复合齿轮箱壳的制作方法

本发明涉及飞行器发动机齿轮箱，且更特别地涉及用于包括聚合复合材料的飞行器发动机齿轮箱的壳。

背景技术：

飞行器构件和飞行器发动机需要轻量部分以便高效。通常，飞行器构件由金属材料(诸如铝和镁合金)形成。用较轻量的聚合材料(诸如热塑性材料或热固性材料)替代壳中的金属材料可造成较轻量且更高效的飞行器和飞行器构件。在这点上，纤维加强复合聚合材料可用于需要较轻量材料的一些特殊应用。

关于在飞行器发动机齿轮箱壳的建造中使用常规复合聚合材料的一个问题在于它们不具有合适的热力学特性。用于飞行器构件的一些齿轮箱必须构造成用于被动热传输以便避免过热。换句话说，热量必须从内表面传导通过齿轮箱壳的壁厚至外表面。用于常规复合热塑性材料的加强纤维通常不定向成在期望的方向上传导热，即使它们可热传导。相反，它们通常定向成提供需要的强度和刚度特性。

技术实现要素：

此需要通过由聚合复合材料形成的齿轮箱壳解决，聚合复合材料由诸如碳纤维的材料加强且包括可操作成从壳的第一侧被动地传导热量至壳的第二侧的热传导填充物。

一种壳包括聚合物、加强材料和热传导填充物。第一壳构件由聚合物限定使得加强材料和热传导填充物嵌入聚合物内。热传导填充物构造成使得热量可被动地传导通过第一壳构件。

一种用于飞行器齿轮箱的壳包括聚合层和热传导填充物。第一壳构件由聚合物限定使得热传导填充物嵌入聚合物内。热传导填充物构造成使得热量可被动地传导通过第一壳构件。

技术方案1.一种壳，所述壳包括：

聚合物；

加强材料；

热传导填充物；

第一壳构件，其由所述聚合物限定使得所述加强材料和所述热传导填充物嵌入所述聚合物内；且

其中所述热传导填充物构造成使得热量可被动地传导通过所述第一壳构件。

技术方案2.根据技术方案1所述的壳，其中，所述壳构件具有第一侧和第二侧，且所述热传导填充物构造成提供热传导通路使得热量可从所述第一侧被动地传导至所述第二侧。

技术方案3.根据技术方案2所述的壳，其中，所述热传导通路是不连续的。

技术方案4.根据技术方案2所述的壳，其中，所述热传导填充物包括碳纳米管。

技术方案5.根据技术方案2所述的壳，其中，所述热传导填充物包括碳纳米纤维。

技术方案6.根据技术方案2所述的壳，其中，所述热传导填充物包括切短纤维。

技术方案7.根据技术方案2所述的壳，其中，所述壳构造成飞行器齿轮箱壳。

技术方案8.根据技术方案1所述的壳，其中，所述第一壳构件连接至第二壳构件。

技术方案9.根据技术方案8所述的壳，其中，所述第二壳构件由金属形成。

技术方案10.根据技术方案8所述的壳，其中，所述第二壳构件包括聚合物、加强材料和热传导填充物。

技术方案11.根据技术方案1所述的壳，其中，所述加强材料是由碳纤维形成的织物。

技术方案12.一种用于飞行器齿轮箱的壳，所述壳包括：

聚合物；

热传导填充物；

第一壳构件，其由所述聚合物限定使得所述热传导填充物嵌入所述聚合物内；且

其中所述热传导填充物构造成使得热量可被动地传导通过所述第一壳构件。

技术方案13.根据技术方案12所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，所述壳构件具有第一侧和第二侧，且所述热传导填充物构造成使得热量可从所述第一侧被动地传导至所述第二侧。

技术方案14.根据技术方案13所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，所述热传导填充物包括碳纳米管。

技术方案15.根据技术方案14所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，所述热传导填充物包括碳纳米纤维。

技术方案16.根据技术方案12所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，所述热传导填充物包括切短纤维。

技术方案17.根据技术方案12所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，所述热传导填充物定位成提供热传导通路。

技术方案18.根据技术方案17所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，所述热传导通路是不连续的。

技术方案19.根据技术方案12所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，所述壳还包括加强材料。

技术方案20.根据技术方案19所述的用于飞行器齿轮箱的壳，其中，加强材料是由碳纤维形成的织物。

附图说明

本发明参照结合附图的以下描述可最好地理解，在附图中：

图1是根据本发明的包括聚合材料的齿轮箱壳的透视图；

图2是图1中所示的齿轮箱壳沿线2-2截取的剖开侧视图；且

图3是图2中所示的齿轮箱壳的聚合部分在区域3处截取的部分的剖开详细视图。

零件清单

10齿轮箱壳

22衬垫或密封件

24螺栓

26螺母

28加强板或垫圈

32加强套筒

34腔

40第一壳构件

41凸缘

42第一内表面

44第一外表面

46第一编织加强层

48第二编织加强层

52聚合物基质

54热传导填充物

70第二壳构件

71凸缘

72第二内表面

74第二外表面。

具体实施方式

参照附图，其中相同的参考标号指出贯穿各个视图的相同元件，图1示出了包括第一壳构件40和第二壳构件70的壳10。根据示出的实施例，壳10是飞行器齿轮箱壳。第一壳构件40由复合材料形成，其中聚合物利用纤维加强，如将在下文进一步描述的那样。第二壳构件70由用于飞行器齿轮箱壳的常规材料(诸如铝或镁合金)形成。

现在参照图1和图2，第一壳构件40和第二壳构件70各自分别包括凸缘41和71。衬垫或密封件22夹在凸缘41和71之间。密封件22由常规衬垫材料形成。多个常规的带螺纹螺栓24贯穿凸缘41和71以及密封件22中形成的相应孔。带螺纹螺母26与各个螺栓24接合。以此方式，第一壳构件40和第二壳构件70连接在一起以限定齿轮箱壳10。应了解的是，其它紧固件系统可用于连接第一壳构件40和第二壳构件70。

加强板或垫圈28定位在螺母26和凸缘41中的至少一些之间。加强套筒32定位成在贯穿凸缘41的螺栓的部分中环绕至少一些螺栓24的一部分。应了解的是，垫圈28和加强套筒32可操作成保护第一壳构件40免受集中负载，诸如与像螺栓24的机械紧固件相关联的那些。因此，当产生此连接时，可使用如图所示的减轻集中负载的手段。作为示例且非限制，此减轻手段可包括以下一者：套筒、衬套、垫圈、板、其它负载散布装置及其组合。

现在参照图2，第一壳构件40限定第一内表面42和第一外表面44。同样，第二壳构件70限定第二内表面72和第二外表面74。第一内表面42和第二内表面72一起限定腔34。腔34构造成接收与航空齿轮箱有关或相关联的各种流体和机械构件。

现在参照图3，第一壳构件40包括第一加强层46和第二加强层48。如图所示，第一加强层46和第二加强层48是由编织的碳纤维形成的织物的层。可提供额外的加强层使得第一壳构件40的厚度的相当大的部分包括加强层。作为示例且非限制，加强材料可由以下一者形成：切短纤维、带、织物、连续纤维及其组合。如果使用切短纤维，则其优选大于半英寸长。作为示例且非限制，可用作加强材料的材料包括以下一者：碳、玻璃及其组合。

第一加强层46和第二加强层48嵌入聚合基质52中。聚合基质是聚合物树脂。作为示例且非限制，聚合树脂可由以下一者形成：环氧化物、双马来酰亚胺、苯并恶嗪、聚酰亚胺、聚芳基甲酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚邻苯二甲酰胺、聚铝硅酸盐、陶瓷基复合物及其组合。

现在参照第一壳构件40，其通常构造成将热量从腔34传导通过第一内表面42至第一外表面44。以此方式，热量从腔34传导通过第一壳构件40至第一外表面44周围的区域。类似地，热量必须从腔34流动通过第二内表面72至第二壳构件70的第二外表面74且因此至邻近第二外表面74的区域。

为了提供第一壳构件40的期望的热传导特性，聚合基质52浸渍有传导材料(诸如热传导填充物54)。使用热传导填充物54是因为，要定向第一编织加强层46和第二编织加强层48的加强碳纤维的方向以便在“透过厚度”的方向上提供直接热传输通路通常是困难或不实际的。换句话说，难以将加强层定向成将热量从第一内表面42传导至第一外表面44，因为它们也可操作成提供加强。在这点上，第一编织加强层46和第二加强层48的纤维铺设成大致垂直于期望的热传输方向。如果切短纤维用作加强材料，相信将难以控制上层纤维的分布和定向使得提供足够的直接热传输通路。

不一定要具有由热传导填充物54限定的连续物理传导通路以便于足够热量从腔34流向外表面34和邻近其的区域。然而，热传导填充物54的包括通过提供传导通路且非通过改变复合系统的基本化学性质而操作，其中第一壳构件40的复合系统包括聚合基质52、第一编织加强层46、第二编织加强层48和热传导填充物54。

选择热传导填充物54使得其可以类似于粉末或流体的方式而物理地分布在空间内或聚合基质52内。因此，热传导填充物54能够贯穿复合材料均匀分布且填充加强材料(诸如第一编织加强层46和第二编织加强层48)之间的空隙。用于热传导填充物54的合适材料可包括碳纳米纤维和碳纳米管。碳纳米管是具有半球状端部且非常均匀的小圆柱体或棒。碳纳米纤维相比于碳纳米管较不均匀。如本文所使用，用语“纳米”指一个主尺寸在1纳米(nm)长的量级的结构。

热传导填充物54还可起作用为减少聚合物基质中的微裂纹。此裂纹通常由聚合基质的热应力和退化导致。以此方式形成的裂纹可引起从第一内表面42至第一外表面44的通路。此通路将引起齿轮箱壳10的流体内含物(诸如油)的可能的泄漏。

热传导填充物54可由金属合金形成，然而这将不会达到降低重量的目标。作为示例且非限制，热传导填充物54从以下一者选择：碳纳米纤维、碳纳米管、成粉末形式的金属合金、氧化锌、氧化铝、氮化硼、炭黑及其组合。

应了解的是，聚合基质52的热膨胀系数“cte”且因此第一壳构件40必须类似于第二壳构件70。第二壳构件70由金属材料(诸如铝、镁合金、钢或其它合适的金属或合金)形成。应了解的是，在一些实施例中，第二壳构件70由以与上文的第一壳构件40相关联描述的方式加强的聚合复合物形成。因此大致全部齿轮箱壳可由加强的聚合材料形成。

现在参照齿轮箱壳10的构造，且更特别地参照第一壳构件40的构造，其可使用硬模在模铸过程中制成。通常，未固化的聚合基质52连同第一编织加强层46和第二编织加强层48以及热传导填充物54装载在模具内，模具闭合且复合系统固化。通常将使用热量和时间来固化复合系统。备选地，聚合基质52和加强纤维以及热传导填充物54在加入模具且固化以形成第一壳构件40之前可形成为均质混合物。

前文已经描述了具有足以形成从其形成的飞行器齿轮箱和齿轮箱壳的热性质和结构性质的聚合材料。该材料轻于常规材料且构造成被动地传导热量使得齿轮箱壳内的热量可传导通过壳壁至壳外的区域。此说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以任何组合来组合，除了此特征和/或步骤中的至少一些互斥的组合之外。

此说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的各个特征可由用于相同、等同或类似目的的备选特征替换，除非另外清楚地指出。因此，除非另外清楚地指出，公开的各个特征仅为一般系列的等同或类似特征的仅一个示例。

本发明不限于前述实施例的细节。本发明延伸至此说明书(包括任何所附潜在的创新点、摘要和附图)中公开的特征中的任何新的一个或任何新的组合，或延伸至如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新的一个或任何新的组合。