用于渦輪機空心葉片的纖維預成形件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于空心渦輪引擎葉片的纖維預成形件、該空心葉片和還有制造該空心葉片的方法。本說明書還涉及渦輪弓I擎和包括此空心葉片的飛機。
[0002]在例子中，此預成形件可以用于制造后渦輪定子的空心葉片或渦輪引擎的某一其他模塊的空心葉片。
【背景技術】
[0003]因為燃料的高價，最近以來一直花費了巨大的努力來減少飛機渦輪噴氣發動機的燃料消耗。對該消耗具有影響的主要因素是飛機的重量及其裝備，該裝備中的某一個包括渦輪噴氣發動機本身。
[0004]因此，過去幾年以來，新材料一直在飛機渦輪噴氣發動機中出現，并能夠獲得重量的大量降低。這尤其應用于同時提供良好的機械強度和相對于傳統所使用的金屬材料提供低重量的復合材料:新一代的渦輪噴氣發動機因此包括大量的由此復合材料制成的零件。
[0005]用于減少重量的另一技術尋求簡化特定零件的形狀或消除多余的某些實施例。尤其是，可以挖空傳統中是實心的特定零件。這尤其應用至特定葉片，特別是后渦輪定子的葉片，所述葉片在新一代的渦輪引擎中是中空的。
[0006]在這種情況下，理論上可以結合由通過使該中空葉片由復合材料制成而降低重量的那兩種方法所獲得的優點。然而，使用復合材料制造中空零件的方法是昂貴、復雜且不令人滿意的。
[0007]尤其是，已知的方法由以下組成:編織多個二維織物，通過堆疊它們而使它們成形，以及然后通過共燒結來將它們結合。然而，該方法在共同地形成該堆疊的片的同時要求大量的織物片被編織并增加了難度，由于它們分層的結構，這導致零件具有結構弱點。
[0008]因此，這就存在對以下的真正的需要:用于中空渦輪引擎葉片的纖維預成形件，此中空葉片，以及制造此中空葉片的方法，它們至少某一程度上不具有上述已知方法的內在缺陷。
【發明內容】
[0009]本說明書涉及一種用于中空渦輪引擎葉片的纖維預成型件，該預成形件包括:第一纖維結構，所述第一纖維結構通過三維編織獲得并包括至少一個主要適于形成翼面的壓力側壁的主縱向部分;第二纖維結構，所述第二纖維結構通過三維編織獲得并包括至少一個主要適于形成翼面的吸力側壁的主縱向部分;其中第一纖維結構和第二纖維結構中的每個還包括:第一互連區域，所述第一互連區域沿著其主縱向部分的前邊緣延伸，該第一區域相互為一體并形成預成形件的第一互連部分；以及第二互連區域，所述第二互連區域沿著其主縱向部分的后邊緣延伸，該第二區域相互為一體并形成預成形件的第二互連部分;其中第一纖維結構和第二纖維結構的主縱向部分被分離，以在所述主縱向部分之間留下適合用于形成中空翼面的一間隙。
[0010]利用該預成形件，由于其中空并且因為使用復合材料，因此可以獲得重量尤其輕的中空葉片。
[0011]此外，由于進行三維編織，因此該中空葉片具有帶有非常良好機械性能的單件結構。該零件的各向異性也被減少，從而具有高的機械強度，無論應力所施加的方向如何。尤其是，纖維的該三維網絡使其能夠抵抗剪力，而不存在任何分層風險，不像例如共燒纖維件的堆疊。
[0012]利用該預成形件，制造該中空葉片的方法也被簡化。該預成形件僅僅需要涉及單一編織步驟，所述單一編織步驟使用如目前在本領域眾做周知的三維織布機，從而減少了總體成本和需要用于制造該中空葉片的時間。如果合適，在相同的單一編織步驟中，也可以將其環境的其他元件合并至例如平臺或緊固件法蘭的預成形件中，所述平臺或緊固件法蘭然后與中空葉片一體地一起形成。
[0013]優選地，第一互連區域全都沿著它們的各自的主縱向部分的前邊緣延伸，第二互連區域全都沿著它們各自的主縱向部分的后邊緣延伸。
[0014]在本說明書中，術語“縱向的”、“橫向的”、“底部”、“頂部”和它們的派生詞相對于葉片的主方向而定義。而且，當應用至預成形件時，一旦預成形件成形，它們就相對于該預成形件來定義。術語“軸向的”、“徑向的”、“切向的”、“內部的”、“外部的”及其它們的派生詞相對于渦輪引擎的主軸線來定義。最后，術語“上游”和“下游”在整個渦輪引擎中相對于氣流來定義。
[0015]在特定實施例中，第一纖維結構和第二纖維結構的第一互連區域以互連的方共同地被編織，和/或第一纖維結構和第二纖維結構的第二互連區域以互連的方式共同地被編織;第一纖維結構和第二纖維結構的主縱向部分以非互連的方式共同地被編織。以該方式，得利于粘合的纖維的三維格子的預成形件和因此所獲得的中空葉片包括在互連區域中:這用來提高互連區域的機械強度和因此所獲得的葉片的前邊緣和后邊緣的機械強度。
[0016]在特定實施例中，在第一纖維結構和第二纖維結構的第一互連區域中和/或在第一纖維結構和第二纖維結構的第二互連區域中使用交錯的層。這進一步改進了第一纖維結構和第二纖維結構的粘合。
[0017]在其他實施例中，第一纖維結構和第二纖維結構的第一互連區域以非互連的方式被編織并且它們被縫在一起，和/或第一纖維結構和第二纖維結構的第二互連區域以非互連的方式被編織并且它們被縫在一起。
[0018]在其他實施例中，第一纖維結構和第二纖維結構的第一互連區域以非互連的方式被編織并且它們被粘附地粘合在一起，和/或第一纖維結構和第二纖維結構的第二互連區域以非互連的方式被編織并且它們被粘附地粘合在一起。
[0019]在特定實施例中，纖維結構的至少一個還包括至少一個徑向部分，該徑向部分從其主縱向部分的底部邊緣或頂部邊緣延伸，并適于形成一平臺或一緊固件法蘭。如上所述，這使得可在單一步驟中制造與中空葉片一體的平臺或緊固件法蘭。因此提高了尤其在葉片與法蘭的平臺之間的界面處的整體機械強度。此外，這使得可減少所需要的零件，尤其是緊固件零件的數量，從而減少整體重量和成本。
[0020]在特定實施例中，所述徑向部分均沿著所述主縱向部分的所述底部邊緣或頂部邊緣延伸。
[0021]在特定實施例中，至少所述纖維結構還包括至少一個次縱向部分，該次縱向部分從所述徑向部分的邊緣延伸并適于形成緊固件法蘭
[0022]在特定實施例中，纖維結構的至少一個包括重疊部分，當纖維結構攤開時，該重疊部分位于所述纖維結構的第一互連區域的至少一部分的前方或在所述纖維結構的第二互連區域的至少一部分的后方，在正在討論中的所述重疊部分與互連區域之間留下一間隙。當纖維結構在編織的末端被獲得時，該間隙可以從該纖維結構切割。這使得可制造平臺部分或法蘭部分，該平臺部分或法蘭部分越過中空葉片的弦平面而突出。因此還可以制造重疊區域，其中兩個纖維結構一旦成形就相互重疊，從而使最終完整的平臺或緊固件法蘭能夠獲得更好的粘結和更大的強度。
[0023]在特定實施例中，第一互連部分和/或第二互連部分在其底部和/或其尖端處，而不是在其中間中具有更小的寬度。在底部或尖端處的更小的寬度用來限制在該零件的該區域中所需要的加工的量;該區域由于在前邊緣或后邊緣與平臺之間的連接而是敏感的。然而，更大的寬度可以在互連區域的中間