本技術(shù)涉及飛行器渦輪機(jī)，特別是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。本技術(shù)涉及一種用于復(fù)合材料渦輪機(jī)輪葉的增強(qiáng)件、一種具有這種增強(qiáng)件的復(fù)合材料輪葉以及一種用于制造這種增強(qiáng)件和這種復(fù)合材料輪葉的方法。

背景技術(shù)：

1、飛行器通常包括至少一個(gè)渦輪機(jī)以提供推進(jìn)。

2、渦輪機(jī)包括至少一個(gè)風(fēng)扇或螺旋槳、至少一個(gè)壓縮機(jī)、燃燒室、至少一個(gè)渦輪以及排氣噴嘴。例如，渦輪機(jī)可以包括低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、高壓渦輪以及低壓渦輪。高壓渦輪經(jīng)由高壓軸使高壓壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，低壓渦輪經(jīng)由低壓軸使低壓壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)。低壓渦輪還可以直接經(jīng)由低壓軸或經(jīng)由被布置在低壓渦輪和風(fēng)扇之間的減速裝置使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，減速裝置由低壓軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

3、風(fēng)扇包括轂部和被固定到轂部的輪葉，風(fēng)扇輪葉可圍繞渦輪機(jī)的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。次級(jí)流整流器可以被布置在風(fēng)扇的下游。整流器包括位于風(fēng)扇輪葉下游的整流器輪葉，整流器輪葉是固定的，即相對(duì)于風(fēng)扇輪葉的縱向旋轉(zhuǎn)軸線在旋轉(zhuǎn)方面是固定的。

4、在管道式渦輪機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，風(fēng)扇容納在位于渦輪機(jī)的其余部分上游的風(fēng)扇殼體中。

5、在無(wú)管道式渦輪機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)(或無(wú)管道式風(fēng)扇或開(kāi)式轉(zhuǎn)子)中，風(fēng)扇是被布置在短艙外部的、在圍繞渦輪機(jī)的氣流中的無(wú)管道式螺旋槳。無(wú)管道式渦輪機(jī)可以包括兩個(gè)無(wú)管道式且反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇或螺旋槳(被稱為“無(wú)管道式風(fēng)扇(unducted?fan，udf)”)，或者替代地包括無(wú)管道式單個(gè)風(fēng)扇和包括多個(gè)整流器輪葉的整流器(被稱為“無(wú)管道式單個(gè)風(fēng)扇(unducted?single?fan，usf)。風(fēng)扇可以被布置在氣體發(fā)生器的后部以使風(fēng)扇是推動(dòng)型的，或者被布置在氣體發(fā)生器的前部以使風(fēng)扇是牽拉型的。無(wú)管道式渦輪機(jī)使得能夠非常顯著地增加涵道比，而不受旨在圍繞風(fēng)扇葉片的殼體或短艙的質(zhì)量的影響。

6、渦輪機(jī)可以是雙流渦輪機(jī)，在雙流渦輪機(jī)中，由風(fēng)扇吸入的空氣量被分成穿過(guò)至少一個(gè)壓縮機(jī)、燃燒室和至少一個(gè)渦輪的主流以及與主流同軸的次級(jí)流。渦輪機(jī)的涵道比對(duì)應(yīng)于主流流量與次級(jí)流流量之比。對(duì)涵道比進(jìn)行增加改進(jìn)了渦輪機(jī)的性能并且降低了渦輪機(jī)的燃料消耗率。這導(dǎo)致在等發(fā)動(dòng)機(jī)推力下輪葉(特別是風(fēng)扇輪葉和相關(guān)的定子輪葉)的直徑增加。這種尺寸的增加對(duì)于無(wú)管道式渦輪機(jī)而言甚至更重要，在無(wú)管道式渦輪機(jī)中，輪葉更大并且轉(zhuǎn)速更低。對(duì)輪葉的尺寸進(jìn)行增加導(dǎo)致輪葉(特別是定子輪葉)的質(zhì)量增加，這對(duì)渦輪機(jī)的性能是有害的。

7、為了減小輪葉的質(zhì)量，輪葉可以用有機(jī)基體復(fù)合材料設(shè)計(jì)，該有機(jī)基體復(fù)合材料包括嵌入有機(jī)基體中的纖維增強(qiáng)件。此外，有機(jī)基體可以是部分中空的，從而僅增強(qiáng)結(jié)構(gòu)部分。

8、如圖1所示，從現(xiàn)有技術(shù)已知的是管道式渦輪機(jī)的整流器輪葉100在內(nèi)平臺(tái)與外平臺(tái)之間徑向延伸，輪葉100通過(guò)該內(nèi)平臺(tái)被固定到渦輪機(jī)的內(nèi)殼體，輪葉100通過(guò)該外平臺(tái)被固定到渦輪機(jī)的外殼體。每個(gè)輪葉100包括由復(fù)合材料制成的葉片主體，該復(fù)合材料由具有三維編織物并且由基體致密化的纖維增強(qiáng)件組成。纖維增強(qiáng)件具有包括兩個(gè)部段200的端部部分，這兩個(gè)部段彼此斷開(kāi)直至纖維增強(qiáng)件的自由端部。葉片100還包括呈附加插入件300形式的間隙填充件或粗紗子部件，該附加插入件使得能夠填充纖維增強(qiáng)件的部段200之間的接合部處的自由空間。插入件300特別地可以由成形編織物制造。文獻(xiàn)fr?3063?514a1描述了這種整流器輪葉，該輪葉還包括具有π形截面的附加插入件。因此，輪葉可以由固體復(fù)合材料而不是諸如鈦的金屬材料制造，并且輪葉的質(zhì)量的增加會(huì)減少。

9、然而，插入件不滿足復(fù)合材料輪葉(特別是次級(jí)流整流器的三維(3d)編織有機(jī)基體復(fù)合材料輪葉)的新幾何形狀和結(jié)構(gòu)約束。實(shí)際上，附加插入件的目標(biāo)幾何形狀的變化(該變化必須具有非常顯著的厚度變化)使得該附加插入件使用已知技術(shù)制造(例如由成形編織物制造)是不可行的。

10、此外，在無(wú)管道式渦輪機(jī)中，將輪葉(特別是定子輪葉)僅通過(guò)輪葉的位于輪葉根部處的內(nèi)徑向端部而固定到渦輪機(jī)的殼體具有將所有力傳遞到輪葉根部區(qū)域中的結(jié)果，這導(dǎo)致輪葉根部的復(fù)合部分中的高水平的應(yīng)力。已知的附加插入件不能使得輪葉根部區(qū)域充分地局部增強(qiáng)，并且因此不能充分地限制在拉伸、壓縮和彎曲偏壓下纖維增強(qiáng)件的斷開(kāi)部段處的開(kāi)口和應(yīng)力。此外，由編織物制造的已知插入件具有太低的剛性，并且因此不能使得輪葉的整體剛度充分地增加，這導(dǎo)致屈曲的風(fēng)險(xiǎn)增加和整流器的頻率布置的劣化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提出一種用于復(fù)合材料渦輪機(jī)輪葉的增強(qiáng)件，該增強(qiáng)件使得能夠減小在輪葉的結(jié)構(gòu)區(qū)域處施加在輪葉上的應(yīng)力，并且使得能夠限制輪葉的質(zhì)量的增加。

2、本技術(shù)的另一目的是提出一種用于復(fù)合材料渦輪機(jī)輪葉的增強(qiáng)件，該增強(qiáng)件具有復(fù)雜幾何形狀和令人滿意的機(jī)械阻力性能。

3、本技術(shù)的另一目的是提出一種用于制造這種增強(qiáng)件的方法，該方法使得能夠快速生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的增強(qiáng)件。

4、為此，根據(jù)第一方面，提供了一種用于渦輪機(jī)的輪葉的增強(qiáng)件，輪葉包括由復(fù)合材料制成的第一外殼層和第二外殼層，第一外殼層和第二外殼層在輪葉的外端部處彼此連接，第一殼層包括第一內(nèi)端部部分，第二殼層包括第二內(nèi)端部部分，第一內(nèi)端部部分和第二內(nèi)端部部分彼此間隔開(kāi)，以在第一內(nèi)端部部分和第二內(nèi)端部部分之間界定輪葉的內(nèi)空腔，該內(nèi)空腔通向在輪葉的內(nèi)端部處的開(kāi)口，內(nèi)端部與外端部徑向相對(duì)，其中，增強(qiáng)件適于被布置在內(nèi)空腔中以封閉開(kāi)口，并且其中，增強(qiáng)件適于被布置在內(nèi)空腔中以封閉開(kāi)口，并且其中，增強(qiáng)件包括多個(gè)層的堆疊，每個(gè)層具有長(zhǎng)度、寬度和厚度，一個(gè)層沿著與多個(gè)層的厚度方向?qū)?yīng)的堆疊方向疊置在相鄰的層上。堆疊中的多個(gè)層中的至少兩個(gè)層具有不同的長(zhǎng)度和/或?qū)挾?，使得增?qiáng)件具有可變尺寸的輪廓。

5、可選地，增強(qiáng)件的多個(gè)層的堆疊可以包括具有第一長(zhǎng)度的第一層和具有第二長(zhǎng)度的第二層，該第二長(zhǎng)度嚴(yán)格地小于第一長(zhǎng)度，并且

6、-第二層可以被布置成比第一層更靠近增強(qiáng)件的中心，堆疊方向適于對(duì)應(yīng)于輪葉的厚度方向，或

7、-當(dāng)增強(qiáng)件被布置在輪葉的內(nèi)空腔中時(shí)，第一層適于被布置成比第二層更靠近輪葉的內(nèi)端部，堆疊方向適于對(duì)應(yīng)于輪葉的高度方向。

8、根據(jù)第二方面，本技術(shù)涉及一種渦輪機(jī)的輪葉，該輪葉包括由復(fù)合材料制成的第一外殼層和第二外殼層，第一外殼層和第二外殼層在輪葉的外端部處彼此連接，第一殼層包括第一內(nèi)端部部分，第二殼層包括第二內(nèi)端部部分，第一內(nèi)端部部分和第二內(nèi)端部部分彼此間隔開(kāi)，以在第一內(nèi)端部部分和第二內(nèi)端部部分之間界定輪葉的內(nèi)空腔，該內(nèi)空腔通向在輪葉的內(nèi)端部處的開(kāi)口，內(nèi)端部與外端部徑向相對(duì)，輪葉還包括根據(jù)第一方面的增強(qiáng)件，增強(qiáng)件具有與內(nèi)空腔在開(kāi)口處的尺寸大體上對(duì)應(yīng)的尺寸，增強(qiáng)件被布置在內(nèi)空腔中，以封閉開(kāi)口。

9、根據(jù)第二方面的輪葉的一些優(yōu)選但非限制性的特征是被單獨(dú)采用或以任何技術(shù)上可能的組合采用的以下特征：

10、-輪葉包括空氣動(dòng)力學(xué)輪廓葉片和根部，該空氣動(dòng)力學(xué)輪廓葉片適于在渦輪機(jī)運(yùn)行時(shí)被布置在空氣流中以產(chǎn)生升力，該根部被構(gòu)造成在輪葉的內(nèi)端部處固定到包括輪葉的輪葉部的轂部，第一內(nèi)端部部分和第二內(nèi)端部部分適于一起限定根部的外壁和輪葉的葉片的至少一部分的外壁，使得內(nèi)空腔包括根部部分和葉片部分，并且增強(qiáng)件包括被布置在內(nèi)空腔的根部部分中的根部部分和被布置在內(nèi)空腔的葉片部分中的葉片部分。

11、-輪葉還包括填充材料，該填充材料被布置在內(nèi)空腔中且徑向地位于增強(qiáng)件與輪葉的外端部之間。

12、根據(jù)第三方面，本技術(shù)涉及一種無(wú)管道式渦輪機(jī)，該無(wú)管道式渦輪機(jī)包括：

13、-殼體；

14、-風(fēng)扇，該風(fēng)扇具有風(fēng)扇的轂部和風(fēng)扇的與風(fēng)扇的轂部成一體的外周葉片，該風(fēng)扇的轂部具有轂部的下游部分，該下游部分被殼體的上游部分的內(nèi)表面圍繞并且從殼體的上游部分突出，風(fēng)扇的轂部能夠相對(duì)于殼體的上游部分圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)地安裝；以及

15、-至少一個(gè)根據(jù)第二方面的整流器輪葉，所述輪葉相對(duì)于風(fēng)扇的外周葉片位于下游，所述輪葉在輪葉的內(nèi)端部處安裝在殼體的上游部分的外表面上，增強(qiáng)件被布置在輪葉的內(nèi)端部處。

16、根據(jù)第四方面，本技術(shù)涉及一種用于制造用于渦輪機(jī)的輪葉的根據(jù)第一方面的增強(qiáng)件的方法，該方法包括以下步驟：

17、e1：在碳?jí)|中切割多個(gè)層的組，每個(gè)層具有長(zhǎng)度、寬度和厚度，該組中的多個(gè)層中的至少兩個(gè)層具有不同的長(zhǎng)度和/或?qū)挾龋?/p>

18、e3：通過(guò)將一個(gè)層沿著多個(gè)層的厚度方向疊置在相鄰的層上來(lái)對(duì)該組中的多個(gè)層進(jìn)行堆疊，以產(chǎn)生具有可變尺寸的輪廓的堆疊；以及

19、e4：將多個(gè)層的堆疊壓實(shí)。

20、可選地，該方法還可以包括以下步驟：

21、e2：在切割步驟e1之后并且在堆疊步驟e3之前對(duì)層多個(gè)進(jìn)行加濕；以及e5：對(duì)在步驟e4期間壓實(shí)的多個(gè)層的堆疊進(jìn)行干燥；

22、可選地，多個(gè)層可以在步驟e3期間在成形模具中堆疊，多個(gè)層可以在步驟e4期間在成形模具中壓實(shí)，并且該方法還可以包括對(duì)壓實(shí)的多個(gè)層的堆疊進(jìn)行冷脫模的步驟e6。

23、根據(jù)第五方面，本技術(shù)涉及一種用于制造渦輪機(jī)的根據(jù)第二方面的輪葉的方法，該方法包括以下步驟：

24、制造復(fù)合材料輪葉的復(fù)合材料預(yù)制件，所述預(yù)制件包括由復(fù)合材料制成的第一外殼層和第二外殼層，第一外殼層和第二外殼層在輪葉的外端部處彼此連接，第一殼層包括第一內(nèi)端部部分，第二殼層包括第二內(nèi)端部部分，第一內(nèi)端部部分和第二內(nèi)端部部分彼此間隔開(kāi)，以在第一內(nèi)端部部分和第二內(nèi)端部部分之間界定輪葉的內(nèi)空腔，該內(nèi)空腔通向在輪葉的內(nèi)端部處的開(kāi)口，內(nèi)端部與外端部徑向相對(duì)；

25、通過(guò)根據(jù)第四方面的方法來(lái)制造增強(qiáng)件，增強(qiáng)件具有與內(nèi)空腔在開(kāi)口處的尺寸大體上相同的尺寸；

26、將增強(qiáng)件布置在輪葉的預(yù)制件的內(nèi)空腔中，以封閉開(kāi)口；以及

27、將樹(shù)脂注射到包括輪葉的預(yù)制件和增強(qiáng)件的組件中。