专利名称：由3d复合材料制造的风扇导向叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造制造导向叶片(出口导向叶片/入口导向叶片(0GV/IGV))的方法。
背景技术：
在希望减轻重量的结构，例如涡轮机中，导向叶片(例如风扇导向叶片，低压导向叶片)由具有聚合物基体的复合材料制成，该复合材料由例如碳、玻璃或凯夫拉尔 的纤维加强。这种复合材料的密度显著小于普遍使用的轻合金的密度，它们提供更好的机械性能 (在刚性和抗破损性能方面)。更为近期的复合材料通过制造3D纤维预成型件，例如编织三维纤维而制成。这样的预成型件随后由聚合物增加密度，以制造成品复合部件，其中该预成型件的纱线嵌在固体聚合物基体内。一种已知的预形成这种增密的技术通过例如液体实现其中具有注入与注射之间的区别。在注入技术中，该预成型件设置在一模子半件和一薄板之间，随后一液体形式的聚合物化学前体从一侧注入该预成型件，同时在该模子半件与薄板之间建立起真空。在真空的作用下，该前体遍及该预成型件散布，随后通过热处理聚合，以进行固化。在注射技术中，该预成型件设置在一模子中，随后将液态前体通过填充该模子的多个点注射到该模子中，随后通过热处理聚合，这是已知为树脂转换成型的技术。已知的另一种密化预成型件的技术是化学蒸汽渗透。该预成型件于是设置在一封闭体中，在该封闭体中包含一聚合物前体并容入气体。在该封闭体内建立压力和温度条件， 该气体遍及该预成型件散布，在接触该预成型件的纤维后转化成聚合物。目前，导向叶片的结构不包括单一件，而是相反，由组合在一起的多个部件构成。 因此，如表示现有技术的图5中所示，一导向叶片100包含一翼面110和至少一个平台120， 该翼面相对于涡轮机的主轴径向延伸。该翼面110和平台120为3D复合材料或多层复合材料(通过堆叠预制的2D织物制成，所述织物通过其聚合物基体连接在一起)的板或壳。 平台120设置在翼面110的径向端部，例如径向内端部111，并与其垂直。翼面110还可在其径向外端部包括一第二平台。有必要将导向叶片100在其径向内端和其径向外端紧固。这样，平台120以上游区域125的形式延伸过翼面110的引导边缘115，上游区域125包括孔181、182，孔181,182 适于穿过将叶片100紧固到罩体或壳体上的机械紧固件。孔181、182必须位于上游区域 125中，因为在两个相邻导向叶片100之间缺乏空间，无法设置这些孔和叶片之间的所述紧固件(即在平台120的位于导向叶片100的引导边缘115与拖尾边缘(未示出)之间的部分)。翼面110与平台120是两个不同的部件。它们因而需要连接在一起。翼面110与平台120之间的连接需要结实，尤其是因为此连接形成直角并因此承受应力集中。因此，在此连接上有必要安装附加的零件，例如芯部130、增强部132和/或插件，如图5中所示。尽管有此增强部，翼面110与平台120之间的连接还是弱于叶片100的其他部分，因为它是由最初分离，通过粘合组装在一起通常由不同材料制成的的部件组成。因此在翼面110与平台120之间的力传递很难保证。而且，增加这些零件要求许多附加的制造工作，从而导致更高的制造成本。
发明内容
本发明寻求解决这些缺点，或至少削弱它们。本发明寻求提供一种制造导向叶片的简单、低成本的方法，从而使所制造的叶片具有更好的机械强度，特别是在翼面与平台连接的部位，包括位于叶片前边缘前方的的区域，其适合于紧固到一支撑上。此目的通过如下事实实现该方法包括通过3D编织一单件而制造一纤维预成型件，该预成型件包括一第一部分，该第一部分沿纵轴延伸，构成该叶片翼面的预成型件，在该第一部分的纵向端部，一第二部分构成叶片平台的预成型件，该第二部分以第一层和第二层进行制造，该第二层面对第一层，并通过解开而不切割与第一层分离，同时制成该预成型件；第一层与第二层的折叠方式为它们中的每一个位于垂直于纵轴的平面中，相对于第一部分基本相互对称，并且第一层的第一区域在第一部分的前边缘前覆盖第二层的第二区域；将该预成型件在一模具中成型，并用聚合体基体密化该预成型件。利用这些结构，叶片具有更好的机械强度，因为构成该预成型件的纤维部件并不切割，特别是在第一与第二层的分离之处。因此，所述纤维部件在第一部分与第二部分之间连续，并因此可在这两部分之间传递力。另外，在翼面边缘前方第一与第二层之间的重叠使平台更结实，因此使叶片更结实，这两个层通过用聚合物基体密化的工艺而连接在一起，因而适合于紧固到一支撑上。有利地，第一层的纤维预成型件在与第一部分相邻的区域中呈弧形，第二层的纤维预成型件在与第一部分相邻的区域中呈弧形，其方式为在该弧形的影响下，与第一部分相邻的第一层的区域与第二层的区域在相对于第一部分的各侧上趋向于占据对称位置。因而，第一和第二层得到自然的曲面，趋向于使它们定位在与翼面垂直的平面中， 相对于第一部分(翼面)的方位平面对称，即一旦叶片制成，则它们位于其最终位置。当纤维在预成型件用聚合物基体密化之前设置在模具中时，这减小了在纤维中的应力。这提供了具有较小由其制造方法产生的剩余应力的叶片。本发明还提供一种导向叶片，该叶片由复合材料制成，并包括由纤维结构加强的聚合物基体，该叶片具有形成翼面的第一部分，以及位于该第一部分一端的第二部分，并形成在基本垂直于翼面的平面中延伸的平台。根据本发明，该纤维结构的特征在于，所有形成纤维结构的纤维部件是连续的，形成第二部分的纤维结构的区域包括一第一层，该第一层在该翼面的一侧及该翼面前边缘的前面的平面中延伸；以及一第二层，该第二层在该翼面的一侧及该翼面前边缘的前面的平面中延伸，相对于翼面与第一层基本对称，其方式为第一层的区域在翼面前边缘的前面覆盖第二层的区域。
在阅读以下非限定性实施例的详细说明后，本发明可更好地得到理解，其优点将更好地呈现。该说明参照附图，其中图IA为本发明叶片的纤维结构部分结构的示意性透视图；图IB为本发明叶片的纤维结构在折叠前的示意性透视图；图IC为本发明叶片的纤维结构正在折叠时的示意性透视图；图ID为本发明叶片的纤维结构在折叠后的示意性透视图；图2A为本发明叶片另一实施例的纤维结构部分结构的示意性透视图；图2B为本发明叶片另一实施例的纤维结构部分结构的示意性透视图；图2C为本发明叶片另一实施例的纤维结构在折叠前的示意性透视图；图2D为本发明叶片另一实施例的纤维结构正在折叠时的示意性透视图；图2E为本发明叶片另一实施例的纤维结构在折叠后的示意性透视图；图3A为沿图IB中线III A-III A的截面图，显示本发明叶片纤维结构的第一部分的一截面；图;3B为沿图IB中线III B-III B的截面图，显示本发明叶片纤维结构的第一部分的
另一截面；图3C为沿图IB中线III C-III C的截面图，显示本发明叶片纤维结构的第二部分的一截面；图4为沿图2C中线IV-IV的截面图，显示本发明叶片另一实施例的纤维结构的第二部分的截面；图5为现有技术中导向叶片的透视及截面图。在以下的描述中，面F41和F51代表本发明叶片的结构中的中间面。
具体实施例方式该制造本发明导向叶片方法的步骤示意性地显示在图1A、1B、1C、1D和IE中。预成型件1是由纤维构件制成的纤维结构。这些纤维构件可为例如纤维、麻的粗纤维或交织编织的微纤维。这些纤维可以是任何增强纤维，例如碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉尔纤维或这些纤维的结合。在下面的描述中，该预成型件通过纤维的3D编织制成。可选择地，其可通过纤维的3D交错编织制成。如图IA中所示，预成型件1包括形成导向叶片翼面的第一部分10。该第一部分 10的主要方向沿纵轴A延伸，第一部分10的形状绕轴A稍微弯曲。第一部分10的宽度沿垂直于轴A的横向轴B延伸，第一部分10的厚度沿垂直于轴A和B的轴C延伸。第一部分 10的厚度相对于其宽度和长度较小，因此第一部分10基本为大致在由轴A和B限定的平面中延伸的弯曲板的形式。编织第一部分10，直到其沿轴A的长度大致等于所希望的成品叶片的径向尺寸。 经纱(纤维)沿轴A延伸，纬纱(纤维)沿轴B延伸。第一部分10于是沿在前边缘15与后边缘16之间的横向轴B的方向延伸。沿着纵向轴A的方向，第一部分10在两个纵向端之间延伸。编织在提花机型织布机上进行，其上安装有经纱，以沿轴A定向，并延伸过沿轴C叠置的多个层，其中纬纱沿轴B定向并限定该叠置的层。装载纬纱的织布机梭沿轴B来回移动，以在经纱上下经过。图3A和;3B的顶部为第一部分10的平面AC(由轴A和C限定)的截面。在图3A中，纬纱T1至Tn(垂直于这些图的平面)设置在交错的结构中，由此限定多个层。经纱C11至Clm成波浪形以将所述多个层连接在一起。经纱C11至Clm沿轴B偏移， 以提高该预成型件的内聚力。图;3Β为在平行于图3Α的截面并与沿轴B的所述平面偏移的平面中的截面。应观察到，经纱C21至C2m沿轴C相对于经纱C11至Clm偏移，以使纬纱T1至Tn交错地从经纱的一侧移到另一侧。其结果为织成具有良好内聚力的预成型件。为了清楚起见，图3Α至;3Β中所示的经纱和纬纱的数值缩减。规定图3Α和;3Β中经纱和纬纱的布置是为了图解说明编织本发明的预成型件的大致原理，即经纱与多个叠置的纬纱层连接在一起的事实，即这些连接沿垂直于纬纱延伸的方向从一个平面到另一个平面变化。因此，可以理解，图3Α和;3Β显示在其他布置方式中， 仅一个可能的经/纬纱布置方式符合这些通常的编织原理。根据本发明的其他编织布置方式从而是可能的。在第一部分10的纵向端11，经纱被解开以在该纵向端11创造3D纤维结构的第一突出和3D纤维结构的第二突出。该纤维结构的第一部分10分离为两个突出仅通过解开纱线发生，并不切割纱线，下面将作说明。由此，预成型件1的结构完整性得到保存。此后，每个这些突出分别连续编织，以将该第一突出延伸为3D纤维结构的第一层 40，并将该第二突出延伸为3D结构的第二层50。该第一层40和第二层50被平面P分开， 平面P由纵轴A和横轴B限定。第一层40与第二层50结合在一起的位置是节S，其平行于轴B，并包含于平面P中。第一层40与第二层50的厚度(沿轴C)大致相等，以使平面P 位于第一部分10厚度的中部。第一层40与第二层50每个都呈现与第一部分10厚度一半相等的厚度。图3Α和;3Β的底部显示解开经纱的原理。在节S下，经纱的波动幅度减小，使得这些经纱不穿过平面P。于是可以理解，有必要使用两个纬纱梭，每个梭分别编织第一层40和第二层50。第一层连续编织的方式为沿纵轴A越过一定距离延伸，从节5沿轴B覆盖第一部分10的整个宽度，并沿轴B越过前边缘15，以使预成型件1在平面P中呈现L形。第一层 40由此沿纵轴A的方向终止于沿横轴B延伸的第一面41，以及沿纵轴A从第一面41延伸到延伸节S的线的第二面42。第一层40的端部由此在平面P中通过三个侧面划定边界 第一面41、第二面42，和平行于第一面41以延伸节S的面F41。面F41由此从第二面42延伸到前边缘15的邻近处。第一层40的纬纱于是从后边缘16延伸到第二面42。以类似方式，第二层50连续编织的方式为形成具有与第一层40相同形状并面对所述第一层的一个层。此第二层50因此最初沿纵轴A从第一面51，在与第一面41相同的平面内，延伸过第一部分10的整个宽度，并沿横轴B的方向越过，直到其到达第一层40的第二面42，从而在与所述第二面42相同的平面内限定第二面52。该第二面52沿纵轴A从第一面51延伸到延伸节S的线的水平。第二层50的端部由此在平面P中通过三个侧面划定边界第一面51、第二面52，和与面F41共面的面F51。第二层50的纬纱于是从后边缘16延伸到第二面52。这生产出如图IA中所示的叶片。随后，第一层40从F41沿纵轴A的方向延伸，以使预成型件1在平面P中具有J形。 此延伸经过距离d，该距离和节S与第一面41之间的距离大致相等。第一层40的端部由此在平面P中通过三个侧面划定边界第二面42、第三面43和第四面44，其中第三面43平行于旧的面F41从第二面42延伸到前边缘15的邻近处，第四面 44紧接前边缘15的前部延伸，平行于第二面42，从旧的面F41延伸到第三面43(见图1B)。实际上，第一层40通过使用经纱从面F41延伸，经纱从第一面41延伸到第三面43。 在第一层40端部用于经纱的梭在第四面44与第二面42之间来回移动，而不遇到叶片第一部分10的纬纱。在平面Q限定为垂直于轴B，并位于紧挨前边缘15前部的情况下(见图1A)，在第一层40端部的纬纱不穿过平面Q。以类似方式，第二层50连续编织，以形成具有与第一层40相同形状并面对所述第一层的一个层。因而，此第二层50的端部在平面P中通过三个侧面划定边界与第一层40 的第二面42共面的第二面52、与第一层40的第三面43共面的第三面53，和与第一层40 的第四面44共面的第四面54(见图1B)。实际上，第二层50使用经纱从面F51延伸，经纱从第一面51延伸到第三面53。用于经纱的梭从而在第四面M与第二面52之间来回移动，而不穿过平面Q。第一层40和第二层50构成预成型件1的第二部分20，其形成导向叶片的平台。 由前边缘15和第四面44、54限定的空间形成一通道30，该通道将第二部分20与第一部分 10分离。第一层40在平面Q前部，并由第一面41、第二面42、第三面43和第四面44限定的区域构成第一区域队。第二层50在平面Q前部，并由第一面51、第二面52、第三面53和第四面M限定的区域构成第二区域R2。第一区域R1和第二区域&设计为完全重叠，以重新构成在翼面的前边缘15前的平台部分，下面将进行解释。该平台必须具有恒定厚度，因此第一区域R1和第二区域&的厚度有必要改变。因此，第一区域R1的厚度从第一面41的厚度e线性减小到第三面43上几乎为零的厚度。第一区域R1的面对第二区域&的面，即其平面P中的面，称为第一内面46。第一区域R1的与第一内面46相对的面称为第一外面47。第一区域R1的厚度的厚度减小通过第一外面47接近平面P而实现。第一内面46留在平面P中，垂直于第一面41。第一区域 R1的形状显示于图IB中。此大致线性的厚度减小通过使用本领域技术人员已知的方法(此方法的一个例子描述在欧洲专利申请EP 1 526 285中)解开而获得。经纱Cij的幅度从第一面41向第三面43逐渐减小，以使经纱横跨纬纱Tn的几个层。同时，经纱梭来回移动的数量减小。此情况显示在图3中，其为截面AC中第一区域队的截面。此厚度的减小意味着预成型件的厚度在平面Q中沿轴B从位于与翼面(第一部分10)成一直线的第一层40的区域到第一区域R1变化。延伸该翼面的该第一层40的区域平行于平面Q，为矩形截面，然而第一区域R1为梯形截面。第一层40在平面Q内的厚度变化限定一平行于第二面42的第一边缘45 (见图1A)。此厚度减小通过解开而获得经纱的幅度在平面Q旁减小，来自延伸翼面的第一层40区域的纬纱返回到平面Q水平的后面，以限定第一边缘45。以类似方式，第二区域&的厚度从第一面51的厚度e线性减小到第三面53中几乎为零的厚度。第二区域&的面对第一区域R1的面称为第二内面56。第二区域&的与第二内面56相对的面称为第二外面57。第一区域Ii1的厚度通过使第二内面56更接近第二外面57而减小。第二外面57留在平行于平面P、垂直于第一面51的平面中。第二区域& 的形状显示在图IB中。此大致线性的厚度减小因而通过如对于第一区域队的解开而获得。经纱Cu的幅度从第一面51向第三面53逐渐减小，以使经纱横跨纬纱Tn的几个层。同时，纬纱梭来回移动的数量减小。此情况显示在图3C中，其为截面AC中第二区域&的截面。此厚度的减小意味着预成型件的厚度在平面Q中沿轴B从位于延伸翼面(第一部分10)的第二层50的区域到第二区域&变化。第二层50在平面Q内的厚度变化限定一平行于第二面52的第二边缘55 (见图1A)。此厚度减小通过解开而获得与第一区域R1的解开方式相似。图IB显示折叠前完工的叶片。制造导向叶片的方法中的下面步骤在于下面描述的折叠第一层40与第二层50。
第一层40围绕节S枢转，以使第一边缘41远离平面P，直到第一层40位于垂直于第一部分10的平面，即由横轴B和厚度轴C限定的平面中。第一区域R1的一半(由旧面 F41、第二面42、第三面43和第四面44限定的一半)由此经过到第一部分10的另一侧(即由轴A和B限定的另一侧)。相似地，第二层50围绕节S枢转，以使第一边缘51远离平面P，即其沿与第一层 40旋转方向相反的方向枢转，直到第二层50位于垂直于第一部分10的平面中，即位于现在包含第一层40的相同平面中。第二区域&的一半(由旧面F51、第二面52、第三面53和第四面M限定的一半)由此经过第一部分10的另一侧。节S从而作为铰链，第一层40和第二层50围绕它沿互相相对的方向枢转过一具有90°的角。图IC显示在枢转过程中在中间阶段的第一层40和第二层50。可以理解，在枢转过程的末端，第一层40的第一区域R1在由横轴B和厚度轴C限定的平面中面对第二层50的第二区域&。其结果是，第一层40和第二层50在第一区域R1 与第二区域&的区域互相覆盖，以形成一厚度为e的新层，如图ID中所示的那样。外面47 于是与内面56完全接触。第四面44于是接触第二边缘55，第四面M接触第一边缘45。与图IA至ID类似，图2A至2E显示本发明另一实施例中制造导向叶片方法的步马聚ο如图2A中所示，编织第一层40与第二层50的第一部分10，直到平面Q，以与图IA 中所示实施例相同的方式解开第一层40与第二层50。图3A和;3B平等地应用于本实施例。于是，连续编织第一层40，以沿纵轴A延伸过一定距离，从节5沿轴B覆盖第一部分10的整个宽度，并沿轴B越过平面Q，以使预成型件1在平面P中具有L形。第一层40 由此沿纵轴A的方向终止于沿横轴B延伸的第一面41，以及沿纵轴A从第一面41到延伸节S的线的水平延伸的第二面42。第一层40的端部由此在平面P中通过三个侧面划定边界第一面41、第二面42，和平行于第一面41并延伸节S的面F41。面F41由此从第二面42 延伸到前边缘15的邻近处。第一层40的纬纱于是从后边缘16延伸到第二面42。以类似方式，第二层50象第一层40那样连续编织，使预成型件1在平面P内具有 L形。第二层50于是沿纵轴A的方向终止于第一面51中，第一面51在第一部分10的整个宽度占据与第一面41相同的平面，并沿横轴B的方向超越，直到第一层40的第二面42的水平，于是在与第二面42相同的平面中限定第二面52。此第二面52沿纵轴A从第一面51延伸到延伸节S的线的水平。第二层50的端部由此在平面P中通过三个侧面划定边界第一面51、第二面52， 和平行于第一面51并延伸节S的面F51。面F51从第二面52延伸到前边缘15的邻近处。第二层50的纬纱从后边缘16延伸到第二面52。这样制造出如图2B中所示的叶片。然而，与图IA至ID中所示实施例不同的是，第一层厚度的变化不在平面Q中进行，而在平面R中进行，平面R限定如下平面R通过围绕轴T枢转平面Q获得，轴T平行于包含在平面Q中与节S相交的轴C。此平面R相对于平面Q倾斜，其方式为，它包含第一面 41与第二面42之间的相交段。第一层40的区域位于平面Q与平面R之间，面42于是在平面P内形成直角三角形，其斜边位于平面Q中(见图2A)。平面R中的厚度变化在下文中描述。在平面R的第一面41旁的面上，第一层40基本为矩形截面，并且厚度均等于e。此矩形截面具有沿轴T的长度为e的一侧，以及沿第一面41和第二面42的相交段的长度为e的相对侧。这两侧通过位于平面P中的一侧以及与其平行的一侧相连。在平面R的另一面上，第一层40为梯形截面，形成此截面的梯形定义如下其与所述(平面R的另一面上的截面的)矩形共享其沿第一面41和第二面42的相交段的长度为e的侧边，以及其位于平面P内的侧边。沿着轴T，该梯形具有长度等于e/2 的侧边，该侧边通过一倾斜侧边与相对侧相连。该梯形因而具有沿轴C的在e与e/2之间线性变化的宽度。因此，在平面R中第一层40厚度的变化为在其最大值与在轴T上等于e/2，在第二面42上等于零。该第一层40在平面R内的厚度变化定义第一边缘44 (见图2A)。此厚度变化通过解开而获得来自第一面41的经纱Cij的幅度在穿过平面R时减小，以使经纱穿过更少层的纬纱Tn。同时，来自延伸翼面的第一层40的区域的纬纱在平面R回来，以限定第一边缘45。此情况显示在图4中，图4为截面AC中第一层40的截面。以相似方式，第二层50的厚度变化在平面R中进行，从矩形截面到梯形截面。形成此截面的梯形定义如下其与所述(平面R的另一面上的截面的)矩形共享在第一面41 和第二面42的相交段上长度为e的侧边，以及其位于平面P内与该侧边相对的侧边。沿着轴T，该梯形具有长度等于e/2的侧边，该侧边通过一倾斜侧边与相对侧相连。该梯形因而具有沿轴C的在e与e/2之间线性变化的宽度。第二层50的梯形与第一层40的梯形于是可重合。第二层50在平面R中的厚度变化定义第二边缘M (见图2A)。此厚度减少通过解开而获得，与第一层40相同。此情况显示在图4中，图4为截面AC中第二层50的截面。第一层40从面F41开始，通过沿纵轴A的方向编织而延伸，以使预成型件1在平面 P中具有J形。第一层40沿轴A从面F41延伸的距离在位于节T的面F41的端部与(在第二面42上的)面F41的相对端部之间线性变化。因此，第一层40未在节T上延伸，其延伸到第二面42上经过距离d。该距离d为面F41与第一面41之间的距离。第一层40的端部于是由第三面43限定，第三面43从第二面42延伸到节T。面F41、第二面42和第三面43 在平面P内限定一直角三角形，其斜边由第三面43构成。实际上，第一层40通过使用经纱从第一面F41延伸，所述经纱从第一面41延伸到第三面43。用于第一层40端部的经纱梭于是在第三面43与第二面42之间进行来回移动。以类似方式，第二层50从面F51沿纵轴A的方向连续编织，以形成与第一层40具有相同形状并面对所述第一层的层。因此，第二层50未在节T上延伸，其从第一面52延伸过距离d。该第二层50的端部由第三面53限定，第三面53从第二面52延伸到节T。面F51、 第二面52和第三面53在平行于平面P的平面内限定一直角三角形，并具有由第三面53构成的斜边。第二层50从面F51通过与第一层40相同的方式进行编织而延伸。第一层40和第二层50构成预成型件1的第二部分20，其用于形成导向叶片的平台。由平面R、第二面42和第三面43限定的第一层40的区域构成第一区域队。由平面R、第二面52和第三面53限定的第二层50的区域构成第二区域&。第一区域R1和第二区域&设计为完全重叠，从而构成翼面的前边缘15前的平台的部分，下文将作说明。该平台需要恒定的厚度，因此需要使第一区域队的厚度和第二区域民的厚度改变，下文将作说明。第一区域R1的面对第二区域&的面，即位于平面P中的面，称为第一内面46。第二区域R1的与第一内面46相对的面称为第一外面47。第一区域R1的沿第二面42的厚度从厚度e (在第一面41上)线性减小到从第一面41沿轴A测量的距离2d处的接近零的厚度。第二面42因而为三角形。第一区域R1的沿第三面43的厚度从在节T处大致为e/2的厚度线性减小到第三面43与第二面42结合位置的接近零的厚度。第三面43因而为三角形，其与第二面42具有一共同的顶点。此顶点为&。第二面42、第三面43、第一内面46以及第一外面47由此形成一梯形基底的棱锥， 该棱锥位于平面R内，顶点为&。第一区域R1的形状显示在图2C中。第一区域队的大致线性的厚度减少通过解开而获得。经纱Cij的幅度从平面R向第三面53减小，其方式为经纱越过几层纬纱Tn。同时，纬纱梭来回移动的数量减少。此情形显示在图4中，图4为截面AC中第一区域札的截面。第二区域&的厚度与第一区域R1的厚度相同进行变化。第二区域&的面对第一区域R1的面称为第二内面56。第二区域&的与第二内面 56相对的面称为第二外面57。该第二外面57位于平行于平面P，垂直于第一面41的平面内。
第二区域&沿第二面52的厚度从厚度e (在第一面51)线性减小到从第一面51 沿轴A测量的在距离2xd处的接近为零的厚度。第二面52因而为三角形。第二区域&沿第三面53的厚度从节T上大致等于e/2的厚度线性减小到第三面 53与第二面52连接位置的接近零的厚度。第三面53因而为三角形，其与第二面52共有一顶点。此顶点称为&。第二面52、第三面53、第二内面56以及第二外面57由此形成一梯形基底的棱锥， 该棱锥位于平面R内，其顶点为&。第二区域&的形状显示在图2C中。第二区域&的大致线性的厚度减少通过解开而获得，如第一区域R1那样。此情形显示在图4中，图4为截面AC中第二区域民的截面。图2C显示折叠前的完工的叶片。制造导向叶片的方法中的下面步骤在于下面描述的折叠第一层40与第二层50。第一层40被驱使围绕节S枢转，以使第一边缘41远离平面P，直到第二层40位于垂直于第一部分10与轴A的平面内，即由横轴B和厚度轴C限定的平面内。第一区域R1 的一半(由旧面F41、第二面42和第三面43限定的一半)由此经过第一部分10的另一侧 (即由轴A和B限定的平面P的另一侧)。第二层50以相似方式被驱使围绕节S枢转，以使第一边缘51远离平面P，即其沿与第一层40旋转方向相反的方向枢转，直到第二层50位于垂直于第一部分10的平面中， 即位于现在包含第一层40的相同平面中。第二区域&的一半(由旧面F51、第二面52和第三面53限定的一半)由此经过到平面P的另一侧。节S从而作为铰链，第一层40和第二层50围绕它沿互相相对的方向分别枢转过一具有90°的角。这些层于是占据相对于第一部分10的对称位置。图2D显示在枢转中间阶段的第一层40和第二层50。可以理解，在枢转过程的末端，第二层40的第一区域R1在由横轴B和厚度轴C限定的平面中面对第二层50的第二区域&。其结果是，第一层40和第二层50在第一区域R1 与第二区域&的区域互相覆盖，以形成一厚度为e的新层，如图2D中所示的那样。第一外面47于是与第二内面56完全接触。第一层40的第三面43于是与第二边缘M完全接触， 第二层50的第三面53与第一边缘44完全接触。在上述两实施例中，第一区域R1在包含内面56与外面47的平面中与第二区域& 接触。第一层40覆盖第二层50的表面因此基本是平的。可选择地，第一区域R1与第二区域&可互相覆盖，这些区域的厚度以非线性方式 (例如阶梯式)变化，使这些区域的厚度和基本等于沿平行于轴A的任何轴的全部。因此， 此第一区域R1覆盖第二区域&的区域的厚度基本等于(最大值)第一层40或第二层50 的厚度，使得由纤维结构的第二部分20制成的平台的厚度基本恒定。一旦该平台以此方式一致，以具有基本接近其最终形状(即由第一层40和第二层 50构成的平台大致垂直于翼面10这样的形状)的形状，此平台被放置在一模具中，该模具的形状对应于该最终形状。该平台随后使用上述已知技术(用液体浸渍，或化学蒸汽渗透) 中的一个进行密化。上面描述一实施例，其中第一层40的第一区域R1在一区域覆盖第二层50的第二区域&，该覆盖区域大致为矩形，构成位于翼面的前边缘15前部的平台的所有部分。
还描述了一实施例，其中第一层40的第一区域R1在一区域覆盖第二层50的第二区域&，该覆盖区域大致为三角形，沿向前的方向从翼面的前边缘15扩张。以通常方式，本发明涉及叶片，其中第一层40的第一区域礼在翼面的前边缘15的前部覆盖第二层50的第二区域&。第一层40和第二层50大致具有相同的体积和形状。可选择地，第一层40和第二层50可具有不同的体积和形状。在上面的说明中，描述了一种3D编织技术，用于制造构成本发明叶片的平台。其他3D编织技术也可使用，只要能得到具有相同形状的平台。在密化操作前，可在上述制造的平台中制造两个轴A的孔81和82，所述孔穿过第一区域R1和第二区域&，并位于在翼面的前边缘15前部的平面P(图ID和图2D)的任一侧。在示例中，每个孔可通过利用直径等于孔直径的圆柱体分离该预成型件的纤维，或围绕这样的圆柱体编织而制成。该预成型件和圆柱体于是在密化操作前放入模具中，其方式使得叶片在其平台中这些圆柱体的位置包括两个孔。孔81和82用于穿过螺栓，螺栓使叶片能够机械紧固到其支撑上。有利地，孔81和82的定位方式使它们每个都穿过第一层40和第二层50 (即它们每个都穿过第一区域R1和第二区域ig。因此，穿过这些孔的螺栓(或其他机械紧固装置) 用于将第一层40和第二层50连在一起，另外将平台紧固到其支撑上。以上述方式制造在第一部分10的纵向端部11具有第一层40和第二层50的预成型件1，还可在预成型件1的其他纵向端部进行。因此，在模具中成型预成型件1之前，制造一第三部分，该第三部分类似于第二部分20，但位于第一部分10的另一纵向端部，以形成另一平台。此修改的预成型件于是放入一适合装容它的模具中，随后用聚合物基体进行密化。在图IA至ID以及2A至2E中，第一部分10显示为围绕轴A弯曲。通常，第一部分10可以具有更为复杂的形状(围绕多个轴弯曲)，这取决于为其翼面所希望的形状。在某些应用中，第一部分10包括一安装到前边缘15上的金属引导边缘。本发明还提供一涡轮机，其包括至少一个本发明的导向叶片。
1权利要求
1.一种制造导向叶片的方法，其特征在于，该方法包括a)通过3D编织一单一件制造一纤维预成型件(1)，该预成型件包括第一部分(10)， 该第一部分沿纵轴(A)延伸，并构成用于所述叶片的翼面的预成型件，在所述第一部分 (10)的纵向端部(11)，一第二部分00)构成用于所述叶片的平台的预成型件，所述第二部分00)制造为第一层GO)和第二层(50)，第二层(50)面对该第一层，并通过在制造所述预成型件(1)时解开而不切割来与所述第一层GO)分离；b)折叠所述第一层GO)和第二层(50)，其方式为它们中每个位于垂直于所述纵轴的平面中，相对于所述第一部分(10)基本相互对称，所述第一层GO)的第一区域(R1)在所述第一部分(10)的前边缘(1 的前面覆盖所述第二层(50)的第二区域( )；c)在一模具中成型所述预成型件(1)；d)用聚合物基体密化所述预成型件(1)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层GO)和第二层(50)的体积和形状基本相同。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一层00)的纤维预成型件在邻近所述第一部分(10)的区域中弯曲，所述第二层(50)的纤维预成型件在邻近所述第一部分(10)的区域中弯曲，其方式为所述第一层G0)和第二层(50)的邻近所述第一部分(10) 的区域倾向于在弯曲的影响下相对于所述第一部分在各自侧占据对称位置。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，在模具中成型所述预成型件(1)之前，以与所述第二部分00)相似的方式制造一位于所述第一部分(10)另一纵向端部的第三部分，用于形成另一平台。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述第一部分(10)包括安装在所述前边缘(1 上的一金属引导边缘。
6.一种由复合材料制成的导向叶片，所述复合材料包括由纤维结构加强的聚合物基体，所述叶片包括形成翼面的第一部分(10)，以及第二部分(20)，所述第二部分00)位于所述第一部分(10)的纵向端部，并形成在基本垂直于所述翼面的平面中延伸的平台，所述纤维结构的特征在于，形成所述纤维结构的所有纤维部件是连续的，形成第二部分的纤维结构的区域包括第一层(40)，该第一层00)在所述翼面的前边缘(15)前在所述翼面的一侧的所述平面中延伸；以及第二层(50)，该第二层(50)在所述翼面的前边缘(1 前在所述翼面的一侧的所述平面中延伸，相对于所述翼面与所述第一层G0)大致对称，其方式为所述第一层G0)的第一区域(R1)在所述前边缘(15)前覆盖所述第二层的第二区域(R2)。
7.如权利要求6所述的导向叶片，其特征在于，所述第一层00)和所述第二层(50)的体积和形状基本相同。
8.如权利要求6或7所述的导向叶片，其特征在于，所述第一层00)的第一区域(R1) 覆盖所述第二层(50)的第二区域(R2) —区域，该覆盖区域基本为矩形，构成位于所述翼面的前边缘(15)前的平台的整个部分。
9.如权利要求6或7所述的导向叶片，其特征在于，所述第一层00)的第一区域(R1) 覆盖所述第二层(50)的第二区域(R2) —区域，该覆盖区域基本为三角形，从所述翼面的前边缘(15)向前扩张。
10.如权利要求6-9中任何一项所述的导向叶片，其特征在于，所述第一层00)覆盖所述第二层(50)的表面基本是平的。
11.如权利要求6-10中任何一项所述的导向叶片，其特征在于，它进一步包括一第三部分，该第三部分与所述第二部分00)相似，并位于所述第一部分(10)的另一纵向端部上，所述第三部分用于形成另一平台。
12.如权利要求6-11中任何一项所述的导向叶片，其特征在于，所述翼面包括安装到所述前边缘(1 上的一金属引导边缘。
13.一种涡轮机，包括至少一个如权利要求6-12中任何一项所述的导向叶片。
全文摘要
本发明涉及一种制造导向叶片的方法。该方法包括通过3D编织一单一件制造一纤维预成型件(1)，该预成型件包括第一部分(10)，其沿纵轴(A)延伸，并构成用于所述叶片的翼面的预成型件，在所述第一部分(10)的纵向端部(11)，一第二部分(20)构成用于所述叶片的平台的预成型件，所述第二部分(20)制造为第一层(40)和第二层(50)，第二层(50)面对该第一层，并通过在制造所述预成型件(1)时解开而不切割来与所述第一层(40)分离；折叠所述第一层(40)和第二层(50)，其方式为它们中每个位于垂直于所述纵轴的平面中，相对于所述第一部分(10)基本相互对称，所述第一层(40)的第一区域(R1)在所述第一部分(10)的前边缘(15)的前面覆盖所述第二层(50)的第二区域(R2)；在一模具中成型所述预成型件(1)；用聚合物基体密化所述预成型件(1)。
文档编号B29C70/44GK102171025SQ200980126988
公开日2011年8月31日 申请日期2009年7月9日 优先权日2008年7月10日
发明者吉恩·诺埃尔·马修, 奥利维耶·贝尔蒙特, 泽维尔·米利尔 申请人:斯奈克玛