包括用于制造由復(fù)合材料制成的燃氣渦輪外殼的真空內(nèi)襯的浸漬心軸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)由復(fù)合材料制成的燃氣渦輪外殼的浸滲心軸，包括：具有中央壁(102)以及兩個側(cè)板(104a，104b)的心軸(100)；壓緊桿(106a，106b)，每個壓緊桿都包括(i)撐靠纖維增強件的覆蓋在中央壁與該心軸的側(cè)板之間形成的角的部件的楔(108a，108b)，以及(ii)連接到所述心軸的對應(yīng)側(cè)板上的聯(lián)接法蘭(110a，110b)；柔軟包層(118)，該包層形成真空袋，并將應(yīng)用到該纖維增強件的至少覆蓋所述心軸的中央壁的部件；以及用于在該纖維增強件的一個縱向端將樹脂注入到在真空內(nèi)襯與心軸之間所限定的空間(122)中，并在相對端提取其的設(shè)備(120，124)。
【專利說明】包括用于制造由復(fù)合材料制成的燃氣渦輪外殼的真空內(nèi)襯的浸漬心軸
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及燃氣渦輪外殼領(lǐng)域，更具體地涉及航空發(fā)動機的燃氣渦輪風(fēng)機的保持外殼。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃氣渦輪航空發(fā)動機中，風(fēng)機外殼實施許多功能。它限定了進入到發(fā)動機的空氣流，相對于風(fēng)機葉片的末端支撐耐磨材料，支撐一個用于發(fā)動機聲音進氣處理的聲波吸收的可選結(jié)構(gòu)并結(jié)合或支撐一個保持護罩。后者包括一種用于捕獲碎片的捕集器，例如通過離心作用扔出的受損葉片的被攝取物品或碎片，以阻止它們穿過外殼并到達飛機的其他區(qū)域。
[0003]已經(jīng)提出了制造一種用于保持由復(fù)合材料制成的風(fēng)機的外殼?？蓞⒖嘉墨IEP1961923，其描述了生產(chǎn)由演變厚度的復(fù)合材料制成的外殼，包括通過纖維結(jié)構(gòu)的疊加層以及通過基質(zhì)的纖維增強件的致密化形成纖維增強件。根據(jù)本發(fā)明，纖維結(jié)構(gòu)由演變厚度的三維編織制成并在幾個疊加層內(nèi)纏繞到心軸上，該心軸具有對應(yīng)于待制造外殼的輪廓的中央壁以及對應(yīng)于該外殼的外法蘭的輪廓的兩個側(cè)法蘭。所導(dǎo)致的纖維被保持在心軸上并且在聚合之前在真空下通過樹脂完成浸潰。如本文獻所描述的，在演變厚度的機織結(jié)構(gòu)的心軸上的纏繞直接地給出了具有可變厚度的優(yōu)選輪廓的管狀預(yù)制件。
[0004]實際上，在真空下進行的樹脂浸潰步驟需要適用于所有纖維增強件的柔軟包層(或內(nèi)襯)，尤其是在隨后形成外殼外法蘭的增強件的法蘭的水平上。壓力差然后設(shè)置在外部和由心軸和包含纖維增強件的內(nèi)襯所分隔的空間之間。然后就可以開始注入樹脂到該空間。
[0005]在該步驟中，需要指出的是，設(shè)置真空用于在法蘭和心軸的中央壁之間在法蘭角的水平上定位的纖維結(jié)構(gòu)層中產(chǎn)生張力，該張力設(shè)置導(dǎo)致織物在樹脂壓實的原點分開以及在這些層之間的質(zhì)量缺陷。
[0006]發(fā)明目的和內(nèi)容
[0007]因此，本發(fā)明的主要目的是糾正這些缺點，通過提出一種通過確保均勻地壓實纖維增強件的真空內(nèi)襯來浸潰的方案，特別是在法蘭角的水平上。
[0008]該目的通過一種用于制造由復(fù)合材料制成的燃氣渦輪外殼的浸滲心軸來獲得，包括:
[0009]浸潰心軸，在其上將保持一由纖維結(jié)構(gòu)疊加層形成的纖維增強件，該心軸包括輪廓對應(yīng)于待制造外殼的中央環(huán)形壁，以及輪廓對應(yīng)于待制造外殼的外法蘭的兩個側(cè)法蘭；
[0010]壓緊桿，每個壓緊桿都包括將撐靠該纖維增強件的覆蓋在中央壁與心軸的法蘭之間所形成角的部分的拐角，角以及將固定在心軸的相應(yīng)法蘭上的聯(lián)接法蘭；
[0011]柔軟包層，其形成一將至少被施加到該纖維增強件的覆蓋心軸的中央壁的部分的真空內(nèi)襯；以及[0012]用于在該纖維增強件的一個縱向端將樹脂注入到在該真空內(nèi)襯與該心軸之間所限定的空間中，并在一相對端提取它的設(shè)備。
[0013]一旦完成了纏繞操作并在放置真空內(nèi)襯之前，根據(jù)本發(fā)明的心軸的壓緊桿被定位。這些壓緊桿確保了在設(shè)置真空之前均勻壓實覆蓋所述法蘭角的纖維增強件的部分。以這種方式，在設(shè)置真空的該操作過程中，可防止在纖維增強件層之間形成樹脂塊的任何風(fēng)險。
[0014]同樣，壓緊桿將被直接地固定到浸潰心軸上，其適當?shù)睾头磸?fù)地控制待制造外殼的外法蘭的幾何形狀。
[0015]心軸優(yōu)選包括至少一個樹脂注入孔，該孔在纖維增強件的一縱向端上在真空內(nèi)襯和心軸之間所限定的空間內(nèi)側(cè)終止；以及至少一個樹脂提取孔，該孔設(shè)置在與樹脂注入孔終止之處相對的纖維增強件的縱向端上。
[0016]在這種情況下，就可以在心軸的一個法蘭上形成樹脂注入孔并且可在另一法蘭上形成樹脂提取孔。有利地，樹脂注入孔在所稱的注入壓縮桿的拐角處終止，而樹脂提取孔在所稱的提取相對壓緊桿的下游終止。
[0017]提取壓緊桿的聯(lián)接法蘭可包括確保樹脂通過的凹槽。
[0018]所述真空內(nèi)襯也可應(yīng)用到壓緊桿，并通過其自由端緊密地固定到心軸的法蘭上。
[0019]壓緊桿的聯(lián)接法蘭優(yōu)選緊密地固定在心軸的法蘭上。
[0020]對于心軸的每個法蘭，可存在四個壓緊桿，它們可設(shè)置為端到端，成角度地覆蓋心軸的整個圓周。
[0021]本發(fā)明的另一目的是一種在浸潰心軸上的纖維結(jié)構(gòu)的纏繞機，包括由三維編織制成的其上將存儲纖維結(jié)構(gòu)的收緊心軸，該收緊心軸具有大致水平的旋轉(zhuǎn)軸，如之前所限定的浸潰心軸，該浸潰心軸具有與收緊心軸的旋轉(zhuǎn)軸平行的大致水平的旋轉(zhuǎn)軸，用于驅(qū)動心軸繞對它們的各自旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的電動機，以及用于驅(qū)動心軸旋轉(zhuǎn)的電動機控制單元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]參考描述一個沒有任何限制特征的實施例的附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將從以下的描述中顯現(xiàn)出來，其中:
[0023]圖1為在根據(jù)本發(fā)明的浸潰心軸上的纖維結(jié)構(gòu)的纏繞機的示意圖和側(cè)視圖；
[0024]圖2為在壓緊桿的放置過程中，圖1的纏繞機的浸潰心軸的視圖；
[0025]圖3為沿圖2的II1-1II的剖視圖；以及
[0026]圖4為在放置真空內(nèi)襯后，圖3的浸潰心軸的剖視圖。
【具體實施方式】
[0027]現(xiàn)在將生產(chǎn)在帶有燃氣渦輪的航空發(fā)動機內(nèi)的風(fēng)機外殼的應(yīng)用范圍內(nèi)描述本發(fā)明。
[0028]在可參考的文獻EP1961923中描述了這種風(fēng)機外殼的制造過程的一個示例。
[0029]該外殼由具有通過一種基質(zhì)來密化的纖維增強件的復(fù)合材料制成。該增強件由如碳、玻璃、芳族聚酰胺或陶瓷的纖維制成，并且該基質(zhì)由例如環(huán)氧化物，雙馬來酰亞胺或聚酰亞胺這樣的聚合物制成。[0030]簡要地，本文獻中描述的制造過程包括通過三維編織，使用收緊于滾筒(下文中稱為收緊心軸)上的鏈來制造一纖維結(jié)構(gòu)，該纖維結(jié)構(gòu)具有依照待制造外殼的輪廓。
[0031]所產(chǎn)生的纖維結(jié)構(gòu)隨后轉(zhuǎn)移到樹脂注入模具(下文中稱為浸潰心軸)的心軸，該心軸的外部輪廓對應(yīng)于待制造外殼的內(nèi)部輪廓。
[0032]在浸潰心軸上保持預(yù)制件同時，然后用樹脂進行浸潰。為此，一柔軟的包層(也稱為真空內(nèi)襯)緊密地施加到該預(yù)制件上，樹脂被注入到所得到的模具中。通過被設(shè)定在包含預(yù)制件的模具的外部和內(nèi)部之間(空氣真空)的壓力差來輔助浸潰。在浸潰后，執(zhí)行樹脂聚合步驟。
[0033]本發(fā)明應(yīng)用于任何類型的纏繞機，其功能是將存儲在收緊心軸上的纖維結(jié)構(gòu)自動地轉(zhuǎn)移到樹脂注入模具的浸潰心軸，如圖1所示。
[0034]可參考專利申請FR1153212(尚未公布)，其詳細描述了這種機器的結(jié)構(gòu)和操作。
[0035]簡要地，纏繞機10包括特別地支撐收緊心軸14和根據(jù)本發(fā)明的浸潰心軸100的框架12。這些心軸是可移動的，也就是說，它們可從框架上拆除。
[0036]收緊心軸14接收例如通過三維編織來制造的纖維結(jié)構(gòu)16。它由水平軸18承載，該水平軸的一端被安裝以在纏繞機的框架12上旋轉(zhuǎn),另一端f禹合到電動機20的輸出軸上，例如交流電的電機減速器。
[0037]由收緊心軸14、其軸18及其電機20構(gòu)成的該組件可沿著收緊心軸的旋轉(zhuǎn)軸相對于框架平移。在該纖維結(jié)構(gòu)在浸潰心軸上纏繞之前，收緊心軸平移的這種自由度使得此心軸對準在浸潰心軸上。
[0038]纏繞機的浸潰心軸100用于在疊加層內(nèi)接收存儲在收緊心軸上的纖維結(jié)構(gòu)。以本身已知的方式，它具有中央環(huán)形壁102,其中該外表面的輪廓對應(yīng)于待制造外殼的內(nèi)表面，以及兩個側(cè)法蘭104a，104b，其輪廓對應(yīng)于在其上游和下游端該外殼的外法蘭的輪廓，以使其可安裝和連接到其他元件上。
[0039]浸潰心軸由與收緊心軸的旋轉(zhuǎn)軸18平行的水平軸22所承載，其一端安裝為在纏繞機的框架12上旋轉(zhuǎn)，另一端耦合到例如通以交流電流的電機減速器這樣的電動機24的輸出軸上。
[0040]控制單元26連接到兩個心軸的電動機20，24并控制每個心軸的旋轉(zhuǎn)速度。更通常地，該控制單元控制纏繞機的操作參數(shù)的集合，尤其是當機動時收緊心軸的平移的位移。
[0041]具有該機器，纖維結(jié)構(gòu)在浸潰心軸上的纏繞如此實現(xiàn):收緊心軸的纖維結(jié)構(gòu)的自由端首先通過下文所述的一種用于通過夾緊來保持的裝置被固定在浸潰心軸上，然后用于驅(qū)動心軸旋轉(zhuǎn)的引擎被啟動并由控制單元控制，以在纖維結(jié)構(gòu)上施加足夠的纏繞張力。
[0042]然后可開始在疊加層內(nèi)在浸潰心軸上纖維結(jié)構(gòu)的纏繞，并沿圖1的箭頭F所標示的旋轉(zhuǎn)方向執(zhí)行。例如，可需要驅(qū)動4轉(zhuǎn)1/8以產(chǎn)生具有符合待制造外殼的規(guī)范厚度的纖維增強件28。
[0043]根據(jù)本發(fā)明，浸潰心軸100設(shè)置有在完成纏繞操作后由樹脂在真空襯套下確保浸潰的設(shè)備。
[0044]更準確地，如圖2-4所示，該浸潰心軸包括用于在纖維增強件28的部件的水平上被定位在心軸上的所稱的角壓緊桿，其中所述部件覆蓋在中央壁102和后者的法蘭104a，104b之間形成的角。[0045]這些桿包括用于被安裝在纖維增強件的覆蓋在心軸的中央壁和法蘭104a之間形成的角的部分上的第一系列的壓緊桿106a，以及用于被安裝在纖維增強件的覆蓋在心軸的中央壁和另一法蘭104b之間形成的角的部分上的第二系列的壓緊桿106b。
[0046]這些系列的壓緊桿106a，106b覆蓋心軸的整個圓周并分成扇形。因此，在圖2所示的示例中，每個系列包括四個壓緊桿，每個壓緊桿都延伸大約超過90°并有角地端接端放置，以覆蓋浸潰心軸的整個圓周。當然，每個系列的桿數(shù)量可不同。
[0047]每個壓緊桿106a，106b包括撐靠該纖維增強件的覆蓋在中央壁102與心軸的法蘭104a，104b之間形成的角的部分的拐角108a，以及用于固定到心軸的對應(yīng)法蘭上的聯(lián)接法蘭 110a,IlOb0
[0048]將壓緊桿放置在浸潰心軸上確保了在法蘭角的水平上均勻地壓實纖維增強件。例如，可通過使用張緊類型的特定工具確保該放置。
[0049]一旦就位，壓緊桿通過它們的聯(lián)接法蘭110a，IlOb以及通過例如螺釘112而被固定在浸潰心軸上。通過O形環(huán)接頭114和柱塞116的存在緊密地進行該固定，該O形環(huán)接頭114在被制成用于通過螺釘?shù)你@孔附近被定位在聯(lián)接法蘭的內(nèi)表面上，該柱塞116密封在聯(lián)接法蘭內(nèi)制成的用于通過相同螺釘?shù)拈_口。
[0050]形成真空內(nèi)襯的柔軟包層118隨后應(yīng)用到纖維增強件的至少覆蓋心軸的中央壁的部分上。如圖4所示，該真空內(nèi)襯118優(yōu)選同時在心軸的中央部分水平上應(yīng)用到纖維增強件，也還在其自由端的水平上覆蓋壓緊桿106a，106b,以緊密地固定到心軸的法蘭104a，104b上。用于制造真空內(nèi)襯118的材料例如為尼龍(材料的選擇將具體取決于樹脂溫度的等級)。
[0051]該浸潰心軸進一步包括用于將樹脂注入所產(chǎn)生模具的設(shè)備。為此，心軸的一個法蘭(這里為法蘭104a)包括至少一個樹脂注入孔120，該樹脂注入孔在對應(yīng)于壓緊桿106a(也稱為“注入壓緊桿”)的拐角108a與對應(yīng)法蘭104a之間所限定的空間122內(nèi)側(cè)終止。以這種方式，在被保持在心軸上的纖維增強件28的一個自由端的水平上進行了樹脂的注入。
[0052]在相對法蘭(在此具體為法蘭104b)的水平上提取樹脂。為此，該法蘭包括一個或多個提取孔124，該提取孔在與真空內(nèi)襯118相對的自由端與法蘭104b之間所限定的空間內(nèi)終止，該空間位于對應(yīng)壓緊桿106b (也稱為“提取壓縮桿”)的下游。這里下游是指被保持在心軸上的纖維增強件的兩個縱向末端之間相對于樹脂的流動。
[0053]為了使樹脂可從纖維增強件28穿至提取孔124，對其來說有必要越過該提取壓緊桿106b。在它們的內(nèi)表面的水平上，后者的聯(lián)接法蘭IlOb也具有徑向向外延伸并且尺寸使樹脂可通過的多個凹槽126 (參見圖3)。
[0054]而且，很明顯，通過在外部與由心軸和包含纖維增強件的內(nèi)襯所限定的空間之間形成壓力差，提取孔可用于建立內(nèi)襯118的真空。為此，可需要在真空內(nèi)襯與心軸的法蘭104b之間在該提取壓縮桿106b下游的其部分內(nèi)放置真空排水結(jié)構(gòu)(這種結(jié)構(gòu)防止真空直到提取孔的不連續(xù)性)。設(shè)置真空幫助樹脂注入操作。
[0055]一旦設(shè)置了真空，樹脂就被注入到由真空內(nèi)襯所覆蓋的浸潰心軸所形成的模具內(nèi)。在完成該操作時，就其本身所知的進行樹脂聚合步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造由復(fù)合材料制成的燃氣潤輪外殼的浸潰心軸，包括: 浸潰心軸(100)，一由纖維結(jié)構(gòu)疊加層形成的纖維增強件(28)用于保持于該浸潰心軸(100)上，該心軸包括一中央環(huán)形壁(102)，該中央環(huán)形壁(102)的輪廓對應(yīng)于待制造外殼的輪廓；以及兩個側(cè)法蘭(104a，104b)，它們的輪廓對應(yīng)于待制造外殼的外法蘭的輪廓； 壓緊桿(106a，106b)，每個所述壓緊桿都包括一個拐角(108a，108b)，該拐角用于撐靠所述纖維增強件的覆蓋在所述中央壁與所述心軸的法蘭之間形成的角的部分，以及用于固定在所述心軸的對應(yīng)法蘭上的聯(lián)接法蘭(110a，IlOb)； 柔軟包層(118)，該柔軟包層形成一真空內(nèi)襯，該真空內(nèi)襯將至少應(yīng)用到所述纖維增強件的覆蓋所述心軸的中央壁的該部分上；以及 用于在該纖維增強件的一個縱向端將樹脂注入到在所述真空內(nèi)襯與所述心軸之間所限定的空間(122)內(nèi)，并在相對端提取樹脂的設(shè)備(120，124)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心軸，包括至少一個樹脂注入孔(120)，該樹脂注入孔(120)在所述纖維增強件的一個縱向端上在所述真空內(nèi)襯與所述心軸之間所限定的空間內(nèi)側(cè)終止，以及至少一個樹脂提取孔(124)，該樹脂提取孔(124)被放置在與樹脂注入孔終止之處相對的所述纖維增強件的縱向端處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的心軸，其中，所述樹脂注入孔(120)形成于所述心軸的一個法蘭(104a)中，所述樹脂提取孔(124)形成于另一法蘭(104b)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的心軸，其中，所述樹脂注入孔(120)在所稱的注入壓縮桿(106a)的拐角(108a)處終止，而所述樹脂提取孔(124)在所述相對的提取壓緊桿(106b)的下游終止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的心軸，其中，所述提取壓緊桿(106b)的聯(lián)接法蘭(IlOb)包括確保樹脂通過的凹槽(126)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的心軸，其中，所述真空內(nèi)襯(118)也將應(yīng)用于所述壓緊桿(106a，106b)，并通過其自由端緊密地固定到所述心軸的法蘭上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的心軸，其中，所述壓緊桿(106a，106b)的聯(lián)接法蘭(110a, 110b)將緊密地固定到所述心軸的法蘭上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的心軸，其中，對于所述心軸的各法蘭，存在四個壓緊桿，所述四個壓緊桿有角度地端對端放置，以覆蓋所述心軸的整個圓周。
9.一種在浸潰心軸上的纖維結(jié)構(gòu)的纏繞機(10)，包括: 收緊心軸(14)，該收緊心軸(14)通過三維編織制成，在其上將存儲一纖維結(jié)構(gòu)(16)，該收緊心軸具有大致水平的旋轉(zhuǎn)軸(18)； 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述的浸潰心軸(100)，該浸潰心軸具有與所述收緊心軸的旋轉(zhuǎn)軸平行的大致水平的旋轉(zhuǎn)軸(22)； 電動機(20，24)，所述電動機(20，24)用于驅(qū)動所述心軸圍繞它們各自的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；以及 所述電動機的控制單元(26),所述控制單元(26)用于驅(qū)動所述心軸旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】F02C7/04GK103889693SQ201280052933
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月26日
【發(fā)明者】理查德·馬頓, 奧利維爾·帕特里根, 路易斯·貝特加 申請人:斯奈克瑪