[发明专利]具有内置根部的复合涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及由复合材料制成的涡轮发动机叶片，所述复合材料包含用基质致密化的纤维增强件。

背景技术

目标领域是用于航空发动机或用于工业涡轮的燃气涡轮叶片。

已经提出由复合材料制造涡轮发动机叶片。可以特别参考由Snecma和Snecma Propulsion Solide共同提交的国际专利申请WO2010/061140。该申请描述了由复合材料制造涡轮发动机叶片，所述复合材料包含用基质致密化的纤维增强件。更精确地，所述方法呈现的特征在于：通过多层编织结合两种结构制成纤维坯件，所述两种结构彼此交叉从而在成形之后形成单片式纤维预成型件，所述纤维预成型件具有第一部分和至少一个第二部分，所述第一部分形成用于翼面和叶片根部的预成型件，所述第二部分形成用于叶片的内部平台或外部平台的预成型件。因此，在预成型件经过致密化之后，有可能获得复合材料叶片，所述复合材料叶片具有由预成型件组成并用基质致密化的纤维增强件并且形成具有结合其中的内部平台和/或外部平台的单个片材。

在该背景下，通过使用插入物制成叶片根部预成型件，从而在叶片对应于其根部的部分中形成灯泡状区域。

然而，所述用于形成叶片根部的技术使得叶片的工业制造更为复杂并且增加制造成本，因为其造成大量材料损失并且需要困难且减缓生产速度的处理。

发明内容

因此，对于涡轮发动机的涡轮或压缩机，期望能够由复合材料，特别但不必由热结构复合材料（例如陶瓷基质复合（CMC）材料）制备涡轮发动机叶片，所述叶片相对易于制备并且具有极好的机械强度。

为此，本发明提供一种由复合材料制备涡轮发动机叶片的方法，所述复合材料包含用基质致密化的纤维增强件，所述方法包括：

·通过对单个片材进行多层编织来制备纤维坯件，所述纤维坯件在对应于待制备叶片的纵向方向的所述纤维坯件的纵向方向上包括：第一组多个纱线层，所述第一组多个纱线层互连从而形成所述坯件的对应于翼面预成型件的第一部分；和第二组一个或多个纱线层，所述第二组一个或多个纱线层至少局部互连从而形成所述坯件的对应于叶片根部预成型件的至少第二部分；所述第一组纱线层的纱线不与所述第二组纱线层的纱线互连，所述第一组纱线层在所述坯件的所述第二部分中与所述第二组纱线层的纱线交叉；

·对所述纤维坯件进行成形，从而获得单片纤维预成型件，所述单片纤维预成型件具有形成翼面预成型件的所述第一部分和形成叶片根部预成型件的至少所述第二部分；并且

·用基质对所述预成型件进行致密化，从而获得复合材料叶片，所述复合材料叶片具有由所述预成型件组成并且用所述基质致密化的纤维增强件，从而形成结合叶片根部的单个片材。

相比于现有技术的方法，本发明通过在纤维坯件中在其用于形成叶片根部的部分中交叉两个纱线层组从而制备结合在叶片翼面的结构中的叶片根部。因此有可能在纤维坯件中产生较厚区域并且保留足以形成叶片根部预成型件的材料，因此有可能避免使用如现有技术中的插入物。

此外，作为叶片经受最大机械力（主要通过根部的侧部作用，所述侧部在叶片的两侧突出并且用于抵抗离心力将叶片根部保持在其外壳中）的部分的叶片根部的纤维增强件部分的纱线与构成叶片的翼面的其他纤维增强件部分的纱线交叉。通过以这种方式使结构交叉，在叶片经受最大机械强度的位置处获得极好的机械强度。

第一和第二纱线层组之间的远离该交叉的非互连排列区域允许成形所述纤维预成型件而不切割任何互连纱线，任何这种切割可能造成纤维增强件的机械强度的降低和因此造成经制备的叶片的机械强度的降低。

根据所述方法的另一个特征，所述纤维坯件利用连续的第二组纱线层进行编织，并且所述纤维坯件的成形包括：通过切掉所述第二组纱线层的位于所述纤维坯件的所述第二部分外部的部分从而除去该部分。

根据所述方法的又一个特征，所述方法包括将所述第二部分机械加工成待制备的叶片根部的形状，所述机械加工在致密化所述预成型件之后进行。在所述方法的一个变体实施方案中，所述预成型件在两个连续的步骤中进行致密化。在这种情况下，可以在第一致密化步骤之后进行第一机械加工步骤，并且可以通过在第二致密化步骤之后进行的第二机械加工步骤完成机械加工。

根据本发明的方法的另一个特征，所述纤维坯件还包括至少一个第三部分，所述第三部分形成如下元件中的一些或全部：

·内部平台，所述内部平台具有或不具有悬挑部并且具有或不具有抗倾斜边缘；和

·外部平台，所述外部平台具有或不具有外部平台悬挑部并且具有或不具有外部平台擦拭器；