抗冲击风扇壳体的制作方法

本公开涉及用于飞行器引擎的风扇壳体。

背景技术：

1、飞行器引擎周围的壳体的重要功能之一是在发生断裂或损坏(例如由被卷入引擎的鸟类引起的)时吸收全部或部分风扇叶片的冲击。为了实现该功能，壳体必须能够吸收大量的能量，以便防止任何碎屑(诸如叶片碎片)离开引擎。然而，风扇壳体的设计也受到重量的限制，因为风扇壳体越重，飞行成本就越高。因此，就碎片捕获而言，目标是以尽可能最轻的硬件提供最佳安全性能。

2、本公开提供了一种风扇壳体，其改进了现有技术的设计，提供了改进的碎屑保持特性，同时还在设计方面为轻质的。

技术实现思路

1、本公开涉及用于气体涡轮引擎的风扇壳体，以及包括这种风扇壳体的引擎和飞行器。

2、根据第一方面，提供了一种用于具有风扇的引擎的风扇壳体，该风扇具有风扇叶片，每个风扇叶片具有重心(cog)，该cog位于风扇叶片cog平面上，该风扇壳体具有中心轴线、前端、后端，并且包括主冲击区域，该主冲击区域相对于该风扇壳体的中心轴线具有轴向范围，使得当安装在带有具有风扇叶片的风扇的引擎上时，该主冲击区域的最小轴向范围是从第一边界平面到第二边界平面，其中该第一边界平面是从向前限制平面与风扇壳体内表面相交的点延伸的、垂直于该风扇壳体的该中心轴线的平面，该向前限制平面是锥形平面，锥体的基部为该向前限制平面与该风扇壳体的该中心轴线相交的点，其中该向前限制平面的锥体与该风扇叶片cog平面成角度θ1，其中该角度θ1等于8度，并且其中该第二边界平面是从向后限制平面与风扇壳体内表面相交的点延伸的、也垂直于该风扇壳体的该中心轴线的平面，该向后限制平面是锥形平面，锥体的基部为该向后限制平面和该向前限制平面与该风扇壳体的该中心轴线相交的点，其中该向后限制平面的锥体与该风扇叶片cog平面成角度θ2，其中该角度θ2等于9度；

3、该主冲击区域包括：

4、至少三个碳纤维增强聚合物(cfrp)块，当在横截面中观察时，该至少三个cfrp块在该主冲击区域的整个轴向范围内具有恒定厚度；

5、第一多个玻璃纤维增强聚合物(gfrp)块，当在横截面中观察时，该第一多个gfrp块在该主冲击区域的整个轴向范围内具有恒定厚度；和

6、中性轴线，该中性轴线延伸跨过该主冲击区域的该轴向范围，该中性轴线定位在该主冲击区域的总深度的一半处，其中该主冲击区域的该总深度等于该主冲击区域内的该cfrp块和该gfrp块的厚度的总和；

7、其中该多个gfrp块中的每个gfrp块位于两个cfrp块之间；并且该多个gfrp块中的至少一个gfrp块的厚度与该多个gfrp块中的其他gfrp块的厚度不同。

8、使cfrp块位于该区域的边界处提供了高强度块，从而防止对壳体产生冲击的任何碎屑离开该壳体；位于该区域内的gfrp块的不同厚度提供了较低刚度，但在受到碎屑冲击时允许增加的挠曲。具有这些特征的组合的风扇壳体可以表现出冲击区域内的改进的能量分散。

9、该风扇壳体中的gfrp块和cfrp块的厚度的布置可以关于该主冲击区域的中性轴线为对称的。

10、该风扇壳体的中性轴线可以穿过这些gfrp块中的一个gfrp块。使中心gfrp块包围该中性轴线可以放大该冲击区域的弯曲模量，从而使得风扇壳体的区域具有改进的能量分散率，从而增强抗冲击性。

11、该风扇壳体的主冲击区域可以由四个cfrp块和三个gfrp块组成。

12、该风扇壳体的多个gfrp块中最厚的gfrp块可以被中性轴线平分。

13、离该风扇壳体的中性轴线最远的gfrp块可以是该多个gfrp块中最薄的gfrp块。

14、将该风扇壳体的该多个gfrp块中最厚的gfrp块夹置在中间的cfrp块可以与该多个gfrp块中最厚的gfrp块具有相同的厚度。

15、离该风扇壳体的中性轴线最远的gfrp块的厚度可以是被中性轴线平分的gfrp块的厚度的一半。

16、该风扇壳体的该cfrp块可以具有相同的厚度。

17、该风扇壳体的至少三个cfrp块中的至少一个cfrp块的厚度可以与该至少三个cfrp块中的其他cfrp块的厚度不同。

18、离该风扇壳体的中性轴线最远的cfrp块可以是该cfrp块中最薄的cfrp块。

19、与离该风扇壳体的主冲击区域的中性轴线最远的cfrp块相邻的gfrp块的厚度可以与离该主冲击区域的中性轴线最远的cfrp块的厚度相同。

20、该风扇壳体的cfrp块和/或gfrp块可以由2d交织的层带构成。

21、根据第二方面，提供了一种包括根据第一方面的风扇壳体的引擎，其中该风扇壳体被定位成使得该引擎的风扇的风扇叶片重心(cog)平面穿过该风扇壳体的主冲击区域。

22、根据第三方面，提供了一种包括根据第二方面的引擎的飞行器。

23、本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征如作适当变动，可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征组合。

技术特征：

1.一种用于具有风扇的引擎的风扇壳体，所述风扇具有风扇叶片，每个风扇叶片具有重心(cog)，所述cog位于风扇叶片cog平面上，所述风扇壳体具有中心轴线、前端、后端，并且包括主冲击区域，所述主冲击区域相对于所述风扇壳体的所述中心轴线具有轴向范围，使得当安装在带有具有风扇叶片的风扇的引擎上时，所述主冲击区域的最小轴向范围是从第一边界平面到第二边界平面，其中所述第一边界平面是从向前限制平面与风扇壳体内表面相交的点延伸的、垂直于所述风扇壳体的所述中心轴线的平面，所述向前限制平面是锥形平面，锥体的顶点为所述风扇叶片cog平面与所述风扇壳体的所述中心轴线相交的点，其中所述向前限制平面的所述锥体与所述风扇叶片cog平面成角度θ1，其中所述角度θ1等于8度，并且其中所述第二边界平面是从向后限制平面与风扇壳体内表面相交的点延伸的、也垂直于所述风扇壳体的所述中心轴线的平面，所述向后限制平面是锥形平面，所述锥体的所述顶点为所述风扇叶片cog平面和所述向前限制平面与所述风扇壳体的所述中心轴线相交的点，其中所述向后限制平面的所述锥体与所述风扇叶片cog平面成角度θ2，其中所述角度θ2等于9度；

2.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中所述gfrp块和所述cfrp块的所述厚度的布置关于所述主冲击区域的所述中性轴线对称。

3.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中所述中性轴线穿过所述gfrp块中的一个gfrp块。

4.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中所述主冲击区域由四个cfrp块和三个gfrp块构成。

5.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中所述多个gfrp块中最厚的gfrp块被所述中性轴线平分。

6.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中离所述中性轴线最远的所述gfrp块是所述多个gfrp块中最薄的gfrp块。

7.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中将所述多个gfrp块中最厚的gfrp块夹置在中间的所述cfrp块的厚度与所述多个gfrp块中最厚的gfrp块的厚度相同。

8.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中离所述中性轴线最远的所述gfrp块的厚度是被所述中性轴线平分的所述gfrp块的厚度的一半。

9.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中所有的所述cfrp块具有相同的厚度。

10.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中所述至少三个cfrp块中的至少一个cfrp块的厚度与所述至少三个cfrp块中的其他cfrp块的厚度不同。

11.根据权利要求10所述的风扇壳体，其中离所述中性轴线最远的所述cfrp块是所述cfrp块中最薄的cfrp块。

12.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中与离所述主冲击区域的所述中性轴线最远的所述cfrp块相邻的所述gfrp块的厚度与离所述主冲击区域的所述中性轴线最远的所述cfrp块的厚度相同。

13.根据权利要求1所述的风扇壳体，其中所述cfrp块和/或所述gfrp块由2d交织的层带构成。

14.一种包括根据权利要求1至13中任一项所述的风扇壳体的引擎，其中所述风扇壳体被定位成使得所述引擎的所述风扇的所述风扇叶片cog平面穿过所述风扇壳体的所述主冲击区域。

15.一种包括根据权利要求14所述的引擎的飞行器。

技术总结
本公开提供了一种用于具有风扇的引擎的风扇壳体，该风扇具有风扇叶片，每个风扇叶片具有重心(CoG)，该CoG位于风扇叶片CoG平面上，该风扇壳体具有中心轴线并且包括主冲击区域，该主冲击区域包括在该主冲击区域的整个轴向范围上具有恒定厚度的碳纤维增强聚合物(CFRP)块和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)块，其中该主冲击区域的总深度等于该CFRP块和该GFRP块的厚度之和，该GFRP块中的每个GFRP块位于两个CFRP块之间，并且该GFRP块中的至少一个GFRP块的厚度与该GFRP块中的其他GFRP块的厚度不同。

技术研发人员：M·贝克汉姆,R·霍尔
受保护的技术使用者：劳斯莱斯有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13