[发明专利]由复合材料制造燃气涡轮机壳体的方法,及由此获得的壳体

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机壳体，更特别地，涉及航空燃气涡轮发动机的风扇阻挡 壳体(fan retention casing)。

背景技术

在航空燃气涡轮发动机中，风扇壳体具有几种用途。它形成了发动机的进气通 道，支撑着面对风扇叶片尖部的耐磨材料，它可选地支撑着用于吸收声波，以在发 动机进气口处进行声处理的结构，而且它接合或支撑着固定护罩(retention shield)。 固定护罩形成了碎屑收集器，可以挡住任何碎屑，诸如被吸入的异物或者因离心力 而抛扔的损坏叶片的碎片，从而防止这些碎屑穿过壳体而进入到航空器的其它部位。

通常，风扇阻挡壳体均采用较薄的金属壁板构成，这些金属壁板形成了发动机 的进气通道，并支撑着耐磨材料和声处理(如果有的话)，还有固定到所述金属壁板 外侧的护罩结构，与风扇互相对准。这种护罩结构可以通过多层纤维织构来制成。 例如，可以参考如下文献：US 4 699 567；US 4 902 201；和US 5 437 538。

欧洲专利文献EP 1 674 244中提出了采用纤维/树脂型复合材料制造具有恒定厚 度的风扇阻挡壳体的建议，其制造方式是，先制造纤维预制件，而后浸入树脂，最 后再对浸有树脂的预制件进行模压成形，从而直接获得所需要的形状。预制件通过 一种三轴编织技术制成。

US 2006/0093847号专利文献还涉及到制造一种风扇阻挡壳体，但制造方式是， 在纤维/树脂复合材料层之间交织排列金属蜂窝状芯材料层，从而增加壳体厚度，而 所述复合材料层，例如通过粘合剂装配到金属蜂窝状芯材料层上。

欧洲专利ＥP 1 674 671还提出了使用复合材料制造不同厚度的风扇阻挡壳体的 方法，其厚度大于风扇的厚度。夹芯纤维层由沿圆周方向对齐的编织物制成，相互 叠置在一起。另外还添加了其它的纤维层，这些纤维层由螺旋缠绕编织的纤维制成。 这些纤维层通过一种热固性树脂连接到一起。出现冲击情况下，动能会因为分层作 用，即由于纤维层的分离、树脂裂化，及最终由于纤维断裂而耗散。

US2005/084377和US2006/257260号专利文献公开了一种方法，采用这种方法， 可以制造复合材料风扇叶片的纤维预制件，所述纤维预制件可以通过三维编织技术 做为单一部件而被直接获得，在编织期间，部件的厚度、宽度和编织方法都会变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用复合材料制造不同厚度的燃气涡轮机壳体的方 法，不论是从结构角度还是从承受冲击的能力角度来讲，性能都会得到提高。

该目的可以通过制造燃气涡轮机的不同厚度的复合材料壳体的方法来实现，所 述方法包括通过叠置纤维织构层形成纤维增强件，并对该纤维增强件使用基质材料 进行致密化处理，该方法中，纤维织构通过三维编织技术进行制造，具有不同的厚 度，所述纤维织构采用叠置多层纤维缠绕在心轴上而成，心轴外形与需要制造的壳 体的外形一致，从而获得不同厚度的纤维预制件，其形状与所要制造的壳体形状相 符。

将不同厚度的编织织构缠绕在心轴上就可以直接获得管状预制件，这种预制件 具有所需要的不同厚度的形状。

编织织构的缠绕还可以使得线纱沿圆周方向缠绕，这样有助于提供壳体所需要 的结构性能，且又不必在编织物中插入纵向线纱，而后者在上述的专利文献 EP 1 674 671中则是必不可少的。

此外，采用风扇阻挡壳体时，人们发现出现冲击时，能量的消散主要是通过基 质的微破裂，而不是分层作用，为此，不会使壳体形状产生显著改变。

有利地，纤维织构在编织时，其经纱被卷绕在绕线架上，而后者的外形则取决 于要制造的壳体的外形。在缠绕期间，由于经纱的圆周路径不同，结果经纱的卷绕 就不同，从而形成所述预制件。

即使预制件的局部厚度差异很大时，构成单一部件的预制件也可以通过缠绕不 同厚度的三维织物来获得。这样，当需要制造的壳体包括至少一个凸缘时，预制件 可以有利地一起与对应于壳体的凸缘预制件部分制成单一部件。凸缘预制件部分从 而可以直接地结合到壳体预制件中，包括在凸缘预制件上沿圆周方向缠绕的线纱， 其有助于向壳体凸缘提供所需要的机械强度性能。

另外，有利地，在纤维织构的纵向端部附近区域内，从纤维织构的纵向端部， 以渐进增加厚度的方式编织纤维织构。