用于涡轮机的单块预制件和桨叶的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明书涉及一种用于涡轮机叶片或桨叶的纤维预制件并且也涉及使用这种预制件形成的整体叶片或桨叶，本发明还涉及一种中间壳体，以及一种包括这种叶片或桨叶的涡轮发动机。
[0002]这种预制件可以用于制造具有空气动力平台的整体叶片或桨叶。这种叶片可以特别地是引导叶片并且可以例如包含于涡轮喷气飞机的中间壳体内。
【背景技术】
[0003]常规涵道涡轮喷气发动机具有风扇，风扇递送空气流，空气流分流成主要流和次要或涵道流，主要流导向至涡轮发动机的压缩机、燃烧室和然后涡轮，次要或涵道流递送推力的主要部分。
[0004]次要流在次要通路中流动，次要通路设置于喷射机的外壳体与容纳涡轮发动机的热部分的内壳体之间。这两个壳体连接在一起并且由中间壳体保持就位，中间壳体由内桨毂、外护罩和多个结构臂构成，多个结构臂在径向延伸并且将内桨毂连接到外护罩。除了其支承涡轮发动机总体上的动态行为造成的负荷的结构功能之外，结构臂中的某些是中空的，从而允许传递服务，诸如流体管道、电缆或实际上用于传输机械动力的构件。
[0005]此外，这种涡轮发动机包括由多个固定叶片组成的引导喷嘴，固定叶片通常被称作出口引导叶片(OGV)用于理顺来自风扇的次要流。
[0006]为了减轻涡轮喷气发动机的重量和构成它们的零件数量，关于中间壳体提出了建议，中间壳体合并了喷嘴功能，其中，结构臂中的某些被引导叶片替换。然而，这种叶片需要设置额外元件，诸如空气动力平台或紧固件凸缘，这些元件装配到叶片上并且显著地增加了其总重量，减少了涉及的零件数量(特别地是因为将元件紧固到叶片上所需的紧固件)并且减轻了维护的复杂性。
[0007]为了改进上文提到的方面中的某些，提出了建议，特别地在法国专利申请FR 2956 876中，以设计呈框形式的模块，该模块由螺栓连接到内平台和外平台的两个复合叶片组成。然而，尽管由该方案提供的进步已经较为显著，但这种方案仍涉及较大量零件，特别是紧固件，将需要减少该数量以便实现进一步重量节省并且在组装和维护期间节省时间。
[0008]这些减轻重量或减少所用零件的数量、节省空间或者简化制造方法的问题不仅在引导叶片中遇到，而且它们更通常地存在于涡轮喷气发动机中所有类型的桨叶或叶片中，并且更特别地存在于风扇桨叶中。
[0009]因此，存在对于避免了上文提到的已知系统固有缺陷的纤维预制件、叶片、中间壳体和涡轮发动机的实际需要。
【发明内容】
[0010]本说明书涉及一种用于涡轮发动机桨叶或叶片的纤维预制件，这种预制件通过整体三维编织而获得，所述预制件包括:第一纵向区段，其适合于形成叶片根部；第二纵向区段，其从第一纵向区段延伸并且适合于形成翼型部；以及，第一横向区段，其从第一纵向区段与第二纵向区段之间的接合部沿横向延伸并且适合于形成第一平台。
[0011]在本说明书中，术语“纵向”、“横向”、“底部”、“顶部”和其派生词相对于相关的桨叶或叶片的主要方向限定；术语“轴向”、“径向”、“切向”、“内”、“外”和其派生词相对于中间壳体和涡轮发动机的主要轴线限定。而且，术语“上游”和“下游”在本文中相对于编织前移方向(在附图中的箭头T)使用。
[0012]利用这种预制件，能设计由叶片根部、翼型部和平台构成的整体式桨叶:这种整体设计使得能显著减少需要设计和组装在一起的零件数量。特别地，存在紧固件和因此与之相关联的重量和成本的显著节省。
[0013]此外，将平台合并到桨叶或叶片本身的设计中得到更佳地优化的零件，不需要额外的厚度或额外零件以将桨叶或叶片的各种元件紧固在一起。这种叶片因此重量更轻并且因此提供操作的显著节省。与由金属或陶瓷制成的相似零件相比，选择使用复合材料还提供重量的显著节省。
[0014]自然地，也使得这种整体桨叶或叶片的维护更容易，因为减少了拆卸所需的操作；特别地，能在机翼下方直接采取措施，因为紧固件更少并且更易于接近。
[0015]在某些实施例中，预制件还包括第二横向区段，第二横向区段从第一纵向区段与第二纵向区段之间的接合部沿横向延伸，第二横向区段从第一横向区段延伸并且远离第一横向区段伸展，适合于形成第二平台。常常有利地提供具有压力侧平台和吸力侧平台的桨叶或叶片，以便提供整个流线型壁用于在桨叶或叶片两侧上的空气流动通路。
[0016]在某些实施例中，第一横向区段由自由尾部的至少一部分形成，所述自由尾部和所述第二纵向区段以非互连的方式同时编织，非互连始于第一纵向区段与第二纵向区段之间的接合部。
[0017]这种非互连提供与第一纵向区段连续地编织对应于横向区段的自由尾部的优点，从而使之在结构上相关联，第一纵向区段形成桨叶或叶片根部，桨叶或叶片根部用于总体上支承桨叶或叶片，同时也考虑从下游沿着第二纵向区段的厚度，第二纵向区段将形成翼型部并且因此需要更精细。因此在第一纵向区段与第二纵向区段之间的边界使得能分离将变成结构部分的部分与将变成空气动力部分的部分的编织；在分离自由尾部已经向这种厚度变化做出了显著贡献的情况下，使得在这两个部分之间需要的厚度过渡更容易。
[0018]在某些实施例中，以类似方式制成第二横向区段。
[0019]在其它实施例中，第二横向区段和所述第一纵向区段以非互连方式联合地编织，所述非互连止于第一纵向区段与第二纵向区段之间的接合部。以此方式编织有利地使得能减少专用于编织平台的层数量，同时保留了制造纵向区段中的第一横向区段所需的各层。
[0020]在其它实施例中，第一横向区段由一个折叠到另一个上的第一自由尾部和第二自由尾部的至少部分形成，所述第一自由尾部和所述第一纵向区段以非互连的方式同时编织，所述第二自由尾部和所述第二纵向区段以非互连的方式同时编织，层交叉设置于第一纵向区段与第二纵向区段之间的接合部，使得第一自由尾部的纱线在第二纵向区段中延伸并且第二自由尾部的纱线来自第一纵向区段。能以类似方式制成第二横向区段。
[0021]在某些应用中，需要有一种叶片根部，其相当精细以便能例如插入于较窄空间中，或者有一种翼型部，其保持特定量的厚度，例如以便执行额外结构作用:在这些情形下，在叶片根部与翼型部之间，即在第一纵向区段与第二纵向区段之间需要的厚度过渡可能较小或者甚至不存在。然后，这种层交叉有利地用于提供在第一纵向区段与第二纵向区段之间的这种厚度连续性。
[0022]在某些实施例中，第二纵向区段的纱线层数量变化，和因此其厚度变化。这能使翼型部更精细以便改进空气动力性能。
[0023]在某些实施例中，预制件包括:第三横向区段和第四横向区段，其在第一纵向区段的上游端的两侧沿横向延伸并且适合于形成桨叶的紧固件凸缘；以及所述第三横向区段和第四横向区段同时以非互连方式编织，所述非互连止于第一纵向区段的上游端。利用这种预制件，凸缘合并到桨叶或叶片的设计和制造中，凸缘用于将桨叶或叶片紧固于涡轮发动机中:这简化了上文提到的优点。而且，凸缘直接编织以延伸根部，因此加强其结构连接，从而确保了增加的总机械强度。
[0024]在某些实施例中，预制件还包括:第三纵向区段，其从第二纵向区段延伸并且适合于形成叶片头；以及第五横向区段，其从第二纵向区段与第三纵向区段之间的接合部沿横向延伸并且适合于形成第三平台。某些叶片是固定的并且跨越流体流动通路一直延伸:在这些情形下，通路的外壁也可以需要具有放置于其中的平台。这种预制件用于将这种顶部平台同样并入于设计中并且制成叶片:这简化了上文提到的优点。
[0025]在某些实施例中，通过与第一横向区段执行的非互连类似的非互连实现了第五横向区段。
[0026]在其它实施例中，通过类似于第一横向区段执行的层交叉类似的层交叉获得第五横向区段。
[0027]在某些实施例中，预制件以类似方式包括适合于形成第二顶部平台的第六横向区段；这提供一对顶部平台，一个在压力侧上并且另一个在吸力侧上。
[0028]在某些实施例中，预制件包括第七横向区段和第八横向区段，第七横向区段和第八横向区段类似于第三横向区段和第四横向区段并且适合于形成顶部凸缘。
[0029]在某些实施例中，用于编织预制件的纱线包括碳纤维。然而，它们可以是其它类型的纱线，例如，包括玻璃纤维或凯芙拉纤维的纱线。
[0030]在某些实施例中，用于预制件的三维编织的编织可以是三维互锁型编织。然而，通路的外侧表面的编织可能基本上是二维，例如，以缎纹型编织来编织。
[0031]本说明书还涉及涡轮发动机桨叶或叶片，包括根部、翼型部和从翼型部在叶片根部与翼型部之间的接合部沿横向延伸的平台，利用根据上述实施例中任一实施例的纤维预制件，所述桨叶或叶片被制成整体复