[发明专利]纤维增强复合材料航空发动机风扇包容环

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机机匣技术领域，具体涉及一种纤维增强复合材料航空发动机风扇包容环。

背景技术

航空发动机非包容事故会导致机毁人亡的严重空难。如果高速高能的危险碎片穿透机匣飞出，会击伤飞机的机舱、油箱、液压管路和电器控制线路等，导致机舱失压、油箱泄漏起火、飞机操控失灵等二次破坏，严重危及飞行安全。可见航空发动机机匣的包容能力对于飞机的安全性是至关重要的，因此关于高强度和高性能机匣的研究一直方兴未艾。

航空发动机包容机匣包括位于发动机风扇叶片外围的包容环，相对于发动机其它部位的包容机匣来说包容环的性能要求更高。早期包容环普遍采用具有高强度结构的钢或者铝合金/钛合金为材料，具有强度高、韧性好，防护效果好的优点。但是钢、铝合金、钛合金材料的密度和质量都很大，制成的包容环极为笨重，逐渐被质量和结构轻巧、包容能力强的高强度纤维缠绕增强包容环和全复合材料包容环所取代。

现有纤维缠绕增强包容环由纤维增强环氧树脂制成，一般为在内衬金属层外缠绕树脂浸湿的高强度纤维丝或纤维束，将预浸渍好树脂的纤维丝或纤维束按设计好的缠绕方向分层缠绕后固化成型即可。其缠绕过程可以采用手工或者纤维缠绕机执行，但该方法缠绕过程复杂，缠绕圈数多，消耗工时，而且由于是通过纤维丝或纤维束直接缠绕的，纤维层间强度低，弱化了机匣的包容性能。同时，缠绕时纤维层中纤维和基体界面间比较容易出现缺陷和气孔，工艺难以控制。

全复合材料包容环通常采用编织布交叉缠绕层合的方式或者三维编织的方式制备。与层合方式制备的包容环相比，三维编织全复合材料包容环在厚度方向具有较高的剪切强度和断裂韧性，减少了分层破坏对包容环包容能力的削弱，但是需要采用三维立体织造技术，其加工方法繁琐，生产周期长，成本很高。传统的编织布缠绕增强的复合材料包容环，虽然制造方便，但是由于包容环两端的纤维不连续，在高速冲击载荷下，包容环承受拉应力的纤维很容易出现松弛，导致结构松垮，降低包容性能。三维编织全复合材料结构的损伤模式和破坏准则目前仍然没有准确的认识和把握，针对承受高速冲击载荷的包容环，不得不采用大裕度的载荷设计措施，这也妨碍了三维编织全复合材料包容环的应用。

中国专利200610113400.9中公开了一种纤维增强的金属/陶瓷层状复合包容机匣，其具有至少一个金属层/纤维层/陶瓷层三明治结构，其中三明治结构是在高温下通过活性铸接工艺、粉末烧结工艺、活性金属钎焊工艺将金属层、纤维层和陶瓷层焊接在一起。该包容机匣硬度高、韧性好、重量轻，具有较好的防护高速物体冲击的能力，可广泛应用在各种类型的涡轮风扇航空发动机中上。但是该类机匣制备工艺复杂，成本较高，而且金属/陶瓷层的力学性能缺乏完善的强度准则，设计机匣时很大程度上需要采用比较大的载荷裕度和安全系数，制约了其应用。

目前常用的热固性复合材料制件的生产方法主要包括手糊成型，手糊袋压成型，喷射成型，缠绕、拉挤成型，树脂传递模塑成型(RTM)，树脂胶膜浸润成型(RFI)以及预浸料/热压罐成型和模压成型等。其中预浸料/热压罐成型工艺由于施工简便，对工人的技能要求不高，生产效率高，制品具有更高的致密度，性能更稳定且强度好，得到了广泛的应用；其步骤一般包括：根据铺层设计、按施工工艺要求在模具上进行缠绕铺贴，接着进行制袋，以使其内部处于真空状态并产生负压，最终消除成型过程中的孔隙率，制袋完成后，送入热压罐中，在80～180℃的温度下，2～5个大气压的压力下，整个固化过程持续6～8h即固化成型。

发明内容

本发明提供了一种纤维增强复合材料航空发动机风扇包容环，其以连续缠绕的压平的纤维束二维编织管为骨架，辅以树脂固化制备而成，具有强度高、韧性好、重量轻且抗撞击分层能力和包容能力优异的特点。

一种纤维增强复合材料航空发动机风扇包容环，该包容环由纤维增强树脂基复合材料制成，所述的纤维为压平的纤维束二维编织管，所述的纤维束二维编织管沿长度方向绕包容环轴心布置。

所述的纤维束二维编织管是采用现有的二维二向编织或二维三向编织而成，利用织造领域常规的二维二向编织装置将经线和纬线交织成现有的编织纹饰组织或者利用织造领域常规的二维三向编织装置将第一方向线、第二方向线和第三向线交织成现有的编织纹饰组织即可(如图3所示)，其中，所述的经线、纬线、第一方向线、第二方向线或第三向线均为纤维束。

所述的编织纹饰组织可选用平纹组织、缎纹组织或斜纹组织等。

所述的压平的纤维束二维编织管的宽度根据现有的包容环的宽度来确定。