CN118510653A - 制造用于飞行器涡轮发动机的叶片组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造用于飞行器涡轮发动机的叶片组件(10)的方法,该叶片组件(10)包括叶片(12),叶片具有堆叠轴线(X)并且具有连接到横向平台(14)的至少一个纵向端部,该方法包括以下步骤:a)生产纤维预成型件(18),该预成型件(18)包括旨在形成叶片(12)的第一部件(16)和旨在形成平台(14)的至少一个第二部件(20),预成型件(18)的该第二部件(20)包括断开连接部,断开连接部限定出由基本上平行于轴线(X)的断开连接表面分开的两个重叠的部分(22),b)分别在第一部件(16)的两个相对侧上折叠所述部分(22),以及c)使预成型件(18)硬化。
Description
技术领域
本发明涉及制造用于飞行器涡轮发动机的叶片组件的方法。
背景技术
背景技术包括文献:US-B2-10,532,521和US-B2-11,141,938。
飞行器涡轮发动机的叶片组件例如是转子轮叶或定子轮叶。这样的组件包括的叶片具有空气动力学轮廓和沿轴线X(在所考虑的技术中通常称为“堆叠”轴线)的大致细长形状。该组件可以包括平台,平台位于叶片的沿前述轴线X的纵向端部中的至少一个纵向端部处。该平台沿横向于轴线X的方向延伸,即在垂直于该轴线的平面中延伸。
例如,图1示出了一种空气流压缩机定子轮叶,该空气流压缩机定子轮叶是一种叶片组件10,该叶片组件的叶片12在叶片的每个纵向端部处连接到平台14。
已知且有利的是,由嵌入在聚合物基质中的纤维预成型件来生产复合材料的叶片组件,所述聚合物基质通过热固性树脂的聚合或热塑性树脂的固结获得。
在这种情况下,预成型件可以通过形成纬线和经线的纤维三维编织或通过堆叠纤维垫来制造。用树脂浸渍这些纤维,或者在预成型件已经成形之后例如使用RTM技术将该树脂注射到预成型件中,该RTM技术表示树脂传递模塑(Resin Transfer Molding)并且该RTM技术是通过注射模塑来生产轮叶的众所周知的技术。
文献WO-A2-2013/088040描述了通过对预成型件进行三维编织来生产叶片组件。
在实现配备有一个或多个平台的叶片组件的情况下,本文描述了可以通过执行预成型件的至少一次断开连接而将预成型件的一些部分定位在平台中。
在本申请中,断开连接意味着将整体结构分离成两个独立的子结构。在图2所示的示例中,预成型件18的中心部件16保持整体,并且预成型件18的端部部件20各自通过预成型件18的断开连接而分离成两个部分22。所述部分22中的每个部分可以包括若干层纤维。因此,所述部分22彼此分离并且弯曲以使所述部分以与中心部件16的轴线X垂直的方向定向。位于预成型件18的一个纵向端部处的两个部分22旨在形成平台14中的一个平台或整合到该平台中,位于预成型件18的相对纵向端部处的两个部分22旨在形成另一个平台14或整合到该另一个平台中。
图3a示出了如在当前技术中执行的断开连接。在预成型件18的每个端部部件20处执行断开连接,使得部分22在第一部件和第二部件20之间的连接处通过连接线24连接在一起,连接线是直的并且可以垂直于轴线X延伸。
发明人已经发现,该直线24为叶片组件10创建了优选的变形轴线或旋转轴线,因此,叶片组件10在经受运行应力(空气动力压力、来自发动机结构的力等)时倾向于绕这条线变形。这种变形是不期望的,并且会影响叶片组件10的寿命和涡轮发动机的性能。
本发明针对该问题提出了一种简单、有效和经济的解决方案。
发明内容
本发明涉及一种制造用于飞行器涡轮发动机的叶片组件的方法,该叶片组件包括叶片,叶片具有堆叠轴线并且具有连接到横向平台的至少一个纵向端部,该方法包括以下步骤:
a)生产纤维预成型件,该预成型件具有沿所述轴线的大致细长的形状并且是平坦的,该预成型件包括旨在形成叶片的第一部件、和至少一个第二部件,至少一个第二部件位于预成型件的纵向端部处并且旨在形成平台,预成型件的该第二部件包括断开连接部,该断开连接部限定出两个重叠的部分,两个重叠的部分由基本上平行于轴线X的断开连接表面分开;
b)分别在第一部件的两个相对侧上折叠所述部分;以及
c)使预成型件硬化;
其特征在于,在步骤a)中,断开连接部使得所述部分在第一部件和第二部件之间的连接处通过具有大致起伏形状的连接线连接在一起。
连接线的起伏形状,例如正弦形状,消除了上述变形轴线或旋转轴线,从而使平台和叶片之间的连接部硬化。因此,叶片组件具有改进的机械强度和使用寿命。
根据本发明的方法可包括以下特征和/或步骤中的一个或多个,这些特征和/或步骤被单独采用或彼此组合采用:
-连接线包括至少一个或三个起伏波腹;
-步骤a)通过对纤维进行三维编织以形成纬线和经线来执行,经线沿轴线X延伸,纬线垂直于所述轴线延伸,纬线在第一部件中连续延伸、并且在第二部件中不连续延伸、并且在所述断开连接表面处中断;
-步骤c)通过将树脂注射到预成型件中并对该树脂进行聚合来执行;
-步骤a)通过堆叠纤维垫来执行,纤维垫沿轴线X延伸;
-步骤c)通过对预成型件进行热压来执行,预成型件的纤维预先用树脂进行浸渍;
-连接线的振幅介于2毫米至20毫米之间,优选地介于5毫米至10毫米之间;
-该方法包括在步骤b)和步骤c)之间的形成预成型件的步骤;
-该方法包括后续的步骤d):通过将元件安装和附接到所述部分或通过包覆模制这些部分来形成平台。
附图说明
通过以下详细说明并且为了理解该详细说明对附图进行参照,本发明的其它特征和优点将变得明显,在附图中:
[图1]图1是飞行器涡轮发动机的叶片组件的示意性透视图,在这种情况下,叶片组件是空气通量定子轮叶;
[图2]图2是预成型件的非常示意性的视图,该预成型件的端部部件已经经历了断开连接;
[图3a-图3b]图3a和图3b示出了根据图3a中的先前技术的具有断开连接部的预成型件和根据图3b中的本发明的具有断开连接部的预成型件;
[图4]图4是根据本发明的具有断开连接部的若干变型实施例的预成型件的局部示意图;
[图5a-图5b]图5a和图5b是根据本发明的经历了断开连接和固结的预成型件的示意性透视图;
[图5c-图5d]图5c和图5d是沿图5a的线A-A和B-B的横截面;
[图6a]图6a是根据本发明的带有包覆模制件的叶片组件的示意性透视图;
[图6b]图6b是沿图6a的线A-A的剖视图;
[图7]图7是通过诸如为一组薄片的工具将预成型件断开连接的示意性透视图;和
[图8]图8为图7的预成型件和工具的另一示意性横截面视图。
具体实施方式
图1和图2可以被认为是示出了在本发明的含义内的叶片组件10。
该叶片组件10包括具有堆叠轴线X的叶片12,叶片的至少一个纵向端部连接到横向平台14。
本发明涉及一种用于制造该叶片组件的方法,包括以下步骤:
a)生产纤维预成型件18,该预成型件18具有大致细长且平坦的形状,该预成型件18包括第一部件16和至少一个第二部件20,第一部件旨在形成叶片12,至少一个第二部件位于预成型件18的一个纵向端部处并且旨在形成平台14,该预成型件18的第二部件包括断开连接部,该断开连接部限定出两个重叠部分22,所述两个重叠部分由基本上平行于轴线X的断开连接表面分开,执行该断开连接使得所述部分22在第一部件和第二部件之间的连接处通过具有大致起伏形状的连接线26(参见图3b)连接在一起;
b)分别在第一部件16的两个相对侧上折叠所述部分22(参见图2);以及
c)使预成型件硬化。
Y被定义为与X垂直的轴线。预成型件18在平面XY中延伸。
起伏的连接线26意味着在平面XY中,X的值沿着轴线Y变化。
图4示出了起伏的连接线26的若干变型。可以看出,线26可以包括若干起伏波腹,例如2至3个。该图还示出了起伏的振幅T1、T2可以变化,起伏的振幅T1、T2例如介于2mm至20mm之间,优选地介于5mm至10mm之间。例如,叶片组件沿轴线X的长度介于10mm至500mm之间,优选地介于50mm至200mm之间。
在步骤a)中,预成型件可以通过例如借助于提花类型的织机,对纤维(特别是碳纤维)进行三维编织以形成纬线和经线来制备。经线沿轴线X延伸,纬线垂直于轴线X延伸,如图2所示。然后通过使用切割工具28在断开连接表面处切割纬线来执行步骤b)。
在这种构造中,存在预成型件在其整个厚度上被编织的部件和如下的部件,该部件的编织定义意味着没有纬线穿过断开连接表面的平面。因此,该平面两侧的部分不联接在一起。
图7和图8示出了用于打开断开连接部的工具的示例。
该工具包括多个薄片30、34,所述薄片重叠且能够在彼此之间滑动。
薄片30、34的原理是通过逐步展开预成型件的两个部分22,以产生用于将叶片与平台连接的所需半径,来帮助形成断开连接部,同时不使预成型件起伏。在实践中,首先将薄片30插入预成型件的两个断开连接的部分之间。然后,在每一侧插入附加薄片34,附加薄片具有呈所需半径的形状的边缘32,注意不要在预成型件中产生任何折叠,例如通过手动展开预成型件并在展开方向上施加轻微的拉力。在这种情况下,可能存在多个“薄片”,并且优选始终从中心朝向半径的外侧开始,以避免折痕。
使预成型件18硬化的步骤c)优选通过将树脂注射到预成型件中来进行,预成型件已经预先定位在模具中。这里采用的技术可以是RTM类型,或者是选自以下各项的另一种类型(本领域技术人员已知的):VARTM、CRTM、polyflex等。
树脂的聚合使得预成型件能够完全变硬和硬化。
替代性地,步骤a)可以通过堆叠纤维垫来进行。纤维垫沿着轴线X延伸并且沿着与平面XY垂直的轴线堆叠。在堆叠期间实现所述断开连接,这避免了构成所述部分22之一的纤维垫与构成另一所述部分22的纤维垫的固定。
用于制备预成型件的纤维可以是连续的或不连续的、经浸渍的或未经浸渍的。当使用纤维垫时,垫可以由预浸渍的长切断纤维、由随机排列的单向纤维试样等形成。
在这种情况下,使预成型件18硬化的步骤c)优选通过对预成型件18的热压来进行。该步骤可以包括对预成型件进行加湿的初步子步骤。该加湿步骤可使得纤维的涂层物质能够软化,以促进编织。然后,热压使得纤维的物质能够混合在一起,从而粘合预成型件的纤维,有助于在冷却后使其硬化。树脂可以是热固性或热塑性树脂(环氧树脂-例如PR520、双马来酰亚胺等)。预成型件18的纤维优选由碳制成。树脂的注射和甚至热压在模具中进行,优选在两个单独的模具中进行。所述或每个模具包括用于接收预成型件18的凹腔。
在上述步骤b)和步骤c)之间,根据本发明的方法可以包括形成预成型件的步骤。该步骤是可选的,并且涉及向预成型件施加压力以使其成形。该操作可以伴随着加热,也可以在已经用水润湿的预成型件上进行,或者可以通过抽真空以除去水分来进行。该步骤使预成型件保持稳定,之后再将预成型件倒入注射或热压模具。
图5a至图5d能够看到硬化的预成型件18。由于连接线26的起伏形状,位于叶片16两侧的所述部分22在三维上也具有起伏形状。这些部分22中的每一个可以被钻孔以接收用于附接叶片组件的螺钉36。这些部分22中的每一个还可以接收至少一个附加组件37以形成平台12,或者可以接收包覆模制件38以形成该平台,如图6a和图6b所示。
根据本发明的方法使得叶片与叶片组件的平台的连接能够具有更大刚度和更大惯性矩。在运行期间,叶片组件受到空气动力(叶片上的空气压力)和结构力(与壳体的相对运动)。这些力从平台传递到叶片,反之亦然。叶片和平台之间的接合处的硬化能够限制叶片组件变形的风险,从而优化发动机的性能。
Claims (9)
1.一种制造用于飞行器涡轮发动机的叶片组件(10)的方法,该叶片组件(10)包括叶片(12),所述叶片具有堆叠轴线(X)并且具有连接到横向平台(14)的至少一个纵向端部,所述方法包括以下步骤:
a)生产纤维预成型件(18),该预成型件(18)具有沿所述轴线(X)的大致细长的形状并且是平坦的,该预成型件(18)包括旨在形成所述叶片(12)的第一部件(16)、和至少一个第二部件(20),所述至少一个第二部件位于所述预成型件(18)的纵向端部处并且旨在形成平台(14),所述预成型件(18)的该第二部件(20)包括断开连接部,所述断开连接部限定出两个重叠的部分(22),所述两个重叠的部分由基本上平行于所述轴线(X)的断开连接表面分开,
b)分别在所述第一部件(16)的两个相对侧上折叠所述部分(22),以及
c)使所述预成型件(18)硬化,
其特征在于,在步骤a)中,所述断开连接部使得所述部分(22)在所述第一部件和所述第二部件(16,20)之间的连接处通过具有大致起伏形状的连接线(26)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述连接线(26)包括至少一个或三个起伏波腹。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,步骤a)通过对纤维进行三维编织以形成纬线和经线来执行,所述经线沿所述轴线(X)延伸,所述纬线垂直于所述轴线(X)延伸,所述纬线在所述第一部件(16)中连续延伸、并且在所述第二部件(20)中不连续延伸、并且在所述断开连接表面处中断。
4.根据前一项权利要求所述的方法,其中,步骤c)通过将树脂注射到所述预成型件中并对该树脂进行聚合来执行。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中,步骤a)通过堆叠纤维垫来执行,所述纤维垫沿所述轴线(X)延伸。
6.根据前一项权利要求所述的方法,其中,步骤c)通过对所述预成型件(18)进行热压来执行,所述预成型件的纤维预先用树脂进行浸渍。
7.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,所述连接线(26)的振幅(T1,T2)介于2毫米至20毫米之间,优选地介于5毫米至10毫米之间。
8.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,所述方法包括在步骤b)和步骤c)之间的形成所述预成型件的步骤。
9.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,所述方法包括后续的步骤d):通过将元件安装和附接到所述部分(22)或通过包覆模制这些部分来形成所述平台(14)。
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