用于复合物品的纤维预制体结构及制备方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 然而，在形成用于复合物品的纤维预制体结构的方法中存在本公开的另一方面。 该方法包括以下步骤:a.沉积以第一朝向角度延伸的第一纤维带;b .沉积以与第一带相差 180°的第二朝向角度延伸的第二纤维带，并且其中，第二朝向角度不等于第一朝向角度;c. 沉积至少一个额外的纤维带，每个以与第一纤维带和第二纤维带相差180°的额外的朝向角 度延伸，并且其中额外的朝向角度中的每一个不等于第一朝向角度和第二朝向角度;d.重 复步骤a-c使得每个沉积的纤维带具有与之前以相同朝向角度沉积的纤维带的预定间隔； e.重复步骤d直到多个沉积的纤维带均匀地覆盖区域并限定一层纤维带;f.重复步骤e直至 通过沉积额外的多个纤维带实现完全覆盖，使得在步骤a-c期间放置的每个带以与在步骤 a-c中的纤维带的沉积期间放置的相同的朝向角度放置为紧接相对应的纤维带。通过使纤 维束和带中的每一个与之前铺下且不在共同平面中的纤维束和带中的一个或更多个交叉， 使多个纤维束和带在平面内和平面外朝向上交织。
[0011] 在形成用于复合物品的纤维预制体结构的方法中存在本公开的又一方面，包括步 骤:a.沉积第一纤维带，该第一纤维带包括一组以预定间隔并排放置的纤维束，来在每个束 之间限定一个或更多个间隙，第一纤维带以第一朝向角度延伸;b.沉积第二纤维带，该第二 纤维带包括一组以预定间隔并排沉积的纤维束，来在第二纤维带中的每个束之间限定一个 或更多个间隙，第二纤维带以与第一带相差180°的第二朝向角度延伸，并且其中，第二朝向 角度不等于第一朝向角度;c.沉积至少一个额外的纤维带，包括一组以预定间隔并排沉积 的纤维束，来在至少一个额外的带中的每个束之间限定一个或更多个间隙，该至少一个额 外的纤维带以与之前沉积的纤维带的朝向角度相差180°的额外的朝向角度延伸，并且其 中，额外的朝向角度不等于之前沉积的纤维带的朝向角度;d.重复步骤a-c，使得每个沉积 的纤维带与以相同朝向角度沉积的之前沉积的纤维带具有预定间隔；e.重复步骤d直到多 个沉积的纤维带均匀地覆盖区域，并且限定一层纤维带;f.重复步骤e通过沉积额外的多个 纤维带实现完全覆盖，使得使得在步骤a-c期间放置的每个带以与在步骤a-c中的纤维带的 沉积期间放置的相同的朝向角度放置为紧接相对应的纤维带；以及，g.重复步骤a-f，直至 通过将至少一个额外的成层组件布置在之前沉积的成层组件附近实现完整的覆盖，来填充 一个或更多个间隙并限定层片。通过将每个纤维束和带中的每一个与之前沉积的且不在共 同的平面内的纤维束和带交叉，使多个纤维束和带在平面内和平面外方向交织。
[0012] 上述特征的各种改进涉及本发明的各实施例。进一步的特征也可以结合这些各种 实施例。这些改进和额外的特征可以单独存在或者进行任意结合。例如，以下讨论的各种涉 及一个或更多个描述实施例的特征可以单独或组合进入本发明的上述任何实施例。此外， 上述
【发明内容】
仅仅是使读者熟悉特定实施例以及本发明的文本，而非对权利要求主题范围 的限制。
【附图说明】
[0013] 当阅读以下详细说明时，参照随后的附图，其中附图标示贯穿全部附图使用，本发 明的上述以及其它特征、实施例和优势将得到更好的理解，其中：
[0014] 图1是根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的燃气轮机系统的示意 图；
[0015] 图2示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的风扇包容机 匣的剖视图；
[0016] 图3示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的纤维预制体 结构；
[0017] 图4示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维 带的一部分的局部完整接头的示意图；
[0018] 图5示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维 带的一部分的多个纤维束；
[0019] 图6示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维 带的一部分的多个纤维束；
[0020] 图7示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维 带的一部分的多个纤维束；
[0021] 图8示意地绘出了根据在本文中示出或描述的一个或更多个实施例的示例性纤维 带的一部分的多个纤维束；
[0022] 图9示意地绘出了根据在本文中示出或描述的