具有加强区域的由复合材料制成的涡轮机部件的制造方法与流程

本发明涉及通过三维(trois-dimensions，3d)丝线编织将加强区域集成到由复合材料制成的涡轮机部件中，涡轮机部件例如为壳体、中间壳体外壳(virole de carterintermédiaire，vci)或出口引导叶片(outlet guide vane，ogv)。

背景技术：

1、现有技术包括文献fr 3 085 299 a1，us2019/160765 a1以及de 100 25 628a1。

2、涡轮机部件(例如风扇壳体、vci以及ogv)可以由复合材料制成。

3、更具体地，复合部件通过成形编织来制造，并且由三维(3d)编织预制件构成，该三维编织预制件具有例如四层经纱丝线(经纱丝线纵向地布置)和四层纬纱丝线(纬纱丝线横向地布置)，在三维编织中经纱丝线通过纬纱丝线来联接。

4、为了对这些涡轮机部件进行增强，可以对3d编织预制件增加增厚。例如，可以增大经纱丝线的纤度(titre)。

5、如果该增厚不够，可以增加经纱丝线的层数，并因此增加纬纱丝线的层数，例如增加到八层经纱丝线和八层纬纱丝线。然而，这导致部件的厚度增大，因为这些层的纬纱丝线存在于部件的整个长度上，而不仅是局部地位于期望的增厚所在的区域。这也使部件的质量增大。此外，这对整个部件都有影响，而不是仅对部件的需要增强的区域有影响。

6、增大部件(例如壳体)的刚度可以通过增加加强部(即，使部件的厚度局部地增大的增强部)来实现。加强部是例如由复合材料制成的附加部件，加强部例如通过胶合来装配到涡轮机部件并且组装到涡轮机部件。由于这种加强部，部件在增强区域之外保持等厚。

7、如图1a所示，加强部可以通过将增强部10(在此呈欧米伽的形式)胶合到涡轮机部件12来制造。然而，这种加强部特别地通过缩呢(drapage)和聚合而单独地制造、然后在机加工之后胶合到部件12。胶合操作可能还需要使用高压釜，高压釜是一种昂贵的设备。

8、加强部也可以通过将局部增厚编织到部件上来制造。然而，特别地当部件通过成形编织制成时，这种增厚对部件的相邻区域有影响。为了增大部件的厚度，需要增加一层或多层经纱丝线，并且因此增加一层或多层纬纱丝线。这对部件的除了加强部所在的区域之外的区域有影响。

9、本发明的目的是提出使得能够弥补这些缺点中的至少一些缺点的解决方案。

技术实现思路

1、因此，本发明提出了一种用于制造具有局部加强增厚的涡轮机部件的方法，该局部加强增厚通过成形编织获得，对与该加强区域邻近的区域没有影响，并且使涡轮机部件的周向杨氏模量最大化。

2、为此，本发明涉及一种用于制造由复合材料制成的涡轮机部件的方法，所述方法包括以下步骤：

3、-通过丝线的三维编织以制造纤维织物来制造纤维预制件，纤维织物以多个叠置层的形式在芯轴上进行缠绕，芯轴具有与待制造的部件的轮廓对应的轮廓，以获得具有与待制造的部件的形状对应的形状的纤维预制件，丝线被分成经纱丝线和纬纱丝线，经纱丝线与纬纱丝线以三维编织的形式交织，以及

4、-在纤维预制件中形成加强区域。

5、根据本发明，所述加强区域由与纬纱丝线不交织的至少一层经纱丝线形成，至少一层经纱丝线插入交织的经纱丝线与纬纱丝线之间。

6、根据本发明，构成加强区域的与纬纱丝线不交织的经纱丝线被插入到芯部中，即大致在预制件的厚度的中间。这些附加经纱丝线以使附加经纱丝线具有最小缩短的织法进行编织，而其他经纱丝线和纬纱丝线保持如下的路径，这些路径导致与在不增加这些附加经纱丝线的情况下其他经纱丝线和纬纱丝线将具有的缩短相等的缩短。缩短是在织件内的曲线长度与该织件的长度之比。这能够使周向杨氏模量最大化。交织的经纱丝线和纬纱丝线形成联结部，与纬纱丝线不交织的附加经纱丝线被编织在该联结部内。由于附加经纱丝线与纬纱丝线不交织，缩短被保持在最小。

7、因此，根据本发明的方法使得能够通过在部件上形成局部增厚来制造加强部，而不影响部件的相邻区域。根据本发明的加强部比现有技术的加强部更有效，现有技术的加强部可以通过简单的相同织法编织的(并且因此具有相同缩短的)增厚来获得，即杨氏模量没有任何增益。根据本发明的加强部使得能够增大涡轮机部件的周向刚度，因此使部件的周向杨氏模量最大化。

8、加强部直接形成到部件中，从而使得能够降低制造成本。不需要单独地制作加强部以及随后将加强部集成到部件中。

9、优选地，加强区域不沿着部件的整个长度延伸。换言之，优选地，加强增厚的范围最小化以限制加强增厚对部件的质量的影响。

10、有利地，增厚的区域相对于部件的尺寸较小，因此不会在部件的整个表面上增大部件的厚度。例如，增厚的区域小于部件的表面的10％。对增厚的范围进行限制使得能够回到基本织法(即在加强区域之外的织法)，在基本织法中，所有的经纱丝线与纬纱丝线交织，因此使得能够将与纬纱丝线不交织的附加经纱丝线限制到附加经纱丝线的专用区域(即加强区域)。

11、在一个实施例中，加强区域由与纬纱丝线不交织的至少一层经纱丝线形成，与纬纱丝线不交织的该层经纱丝线中的经纱丝线的单位长度质量(即每单位长度的材料的量)大于交织的所述经纱丝线和所述纬纱丝线的单位长度质量。例如，与纬纱丝线不交织的经纱丝线的单位长度质量是交织的经纱丝线和纬纱丝线的单位长度质量的两倍。

12、在另一个实施例中，加强区域由与纬纱丝线不交织的多层经纱丝线形成。这些与纬纱丝线不交织的经纱丝线具有与交织的经纱丝线和纬纱丝线的单位长度质量大致相等的单位长度质量。

13、与纬纱丝线不交织的附加经纱丝线的数量取决于所需部件的最终厚度。这些附加经纱丝线的数量不同于交织的经纱丝线和纬纱丝线的数量。与纬纱丝线不交织的附加经纱丝线的数量与交织的经纱丝线和纬纱丝线的数量之间的比可以介于0.25至4之间。

14、纤维预制件可以包括交织的n层经纱丝线和m层纬纱丝线，其中，n和m是大于或等于三的整数。加强区域位于第一蒙皮与第二蒙皮之间，第一蒙皮由交织的n1层经纱丝线和m1层纬纱丝线形成，n1和m1分别是小于n和m的整数，第二蒙皮由交织的另外n-n1层经纱丝线和另外m-m1层纬纱丝线形成。

15、换言之，形成加强区域的与纬纱丝线不交织的一个或多个经纱丝线被布置在纤维预制件的厚度的中间。

16、在一个实施例中，整数n和m相等，例如整数n和m各自等于四，因此纤维预制件包括交织的四层经纱丝线和四层纬纱丝线。优选地，加强区域位于第一蒙皮与第二蒙皮之间，第一蒙皮由交织的两层经纱丝线和两层纬纱丝线形成，第二蒙皮由交织的另外两层经纱丝线和另外两层纬纱丝线形成。

17、在另一个实施例中，整数n和m相等，例如整数n和m各自等于八，因此纤维预制件包括交织的八层经纱丝线和八层纬纱丝线。优选地，加强区域位于第一蒙皮与第二蒙皮之间，第一蒙皮由交织的四层经纱丝线和四层纬纱丝线形成，第二蒙皮由交织的另外四层经纱丝线和四层纬纱丝线形成。

18、本发明还涉及一种涡轮机部件，该涡轮机部件通过根据本发明的制造方法获得，所述部件包括被集成到纤维预制件中的加强区域，所述加强区域由与纬纱丝线不交织的至少一层经纱丝线形成，所述至少一层经纱丝线插入纤维预制件的交织的经纱丝线与纬纱丝线之间。

19、加强区域形成增厚以对部件进行加强。

20、经纱丝线和纬纱丝线可以是由复合材料(例如碳、玻璃、芳纶或陶瓷)构成的纤维。

21、在一个实施例中，加强区域由与纬纱丝线不交织的经纱丝线形成，与纬纱丝线不交织的经纱丝线的单位长度质量大于交织的经纱丝线和纬纱丝线的单位长度质量。

22、在另一个实施例中，加强区域由与纬纱丝线不交织的多个经纱丝线形成。与纬纱丝线不交织的经纱丝线与交织的经纱丝线和纬纱丝线具有相同的单位长度质量。

23、所得到的涡轮机部件可以是通过3d丝线编织来制造的并且需要周向加强部的任何轴对称部件或回转体部件。例如，涡轮机部件可以是风扇壳体或vci。

24、所得到的涡轮机部件也可以是ogv。