【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及飞行器涡轮机，特别是涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。本申请涉及一种用于复合材料涡轮机轮叶的增强件、一种具有这种增强件的复合材料轮叶以及一种用于制造这种增强件和这种复合材料轮叶的方法。
技术介绍
1、飞行器通常包括至少一个涡轮机以提供推进。
2、涡轮机包括至少一个风扇或螺旋桨、至少一个压缩机、燃烧室、至少一个涡轮以及排气喷嘴。例如，涡轮机可以包括低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮以及低压涡轮。高压涡轮经由高压轴使高压压缩机旋转，低压涡轮经由低压轴使低压压缩机旋转。低压涡轮还可以直接经由低压轴或经由被布置在低压涡轮和风扇之间的减速装置使风扇旋转，减速装置由低压轴进行旋转。
3、风扇包括毂部和被固定到毂部的轮叶，风扇轮叶可围绕涡轮机的纵向轴线旋转。次级流整流器可以被布置在风扇的下游。整流器包括位于风扇轮叶下游的整流器轮叶，整流器轮叶是固定的，即相对于风扇轮叶的纵向旋转轴线在旋转方面是固定的。
4、在管道式涡轮机或涡轮喷气发动机中，风扇容纳在位于涡轮机的其余部分上游的风扇壳体中。
5、在无管道式涡轮机或涡轮螺旋桨发动机(或无管道式风扇或开式转子)中，风扇是被布置在短舱外部的、在围绕涡轮机的气流中的无管道式螺旋桨。无管道式涡轮机可以包括两个无管道式且反向旋转的风扇或螺旋桨(被称为“无管道式风扇(unducted fan，udf)”)，或者替代地包括无管道式单个风扇和包括多个整流器轮叶的整流器(被称为“无管道式单个风扇(unducted single fan，usf)。风扇可以被布置
6、涡轮机可以是双流涡轮机，在双流涡轮机中，由风扇吸入的空气量被分成穿过至少一个压缩机、燃烧室和至少一个涡轮的主流以及与主流同轴的次级流。涡轮机的涵道比对应于主流流量与次级流流量之比。对涵道比进行增加改进了涡轮机的性能并且降低了涡轮机的燃料消耗率。这导致在等发动机推力下轮叶(特别是风扇轮叶和相关的定子轮叶)的直径增加。这种尺寸的增加对于无管道式涡轮机而言甚至更重要，在无管道式涡轮机中，轮叶更大并且转速更低。对轮叶的尺寸进行增加导致轮叶(特别是定子轮叶)的质量增加，这对涡轮机的性能是有害的。
7、为了减小轮叶的质量，轮叶可以用有机基体复合材料设计，该有机基体复合材料包括嵌入有机基体中的纤维增强件。此外，有机基体可以是部分中空的，从而仅增强结构部分。
8、如图1所示，从现有技术已知的是管道式涡轮机的整流器轮叶100在内平台与外平台之间径向延伸，轮叶100通过该内平台被固定到涡轮机的内壳体，轮叶100通过该外平台被固定到涡轮机的外壳体。每个轮叶100包括由复合材料制成的叶片主体，该复合材料由具有三维编织物并且由基体致密化的纤维增强件组成。纤维增强件具有包括两个部段200的端部部分，这两个部段彼此断开直至纤维增强件的自由端部。叶片100还包括呈附加插入件300形式的间隙填充件或粗纱子部件，该附加插入件使得能够填充纤维增强件的部段200之间的接合部处的自由空间。插入件300特别地可以由成形编织物制造。文献fr 3063 514a1描述了这种整流器轮叶，该轮叶还包括具有π形截面的附加插入件。因此，轮叶可以由固体复合材料而不是诸如钛的金属材料制造，并且轮叶的质量的增加会减少。
9、然而，插入件不满足复合材料轮叶(特别是次级流整流器的三维(3d)编织有机基体复合材料轮叶)的新几何形状和结构约束。实际上，附加插入件的目标几何形状的变化(该变化必须具有非常显著的厚度变化)使得该附加插入件使用已知技术制造(例如由成形编织物制造)是不可行的。
10、此外，在无管道式涡轮机中，将轮叶(特别是定子轮叶)仅通过轮叶的位于轮叶根部处的内径向端部而固定到涡轮机的壳体具有将所有力传递到轮叶根部区域中的结果，这导致轮叶根部的复合部分中的高水平的应力。已知的附加插入件不能使得轮叶根部区域充分地局部增强，并且因此不能充分地限制在拉伸、压缩和弯曲偏压下纤维增强件的断开部段处的开口和应力。此外，由编织物制造的已知插入件具有太低的刚性，并且因此不能使得轮叶的整体刚度充分地增加，这导致屈曲的风险增加和整流器的频率布置的劣化。
技术实现思路
1、本申请的目的是提出一种用于复合材料涡轮机轮叶的增强件，该增强件使得能够减小在轮叶的结构区域处施加在轮叶上的应力，并且使得能够限制轮叶的质量的增加。
2、本申请的另一目的是提出一种用于复合材料涡轮机轮叶的增强件，该增强件具有复杂几何形状和令人满意的机械阻力性能。
3、本申请的另一目的是提出一种用于制造这种增强件的方法，该方法使得能够快速生产具有复杂几何形状的增强件。
4、为此，根据第一方面，提供了一种用于涡轮机的轮叶的增强件，轮叶包括由复合材料制成的第一外壳层和第二外壳层，第一外壳层和第二外壳层在轮叶的外端部处彼此连接，第一壳层包括第一内端部部分，第二壳层包括第二内端部部分，第一内端部部分和第二内端部部分彼此间隔开，以在第一内端部部分和第二内端部部分之间界定轮叶的内空腔，该内空腔通向在轮叶的内端部处的开口，内端部与外端部径向相对，其中，增强件适于被布置在内空腔中以封闭开口，并且其中，增强件适于被布置在内空腔中以封闭开口，并且其中，增强件包括多个层的堆叠，每个层具有长度、宽度和厚度，一个层沿着与多个层的厚度方向对应的堆叠方向叠置在相邻的层上。堆叠中的多个层中的至少两个层具有不同的长度和/或宽度，使得增强件具有可变尺寸的轮廓。
5、可选地，增强件的多个层的堆叠可以包括具有第一长度的第一层和具有第二长度的第二层，该第二长度严格地小于第一长度，并且
6、-第二层可以被布置成比第一层更靠近增强件的中心，堆叠方向适于对应于轮叶的厚度方向，或
7、-当增强件被布置在轮叶的内空腔中时，第一层适于被布置成比第二层更靠近轮叶的内端部，堆叠方向适于对应于轮叶的高度方向。
8、根据第二方面，本申请涉及一种涡轮机的轮叶，该轮叶包括由复合材料制成的第一外壳层和第二外壳层，第一外壳层和第二外壳层在轮叶的外端部处彼此连接，第一壳层包括第一内端部部分，第二壳层包括第二内端部部分，第一内端部部分和第二内端部部分彼此间隔开，以在第一内端部部分和第二内端部部分之间界定轮叶的内空腔，该内空腔通向在轮叶的内端部处的开口，内端部与外端部径向相对，轮叶还包括根据第一方面的增强件，增强件具有与内空腔在开口处的尺寸大体上对应的尺寸，增强件被布置在内空腔中，以封闭开口。
9、根据第二方面的轮叶的一些优选但非限制性的特征是被单独采用或以任何技术上可能的组合采用的以下特征：
10、-轮叶包括空气动力学轮廓叶片和根部，该空气动力学轮廓叶片适于在涡轮机运行时被布置在空气流中以产生升力，该根部被构造成在轮叶的内端部处固本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于涡轮机(100)的轮叶(1)的增强件(6)，所述轮叶(1)包括由复合材料制成的第一外壳层(2)和第二外壳层(3)，所述第一外壳层和所述第二外壳层在所述轮叶(1)的外端部(12)处彼此连接，所述第一壳层(2)包括第一内端部部分(21)，所述第二壳层(3)包括第二内端部部分(31)，所述第一内端部部分(21)和所述第二内端部部分(31)彼此间隔开，以在所述第一内端部部分和所述第二内端部部分之间界定所述轮叶(1)的内空腔(4)，所述内空腔通向在所述轮叶(1)的内端部(11)处的开口(5)，所述内端部(11)与所述外端部(12)径向相对，其中，所述增强件(6)适于被布置在所述内空腔(4)中以封闭所述开口(5)，并且其中，所述增强件(6)包括多个层(61)的堆叠，每个层(61)具有长度(Pl)、宽度(PL)和厚度(Pe)，一个层(61)沿着与所述多个层(61)的厚度方向(Pe)对应的堆叠方向(De)叠置在相邻的层(61)上，所述堆叠中的多个层(61)中的至少两个层具有不同的长度(Pl)和/或宽度(PL)，使得所述增强件(6)具有可变尺寸的轮廓，所述增强件(6)在所述轮叶(1)的
2.根据权利要求1所述的增强件，其中，所述增强件(6)的多个层的堆叠包括具有第一长度(Pl1)的第一层(611)和具有第二长度(Pl2)的第二层(612)，所述第二长度严格地小于所述第一长度(Pl1)，并且其中：
3.一种涡轮机(100)的轮叶(1)，所述轮叶包括由复合材料制成的第一外壳层(2)和第二外壳层(3)，所述第一外壳层和所述第二外壳层在所述轮叶(1)的外端部(12)处彼此连接，所述第一壳层(2)包括第一内端部部分(21)，所述第二壳层(3)包括第二内端部部分(31)，所述第一内端部部分(21)和所述第二内端部部分(31)彼此间隔开，以在所述第一内端部部分和所述第二内端部部分之间界定所述轮叶(1)的内空腔(4)，所述内空腔通向在所述轮叶(1)的内端部(11)处的开口(5)，所述内端部(11)与所述外端部(12)径向相对，所述轮叶(1)还包括根据权利要求1或2所述的增强件(6)，其中，所述增强件(6)具有与所述内空腔(4)在所述开口(5)处的尺寸大体上对应的尺寸，所述增强件(6)被布置在所述内空腔(4)中，以封闭所述开口(5)。
4.根据权利要求3所述的轮叶(1)，所述轮叶包括空气动力学轮廓叶片(13)和根部(14)，所述空气动力学轮廓叶片适于在所述涡轮机(100)运行时被布置在空气流中以产生升力，所述根部被构造成在所述轮叶(1)的所述内端部(11)处固定到包括所述轮叶(1)的轮叶部的毂部，其中，所述第一内端部部分(21)和所述第二内端部部分(31)适于一起限定所述根部(14)的外壁和所述轮叶(1)的所述叶片(13)的至少一部分的外壁，使得所述内空腔(4)包括根部部分和叶片部分，并且所述增强件(6)包括被布置在所述内空腔(4)的所述根部部分中的根部部分和被布置在所述内空腔(4)的所述叶片部分中的叶片部分。
5.根据权利要求3或4所述的轮叶(1)，所述轮叶还包括填充材料(41)，所述填充材料被布置在所述内空腔(4)中且径向地位于所述增强件(6)与所述轮叶(1)的所述外端部(12)之间。
6.一种无管道式涡轮机(100)，所述无管道式涡轮机包括：
7.一种用于制造用于涡轮机(100)的轮叶(1)的根据权利要求1或2所述的增强件(6)的方法，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制造方法，所述制造方法还包括以下步骤：
9.根据权利要求7或8所述的制造方法，其中，所述多个层(61)在步骤E3期间在成形模具中堆叠，所述多个层(61)在步骤E4期间在所述成形模具中压实，并且其中，所述方法还包括对压实的多个层(61)的堆叠进行冷脱模的步骤E6。
10.一种用于制造涡轮机(100)的根据权利要求3至5中任一项所述的轮叶(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于涡轮机(100)的轮叶(1)的增强件(6)，所述轮叶(1)包括由复合材料制成的第一外壳层(2)和第二外壳层(3)，所述第一外壳层和所述第二外壳层在所述轮叶(1)的外端部(12)处彼此连接，所述第一壳层(2)包括第一内端部部分(21)，所述第二壳层(3)包括第二内端部部分(31)，所述第一内端部部分(21)和所述第二内端部部分(31)彼此间隔开，以在所述第一内端部部分和所述第二内端部部分之间界定所述轮叶(1)的内空腔(4)，所述内空腔通向在所述轮叶(1)的内端部(11)处的开口(5)，所述内端部(11)与所述外端部(12)径向相对，其中，所述增强件(6)适于被布置在所述内空腔(4)中以封闭所述开口(5)，并且其中，所述增强件(6)包括多个层(61)的堆叠，每个层(61)具有长度(pl)、宽度(pl)和厚度(pe)，一个层(61)沿着与所述多个层(61)的厚度方向(pe)对应的堆叠方向(de)叠置在相邻的层(61)上，所述堆叠中的多个层(61)中的至少两个层具有不同的长度(pl)和/或宽度(pl)，使得所述增强件(6)具有可变尺寸的轮廓，所述增强件(6)在所述轮叶(1)的径向方向(r)上具有大于15(+/-5)gpa的刚性值。
2.根据权利要求1所述的增强件，其中，所述增强件(6)的多个层的堆叠包括具有第一长度(pl1)的第一层(611)和具有第二长度(pl2)的第二层(612)，所述第二长度严格地小于所述第一长度(pl1)，并且其中：
3.一种涡轮机(100)的轮叶(1)，所述轮叶包括由复合材料制成的第一外壳层(2)和第二外壳层(3)，所述第一外壳层和所述第二外壳层在所述轮叶(1)的外端部(12)处彼此连接，所述第一壳层(2)包括第一内端部部分(21)，所述第二壳层(3)包括第二内端部部分(31)，所述第一内端部部分(21)和所述第二内端部部分(31)彼此间隔开，以在所述第一内端部部分和所述第二内端部部分之间界定所述轮叶(1)的内空腔(4)，所述内空腔通向在所述轮叶...
【专利技术属性】
技术研发人员：西莉亚·伊格莱西亚斯·卡诺，多米尼克·玛丽·克里斯蒂安·库普，尼古拉斯·沃特，诺米·斯蒂恩贝克尔，
申请(专利权)人：赛峰集团，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。