混雜的連續(xù)纖維短切纖維聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】混雜的連續(xù)纖維短切纖維聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)
【背景技術(shù)】
[0001] 公開的實(shí)施例大體涉及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件。更具體地，但非限制性地，本實(shí)施例涉及 混雜復(fù)合材料所形成的、以形成更為復(fù)雜的幾何形狀的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件。
[0002] -種典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常擁有前端和后端、及其軸向定位在這兩者之間的 幾個(gè)核心或推進(jìn)部件?？諝膺M(jìn)口或進(jìn)氣口位于發(fā)動(dòng)機(jī)的前端。在按順序朝向后端移動(dòng)的情 況下，進(jìn)氣口后面為壓縮機(jī)、燃燒室、渦輪機(jī)、以及位于發(fā)動(dòng)機(jī)的后端處的噴嘴。所屬領(lǐng)域中 的技術(shù)人員將容易地清楚，另外部件例如像低壓和高壓壓縮機(jī)以及高壓和低壓渦輪機(jī)也可 被包括在發(fā)動(dòng)機(jī)中。然而，這并未詳盡地列出。通常，發(fā)動(dòng)機(jī)還具有沿發(fā)動(dòng)機(jī)中心縱軸線來 軸向設(shè)置的內(nèi)軸。內(nèi)軸被連接至渦輪機(jī)和空氣壓縮機(jī)，使得渦輪機(jī)向空氣壓縮機(jī)提供旋轉(zhuǎn) 輸入以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)葉片。
[0003] 在操作中，空氣在壓縮機(jī)中被加壓，并且在燃燒室中與燃料混合以產(chǎn)生向下游流 過渦輪機(jī)級(jí)的熱燃燒氣體。這些渦輪機(jī)級(jí)從燃燒氣體中提取能量。高壓渦輪機(jī)首先接收來 自燃燒器的熱燃燒氣體，并且包括定子噴嘴組件，所述定子噴嘴組件將燃燒氣體向下游引 導(dǎo)通過從支撐轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸的一排高壓渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。在兩級(jí)渦輪機(jī)中，第二級(jí) 定子噴嘴組件定位在第一級(jí)葉片下游，繼而接著是從第二支撐轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸的一排 第二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片。渦輪機(jī)將燃燒氣體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
[0004] 通常，期望減在航空工業(yè)中利用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。這種重量減少導(dǎo)致發(fā) 動(dòng)機(jī)更高的效率，這為操作者減少了成本。在嘗試達(dá)到此目標(biāo)的過程中，設(shè)計(jì)者已轉(zhuǎn)向在生 產(chǎn)零件過程中的替代材料。在溫度降低區(qū)域中，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者已經(jīng)嘗試?yán)糜删酆衔飶?fù)合 材料形成的零件。這已造成待克服的至少兩個(gè)設(shè)計(jì)問題。
[0005] 第一，設(shè)計(jì)者期望于形成可承受高速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)操作的強(qiáng)直（rigid)的零件或部 件。第二，設(shè)計(jì)者受將要形成的零件的形狀和幾何結(jié)構(gòu)限制，如與對(duì)那些零件的強(qiáng)度和性能 要求有關(guān)。復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)難以通過更高強(qiáng)度應(yīng)用所要求的具有連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料來 形成?？傊y以制造具有較高負(fù)載能力和復(fù)雜形狀的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料部件。
[0006] 如從前述內(nèi)容可見，將期望克服燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的這些和其他缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本方面，公開一種混雜復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述混雜復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了具有復(fù)雜第二特 征的高性能單塊結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)和制造。值得注意，但非限制性地，此類實(shí)例包括導(dǎo)流罩錐 (spinner cone)和后支撐環(huán)，但也可形成各種其它零件。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一些方面，可生產(chǎn)展示出適合用于飛機(jī)應(yīng)用中的機(jī)械、化學(xué)和熱特 性（包括強(qiáng)度、抗疲勞性、最大耐溫能力以及化學(xué)/流體阻力）的發(fā)動(dòng)機(jī)部件。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一些方面，聚合物復(fù)合材料飛機(jī)零件可由通過連續(xù)纖維增強(qiáng)所形成 的第一部分與短切纖維所形成的第二部分來構(gòu)造。
[0010] 根據(jù)至少一些實(shí)施例，一種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件包括單塊復(fù)合主體，所述主體具有連 續(xù)纖維部分、短切纖維部分、包含在所述連續(xù)纖維部分和所述短切纖維部分兩者中且在所 述連續(xù)纖維部分與所述短切纖維部分之間的熱塑性聚合物。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述 熱塑性聚合物為PEEK、PPS、PEKK和PEI中的一種。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述纖維為碳 纖維、玻璃纖維以及所述碳纖維與所述玻璃纖維的混合物中的一種。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件 中，所述連續(xù)纖維為編織物、編織纖維和單向帶中的一種。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述短 切纖維組分是由單向預(yù)浸漬帶形成。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述短切纖維長度小于1英 寸（1"）。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件還包括一個(gè)或多個(gè)共模制的金屬特征。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部 件中，所述共模制的金屬特征為凸緣、套管和螺紋插件中的一個(gè)。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中， 所述復(fù)合主體的所述連續(xù)纖維是承載環(huán)向負(fù)載（hoop load)。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述 連續(xù)纖維為包含碳纖維、玻璃纖維和熱塑性纖維中至少一種的編織預(yù)成型件。所述飛機(jī)發(fā) 動(dòng)機(jī)部件中，所述纖維中的所述至少一種為干燥的碳纖維和熱塑性纖維。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 部件中，所述纖維中的至少一種為干燥的碳纖維、玻璃纖維和熱塑性纖維。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 部件中，所述短切纖維部分無法承載結(jié)構(gòu)負(fù)載。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述短切纖維部分 與發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流路相鄰。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件還包括位于所述短切纖維部分的最外表面上 的防腐蝕層。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述部件為旋轉(zhuǎn)部分。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述 旋轉(zhuǎn)部分為導(dǎo)流罩頭錐。所述飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中，所述旋轉(zhuǎn)部分為導(dǎo)流罩支撐環(huán)。
[0011] 以上所概述的所有特征應(yīng)理解為僅是示例性的，并且可從本說明書中的公開內(nèi)容 獲得本發(fā)明的更多的特征和目標(biāo)。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進(jìn)一步閱讀整個(gè)說明書、權(quán)利要 求書、以及本說明書中包括的附圖的情況下，不應(yīng)對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作出任何限制性的解釋。
【附圖說明】
[0012] 本發(fā)明的各實(shí)施例在以下附圖中示出。
[0013] 圖1為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)截面圖。
[0014] 圖2為示例性復(fù)合材料部件的等距視圖。
[0015] 圖3為第二示例性復(fù)合部件的等距視圖。
[0016] 圖4為包括圖3的部件的示例性實(shí)施例的側(cè)截面圖。
[0017] 圖5為圖4的部件的氣動(dòng)特征的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 現(xiàn)將詳細(xì)參考所提供的各實(shí)施例，附圖中將示出本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí) 例。每個(gè)實(shí)例用以解釋而非限制公開的實(shí)施例。事實(shí)上，在不脫離本公開的范圍或精神的 情況下，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)本實(shí)施例做出各種修改和變化。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的 一部分說明或描述的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例中，從而得到另外的實(shí)施例。因此，本發(fā)明應(yīng) 涵蓋所有屬于所附權(quán)利要求書及其等效物的范圍內(nèi)的修改和變化。
[0019] 參考圖1-5,教導(dǎo)了由聚合物基質(zhì)復(fù)合（PMC)材料和工藝來構(gòu)造的結(jié)構(gòu)的各種實(shí) 施例。更具體地，示出了用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的混雜的連續(xù)纖維-短切纖維聚合物復(fù)合結(jié) 構(gòu)，并且其被描述為能夠在廣泛范圍的應(yīng)用中使用，例如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件、以及更具體地是 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇區(qū)域和旁通部分?；祀s的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)適合用于各種位置，并且 根據(jù)非限制性實(shí)例，被利用于其中溫度和負(fù)載要求可通過使用復(fù)合結(jié)構(gòu)來滿足的區(qū)域?；?雜的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)為單塊的，并且可由連續(xù)纖維和短切纖維這兩者形成，其中連續(xù)纖維 可鋪設(shè)成屬于較為簡單的幾何形狀的形狀，而不易用連續(xù)纖維復(fù)合材料形成的更復(fù)雜的幾 何結(jié)構(gòu)用短切纖維復(fù)合材料形成。術(shù)語"單塊"用來表示相同的聚合物用于連續(xù)纖維增強(qiáng) 區(qū)段和短切纖維增強(qiáng)區(qū)段中。因此，兩種纖維類型由對(duì)兩種纖維類型公用的聚合物如熱塑 性樹脂聯(lián)結(jié)。
[0020] 如本說明書中使用，術(shù)語"軸向的"或"軸向地"是指沿發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線的維度。 與"軸向的"或"軸向地"結(jié)合使用的術(shù)語"向前"是指在朝發(fā)動(dòng)機(jī)入口或朝比另一部件相 對(duì)更靠近于發(fā)動(dòng)機(jī)入口的某一部件的方向上移動(dòng)。與"軸向的"或"軸向地"結(jié)合使用的術(shù) 語"向后"是指在朝發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴或朝比另一部件相對(duì)更靠近于發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的某一部件的方 向上移動(dòng)。
[0021] 如本說明書中使用，術(shù)語"徑向的"或"徑向地"是指延伸在發(fā)動(dòng)機(jī)中心縱向軸線 與發(fā)動(dòng)機(jī)外圓周之間的維度。術(shù)語"近側(cè)的"或"近側(cè)地"的使用（無論是單獨(dú)使用還是與 術(shù)語"徑向的"或"徑向地"結(jié)合使用）是指在朝中心縱向軸線或朝比另一部件