一種通過3d編織織造的單件纖維結構及其在制造復合材料部件中的應用的制作方法
【專利摘要】在一種通過三維編織織的單件纖維結構中，第一緯紗與和非連結區(qū)域(16)相鄰的纖維結構(10)的第一部分(12)中的經(jīng)紗層連結，在超出所述非連結區(qū)域的范圍還與所述纖維結構的第二部分(14)中的經(jīng)紗連結；第二緯紗與所述非連結區(qū)域相鄰的纖維結構的第二部分(14)的經(jīng)紗層連結，在超出所述非連結區(qū)域的范圍還與所述的纖維結構的第一部分(12)的經(jīng)紗層連結；使得所述第一和第二緯紗的路徑在至少一個過渡區(qū)域(18)中交叉，該過渡區(qū)域在纖維結構中從所述非連結區(qū)域的末端延伸，所述過渡區(qū)域在緯紗方向延伸的距離大于相鄰經(jīng)紗列之間的間距(p)。
【專利說明】一種通過3D編織織造的單件纖維結構及其在制造復合材料部件中的應用
【背景技術】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過三維(3D)編織制造的單件纖維結構，特別地，用于制造復合材料部件。本發(fā)明應用的一個特別的，但并不排他的領域在于制作用于飛機或航空發(fā)動機，特別是飛機渦輪發(fā)動機的復合材料部件的預制品的纖維結構。
[0002]在現(xiàn)有的方式中，復合材料部件可以通過制作纖維預制品并通過用基質(zhì)將預制品致密化來獲得。根據(jù)預期的應用，預制品可以由玻璃、碳或陶瓷纖維制作，基質(zhì)可以由有機材料(聚合物)、碳或陶瓷制作。
[0003]對于形狀相對復雜的部件來說，公知的是通過一種通過3D或多層編織制造纖維結構或毛坯單件，并且將毛坯成形，以獲得呈現(xiàn)出與要制作的部件的形狀接近的形狀的纖維預制品。
[0004]為了促進這種成形，也為了避免導致使得紗線被切并導致機械強度減小的切口，公知的是當纖維結構被編織時，在其內(nèi)部留下一個或更多非連結區(qū)域。這種非連結區(qū)域可以通過局部地省去相鄰紗線層的任何連結來獲得，從而有可能折疊出與非連結區(qū)域相鄰的纖維結構的部分。
[0005]從帶有非連結區(qū)域的編織結構制作形狀復雜的復合材料部件特別在文件W02010/061139 和 W02010/103213 中進行了描述。
[0006]然而，通過折疊出由非連結區(qū)域分離的部分來使纖維結構成形能夠使得非連結區(qū)域末端變?nèi)?，并且使得在成形時在紗線上遭受過多的應力水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服這些缺陷。
[0008]本發(fā)明的第一個方面，該目的通過三維編織織造纖維結構單件來實現(xiàn)，所述纖維結構具有相對的表面，并呈現(xiàn):
[0009]第一部分，具有多個經(jīng)紗層，并且在所述纖維結構相對的表面之間形成所述纖維結構的第一部分的厚度；
[0010]第二部分，具有多個經(jīng)紗層，并且形成所述纖維結構的第二部分的厚度，所述經(jīng)紗按列排列，每一列包括所述第一部分的經(jīng)紗和所述第二部分的經(jīng)紗；以及
[0011]緯紗組，該緯紗組與所述第一部分的所述經(jīng)紗層和所述第二部分的所述經(jīng)紗層相互連結并留出至少一個非連結區(qū)域，該非連結區(qū)域?qū)⑺龅谝徊糠趾退龅诙糠指糸_一部分，分隔開的部分沿所述緯紗方向在所述纖維結構中的尺寸為從所述纖維結構的邊緣到非連結區(qū)域的末端。
[0012]在纖維結構中，在每個平面中:
[0013]一個或多個相同的第一緯紗與所述纖維結構的所述第一部分的經(jīng)紗層相互連結，并在超出所述非連結區(qū)域的范圍與所述纖維結構的所述第二部分的經(jīng)紗層連結，所述第一部分的經(jīng)紗層和所述非連結區(qū)域相鄰；以及[0014]一個或多個相同的第二經(jīng)紗與所述纖維結構的所述第二部分的緯紗層相互連結，并在超出所述非連結區(qū)域的范圍與所述纖維結構的所述第一部分的經(jīng)紗層相互連結，所述第二部分的緯紗層與所述非連結區(qū)域相鄰；
[0015]使得所述第一緯紗的路徑和所述第二緯紗的路徑在至少一個過渡區(qū)域中交叉，所述過渡區(qū)域在所述纖維結構中從所述非連結區(qū)域的所述末端延伸；以及
[0016]所述過渡區(qū)域在所述緯紗方向延伸一段距離，該距離大于相鄰的經(jīng)紗列之間的間距。
[0017]在與非連結區(qū)域末端相鄰的過渡區(qū)域中緯紗的交叉加固了所述末端，并且能夠在折出與非連結區(qū)域相鄰的纖維結構的片段時減小紗線上的應力。
[0018]在一個實施方式中，多個第一緯紗以及多個第二緯紗在過渡區(qū)域的緯紗方向上的末端之間遵循相似的路徑。
[0019]在另一實施方式中，多個第一緯紗以及多個第二緯紗在所述過渡區(qū)域的所述緯紗方向上遵循相互偏置的相似的路徑。
[0020]有利地，與所述纖維結構的所述相對的表面相鄰的經(jīng)紗的外層與相同的緯紗一起編織，所述相同的緯紗以所述緯紗方向在所述纖維結構的全部尺寸上連續(xù)延伸，這樣就能保持表面紗線的連續(xù)性。
[0021]還有利地，在所述纖維結構的所述第一部分和第二部分中的至少一者中，與纖維結構的表面相鄰的經(jīng)紗外層的經(jīng)紗與相同的緯紗一起編織，所述相同的緯紗具有在與所述過渡區(qū)域的位置大體上相對應的位置上交叉的路徑，這樣，當折疊出與非連結區(qū)域相鄰的纖維結構的片段時能限制施加到與表面相鄰的緯紗上的彎曲。
[0022]在一種實施方式中，纖維結構至少呈現(xiàn)兩個非連結區(qū)域，該非連結區(qū)域?qū)⒌谝徊糠趾偷诙糠址指糸_一部分，隔開的部分沿所述緯紗方向在纖維結構中的尺寸為從纖維結構相對的邊緣到非連結區(qū)域的各自的末端，這樣，在成形之后就可獲得具有η形或I形截面的纖維預制品。
[0023]本發(fā)明的另一方面，由以上定義的纖維結構達到預定的目的，其中，術語“經(jīng)紗”和“緯紗”可互相交換。
[0024]在本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供一種制造復合材料部件的方法，該方法包括:通過對如上定義的纖維結構進行成形來制作纖維預制品，所述成形至少包括折疊出與非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分或第二部分的片段，以及用基質(zhì)將所述預制品致密化。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供一種制造大體上具有π形截面的復合材料部件的方法，該方法包括:通過對如上定義的帶有兩個非連結區(qū)域的纖維結構進行成形來做纖維預制品，所述成形包括折疊出與所述兩個非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分或第二部分的片段，以及用基質(zhì)將所述預制品致密化。
[0026]通過舉例的方式，這種大體上具有π形截面的部件可以是用于渦輪發(fā)動機的風扇葉片平臺。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種制造大體上具有I形截面的復合材料部件的方法，該方法包括:通過對如上定義的帶有兩個非連結區(qū)域的纖維結構進行成形來制作纖維預制品，所述成形包括折疊出與所述兩個非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分和第二部分的片段，以及用基質(zhì)將所述預制品致密化。
[0028]通過舉例的方式，這種大體上具有I形截面的部件可以是渦輪發(fā)動機的出口導流葉片。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供一種用于航空發(fā)動機的中空螺旋槳葉片，該葉片由如上定義的方法獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]通過閱讀以下通過非限制性示例示出的方式給出的描述并參考附圖，能夠更好地理解本發(fā)明。其中:
[0031]圖1是在本發(fā)明的實施方式中3D編織纖維結構的高度圖解截面圖；
[0032]圖2是通過對圖1的纖維結構進行成形而獲得的預制品的高度圖解截面圖；
[0033]圖3是在本發(fā)明的實施方式中3D編織纖維結構的平面圖；
[0034]圖4是通過對圖3的纖維結構進行成形而獲得的π形預制品的平面圖；
[0035]圖5是在本發(fā)明的實施方式中3D編織纖維結構的高度圖解截面圖；
[0036]圖6是通過對圖5的纖維結構進行成形而獲得的預制品的高度圖解截面圖；
[0037]圖7是在本發(fā)明的實施方式中截面預制品的平面圖；
[0038]圖8是在本發(fā)明的實施方式中3D編織纖維結構的高度圖解截面圖；
[0039]圖9是通過對圖8的纖維結構進行成形而獲得的預制品的高度圖解平面圖；
[0040]圖10是在本發(fā)明的實施方式中截面預制品的平面圖；
[0041]圖11是在本發(fā)明的實施方式中3D編織纖維結構的高度圖解截面圖；
[0042]圖12是通過對圖11的纖維結構進行成形而獲得的預制品的高度圖解截面圖；
[0043]圖13是通過對大體上具有π形截面的預制品進行致密化而獲得的風扇葉片平臺的透視圖；
[0044]圖14是在本發(fā)明的實施方式中3D編織結構的高度圖解截面圖；
[0045]圖15是通過將圖14的纖維結構進行成形而獲得的I形輪廓的預制品的高度圖解截面圖；
[0046]圖16是通過將I形輪廓的預制品進行致密化而獲得的出口導流葉片的透視圖；
[0047]圖17是在本發(fā)明的實施方式中3D編織結構的截面圖；
[0048]圖18是通過將圖17的纖維結構進行成形而獲得的V形輪廓的預制品的高度圖解截面圖；以及
[0049]圖19是通過將V形輪廓的預制品進行致密化而獲得的螺旋槳的示意圖。
【具體實施方式】
[0050]為了避免附圖雜亂，在圖1、2、3、4、5、7、8、10和11中，緯紗的路徑以直線畫出，而在截面中示出的經(jīng)紗由點來表示?？梢岳斫猓捎谏婕?D編織，緯紗遵循彎曲的路徑，以與屬于不同經(jīng)紗層的經(jīng)紗進行相互連結，非連結區(qū)域除外；觀察到3D編織，特別是使用聯(lián)鎖(interlock)編織，可以包括在表面的2D編織。通過示例的方式，可以使用各種3D編織，例如聯(lián)鎖編織、多重緞紋編織或多重平紋編織，特別是如文件W02006/136755中所描述的。
[0051]圖1示出3D編織纖維結構10中的高度圖解的緯紗平面，3D編織纖維結構10構成具有相對表面IOa和IOb的單件。這里，術語“緯紗平面”用于表示與經(jīng)紗方向垂直并且示出一列緯紗的截面平面。纖維結構10包括兩個部分12和14，這兩個部分12和14各自形成一定厚度的纖維結構10的第一部分和第二部分。每個部分12、14包括多個疊置的經(jīng)紗層，示出的例子中每個部分有四個經(jīng)紗層，經(jīng)紗層的數(shù)目根據(jù)所期望的厚度可能為不少于兩層的任何需要的層數(shù)。而且，在部分12和14中的經(jīng)紗層的數(shù)目可能互相不同。在沿著整個緯紗方向經(jīng)紗層的數(shù)目也有可能不恒定。經(jīng)紗層按列排列，每一列包括纖維結構10的部分12的經(jīng)紗層和部分14的經(jīng)紗層。
[0052]在纖維結構10的尺寸的部分上，在緯紗方向(t)，纖維結構的兩個部分12和14通過非連結區(qū)域16互相完全分離；非連結區(qū)域16從纖維結構10的邊緣IOc延伸到非連結區(qū)域的末端16a。這里，術語非連結區(qū)域用于表示緯紗沒有與分別屬于纖維結構10的部分12和14的層中的經(jīng)紗進行相互連結而形成交叉的區(qū)域。
[0053]除了非連結區(qū)域中以外，經(jīng)紗層由屬于多個緯紗層的緯紗來連結。
[0054]在示出的例子中，纖維結構10的每個平面中，第一緯紗tn到t14與和非連結區(qū)域16相鄰的部分12的片段12a中的經(jīng)紗層的經(jīng)紗相互連結，并且在超過非連結區(qū)域16的范圍還與部分14的經(jīng)紗層的經(jīng)紗連結。相反地，第二緯紗t15到t18與和非連結區(qū)域16相鄰的部分14的片段14a中的經(jīng)紗層的經(jīng)紗連結，并且在超過非連結區(qū)域16的范圍還與部分12中的經(jīng)紗層的經(jīng)紗連結。自然地,纖維結構10的部分12和14在超出非連結區(qū)域16的范圍彼此相互連結。
[0055]通過示例的方式，對于由非連結區(qū)域16分離的片段12a和12b中的緯紗t14和t15來說，有可能在表面采用緞紋編織，在超出非連結區(qū)域16的范圍繼續(xù)用聯(lián)鎖編織來進行編織。
[0056]因此，紗線tn到t14的路徑和紗線t15到t18的路徑在過渡區(qū)域18中交叉，過渡區(qū)域18從非連結區(qū)域16的末端16a延伸。該過渡區(qū)域18在緯紗方向延伸一段距離，該距離大于相鄰的經(jīng)紗列之間的一個間距P，優(yōu)選地，不小于2p。在示出的例子中，這個距離等于4p。在過渡區(qū)域18中，和紗線t15到t18相同，紗線tn到t14在緯紗方向上在過渡區(qū)域18的末端之間遵循相似的平行路徑。
[0057]大體成T形輪廓的纖維預制品19 (圖2)通過在非連結區(qū)域16的兩側(cè)分別折疊出片段12a和14a來獲得。因為緯紗以漸進的方式通過過渡區(qū)域18中的經(jīng)紗層，所以比較起更突然地通過兩個經(jīng)紗列之間的間隙來說，緯紗減少了處于任何損耗的危險。而且，過渡區(qū)域在緯紗方向延伸相對長的長度的事實賦予了較好的形變能力。
[0058]圖3是纖維結構20的平面圖，纖維結構20具有帶有外部表面20a和內(nèi)部表面20b的基部部分。在其厚度方向，纖維結構包括兩個片段22和24，這兩個片段在緯紗方向上被非連結區(qū)域26和26’相互分隔開纖維結構一部分。非連結區(qū)域26和26’從纖維結構20的相對的邊緣20c和20d延伸到非連結區(qū)域的各自的末端26a和26’ a,纖維結構20的中心片段不包括任何非連結區(qū)域。
[0059]纖維結構的每個部分22和24具有多個經(jīng)紗層，在本例中，部分22和24中的經(jīng)紗層的數(shù)目是不同的。
[0060]在纖維結構20的每個平面中，相同的第一緯紗t21、t22、t23、t24在超出非連結區(qū)域26’的范圍與部分24中的經(jīng)紗相互連結，并且還與非連結區(qū)域旁邊的部分22的片段22a中的經(jīng)紗相互連結。相反地，相同的第二緯紗t25、t26、t27、t28與非連結區(qū)域26’旁邊的部分22的片段22’ a中的經(jīng)紗相互連結，并且還與非連結區(qū)域之前的部分24中的經(jīng)紗相互連結。
[0061]因此，紗線t21、t22、t23、t24的路徑在過渡區(qū)域28中與紗線t25、t26、t27、t28的路徑交叉；過渡區(qū)域28位于非連結區(qū)域26和26’的末端26a和26’ a之間的纖維結構20的中心部分。如圖1的實施方式中，緯紗t21、t22、t23、t24的路徑以及緯紗t25、t26、t27、t28的路徑在過渡區(qū)域28的末端之間是相似的，過渡區(qū)域28在緯紗方向延伸一段距離，該距離大于p，這里等于4p。
[0062]應該觀察到，為了避免任意部分比非連結區(qū)域26和26’之間的其他部分具有更大數(shù)目的交叉紗線，從一個緯紗平面到另一個緯紗平面，過渡區(qū)域的位置在緯紗方向可以偏置中心。
[0063]如圖4所示，為了獲得大體上呈π形結構的纖維預制品29，對纖維結構20進行的成形包括，在非連結區(qū)域26和26’旁邊折疊出纖維結構的部分24的片段，使得在截面中形成^形的腿24a和24’a，這些腿從內(nèi)部表面20b延伸。應該觀察到，在纖維結構20的部分中和與外部表面20a相鄰的纖維預制品29的部分中，在表面編織采用鍛織(紗線t29)，以提供表面的連續(xù)性，而沒有通過經(jīng)紗層，也沒有與任何其他緯紗交叉。
[0064]在示出的例子中，還應該觀察到的是，形成腿24a和24’ a的纖維結構20的部分24的片段通過增加經(jīng)紗的列延伸越過部分22的邊緣，以賦予腿24a和24’ a所期望的長度。 [0065]圖5高度圖解示出本發(fā)明的第二實施方式中的單件3D編織纖維結構40。圖4的纖維結構40和圖1的纖維結構10之間共同的元件給出了相同的標記，此處不再描述。
[0066]纖維結構40與纖維結構10不同之處在于由緯紗通過經(jīng)紗層所遵循的路徑，緯紗在過渡區(qū)域18中是交叉的。
[0067]因此，每個緯紗tn、t12、t13、t14在緯紗方向依次再多延伸一段距離，該距離等于經(jīng)紗列之間的間距P，而緯紗tn到t14的路徑在緯紗方向是相互偏置的，示出的例子中該偏置等于間距P。相同的方法應用到緯紗t15、t16、t17和t18。因此如上述實施方式中所示，有這樣的過渡區(qū)域18，其在緯紗方向延伸的距離大于間距P，特別地大于4p。與圖1的實施方式相比，當緯紗通過過渡區(qū)域時，其上施加了更大的應力，但是其尺寸賦予了很好的形變能力。
[0068]圖6示出在纖維結構40的部分12和14的非連結區(qū)域16的兩側(cè)分別折疊出片段12a和14a之后獲得的大體上呈T形截面的纖維預制品49。
[0069]圖7是適用于獲得大體上呈π形截面的預制品的纖維結構50的平面圖。圖7的纖維結構50和圖3的纖維結構20之間共同的元件給出相同的標記，此處不再描述。
[0070]纖維結構50與纖維結構20不同之處在于由緯紗通過經(jīng)紗層所遵循的路線。
[0071]因此，緯紗t21、t22、t23、t24中的每一個緯紗在緯紗方向通過經(jīng)紗層一段距離，該距離等于經(jīng)紗列之間的間距P，相同的方法應用到由緯紗t25、t26、t27和t28中的每一個緯紗遵循的路徑。然而，紗線t21到t24以及紗線t25到t28延伸時相互交叉的位置在緯紗方向上是相互偏置的。在圖7的例子中，過渡區(qū)域28在非連結區(qū)域26和26’的末端26a和26’a之間延伸相當長的距離，過渡區(qū)域28由多個單獨的過渡區(qū)域28ρ282、283和284形成，這種交叉分布在纖維結構的片段的緯紗方向上，該纖維結構的片段在非連結區(qū)域26和26’之間延伸。[0072]大體上呈π形截面的纖維預制品通過折疊出纖維結構的部分24的片段來獲得。該片段與非連結區(qū)域26和26’相鄰，如圖4所示。
[0073]圖8是本發(fā)明第三實施方式中單件3D編織纖維結構60的高度圖解示意圖。圖8的纖維結構60與圖1和圖5的結構10和40之間共同的元件給出了相同的標記，此處不再描述。
[0074]纖維結構60與纖維結構10的不同之處在于:在每個平面中，只有一些緯紗與通過和交叉的過程相關，在與非連結區(qū)域16相鄰的纖維結構60的片段中經(jīng)紗層的經(jīng)紗與這些緯紗相互連結，然而位于與其表面IOa和IOb相鄰的纖維結構的片段中的經(jīng)紗沿著這些表面連續(xù)延伸，而沒有通過經(jīng)紗或與其他緯紗交叉。在這種方法中，有可能在非連結區(qū)域的末端加固纖維結構，同時保持表面連續(xù)性；表面連續(xù)性有利于最終獲得的復合材料部件具有好的表面狀態(tài)。
[0075]在示出的例子中，緯紗tn、t12、t17和t18在纖維結構60的邊緣IOc和IOd之間連續(xù)延伸而不與其他緯紗交叉。與此對照，與非連結區(qū)域16相鄰的纖維結構60的部分12的片段12a中的緯紗t13和t14越過非連結區(qū)域16的末端16a立即穿過經(jīng)紗層，以進入纖維結構60的部分14中。相反地，為了進入纖維結構10的部分12中，與非連結區(qū)域16相鄰的纖維結構60的部分14的片段14a中的緯紗t15和t16越過非連結區(qū)域16的末端16a立即穿過經(jīng)紗層，與緯紗t13和t14交叉。穿過經(jīng)紗并與緯紗交叉的路徑發(fā)生在過渡區(qū)域18中，過渡區(qū)域18在緯紗方向的尺寸大于經(jīng)紗列之間的間距P，在本例中，該尺寸等于2p。在纖維結構的每個平面內(nèi)均能發(fā)現(xiàn)這樣的布置:與表面IOa和IOb接近的緯紗連續(xù)延伸，在纖維結構60內(nèi)部的緯紗經(jīng)歷穿過和交叉的過程。
[0076]自然地，在位于與非連結區(qū)域相鄰的片段12a和14a中并經(jīng)歷穿過和交叉的過程的緯紗的數(shù)目可以不是兩個，必須不少于一個。相似地，與表面IOa和IOb相鄰并在邊緣IOc和IOb之間沒有交叉地連續(xù)延伸的緯紗的數(shù)目可以不是兩個，至少等于一個。
[0077]圖9示出在纖維結構60的部分12和14的非連結區(qū)域16的兩側(cè)分別折疊出片段12a和14a之后獲得的大體上呈T形截面的纖維預制品69。不經(jīng)歷穿過和交叉過程的緯紗tn、t12、t17和t18遵循平滑的路徑通過彎曲的區(qū)域。
[0078]圖10示出適用于獲得大體上呈π形截面的纖維預制品的纖維結構70的平面。圖11的纖維結構70與圖3和圖7的纖維結構20和50之間共同的元件給出了相同的標記，此處不再描述。
[0079]纖維結構70與纖維結構20和50的不同之處特別在于存在緯紗t’ 29，緯紗t’ 29沿著內(nèi)部表面20b連續(xù)延伸，并且沿著非連結區(qū)域26和26’旁邊的部分24的片段的表面連續(xù)延伸，從而為預制品的內(nèi)部表面提供連續(xù)性。
[0080]另外，緯紗之間的交叉發(fā)生在兩個過渡區(qū)域28’和28〃中，這兩個過渡區(qū)域28’和28〃位于與非連結區(qū)域26和26’的末端26a和26’a的最接近的地方。每個過渡區(qū)域在緯紗方向上延伸的距離大于經(jīng)紗列之間的間距P，特別是等于2p。
[0081]圖11是本發(fā)明第四實施方式中單件3D編織纖維結構80的示意圖。圖11的纖維結構80與圖1、圖5和圖8的結構10、40和60之間共同的元件給出了相同的標記，此處不再描述。
[0082]纖維結構80與纖維結構60的不同之處在于，在每個平面中，與經(jīng)紗層的經(jīng)紗進行編織且最接近表面IOa和IOb的緯紗，特別是緯紗tn和t12，還有緯紗t17和t18，在相對的邊緣IOc和IOd之間的路徑上交叉，而不與任何其他緯紗交叉。這些交叉大體位于非連結區(qū)域16的末端，也就是，位于片段12a和14a與纖維結構80的剩余部分之間的連結區(qū)域12’ a和14’ a，該纖維結構80被成形時如圖12所示。
[0083]與圖8和圖9的實施方式相比，這種在連結區(qū)域12’a和14’a中的交叉布置的作用是使紗線tn、t12、t17和t18呈現(xiàn)出較小的彎曲量，也就是，遵循較大的曲率半徑。這樣，紗線tn、t12、t17和t18在成形期間承受較少的應力，特別是當片段12a或14a被折出的角度相當大的時候。
[0084]在所描述的各種實施方式中，纖維結構通過3D編織用紗線形成，這些紗線的性質(zhì)根據(jù)預期應用來選擇，例如，紗線由玻璃、碳或陶瓷制作。
[0085]在纖維結構成形之后，通過形成基質(zhì)來將纖維預制品進行致密化，同樣地，基質(zhì)的性質(zhì)根據(jù)期望的應用來選擇，例如，有機基質(zhì)特別地從樹脂中獲得，樹脂是聚合物基質(zhì)的前體，例如，環(huán)氧基樹脂、雙馬來酰亞胺、或聚酰亞胺樹脂、或炭基質(zhì)或陶瓷基質(zhì)。對于炭基質(zhì)或陶瓷基質(zhì)，致密化可以通過化學氣相滲透(CVI)，或通過包括炭或陶瓷前體樹脂的液相組合物浸潰，并且通過應用熱處理對前體進行熱解或陶瓷化(ceramize)來執(zhí)行，這些方法本身是公知的。
[0086]圖13是用于航空渦輪發(fā)動機的風扇平臺30的高度圖解示意圖。該平臺由能夠通過對具有大體呈η形截面的纖維預制品進行致密化而獲得的這種復合材料制作，該預制品如圖4所示或者如從圖7和圖10的纖維結構獲得。優(yōu)選地，纖維是碳纖維；優(yōu)選地，基質(zhì)是聚合物基質(zhì)。
[0087]平臺30包括底部32，該底部32具有頂部表面32a和底部表面32b，以及兩條腿34和36,這兩條腿特別用于形成加強網(wǎng)(stiffening webs),并且它們從平臺30的底部表面32b延伸，這樣，就有π形的截面，如虛線所示。
[0088]平臺30設計為安裝在兩個風扇葉片之間的間隙中，在它們根部的附近，以便限定通過風扇的環(huán)形空氣入口通道的內(nèi)部，該通道由風扇罩在外部限定。在纖維預制品被致密化之后，平臺30機器加工成其最終尺寸。
[0089]由具有一個或多個非連結區(qū)域并且根據(jù)本發(fā)明的纖維結構獲得的纖維預制品可以用于制造航空發(fā)動機的其他復合材料部件。
[0090]因此，圖14是與圖1的纖維結構10不同的3D編織纖維結構90的緯紗平面的高度圖解示意圖，纖維結構90與圖1的纖維結構10不同之處特別在于部分12和14沿著兩個非連結區(qū)域16和16’被互相分離，兩個非連結區(qū)域16和16’從纖維結構90的相對的邊緣IOc和IOd延伸到各自的非連結區(qū)域末端16a和16’ a。
[0091]緯紗的路徑在過渡區(qū)域18和18’中交叉，過渡區(qū)域18和18’從非連結區(qū)域16和16’的末端16a和16’a延伸。過渡區(qū)域18和18’可以與圖1的纖維結構10的過渡區(qū)域18相似。在一種變型中，可能采用與圖5和圖8的纖維結構40和60的過渡區(qū)域相類似的過渡區(qū)域。
[0092]大體呈I形截面(或H形截面)的纖維預制品99通過折疊出非連結區(qū)域16旁邊的部分12和14的片段12a和14a，和非連結區(qū)域16’旁邊的部分12和14的片段12’ a和14’a來獲得。[0093]圖16是能夠通過將大體呈I形截面或大體呈H形截面的纖維預制品進行致密化而獲得的航空渦輪發(fā)動機的復合材料出口導流葉片(OGV)IOO的高度圖解視圖。，纖維優(yōu)選為碳纖維,而基質(zhì)優(yōu)選為聚合物基質(zhì)。
[0094]出口導流葉片100包括翼型102，翼型102在其末端固定到外部預制品104和內(nèi)部預制品106，導流葉片100用于安裝在旁路航空渦輪發(fā)動機的次級流動通道中，風扇的下游。出口導流葉片100的截面大體呈現(xiàn)出1(或H)形，如圖16虛線所示。
[0095]為了制造這樣的出口導流葉片100，有可能使用與圖15所示帶有形成切口的纖維預制品相似的纖維預制品，以使得當擴展為平面時，復制翼型和平臺的尺寸。
[0096]圖17是3D平滑的纖維結構110的緯紗平面的高度圖解視圖，該纖維結構110與圖1的纖維結構10不同之處在于:部分12和14通過非連結區(qū)域16互相分離，非連結區(qū)域16以緯紗方向延伸通過了纖維結構110的大部分，從邊緣IOc開始延伸到非連結區(qū)域末端16a。
[0097]緯紗的路徑在過渡區(qū)域18中交叉，過渡區(qū)域18從非連結區(qū)域16的末端16a開始延伸。纖維結構110的過渡區(qū)域18可以與圖1的纖維結構10的過渡區(qū)域相似。在一種變型中，有可能采用與圖5的纖維結構40或圖8的纖維結構60中的過渡區(qū)域相似的過渡區(qū)域。
[0098]大體呈V形截面的纖維預制品119通過將與非連結區(qū)域16相鄰的部分12和14的片段12a和14a進行分離而獲得的(圖18)。
[0099]圖19是通過將大體呈V形截面的纖維預制品進行致密化能夠獲得的航空發(fā)動機的中空螺旋槳葉片120的高度圖解視圖。優(yōu)選地，纖維是碳纖維，基質(zhì)是聚合物基質(zhì)。
[0100]螺旋槳葉片120沿著其前緣122以及在其尖端124具有堅固的部分，這個堅固的部分由中空部分延伸，并具有大體上呈V形的截面的輪廓，如圖19所示。
[0101]螺旋槳葉片120可以通過將帶有與圖17中相似的非連結的纖維結構演變來的預制品進行致密化而獲得。在纖維結構的編織過程中，選擇連續(xù)平面中過渡區(qū)域的位置以符合螺旋槳葉片的輪廓。
[0102]在上述各種實施方式中，位于非連結區(qū)域一側(cè)的緯紗和位于非連結區(qū)域另一側(cè)的緯紗在超出非連結區(qū)域的末端外，穿過經(jīng)紗層在纖維結構的一部分種交叉，該交叉在緯紗方向向展開在過渡區(qū)域中；該過渡區(qū)域延伸的距離大于經(jīng)紗列之間的間距，典型地，為幾個間距。該過渡區(qū)域覆蓋了所有這些交叉，可能其本身由許多個單個過渡區(qū)域組成。優(yōu)選地，在過渡區(qū)域中交叉的緯紗屬于與非連結區(qū)域相鄰的纖維結構的片段。位于與外部表面相鄰的纖維結構的片段中的緯紗可能不涉及穿過經(jīng)紗層并與其它緯紗交叉的過程。
[0103]最后，可以理解的是，在所描述的實施方式中，術語“緯紗”和“經(jīng)紗”能夠互換。
【權利要求】
1.一種通過三維編織織造的單件纖維結構，所述纖維結構具有相對的表面并具有: 第一部分，其具有多個經(jīng)紗層，并且在所述纖維結構相對的表面之間形成所述纖維結構的第一部分的厚度； 第二部分，其具有多個經(jīng)紗層，并且形成所述纖維結構的第二部分的厚度，所述經(jīng)紗按列排列，每一列包括所述第一部分的經(jīng)紗和所述第二部分的經(jīng)紗；以及 在所述纖維結構中的每個平面中，一組緯紗與所述第一部分的所述經(jīng)紗層和所述第二部分的所述經(jīng)紗層相互連結并留出至少一個非連結區(qū)域，該非連結區(qū)域在緯紗方向上將所述第一部分和第二部分分隔開一部分，分隔開的部分沿所述緯紗方向在所述纖維結構中的尺寸為從所述纖維結構的邊緣到非連結區(qū)域的末端，其中: 一個或多個相同的第一緯紗與和所述非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分的經(jīng)紗層相互連結，并在超出所述非連結區(qū)域的范圍與所述纖維結構的所述第二部分的經(jīng)紗層相互連結；以及 一個或多個相同的第二經(jīng)紗與和所述非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第二部分的緯紗層相互連結，并在超出所述非連結區(qū)域的范圍與所述纖維結構的所述第一部分的經(jīng)紗層相互連結； 使得所述第一緯紗的路徑和所述第二緯紗的路徑在至少一個過渡區(qū)域中交叉，所述過渡區(qū)域在所述纖維結構中從所述非連結區(qū)域的所述末端延伸；以及 所述過渡區(qū)域在所述緯紗方向延伸的距離大于相鄰的經(jīng)紗列之間的間距。
2.根據(jù)權利要求1所述的纖維結構，其中，多個第一緯紗以及多個第二緯紗在所述過渡區(qū)域(18、28)的所述緯紗方向上的末端之間遵循相似的路徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的纖維結構，其中，多個第一緯紗以及多個第二緯紗在所述過渡區(qū)域(18、28)沿所述緯紗方向遵循相互偏置的相似的路徑。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一權利要求所述的纖維結構，其中，與所述纖維結構的所述相對的表面相鄰的經(jīng)紗的外層與相同的緯紗一起編織，所述相同的緯紗沿所述緯紗方向在所述纖維結構的全部尺寸內(nèi)連續(xù)延伸。
5.根據(jù)權利要求1-3中任一權利要求所述的纖維結構，其中，在所述纖維結構的所述第一部分和第二部分中的至少一者中，與所述纖維結構的表面相鄰的所述經(jīng)紗外層的所述經(jīng)紗與相同的緯紗一起編織，所述相同的緯紗具有的路徑在與所述過渡區(qū)域的位置大體上相對應的位置上交叉。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一權利要求所述的纖維結構，其具有至少兩個非連結區(qū)域(16、16’、26、26’)，該至少兩個非連結區(qū)域?qū)⑺龅谝徊糠趾偷诙糠址指糸_一部分，分隔開的部分沿所述緯紗方向上在所述纖維結構(20、50、70、90)中的尺寸為從所述纖維結構的相對的邊緣到所述非連結區(qū)域的各自的末端。
7.—種通過三維編織制造的單件纖維結構，所述纖維結構具有相對的表面并具有: 第一部分，其具有多個緯紗層，并且在所述纖維結構相對的表面之間形成所述纖維結構的第一部分的厚度； 第二部分，其具有多個緯紗層，并且形成所述纖維結構的第二部分的厚度，所述緯紗按列排列，每一列包括所述第一部分的緯紗和所述第二部分的緯紗；以及 一組經(jīng)紗，該組經(jīng)紗將所述第一部分的所述緯紗層和所述第二部分的所述緯紗層相互連結并留出至少一個非連結區(qū)域，該至少一個非連結區(qū)域?qū)⑺龅谝徊糠趾偷诙糠址指糸_一部分，隔開的部分沿所述經(jīng)紗方向在所述纖維結構中的尺寸為從所述纖維結構的邊緣到所述非連結區(qū)域的末端，其中: 一個或多個相同的第一經(jīng)紗與和所述非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分的緯紗層相互連結，并在超出所述非連結區(qū)域的范圍與所述纖維結構的所述第二部分的緯紗層相互連結；以及 一個或多個相同的第二經(jīng)紗與和所述非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第二部分的緯紗相互連結，并在超出所述非連結區(qū)域的范圍與所述纖維結構的所述第一部分的緯紗層連結； 使得所述第一經(jīng)紗的路徑和所述第二經(jīng)紗的路徑在至少一個過渡區(qū)域中交叉，所述過渡區(qū)域從所述非連結區(qū)域的所述末端在所述纖維結構中延伸；以及 所述過渡區(qū)域在所述經(jīng)紗方向延伸的距離大于相鄰的緯紗列之間的間距。
8.根據(jù)權利要求7所述的纖維結構，其中，多個第一經(jīng)紗以及多個第二經(jīng)紗在所述過渡區(qū)域的所述經(jīng)紗方向上的所述末端之間遵循相似的路徑。
9.根據(jù)權利要求7所述的纖維結構，其中，多個第一經(jīng)紗以及多個第二經(jīng)紗在所述過渡區(qū)域的所述經(jīng)紗方向上遵循相互偏置的相似的路徑。
10.根據(jù)權利要求7-9中任一權利要求所述的纖維結構，其中，與所述纖維結構的所述相對的表面相鄰的緯紗 的外層與相同的經(jīng)紗一起編織，所述相同的經(jīng)紗以所述經(jīng)紗方向在所述纖維結構的全部尺寸上連續(xù)延伸。
11.根據(jù)權利要求7-9中任一權利要求所述的纖維結構，其中，在所述纖維結構的所述第一部分和所述第二部分中的至少一者中，與所述纖維結構的表面相鄰的所述緯紗外層的所述緯紗與相同的經(jīng)紗一起編織，所述相同的經(jīng)紗具有的路徑大體上與所述過渡區(qū)域的位置相對應的位置交叉。
12.根據(jù)權利要求7-11中任一權利要求所述的纖維結構，該纖維結構具有至少兩個非連結區(qū)域，該至少兩個非連結區(qū)域?qū)⑺龅谝徊糠趾偷诙糠址指糸_一部分，分隔開的部分沿所述經(jīng)紗方向在所述纖維結構中的尺寸為從所述纖維結構的相對的邊緣直到所述非連結區(qū)域的各自的末端。
13.一種制造復合材料部件的方法，該方法包括: 通過對根據(jù)權利要求1到12中任一權利要求所述的纖維結構進行成形來制作纖維預制品，所述成形至少包括折疊出與非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分或所述第二部分的片段；以及 用基質(zhì)將所述預制品致密化。
14.一種制造大體上具有π形截面的復合材料部件的方法，該方法包括: 通過對根據(jù)權利要求6或權利要求12所述的纖維結構進行成形來制作纖維預制品，所述成形包括折疊出與所述兩個非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分或所述第二部分的片段；以及 用基質(zhì)將所述預制品致密化。
15.一種由復合材料制作的渦輪發(fā)動機風扇葉片平臺，該平臺由權利要求14所述的方法獲得。
16.一種制造大體上具有I形截面的復合材料部件的方法，該方法包括: 通過對根據(jù)權利要求6或權利要求12所述的纖維結構進行成形來制作纖維預制品，所述成形包括折疊出與所述兩個非連結區(qū)域相鄰的所述纖維結構的所述第一部分和所述第二部分的片段；以及 用基質(zhì)將所述預制品致密化。
17.一種由復合材料制作的渦輪發(fā)動機出口導流葉片，該導流葉片由權利要求16所述的方法獲得。
18.一種由復合材料制作的用于航空發(fā)動機的中空螺旋槳葉片，該葉片由權利要求13所述的方法獲得。
【文檔編號】F01D5/28GK103998721SQ201280062069
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權日:2011年12月14日
【發(fā)明者】雅恩·馬爾查爾, 多米尼克·酷派, 莫妮卡·弗洛斯塞勒, 喬納森·戈林 申請人:斯奈克瑪