第一侧壁P2的第四区域P24的厚度与第三区域P23的厚度相同,第二侧壁P3的第四区域P34的厚度与第三区域P33的厚度相同。
根据上述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件的制备方法,
所述第一侧壁P2和第二侧壁P3的纬纱至少部分来源于面板P1幅宽方向的中心区域P12,面板P1沿着幅宽方向至少保留1根纬纱贯穿,面板底侧至少保留1根纬纱贯穿幅宽方向,对面板P1沿着幅宽方向中心区域P12的部分纬纱分给第一侧壁P2和第二侧壁P3的位置,采用额外引入纬纱的方式进行补足,所述第一侧壁P2、第二侧壁P3和面板P1的表面层纬纱W1保持连续,
将第一侧壁P2和第二侧壁P3沿着区域界线向中间折叠形成带封顶的盒状结构,各区域对应关系如下:
(a)第一加强筋L2对应第一侧壁P2的第一区域P21;
(b)第二加强筋L3对应第二侧壁P3的第一区域P31;
(c)封顶L4由两个侧壁的第二区域P22和P32叠合而成;
(d)前止口L5由面板P1与两个侧壁的第三区域P23和P33叠合而成。
根据上述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件的制备方法,
所述第一侧壁P2和第二侧壁P3的纬纱至少部分来源于面板P1幅宽方向的中心区域P12,面板P1沿着幅宽方向至少保留1根纬纱贯穿,面板底侧至少保留1根纬纱贯穿幅宽方向,对面板P1沿着幅宽方向中心区域P12的部分纬纱分给第一侧壁P2和第二侧壁P3的位置,采用额外引入纬纱的方式进行补足,所述第一侧壁P2、第二侧壁P3和面板P1的表面层纬纱W1保持连续,第一侧壁P2的第四区域P24和第二侧壁P3的第四区域P34分别由表面纬纱W1向两端延续织造形成,
将第一侧壁P2和第二侧壁P3沿着区域界线向中间折叠形成带封顶的盒状结构,各区域对应关系如下:
(a)第一加强筋L2由第一侧壁P2的第一区域P21和第二侧壁P3的第四区域P34叠合而成;
(b)第二加强筋L3由第二侧壁P2的第一区域P31和第一侧壁P3的第四区域P24叠合而成;
(c)封顶L4由两个侧壁的第二区域P22和P32叠合而成;
(d)前止口L5由面板P1与两个侧壁的第三区域P23和P33叠合而成。
进一步地,面板P1在前止口L5一侧区域P12为凸起结构,前止口L5叠合位置为区域P12对应区域,该区域不含两侧加筋。
进一步地,所述预制件采用的结构包括二维组织结构和/或三维组织结构。
进一步地,所述盒状结构通过RTM液体成型工艺复合成型形成流道平台预制件。
本发明与现有技术相比,其显著优点是:
(1)本发明面板P1形成流道平台L0的流道面L1,第一侧壁P2和第二侧壁P3的底侧面与所述面板P1连接,第一侧壁P2和第二侧壁P3之间至少部分通过折叠重合从而与面板P1共同形成盒状结构,第一侧壁P2和第二侧壁P3之间的折叠重合部分构成盒状结构的封顶L4,第一侧壁P2和第二侧壁P3还分别形成与面板P1连接的第一加强筋L2和第二加强筋L3,通过展开的异形片状结构折叠形成盒状流道平台预制件,具有结构一体性好,实现两侧加强筋、封顶区及流道面一体连接,操作简单,外观均匀,满足离心力变形和强度需求;
(2)本发明在形成面板P1、第一侧壁P2和第二侧壁P3时,侧壁P2和P3的纬纱部分来源于面板P1幅宽方向的中心区域P12,例如纬纱W1、W4和W5贯穿P2、P12和P3区域,从而保证流道平台的两侧加强筋L2和L3与流道面L1有足够强的连接,W1作为各区域的表面层保持连续,利于结构的一体性,面板P1沿着幅宽方向至少保留1根纬纱贯穿,保证面板的一体性,例如W6、W9和W10三根纬纱贯穿面板P1,面板底侧至少保留1根纬纱贯穿幅宽方向,例如面板底侧保留2纬W9和W10,因此整体上兼顾一体性、连续性和平整性。
附图说明
图1A为本发明实施例1制备的航空涡轮发动机风扇流道平台立体图。
图1B为本发明实施例1制备的航空涡轮发动机风扇流道平台局部图。
图2为实施例1对应的展开的三维机织片状体图。
图3为实施例1对应的展开的三维机织片状体纬纱分布示意图。
图4为实施例1对应的盒状结构叠合示意图。
图5为流道板平台前止口对应的叠合示意图。
图6为实施例2制备的航空涡轮发动机风扇流道平台立体图。
图7为实施例2对应的展开的三维机织片状体图。
图8为实施例2对应的盒状结构叠合示意图。
图9为实施例2对应的盒状结构叠合示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件P0,包括面板P1、第一侧壁P2和第二侧壁P3,形成π形,
所述面板P1形成流道平台L0的流道面L1,所述第一侧壁P2和第二侧壁P3的底侧面与所述面板P1连接,所述第一侧壁P2和第二侧壁P3之间至少部分通过折叠重合从而与所述面板P1共同形成盒状结构,第一侧壁P2和第二侧壁P3之间的折叠重合部分构成盒状结构的封顶L4,第一侧壁P2和第二侧壁P3还分别形成与所述面板P1连接的第一加强筋L2和第二加强筋L3。
实施例1
图1A、1B为本实施例制备的航空涡轮发动机风扇流道平台L0,由流道面L1、两侧加强筋L2和L3、封顶L4组成。该流道平台由图2所示的展开三维机织片状体P0通过折合形成的盒状结构,并通过RTM等液体成型工艺复合成型形成。
具体制备方式如下:
如图2所示,所述展开的异形片状结构预制件P0主要包含两大部分,面板P1及与面板连接的两个侧壁P2和P3。如图3所示,侧壁P2和P3的纬纱部分来源于面板P1幅宽方向的中心区域P12,即纬纱W1、W4和W5贯穿P2、P12和P3区域,从而保证流道平台的两侧加强筋L2和L3与流道面L1有足够强的连接,特别说明的是W1作为各区域的表面层保持连续,利于结构的一体性。同时,面板P1沿着幅宽方向至少保留1根纬纱贯穿,保证面板的一体性,本实例W6、W9和W10三根纬纱贯穿面板P1,特别说明的是面板底侧至少保留1根纬纱贯穿幅宽方向,本实例面板底侧保留2纬W9和W10,从而保证底板面的平整性。
如图3所示,由于面板P1沿着幅宽方向中心区域P12的部分纬纱分给侧壁P2和P3,带来面板的两侧P11和P13纬纱不足情况,采用额外引入纬纱的方式进行补足,W7和W8为额外引入的纬纱。同理,两个侧壁P2和P3来源于面板P1的纬纱数量不足,也采用额外引入纬纱的方式进行补足,W2和W3为引入的纬纱。
如图2所示,所述两个侧壁P2和P3均由多个区域组成,将两侧壁沿着区域界线向中间折叠形成带封顶的盒状流道平台。两个侧壁P2和P3分别包含3个区域:第一侧壁P2中,紧挨着面板P1的第一区域P21,向幅宽自由端方向延伸的P22区域及P22向前止口即小端方向延伸的P23区域。同理,第二侧壁P3对应包含P31区域、P32区域及P33区域。
流道平台的形成是通过两个侧壁P2和P3沿着各区域界线折叠形成,如图4和图5所示,各区域对应关系如下:
(a)第一加强筋L2对应第一侧壁的第一区域P21;
(b)第二加强筋L3对应第二侧壁的第一区域P31;
(c)封顶L4由两个侧壁的第二区域P22和P32叠合而成;
(d)前止口L5由面板P1与两个侧壁的第三区域P23和P33叠合而成,特别说明面板P1在该区域的P12为一侧凸起结构,叠合位置为P12对应区域,该区域不含两侧加筋板。
根据流道平台各区域厚度的需求进行侧壁各区域设计,本实例厚度关系为P23<P22<P21,同理P33<P32<P31。
实施例2
(3)图6为本实施例制备的航空涡轮发动机风扇流道平台L0,与实施例1的区别是:如图7所示,展开的三维机织片状体P0的两个侧壁P2和P3在幅宽自由端延伸方向分别增加了第四区域P24和P34。如图8所示,P24和P34分别由表面纬纱W1向两端延续织造形成。风扇流道平台预制件L0是通过两个侧壁P2和P3沿着各区域界线折叠形成的盒状结构,并通过RTM等液体成型工艺复合成型形成。其中第四区域折叠到另一侧壁加强筋区域,如图9所示各区域对应关系如下:
(a)第一加强筋L2由第一侧壁的第一区域P21和第二侧壁的第四区域P34叠合而成;
(b)第二加强筋L3由第二侧壁的第一区域P31和第一侧壁的第四区域P24叠合而成;
(c)封顶L4由两个侧壁的第二区域P22和P32叠合而成;
(d)前止口L5与实例1相同,由面板P1与两个侧壁的第三区域P23和P33叠合而成。
根据流道平台各区域厚度的需求进行侧壁各区域设计,本实例厚度关系为P24=P23<P22<P21,同理P34=P33<P32<P31。
所述预制件采用的结构包括二维组织结构如:平纹、斜纹、缎纹及变化组织结构,三维组织结构包括:角联锁结构、正交结构及其变化组织结构。通过本发明制备的异形片状预制体折叠形成的盒状流道平台预制件,再通过RTM液体成型工艺制备复合材料流道平台具有结构一体性好,实现两侧加强筋、封顶区及流道面一体连接,操作简单,外观均匀,满足离心力变形和强度需求。
以上仅为本发明专利的优选实施例,并不用于限制本发明专利,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明设计构思的前提下,可以对本发明进行若干改进与替换,这些改进与替换均落入本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三维机织复合材料风扇流道平台预制件,包括一体织造的面板(P1)、第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3),其特征在于,
所述面板(P1)形成流道平台(L0)的流道面(L1),所述第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)的底侧面与所述面板(P1)连接,所述第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)之间至少部分通过折叠重合从而与所述面板(P1)共同形成盒状结构,第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)之间的折叠重合部分构成盒状结构的封顶(L4),第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)还分别形成与所述面板(P1)连接的第一加强筋(L2)和第二加强筋(L3)。
2.根据权利要求1所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件,其特征在于:所述第一侧壁(P2)包括紧挨着面板(P1)的第一区域(P21)、自第一区域(P21)向幅宽自由端方向延伸的第二区域(P22)以及第二区域(P22)向前止口方向延伸的第三区域(P23),所述第二侧壁(P3)包括紧挨着面板(P1)的第一区域(P31)、自第一区域(P31)向幅宽自由端方向延伸的第二区域(P32)以及第二区域(P32)向前止口方向延伸的第三区域(P33)。
3.根据权利要求2所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件,其特征在于:所述第一侧壁(P2)还包括自第二区域(P22)向幅宽自由端方向延伸的第四区域(P24),所述第二侧壁(P3)还包括自第二区域(P32)向幅宽自由端方向延伸的第四区域(P34)。
4.根据权利要求3所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件,其特征在于:各区域的厚度关系为:第一侧壁(P2)中第三区域(P23)≤第二区域(P22)<第一区域(P21),第二侧壁(P3)中第三区域(P33)≤第二区域(P32)<第一区域(P31)。
5.根据权利要求4所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件,其特征在于:第一侧壁(P2)的第四区域(P24)的厚度与第三区域(P23)的厚度相同,第二侧壁(P3)的第四区域(P34)的厚度与第三区域(P33)的厚度相同。
6.根据权利要求2所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件的制备方法,其特征在于:
所述第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)的纬纱至少部分来源于面板(P1)幅宽方向的中心区域(P12),面板(P1)沿着幅宽方向至少保留1根纬纱贯穿,面板底侧至少保留1根纬纱贯穿幅宽方向,对面板(P1)沿着幅宽方向中心区域(P12)的部分纬纱分给第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)的位置,采用额外引入纬纱的方式进行补足,所述第一侧壁(P2)、第二侧壁(P3)和面板(P1)的表面层纬纱(W1)保持连续,
将第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)沿着区域界线向中间折叠形成带封顶的盒状结构,各区域对应关系如下:
(a)第一加强筋(L2)对应第一侧壁(P2)的第一区域(P21);
(b)第二加强筋(L3)对应第二侧壁(P3)的第一区域(P31);
(c)封顶(L4)由第一侧壁(P2)的第二区域(P22)和第二侧壁(P3)的第二区域(P32)叠合而成;
(d)前止口(L5)由面板(P1)与第一侧壁(P2)的第三区域(P23)和第二侧壁(P3)的第三区域(P33)叠合而成。
7.根据权利要求3或4所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件的制备方法,其特征在于:
所述第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)的纬纱至少部分来源于面板(P1)幅宽方向的中心区域(P12),面板(P1)沿着幅宽方向至少保留1根纬纱贯穿,面板底侧至少保留1根纬纱贯穿幅宽方向,对面板(P1)沿着幅宽方向中心区域(P12)的部分纬纱分给第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)的位置,采用额外引入纬纱的方式进行补足,所述第一侧壁(P2)、第二侧壁(P3)和面板(P1)的表面层纬纱(W1)保持连续,第一侧壁(P2)的第四区域(P24)和第二侧壁(P3)的第四区域(P34)分别由表面层纬纱(W1)向两端延续织造形成,
将第一侧壁(P2)和第二侧壁(P3)沿着区域界线向中间折叠形成带封顶的盒状结构,各区域对应关系如下:
(a)第一加强筋(L2)由第一侧壁(P2)的第一区域(P21)和第二侧壁(P3)的第四区域(P34)叠合而成;
(b)第二加强筋(L3)由第二侧壁(P3)的第一区域(P31)和第一侧壁(P2)的第四区域(P24)叠合而成;
(c)封顶(L4)由第一侧壁(P2)的第二区域(P22)和第二侧壁(P3)的第二区域(P32)叠合而成;
(d)前止口(L5)由面板(P1)与第一侧壁(P2)的第三区域(P23)和第二侧壁(P3)的第三区域(P33)叠合而成。
8.根据权利要求6或7所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件的制备方法,其特征在于:面板(P1)在前止口(L5)一侧中心区域(P12)为凸起结构,前止口(L5)叠合位置为中心区域(P12)对应区域,该区域不含两侧加筋。
9.根据权利要求6或7所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件的制备方法,其特征在于,所述预制件采用的结构包括二维组织结构和/或三维组织结构。
10.根据权利要求6或7所述的三维机织复合材料风扇流道平台预制件的制备方法,其特征在于,所述盒状结构通过RTM液体成型工艺复合成型形成流道平台预制件。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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