[发明专利]用于复合物品的纤维预制体结构及制备方法

说明书

技术领域

本公开大体涉及燃气涡轮发动机并且，更特定地，涉及用于燃气涡轮发动机的复合物品的纤维预制体结构，例如复合风扇包容机匣，以及制备方法。

背景技术

燃气涡轮发动机典型地包括高压和低压压缩机、燃烧器，以及至少一个涡轮。压缩机压缩同燃料混合并将其导入燃烧器的空气。然后混合物被点燃以用于产生热燃烧气体，并且燃烧气体被引导至涡轮，该涡轮从燃烧气体提取能量以用于驱动压缩机，而且产生有用功以在飞行中推进航空器或驱动负载，例如发电机。

用于航空器中的燃气涡轮发动机具有带有毂的风扇，并且风扇叶片布置为绕中心轴线旋转。当发动机在多种条件下运转时，外物可被吸进发动机。更具体地说，多种类型的外物可以被夹带到燃气涡轮发动机的入口中，范围从大鸟到冰雹、沙粒和雨水。外物可影响叶片，从而导致被影响叶片的部分从转子松动。如果损坏的风扇叶片在离心力下从旋转的轴毂向外径向推进并冲击航空器机身，航空器及其乘员会发生灾难性损伤。

为了避免这样的损伤，通常包括围绕周界的大体圆柱形的风扇包容机匣，以容纳风扇叶片和任何外物。风扇包容机匣还可经受导致转子叶片刺穿发动机风扇包容机匣，从而引起沿着发动机风扇包容机匣的外表面的裂缝的外物损伤。此外，外物损伤可引起发动机的一部分膨胀或偏转，从而导致沿着整个发动机风扇包容机匣的增加的应力。风扇包容机匣典型地由金属材料制备，其导致发动机和因而的机身的增加的重量。由复合材料形成的风扇包容机匣将优异的抗冲击性和耐损坏性质与带有相对于金属壳的显著的重量降低结合。

众所周知，由织物(例如纺织物、编织物)制成的复合层压板与单向层压板相比具有优良的损伤容限，并且这样的织物预制体适于风扇包容机匣的纤维结构，以获得包容性。然而，已知的使用织物的复合制造工艺通常包含手工处理，并且不符合成本效益。自动纤维放置(AFP)机的近期发展允许自动化和更成本有效的生产复合组件的方法。然而，常规的纤维放置工艺不能使用织物并通过放置包括互相邻接的纵向纤维和树脂的纤维带产生单向层板。

因此期望为复合物品(例如风扇包容机匣)提供新颖的纺织纤维预制体，以及提供高抗冲击性和较强损伤容限的制造方法，而不会增加整体重量。

发明内容

现有技术的这些和其它缺陷通过本公开解决，其提供用于复合物品的纺织纤维预制体结构及制备方法。

在用于复合物品的纤维预制体结构中存在本公开的一个方面，该结构包括，多个纤维带，多个纤维带中的每一个同时在预定位置和朝向放置，以在纤维带之间形成互锁图案。多个纤维带的每个包括多个纤维束，其并排以预定间隔放置，以在纤维带中的每个束之间限定一个或更多个间隙。多个纤维带通过使多个纤维带中的每一个与预先铺下且不在一个共同平面中的多个纤维带中的一个或更多个交叉而在一个平面内和平面外的方向编织，以填充一个或更多个间隙，并限定均匀覆盖的多层组件。多个纤维带包括三个或更多个不同的朝向角度。

在用于复合物品的纤维预制体结构中存在本公开的另一个方面，该结构包括以第一朝向角度朝向的第一纤维带；以第二朝向角度朝向的第二纤维带，其中，第二朝向角度不同于第一朝向角度；至少一个额外的纤维带，每个带以额外的朝向角度朝向，其中，额外的朝向角度不等于第一朝向角度和第二朝向角度；以及第二额外的纤维带，其布置为处于与之前布置的多个纤维带处于预定的偏离间隔关系，直到在之前布置的多个纤维带之间形成的一个或更多的间隔完全被一个或更多个随后布置的纤维带完全占用。多个纤维带中的每一个同时并在预定位置和方向上放置，以在多个纤维带之间形成编织和互锁的图案。通过使多个纤维带中的每一个与之前铺下的且不在相同平面中的多纤维带中的一个或更多个交叉，多个纤维带在平面内和平面外的方向上编织。