一种复合材料包容环抗冲刷结构的制作方法

1.本技术属于航空发动机领域，特别涉及一种复合材料包容环抗冲刷结构。


背景技术：

2.航空发动机风扇级转子叶片尺寸大，为提升机匣包容能力，防止叶片飞失穿透机匣造成飞机二次损伤，在风扇转子外侧设计包容环，目前包容环材料选取主要为树脂基复合材料。复合材料包容环纤维周向铺层，层间填充树脂，如图1-图2所示。由于包容环位于风扇流道内，长期受气流冲刷后易发生纤维层间分离，降低包容能力，影响发动机使用，因此需进行包容环抗冲刷设计。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本技术提供了一种复合材料包容环抗冲刷结构，包括：
4.包容环，具有前端面、外壁面与内壁面，所述外壁面与航空发动机的风扇流道的内壁面贴敷，包容环通过多层纤维层层叠形成，包容环的每层纤维层的交界面为柱面，所述柱面与包容环同轴线；
5.护环，贴敷于包容环的前端面与部分内壁面，护环通过多层纤维层层叠形成，护环每层纤维层的交界面在所述前端面处为平面，所述平面与所述包容环的轴线垂直；护环每层纤维层在所述内壁面处沿包容环内壁面型面贴敷。
6.上述技术特征具有的有益效果：包容环纤维层易分离主要由其周向铺层方向与气流方向一致导致，为保证包容环包容能力不受影响，在包容环轴向迎风面设计沿径向分布的纤维层，即护环，将抗冲刷的护环融入包容环中，使包容环本身具备抗冲刷功能。
7.优选的是，护环与包容环为一体成型；
8.上述技术特征具有的有益效果：包容环与护环融合贴敷，具有更好的力学效果，不易脱落，防护性好。
9.优选的是，包容环在外壁面与前端面的交界处具有安装护环的台阶面，护环的端面贴敷于所述台阶面上；
10.上述技术特征具有的有益效果：台阶面更加有利于护环的贴敷，台阶面形成与护环连接的安装台，使端护环全面包覆住包容环的前端面。
11.优选的是，包容环的内壁面具有环状的凹槽，所述凹槽内容纳防护涂层，护环位于防护涂层与包容环之间；
12.上述技术特征具有的有益效果：上述凹槽位于风扇叶片处，防刮涂层能够避免风扇叶片的剐蹭，保护护环与包容环，同时为了形成良好的型面，设置凹槽用于容纳所述防刮涂层。
13.优选的是，护环与包容环为分体式设计，护环通过胶粘或者螺纹与包容环连接；
14.上述技术特征具有的有益效果：由于一体式护环与包容环的工艺制造难度大，考虑到工程应用性，设计复材的护环抗冲刷结构，护环得材料选用与包容环相同的复合材料，
但铺层方向与包容环不同，制作成单独的环状护环与包容环安装。
15.优选的是，护环每间隔预设距离具有易断裂区域，所述易断裂区域的每层纤维层均具有断面；
16.上述技术特征具有的有益效果：与一体式的融合设计不同，护环在实际使用过程中仍存在脱落的风险，相比于金属材料护环，护环脱落不会对风扇转子叶片等旋转部件造成冲击性结构损伤，但由于航空发动机包容环直径大，过长的护环脱落后可能会对风扇转子叶片等旋转部件造成缠绕，同样会影响发动机使用安全性。因此需要降低护环抗冲击性，使其脱落后迅速碎裂，避免造成二次损伤，因此，护环采用预留缺陷设计，即有易断裂区域，铺层时预留纤维断面，每层纤维之间断面轴向位置错开。
17.优选的是，所述易断裂区域的断面分布呈阶梯状，v字型状，交错状。
18.优选的是，护环具有多个预留孔，所述预留孔通过复材螺钉与包容环连接以及增加护环的易断裂能力；
19.上述技术特征具有的有益效果：为进一步降低护环抗冲击性，在护环表面设计预留孔，保证护环受冲击后断裂成小块。
20.优选的是，部分未与复材螺钉连接的预留孔、包容环表面以及护环表面添加有防护涂层，所述复材螺钉的材料选用细编穿刺三向碳-碳复合材料；
21.上述技术特征具有的有益效果：护环在包容环前端面通过胶粘剂进行装配，保证轴向装配性；设计复材螺钉，保证径向装配性。复材螺钉选用细编穿刺三向碳-碳复合材料，既可保证装配强度，又可避免脱落后造成的二次损伤；装配完后在护环和包容环表面涂敷防护涂层，提升抗腐蚀性、抗紫外线和长期使用可靠性。
22.本发明避免了金属护环异常脱落造成的发动机二次损伤，同时带来一定的减重收益。
附图说明
23.图1是传统复材包容环的断面示意图；
24.图2是一种传统包容环的安装示意图；
25.图3是实施例一的复合材料包容环抗冲刷结构剖面示意图；
26.图4是实施例二的护环剖面示意图；
27.图5是实施例二的具有预留孔的护环剖面示意图；
28.图6是实施例二复合材料包容环抗冲刷结构剖面示意图。
具体实施方式
29.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
30.实施例一：
31.如图3所示，本技术提供了一种纤维层包容环抗冲刷结构，包括：
32.包容环1，具有前端面、外壁面与内壁面，所述外壁面与航空发动机的风扇流道的内壁面贴敷，包容环1通过多层纤维层层叠形成，包容环1的每层纤维层的交界面为柱面，所述柱面与包容环1同轴线；
33.护环2，贴敷于包容环1的前端面与部分内壁面，护环2通过多层纤维层层叠形成，护环2每层纤维层的交界面在所述前端面处为平面，所述平面与所述包容环1的轴线垂直；护环2每层纤维层在所述内壁面处沿包容环1内壁面型面贴敷。
34.上述技术特征具有的有益效果：包容环纤维层易分离主要由其周向铺层方向与气流方向一致导致，为保证包容环包容能力不受影响，在包容环轴向迎风面设计沿径向分布的纤维层，即护环，将抗冲刷的护环融入包容环中，使包容环本身具备抗冲刷功能。
35.优选的是，护环2与包容环1为一体成型；
36.上述技术特征具有的有益效果：包容环1与护环2融合贴敷，具有更好的力学效果，不易脱落，防护性好。
37.优选的是，包容环1在外壁面与前端面的交界处具有安装护环2的台阶面，护环2的端面贴敷于所述台阶面上；
38.上述技术特征具有的有益效果：台阶面更加有利于护环2的贴敷，台阶面形成与护环2连接的安装台，使端护环2全面包覆住包容环1的前端面。
39.优选的是，包容环1的内壁面具有环状的凹槽，所述凹槽内容纳防护涂层3，护环2位于防护涂层3与包容环1之间；
40.上述技术特征具有的有益效果：上述凹槽位于风扇叶片处，防刮涂层能够避免风扇叶片的剐蹭，保护护环2与包容环1，同时为了形成良好的型面，设置凹槽用于容纳所述防刮涂层。
41.实施例二：
42.一种纤维层包容环抗冲刷结构，包括：
43.包容环1，具有前端面、外壁面与内壁面，所述外壁面与航空发动机的风扇流道的内壁面贴敷，包容环1通过多层纤维层层叠形成，包容环1的每层纤维层的交界面为柱面，所述柱面与包容环1同轴线；
44.护环2，贴敷于包容环1的前端面与部分内壁面，护环2通过多层纤维层层叠形成，护环2每层纤维层的交界面在所述前端面处为平面，所述平面与所述包容环1的轴线垂直；护环2每层纤维层在所述内壁面处沿包容环1内壁面型面贴敷。
45.上述技术特征具有的有益效果：包容环纤维层易分离主要由其周向铺层方向与气流方向一致导致，为保证包容环包容能力不受影响，在包容环轴向迎风面设计沿径向分布的纤维层，即护环，将抗冲刷的护环融入包容环中，使包容环本身具备抗冲刷功能。
46.优选的是，护环2与包容环1为分体式设计，护环2通过胶粘或者螺纹与包容环1连接；
47.上述技术特征具有的有益效果：由于一体式护环2与包容环1的工艺制造难度大，考虑到工程应用性，设计复材的护环2抗冲刷结构，护环2得材料选用与包容环1相同的复合材料，但铺层方向与包容环不同，制作成单独的环状护环2与包容环安装。
48.优选的是，护环2每间隔预设距离具有易断裂区域，所述易断裂区域的每层纤维层均具有断面，如图4；
49.上述技术特征具有的有益效果：与一体式的融合设计不同，护环2在实际使用过程中仍存在脱落的风险，相比于金属材料护环，护环2脱落不会对风扇转子叶片等旋转部件造成冲击性结构损伤，但由于航空发动机包容环1直径大，过长的护环2脱落后可能会对风扇转子叶片等旋转部件造成缠绕，同样会影响发动机使用安全性。因此需要降低护环2抗冲击性，使其脱落后迅速碎裂，避免造成二次损伤，因此，护环2采用预留缺陷设计，即有易断裂区域，铺层时预留纤维断面，每层纤维之间断面轴向位置错开。
50.优选的是，所述易断裂区域的断面分布呈阶梯状，v字型状，交错状。
51.优选的是，护环2具有多个预留孔，所述预留孔通过复材螺钉与包容环1连接以及增加护环2的易断裂能力，如图5所示；
52.上述技术特征具有的有益效果：为进一步降低护环抗冲击性，在护环表面设计预留孔，保证护环受冲击后断裂成小块。
53.优选的是，部分未与复材螺钉连接的预留孔、包容环1表面以及护环2表面添加有防护涂层3，如图6所示，所述复材螺钉的材料选用细编穿刺三向碳-碳复合材料；
54.上述技术特征具有的有益效果：护环2在包容环1前端面通过胶粘剂进行装配，保证轴向装配性；设计复材螺钉，保证径向装配性。复材螺钉选用细编穿刺三向碳-碳复合材料，既可保证装配强度，又可避免脱落后造成的二次损伤；装配完后在护环和包容环1表面涂敷防护涂层，提升抗腐蚀性、抗紫外线和长期使用可靠性。
55.本技术的优点包括：本发明两种方案均避免了金属护环异常脱落造成的发动机二次损伤，同时带来一定的减重收益。
56.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。