一种通过3d编织织造的单件纤维结构及其在制造复合材料部件中的应用的制作方法
【专利摘要】在一种通过三维编织织的单件纤维结构中，第一纬纱与和非连结区域(16)相邻的纤维结构(10)的第一部分(12)中的经纱层连结，在超出所述非连结区域的范围还与所述纤维结构的第二部分(14)中的经纱连结；第二纬纱与所述非连结区域相邻的纤维结构的第二部分(14)的经纱层连结，在超出所述非连结区域的范围还与所述的纤维结构的第一部分(12)的经纱层连结；使得所述第一和第二纬纱的路径在至少一个过渡区域(18)中交叉，该过渡区域在纤维结构中从所述非连结区域的末端延伸，所述过渡区域在纬纱方向延伸的距离大于相邻经纱列之间的间距(p)。
【专利说明】一种通过3D编织织造的单件纤维结构及其在制造复合材料部件中的应用
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种通过三维(3D)编织制造的单件纤维结构，特别地，用于制造复合材料部件。本发明应用的一个特别的，但并不排他的领域在于制作用于飞机或航空发动机，特别是飞机涡轮发动机的复合材料部件的预制品的纤维结构。
[0002]在现有的方式中，复合材料部件可以通过制作纤维预制品并通过用基质将预制品致密化来获得。根据预期的应用，预制品可以由玻璃、碳或陶瓷纤维制作，基质可以由有机材料(聚合物)、碳或陶瓷制作。
[0003]对于形状相对复杂的部件来说，公知的是通过一种通过3D或多层编织制造纤维结构或毛坯单件，并且将毛坯成形，以获得呈现出与要制作的部件的形状接近的形状的纤维预制品。
[0004]为了促进这种成形，也为了避免导致使得纱线被切并导致机械强度减小的切口，公知的是当纤维结构被编织时，在其内部留下一个或更多非连结区域。这种非连结区域可以通过局部地省去相邻纱线层的任何连结来获得，从而有可能折叠出与非连结区域相邻的纤维结构的部分。
[0005]从带有非连结区域的编织结构制作形状复杂的复合材料部件特别在文件W02010/061139 和 W02010/103213 中进行了描述。
[0006]然而，通过折叠出由非连结区域分离的部分来使纤维结构成形能够使得非连结区域末端变弱，并且使得在成形时在纱线上遭受过多的应力水平。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服这些缺陷。
[0008]本发明的第一个方面，该目的通过三维编织织造纤维结构单件来实现，所述纤维结构具有相对的表面，并呈现:
[0009]第一部分，具有多个经纱层，并且在所述纤维结构相对的表面之间形成所述纤维结构的第一部分的厚度；
[0010]第二部分，具有多个经纱层，并且形成所述纤维结构的第二部分的厚度，所述经纱按列排列，每一列包括所述第一部分的经纱和所述第二部分的经纱；以及
[0011]纬纱组，该纬纱组与所述第一部分的所述经纱层和所述第二部分的所述经纱层相互连结并留出至少一个非连结区域，该非连结区域将所述第一部分和所述第二部分隔开一部分，分隔开的部分沿所述纬纱方向在所述纤维结构中的尺寸为从所述纤维结构的边缘到非连结区域的末端。
[0012]在纤维结构中，在每个平面中:
[0013]一个或多个相同的第一纬纱与所述纤维结构的所述第一部分的经纱层相互连结，并在超出所述非连结区域的范围与所述纤维结构的所述第二部分的经纱层连结，所述第一部分的经纱层和所述非连结区域相邻；以及[0014]一个或多个相同的第二经纱与所述纤维结构的所述第二部分的纬纱层相互连结，并在超出所述非连结区域的范围与所述纤维结构的所述第一部分的经纱层相互连结，所述第二部分的纬纱层与所述非连结区域相邻；
[0015]使得所述第一纬纱的路径和所述第二纬纱的路径在至少一个过渡区域中交叉，所述过渡区域在所述纤维结构中从所述非连结区域的所述末端延伸；以及
[0016]所述过渡区域在所述纬纱方向延伸一段距离，该距离大于相邻的经纱列之间的间距。
[0017]在与非连结区域末端相邻的过渡区域中纬纱的交叉加固了所述末端，并且能够在折出与非连结区域相邻的纤维结构的片段时减小纱线上的应力。
[0018]在一个实施方式中，多个第一纬纱以及多个第二纬纱在过渡区域的纬纱方向上的末端之间遵循相似的路径。
[0019]在另一实施方式中，多个第一纬纱以及多个第二纬纱在所述过渡区域的所述纬纱方向上遵循相互偏置的相似的路径。
[0020]有利地，与所述纤维结构的所述相对的表面相邻的经纱的外层与相同的纬纱一起编织，所述相同的纬纱以所述纬纱方向在所述纤维结构的全部尺寸上连续延伸，这样就能保持表面纱线的连续性。
[0021]还有利地，在所述纤维结构的所述第一部分和第二部分中的至少一者中，与纤维结构的表面相邻的经纱外层的经纱与相同的纬纱一起编织，所述相同的纬纱具有在与所述过渡区域的位置大体上相对应的位置上交叉的路径，这样，当折叠出与非连结区域相邻的纤维结构的片段时能限制施加到与表面相邻的纬纱上的弯曲。
[0022]在一种实施方式中，纤维结构至少呈现两个非连结区域，该非连结区域将第一部分和第二部分分隔开一部分，隔开的部分沿所述纬纱方向在纤维结构中的尺寸为从纤维结构相对的边缘到非连结区域的各自的末端，这样，在成形之后就可获得具有η形或I形截面的纤维预制品。
[0023]本发明的另一方面，由以上定义的纤维结构达到预定的目的，其中，术语“经纱”和“纬纱”可互相交换。
[0024]在本发明的又一方面，本发明提供一种制造复合材料部件的方法，该方法包括:通过对如上定义的纤维结构进行成形来制作纤维预制品，所述成形至少包括折叠出与非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分或第二部分的片段，以及用基质将所述预制品致密化。
[0025]根据本发明的又一方面，本发明提供一种制造大体上具有π形截面的复合材料部件的方法，该方法包括:通过对如上定义的带有两个非连结区域的纤维结构进行成形来做纤维预制品，所述成形包括折叠出与所述两个非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分或第二部分的片段，以及用基质将所述预制品致密化。
[0026]通过举例的方式，这种大体上具有π形截面的部件可以是用于涡轮发动机的风扇叶片平台。
[0027]根据本发明的另一方面，本发明提供一种制造大体上具有I形截面的复合材料部件的方法，该方法包括:通过对如上定义的带有两个非连结区域的纤维结构进行成形来制作纤维预制品，所述成形包括折叠出与所述两个非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分和第二部分的片段，以及用基质将所述预制品致密化。
[0028]通过举例的方式，这种大体上具有I形截面的部件可以是涡轮发动机的出口导流叶片。
[0029]根据本发明的又一方面，本发明提供一种用于航空发动机的中空螺旋桨叶片，该叶片由如上定义的方法获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]通过阅读以下通过非限制性示例示出的方式给出的描述并参考附图，能够更好地理解本发明。其中:
[0031]图1是在本发明的实施方式中3D编织纤维结构的高度图解截面图；
[0032]图2是通过对图1的纤维结构进行成形而获得的预制品的高度图解截面图；
[0033]图3是在本发明的实施方式中3D编织纤维结构的平面图；
[0034]图4是通过对图3的纤维结构进行成形而获得的π形预制品的平面图；
[0035]图5是在本发明的实施方式中3D编织纤维结构的高度图解截面图；
[0036]图6是通过对图5的纤维结构进行成形而获得的预制品的高度图解截面图；
[0037]图7是在本发明的实施方式中截面预制品的平面图；
[0038]图8是在本发明的实施方式中3D编织纤维结构的高度图解截面图；
[0039]图9是通过对图8的纤维结构进行成形而获得的预制品的高度图解平面图；
[0040]图10是在本发明的实施方式中截面预制品的平面图；
[0041]图11是在本发明的实施方式中3D编织纤维结构的高度图解截面图；
[0042]图12是通过对图11的纤维结构进行成形而获得的预制品的高度图解截面图；
[0043]图13是通过对大体上具有π形截面的预制品进行致密化而获得的风扇叶片平台的透视图；
[0044]图14是在本发明的实施方式中3D编织结构的高度图解截面图；
[0045]图15是通过将图14的纤维结构进行成形而获得的I形轮廓的预制品的高度图解截面图；
[0046]图16是通过将I形轮廓的预制品进行致密化而获得的出口导流叶片的透视图；
[0047]图17是在本发明的实施方式中3D编织结构的截面图；
[0048]图18是通过将图17的纤维结构进行成形而获得的V形轮廓的预制品的高度图解截面图；以及
[0049]图19是通过将V形轮廓的预制品进行致密化而获得的螺旋桨的示意图。
【具体实施方式】
[0050]为了避免附图杂乱，在图1、2、3、4、5、7、8、10和11中，纬纱的路径以直线画出，而在截面中示出的经纱由点来表示。可以理解，由于涉及3D编织，纬纱遵循弯曲的路径，以与属于不同经纱层的经纱进行相互连结，非连结区域除外；观察到3D编织，特别是使用联锁(interlock)编织，可以包括在表面的2D编织。通过示例的方式，可以使用各种3D编织，例如联锁编织、多重缎纹编织或多重平纹编织，特别是如文件W02006/136755中所描述的。
[0051]图1示出3D编织纤维结构10中的高度图解的纬纱平面，3D编织纤维结构10构成具有相对表面IOa和IOb的单件。这里，术语“纬纱平面”用于表示与经纱方向垂直并且示出一列纬纱的截面平面。纤维结构10包括两个部分12和14，这两个部分12和14各自形成一定厚度的纤维结构10的第一部分和第二部分。每个部分12、14包括多个叠置的经纱层，示出的例子中每个部分有四个经纱层，经纱层的数目根据所期望的厚度可能为不少于两层的任何需要的层数。而且，在部分12和14中的经纱层的数目可能互相不同。在沿着整个纬纱方向经纱层的数目也有可能不恒定。经纱层按列排列，每一列包括纤维结构10的部分12的经纱层和部分14的经纱层。
[0052]在纤维结构10的尺寸的部分上，在纬纱方向(t)，纤维结构的两个部分12和14通过非连结区域16互相完全分离；非连结区域16从纤维结构10的边缘IOc延伸到非连结区域的末端16a。这里，术语非连结区域用于表示纬纱没有与分别属于纤维结构10的部分12和14的层中的经纱进行相互连结而形成交叉的区域。
[0053]除了非连结区域中以外，经纱层由属于多个纬纱层的纬纱来连结。
[0054]在示出的例子中，纤维结构10的每个平面中，第一纬纱tn到t14与和非连结区域16相邻的部分12的片段12a中的经纱层的经纱相互连结，并且在超过非连结区域16的范围还与部分14的经纱层的经纱连结。相反地，第二纬纱t15到t18与和非连结区域16相邻的部分14的片段14a中的经纱层的经纱连结，并且在超过非连结区域16的范围还与部分12中的经纱层的经纱连结。自然地,纤维结构10的部分12和14在超出非连结区域16的范围彼此相互连结。
[0055]通过示例的方式，对于由非连结区域16分离的片段12a和12b中的纬纱t14和t15来说，有可能在表面采用缎纹编织，在超出非连结区域16的范围继续用联锁编织来进行编织。
[0056]因此，纱线tn到t14的路径和纱线t15到t18的路径在过渡区域18中交叉，过渡区域18从非连结区域16的末端16a延伸。该过渡区域18在纬纱方向延伸一段距离，该距离大于相邻的经纱列之间的一个间距P，优选地，不小于2p。在示出的例子中，这个距离等于4p。在过渡区域18中，和纱线t15到t18相同，纱线tn到t14在纬纱方向上在过渡区域18的末端之间遵循相似的平行路径。
[0057]大体成T形轮廓的纤维预制品19 (图2)通过在非连结区域16的两侧分别折叠出片段12a和14a来获得。因为纬纱以渐进的方式通过过渡区域18中的经纱层，所以比较起更突然地通过两个经纱列之间的间隙来说，纬纱减少了处于任何损耗的危险。而且，过渡区域在纬纱方向延伸相对长的长度的事实赋予了较好的形变能力。
[0058]图3是纤维结构20的平面图，纤维结构20具有带有外部表面20a和内部表面20b的基部部分。在其厚度方向，纤维结构包括两个片段22和24，这两个片段在纬纱方向上被非连结区域26和26’相互分隔开纤维结构一部分。非连结区域26和26’从纤维结构20的相对的边缘20c和20d延伸到非连结区域的各自的末端26a和26’ a,纤维结构20的中心片段不包括任何非连结区域。
[0059]纤维结构的每个部分22和24具有多个经纱层，在本例中，部分22和24中的经纱层的数目是不同的。
[0060]在纤维结构20的每个平面中，相同的第一纬纱t21、t22、t23、t24在超出非连结区域26’的范围与部分24中的经纱相互连结，并且还与非连结区域旁边的部分22的片段22a中的经纱相互连结。相反地，相同的第二纬纱t25、t26、t27、t28与非连结区域26’旁边的部分22的片段22’ a中的经纱相互连结，并且还与非连结区域之前的部分24中的经纱相互连结。
[0061]因此，纱线t21、t22、t23、t24的路径在过渡区域28中与纱线t25、t26、t27、t28的路径交叉；过渡区域28位于非连结区域26和26’的末端26a和26’ a之间的纤维结构20的中心部分。如图1的实施方式中，纬纱t21、t22、t23、t24的路径以及纬纱t25、t26、t27、t28的路径在过渡区域28的末端之间是相似的，过渡区域28在纬纱方向延伸一段距离，该距离大于p，这里等于4p。
[0062]应该观察到，为了避免任意部分比非连结区域26和26’之间的其他部分具有更大数目的交叉纱线，从一个纬纱平面到另一个纬纱平面，过渡区域的位置在纬纱方向可以偏置中心。
[0063]如图4所示，为了获得大体上呈π形结构的纤维预制品29，对纤维结构20进行的成形包括，在非连结区域26和26’旁边折叠出纤维结构的部分24的片段，使得在截面中形成^形的腿24a和24’a，这些腿从内部表面20b延伸。应该观察到，在纤维结构20的部分中和与外部表面20a相邻的纤维预制品29的部分中，在表面编织采用锻织(纱线t29)，以提供表面的连续性，而没有通过经纱层，也没有与任何其他纬纱交叉。
[0064]在示出的例子中，还应该观察到的是，形成腿24a和24’ a的纤维结构20的部分24的片段通过增加经纱的列延伸越过部分22的边缘，以赋予腿24a和24’ a所期望的长度。 [0065]图5高度图解示出本发明的第二实施方式中的单件3D编织纤维结构40。图4的纤维结构40和图1的纤维结构10之间共同的元件给出了相同的标记，此处不再描述。
[0066]纤维结构40与纤维结构10不同之处在于由纬纱通过经纱层所遵循的路径，纬纱在过渡区域18中是交叉的。
[0067]因此，每个纬纱tn、t12、t13、t14在纬纱方向依次再多延伸一段距离，该距离等于经纱列之间的间距P，而纬纱tn到t14的路径在纬纱方向是相互偏置的，示出的例子中该偏置等于间距P。相同的方法应用到纬纱t15、t16、t17和t18。因此如上述实施方式中所示，有这样的过渡区域18，其在纬纱方向延伸的距离大于间距P，特别地大于4p。与图1的实施方式相比，当纬纱通过过渡区域时，其上施加了更大的应力，但是其尺寸赋予了很好的形变能力。
[0068]图6示出在纤维结构40的部分12和14的非连结区域16的两侧分别折叠出片段12a和14a之后获得的大体上呈T形截面的纤维预制品49。
[0069]图7是适用于获得大体上呈π形截面的预制品的纤维结构50的平面图。图7的纤维结构50和图3的纤维结构20之间共同的元件给出相同的标记，此处不再描述。
[0070]纤维结构50与纤维结构20不同之处在于由纬纱通过经纱层所遵循的路线。
[0071]因此，纬纱t21、t22、t23、t24中的每一个纬纱在纬纱方向通过经纱层一段距离，该距离等于经纱列之间的间距P，相同的方法应用到由纬纱t25、t26、t27和t28中的每一个纬纱遵循的路径。然而，纱线t21到t24以及纱线t25到t28延伸时相互交叉的位置在纬纱方向上是相互偏置的。在图7的例子中，过渡区域28在非连结区域26和26’的末端26a和26’a之间延伸相当长的距离，过渡区域28由多个单独的过渡区域28ρ282、283和284形成，这种交叉分布在纤维结构的片段的纬纱方向上，该纤维结构的片段在非连结区域26和26’之间延伸。[0072]大体上呈π形截面的纤维预制品通过折叠出纤维结构的部分24的片段来获得。该片段与非连结区域26和26’相邻，如图4所示。
[0073]图8是本发明第三实施方式中单件3D编织纤维结构60的高度图解示意图。图8的纤维结构60与图1和图5的结构10和40之间共同的元件给出了相同的标记，此处不再描述。
[0074]纤维结构60与纤维结构10的不同之处在于:在每个平面中，只有一些纬纱与通过和交叉的过程相关，在与非连结区域16相邻的纤维结构60的片段中经纱层的经纱与这些纬纱相互连结，然而位于与其表面IOa和IOb相邻的纤维结构的片段中的经纱沿着这些表面连续延伸，而没有通过经纱或与其他纬纱交叉。在这种方法中，有可能在非连结区域的末端加固纤维结构，同时保持表面连续性；表面连续性有利于最终获得的复合材料部件具有好的表面状态。
[0075]在示出的例子中，纬纱tn、t12、t17和t18在纤维结构60的边缘IOc和IOd之间连续延伸而不与其他纬纱交叉。与此对照，与非连结区域16相邻的纤维结构60的部分12的片段12a中的纬纱t13和t14越过非连结区域16的末端16a立即穿过经纱层，以进入纤维结构60的部分14中。相反地，为了进入纤维结构10的部分12中，与非连结区域16相邻的纤维结构60的部分14的片段14a中的纬纱t15和t16越过非连结区域16的末端16a立即穿过经纱层，与纬纱t13和t14交叉。穿过经纱并与纬纱交叉的路径发生在过渡区域18中，过渡区域18在纬纱方向的尺寸大于经纱列之间的间距P，在本例中，该尺寸等于2p。在纤维结构的每个平面内均能发现这样的布置:与表面IOa和IOb接近的纬纱连续延伸，在纤维结构60内部的纬纱经历穿过和交叉的过程。
[0076]自然地，在位于与非连结区域相邻的片段12a和14a中并经历穿过和交叉的过程的纬纱的数目可以不是两个，必须不少于一个。相似地，与表面IOa和IOb相邻并在边缘IOc和IOb之间没有交叉地连续延伸的纬纱的数目可以不是两个，至少等于一个。
[0077]图9示出在纤维结构60的部分12和14的非连结区域16的两侧分别折叠出片段12a和14a之后获得的大体上呈T形截面的纤维预制品69。不经历穿过和交叉过程的纬纱tn、t12、t17和t18遵循平滑的路径通过弯曲的区域。
[0078]图10示出适用于获得大体上呈π形截面的纤维预制品的纤维结构70的平面。图11的纤维结构70与图3和图7的纤维结构20和50之间共同的元件给出了相同的标记，此处不再描述。
[0079]纤维结构70与纤维结构20和50的不同之处特别在于存在纬纱t’ 29，纬纱t’ 29沿着内部表面20b连续延伸，并且沿着非连结区域26和26’旁边的部分24的片段的表面连续延伸，从而为预制品的内部表面提供连续性。
[0080]另外，纬纱之间的交叉发生在两个过渡区域28’和28〃中，这两个过渡区域28’和28〃位于与非连结区域26和26’的末端26a和26’a的最接近的地方。每个过渡区域在纬纱方向上延伸的距离大于经纱列之间的间距P，特别是等于2p。
[0081]图11是本发明第四实施方式中单件3D编织纤维结构80的示意图。图11的纤维结构80与图1、图5和图8的结构10、40和60之间共同的元件给出了相同的标记，此处不再描述。
[0082]纤维结构80与纤维结构60的不同之处在于，在每个平面中，与经纱层的经纱进行编织且最接近表面IOa和IOb的纬纱，特别是纬纱tn和t12，还有纬纱t17和t18，在相对的边缘IOc和IOd之间的路径上交叉，而不与任何其他纬纱交叉。这些交叉大体位于非连结区域16的末端，也就是，位于片段12a和14a与纤维结构80的剩余部分之间的连结区域12’ a和14’ a，该纤维结构80被成形时如图12所示。
[0083]与图8和图9的实施方式相比，这种在连结区域12’a和14’a中的交叉布置的作用是使纱线tn、t12、t17和t18呈现出较小的弯曲量，也就是，遵循较大的曲率半径。这样，纱线tn、t12、t17和t18在成形期间承受较少的应力，特别是当片段12a或14a被折出的角度相当大的时候。
[0084]在所描述的各种实施方式中，纤维结构通过3D编织用纱线形成，这些纱线的性质根据预期应用来选择，例如，纱线由玻璃、碳或陶瓷制作。
[0085]在纤维结构成形之后，通过形成基质来将纤维预制品进行致密化，同样地，基质的性质根据期望的应用来选择，例如，有机基质特别地从树脂中获得，树脂是聚合物基质的前体，例如，环氧基树脂、双马来酰亚胺、或聚酰亚胺树脂、或炭基质或陶瓷基质。对于炭基质或陶瓷基质，致密化可以通过化学气相渗透(CVI)，或通过包括炭或陶瓷前体树脂的液相组合物浸溃，并且通过应用热处理对前体进行热解或陶瓷化(ceramize)来执行，这些方法本身是公知的。
[0086]图13是用于航空涡轮发动机的风扇平台30的高度图解示意图。该平台由能够通过对具有大体呈η形截面的纤维预制品进行致密化而获得的这种复合材料制作，该预制品如图4所示或者如从图7和图10的纤维结构获得。优选地，纤维是碳纤维；优选地，基质是聚合物基质。
[0087]平台30包括底部32，该底部32具有顶部表面32a和底部表面32b，以及两条腿34和36,这两条腿特别用于形成加强网(stiffening webs),并且它们从平台30的底部表面32b延伸，这样，就有π形的截面，如虚线所示。
[0088]平台30设计为安装在两个风扇叶片之间的间隙中，在它们根部的附近，以便限定通过风扇的环形空气入口通道的内部，该通道由风扇罩在外部限定。在纤维预制品被致密化之后，平台30机器加工成其最终尺寸。
[0089]由具有一个或多个非连结区域并且根据本发明的纤维结构获得的纤维预制品可以用于制造航空发动机的其他复合材料部件。
[0090]因此，图14是与图1的纤维结构10不同的3D编织纤维结构90的纬纱平面的高度图解示意图，纤维结构90与图1的纤维结构10不同之处特别在于部分12和14沿着两个非连结区域16和16’被互相分离，两个非连结区域16和16’从纤维结构90的相对的边缘IOc和IOd延伸到各自的非连结区域末端16a和16’ a。
[0091]纬纱的路径在过渡区域18和18’中交叉，过渡区域18和18’从非连结区域16和16’的末端16a和16’a延伸。过渡区域18和18’可以与图1的纤维结构10的过渡区域18相似。在一种变型中，可能采用与图5和图8的纤维结构40和60的过渡区域相类似的过渡区域。
[0092]大体呈I形截面(或H形截面)的纤维预制品99通过折叠出非连结区域16旁边的部分12和14的片段12a和14a，和非连结区域16’旁边的部分12和14的片段12’ a和14’a来获得。[0093]图16是能够通过将大体呈I形截面或大体呈H形截面的纤维预制品进行致密化而获得的航空涡轮发动机的复合材料出口导流叶片(OGV)IOO的高度图解视图。，纤维优选为碳纤维,而基质优选为聚合物基质。
[0094]出口导流叶片100包括翼型102，翼型102在其末端固定到外部预制品104和内部预制品106，导流叶片100用于安装在旁路航空涡轮发动机的次级流动通道中，风扇的下游。出口导流叶片100的截面大体呈现出1(或H)形，如图16虚线所示。
[0095]为了制造这样的出口导流叶片100，有可能使用与图15所示带有形成切口的纤维预制品相似的纤维预制品，以使得当扩展为平面时，复制翼型和平台的尺寸。
[0096]图17是3D平滑的纤维结构110的纬纱平面的高度图解视图，该纤维结构110与图1的纤维结构10不同之处在于:部分12和14通过非连结区域16互相分离，非连结区域16以纬纱方向延伸通过了纤维结构110的大部分，从边缘IOc开始延伸到非连结区域末端16a。
[0097]纬纱的路径在过渡区域18中交叉，过渡区域18从非连结区域16的末端16a开始延伸。纤维结构110的过渡区域18可以与图1的纤维结构10的过渡区域相似。在一种变型中，有可能采用与图5的纤维结构40或图8的纤维结构60中的过渡区域相似的过渡区域。
[0098]大体呈V形截面的纤维预制品119通过将与非连结区域16相邻的部分12和14的片段12a和14a进行分离而获得的(图18)。
[0099]图19是通过将大体呈V形截面的纤维预制品进行致密化能够获得的航空发动机的中空螺旋桨叶片120的高度图解视图。优选地，纤维是碳纤维，基质是聚合物基质。
[0100]螺旋桨叶片120沿着其前缘122以及在其尖端124具有坚固的部分，这个坚固的部分由中空部分延伸，并具有大体上呈V形的截面的轮廓，如图19所示。
[0101]螺旋桨叶片120可以通过将带有与图17中相似的非连结的纤维结构演变来的预制品进行致密化而获得。在纤维结构的编织过程中，选择连续平面中过渡区域的位置以符合螺旋桨叶片的轮廓。
[0102]在上述各种实施方式中，位于非连结区域一侧的纬纱和位于非连结区域另一侧的纬纱在超出非连结区域的末端外，穿过经纱层在纤维结构的一部分种交叉，该交叉在纬纱方向向展开在过渡区域中；该过渡区域延伸的距离大于经纱列之间的间距，典型地，为几个间距。该过渡区域覆盖了所有这些交叉，可能其本身由许多个单个过渡区域组成。优选地，在过渡区域中交叉的纬纱属于与非连结区域相邻的纤维结构的片段。位于与外部表面相邻的纤维结构的片段中的纬纱可能不涉及穿过经纱层并与其它纬纱交叉的过程。
[0103]最后，可以理解的是，在所描述的实施方式中，术语“纬纱”和“经纱”能够互换。
【权利要求】
1.一种通过三维编织织造的单件纤维结构，所述纤维结构具有相对的表面并具有: 第一部分，其具有多个经纱层，并且在所述纤维结构相对的表面之间形成所述纤维结构的第一部分的厚度； 第二部分，其具有多个经纱层，并且形成所述纤维结构的第二部分的厚度，所述经纱按列排列，每一列包括所述第一部分的经纱和所述第二部分的经纱；以及 在所述纤维结构中的每个平面中，一组纬纱与所述第一部分的所述经纱层和所述第二部分的所述经纱层相互连结并留出至少一个非连结区域，该非连结区域在纬纱方向上将所述第一部分和第二部分分隔开一部分，分隔开的部分沿所述纬纱方向在所述纤维结构中的尺寸为从所述纤维结构的边缘到非连结区域的末端，其中: 一个或多个相同的第一纬纱与和所述非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分的经纱层相互连结，并在超出所述非连结区域的范围与所述纤维结构的所述第二部分的经纱层相互连结；以及 一个或多个相同的第二经纱与和所述非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第二部分的纬纱层相互连结，并在超出所述非连结区域的范围与所述纤维结构的所述第一部分的经纱层相互连结； 使得所述第一纬纱的路径和所述第二纬纱的路径在至少一个过渡区域中交叉，所述过渡区域在所述纤维结构中从所述非连结区域的所述末端延伸；以及 所述过渡区域在所述纬纱方向延伸的距离大于相邻的经纱列之间的间距。
2.根据权利要求1所述的纤维结构，其中，多个第一纬纱以及多个第二纬纱在所述过渡区域(18、28)的所述纬纱方向上的末端之间遵循相似的路径。
3.根据权利要求1所述的纤维结构，其中，多个第一纬纱以及多个第二纬纱在所述过渡区域(18、28)沿所述纬纱方向遵循相互偏置的相似的路径。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的纤维结构，其中，与所述纤维结构的所述相对的表面相邻的经纱的外层与相同的纬纱一起编织，所述相同的纬纱沿所述纬纱方向在所述纤维结构的全部尺寸内连续延伸。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的纤维结构，其中，在所述纤维结构的所述第一部分和第二部分中的至少一者中，与所述纤维结构的表面相邻的所述经纱外层的所述经纱与相同的纬纱一起编织，所述相同的纬纱具有的路径在与所述过渡区域的位置大体上相对应的位置上交叉。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的纤维结构，其具有至少两个非连结区域(16、16’、26、26’)，该至少两个非连结区域将所述第一部分和第二部分分隔开一部分，分隔开的部分沿所述纬纱方向上在所述纤维结构(20、50、70、90)中的尺寸为从所述纤维结构的相对的边缘到所述非连结区域的各自的末端。
7.—种通过三维编织制造的单件纤维结构，所述纤维结构具有相对的表面并具有: 第一部分，其具有多个纬纱层，并且在所述纤维结构相对的表面之间形成所述纤维结构的第一部分的厚度； 第二部分，其具有多个纬纱层，并且形成所述纤维结构的第二部分的厚度，所述纬纱按列排列，每一列包括所述第一部分的纬纱和所述第二部分的纬纱；以及 一组经纱，该组经纱将所述第一部分的所述纬纱层和所述第二部分的所述纬纱层相互连结并留出至少一个非连结区域，该至少一个非连结区域将所述第一部分和第二部分分隔开一部分，隔开的部分沿所述经纱方向在所述纤维结构中的尺寸为从所述纤维结构的边缘到所述非连结区域的末端，其中: 一个或多个相同的第一经纱与和所述非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分的纬纱层相互连结，并在超出所述非连结区域的范围与所述纤维结构的所述第二部分的纬纱层相互连结；以及 一个或多个相同的第二经纱与和所述非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第二部分的纬纱相互连结，并在超出所述非连结区域的范围与所述纤维结构的所述第一部分的纬纱层连结； 使得所述第一经纱的路径和所述第二经纱的路径在至少一个过渡区域中交叉，所述过渡区域从所述非连结区域的所述末端在所述纤维结构中延伸；以及 所述过渡区域在所述经纱方向延伸的距离大于相邻的纬纱列之间的间距。
8.根据权利要求7所述的纤维结构，其中，多个第一经纱以及多个第二经纱在所述过渡区域的所述经纱方向上的所述末端之间遵循相似的路径。
9.根据权利要求7所述的纤维结构，其中，多个第一经纱以及多个第二经纱在所述过渡区域的所述经纱方向上遵循相互偏置的相似的路径。
10.根据权利要求7-9中任一权利要求所述的纤维结构，其中，与所述纤维结构的所述相对的表面相邻的纬纱 的外层与相同的经纱一起编织，所述相同的经纱以所述经纱方向在所述纤维结构的全部尺寸上连续延伸。
11.根据权利要求7-9中任一权利要求所述的纤维结构，其中，在所述纤维结构的所述第一部分和所述第二部分中的至少一者中，与所述纤维结构的表面相邻的所述纬纱外层的所述纬纱与相同的经纱一起编织，所述相同的经纱具有的路径大体上与所述过渡区域的位置相对应的位置交叉。
12.根据权利要求7-11中任一权利要求所述的纤维结构，该纤维结构具有至少两个非连结区域，该至少两个非连结区域将所述第一部分和第二部分分隔开一部分，分隔开的部分沿所述经纱方向在所述纤维结构中的尺寸为从所述纤维结构的相对的边缘直到所述非连结区域的各自的末端。
13.一种制造复合材料部件的方法，该方法包括: 通过对根据权利要求1到12中任一权利要求所述的纤维结构进行成形来制作纤维预制品，所述成形至少包括折叠出与非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分或所述第二部分的片段；以及 用基质将所述预制品致密化。
14.一种制造大体上具有π形截面的复合材料部件的方法，该方法包括: 通过对根据权利要求6或权利要求12所述的纤维结构进行成形来制作纤维预制品，所述成形包括折叠出与所述两个非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分或所述第二部分的片段；以及 用基质将所述预制品致密化。
15.一种由复合材料制作的涡轮发动机风扇叶片平台，该平台由权利要求14所述的方法获得。
16.一种制造大体上具有I形截面的复合材料部件的方法，该方法包括: 通过对根据权利要求6或权利要求12所述的纤维结构进行成形来制作纤维预制品，所述成形包括折叠出与所述两个非连结区域相邻的所述纤维结构的所述第一部分和所述第二部分的片段；以及 用基质将所述预制品致密化。
17.一种由复合材料制作的涡轮发动机出口导流叶片，该导流叶片由权利要求16所述的方法获得。
18.一种由复合材料制作的用于航空发动机的中空螺旋桨叶片，该叶片由权利要求13所述的方法获得。
【文档编号】F01D5/28GK103998721SQ201280062069
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月10日 优先权日:2011年12月14日
【发明者】雅恩·马尔查尔, 多米尼克·酷派, 莫妮卡·弗洛斯塞勒, 乔纳森·戈林 申请人:斯奈克玛