用于具有變化直徑的由復(fù)合材料制成的軸對(duì)稱部件的纖維結(jié)構(gòu)以及包括該纖維結(jié)構(gòu)的部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造直徑變化的由復(fù)合材料制成的軸對(duì)稱零件，更具體是涉及用于此零件的纖維結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明的示例性應(yīng)用在于制造飛機(jī)機(jī)輪(或輪緣)。另一示例性應(yīng)用在于制造用于直升飛機(jī)燃?xì)鉁u輪引擎的壓氣機(jī)罩。
[0003]以已知的方式，飛機(jī)機(jī)輪由兩部分組成，所述兩部分緊固在一起以使輪胎能夠放置在機(jī)輪上并從所述機(jī)輪移除。兩個(gè)半機(jī)輪中的每個(gè)均采取C形截面的開口環(huán)的形式。該機(jī)輪也容納由具體由復(fù)合材料制成并容納在一個(gè)半機(jī)輪中的制動(dòng)盤組成的制動(dòng)系統(tǒng)。
[0004]此飛機(jī)輪通常由鋁制成，每個(gè)半機(jī)輪均通過例如鍛造獲得。然而，由金屬制造機(jī)輪增加了它們的重量并要求大量的維護(hù)，主要是因?yàn)樵诮饘贆C(jī)輪與由復(fù)合材料制成的制動(dòng)盤之間的電化學(xué)腐蝕。
[0005]為了緩解此缺陷，提出了制造組成飛機(jī)機(jī)輪的半機(jī)輪的方案，所述飛機(jī)機(jī)輪由復(fù)合材料制成，所述復(fù)合材料包括由基體致密化的纖維加強(qiáng)件。更精確地說，半機(jī)輪的纖維加強(qiáng)件由纖維結(jié)構(gòu)形成，所述纖維結(jié)構(gòu)可以作為單件由所稱的“輪廓編織”在具有截頭圓錐形部分的成型心軸上被編織或編結(jié)。隨后，多種幾何變形被應(yīng)用到纖維結(jié)構(gòu)上，以將其制成C形截面的開口環(huán)的形狀，對(duì)應(yīng)于用于飛機(jī)半機(jī)輪的纖維預(yù)形成件。以此方式獲得的纖維預(yù)成形件然后由基體進(jìn)行致密化，以例如通過使用樹脂傳遞模塑(RTM)形成飛機(jī)半機(jī)輪。可以因此參考于2012年9月18日提交的法國申請(qǐng)N0.12/58720，其描述了此制造方法的實(shí)施方式。
[0006]當(dāng)在成型心軸上編織或編結(jié)的纖維結(jié)構(gòu)的截頭圓錐形部分的大直徑與小直徑之間的比例接近于I時(shí)，通過此方法制造用于飛機(jī)半機(jī)輪的纖維預(yù)成形件是非?？赡艿摹Ｊ褂么吮壤?，可以獲得55%至60%的量級(jí)的在整個(gè)預(yù)成形件中是均勻的纖維含量，從而向其提供對(duì)于所意圖的申請(qǐng)是滿意的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0007]相比之下，當(dāng)纖維結(jié)構(gòu)的截頭圓錐形部分的大直徑與小直徑之間的比例不小于2時(shí)，使用法國專利申請(qǐng)N0.12/58720的方法來獲得在整個(gè)預(yù)成形件中是均勻的足夠高的纖維含量是困難的。纖維結(jié)構(gòu)的直徑之間的比例的增加具有增加在其大直徑中的相鄰瑋紗之間的間隔的結(jié)果。這導(dǎo)致纖維含量在整個(gè)預(yù)成形件中不均勻。
[0008]為了彌補(bǔ)該問題，可以在大直徑區(qū)域中提供附加的瑋紗，并將朝向小直徑區(qū)域行進(jìn)的該瑋紗打斷。然而，該方案對(duì)于所制造的零件的強(qiáng)度是不滿意的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明尋求提出一種作為單件進(jìn)行編織的纖維結(jié)構(gòu)，其用于制造變化直徑的由復(fù)合材料制成的軸對(duì)稱零件，但其不具備上述缺陷。
[0010]該目的通過具有截頭圓錐形形狀的帶有大直徑和小直徑的部分的纖維結(jié)構(gòu)獲得，大直徑與小直徑之間的比例不小于2，纖維結(jié)構(gòu)通過將多層被編織的經(jīng)紗和瑋紗纏繞在心軸上形成，所述心軸的輪廓根據(jù)待使用插入的經(jīng)紗來制造的零件的輪廓所限定，該結(jié)構(gòu)的特征在于，對(duì)于每層的經(jīng)紗和瑋紗，瑋紗成角度地分布在纖維結(jié)構(gòu)的截頭圓錐形部分的大直徑的區(qū)域中的單一直徑上和在纖維結(jié)構(gòu)的截頭圓錐形的部分的小直徑的區(qū)域中的至少兩個(gè)不同直徑上，以形成至少兩個(gè)疊加層的瑋紗。
[0011]本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)提出了瑋紗的特定分布，其中，對(duì)于每層的紗線，瑋紗均在大直徑的區(qū)域的單一直徑上以及在小直徑的區(qū)域中的至少兩個(gè)疊加層的瑋紗上分布。從在纖維結(jié)構(gòu)的大直徑處的期望的纖維含量(例如，具有55%至60%的量級(jí))開始，可以從其中推導(dǎo)出在大直徑處的瑋紗的特定間隔。由在其小直徑處的纖維結(jié)構(gòu)的截頭圓錐形部分的縮小所導(dǎo)致的瑋紗的過?？梢匀缓笸ㄟ^疊加瑋紗在該小直徑處沿著厚度方向移動(dòng)。因此每層均可以獲得在纖維結(jié)構(gòu)的整個(gè)寬度上是均勻的纖維含量。
[0012]而且，在制造用于制造飛機(jī)半機(jī)輪的纖維加強(qiáng)件的申請(qǐng)中，由疊加瑋紗導(dǎo)致的在小直徑處的纖維結(jié)構(gòu)的厚度的增加對(duì)應(yīng)于纖維結(jié)構(gòu)的此部分的機(jī)械強(qiáng)度要求，在成形和致密化后，該纖維結(jié)構(gòu)將構(gòu)成機(jī)輪的輪轂的一部分。被施加到機(jī)輪的軸上的荷載要求復(fù)合材料的厚度大于機(jī)輪的剩余部分的厚度。
[0013]在纖維結(jié)構(gòu)的小直徑的區(qū)域中的瑋紗的編織的實(shí)施方式中，對(duì)于每層紗線，分布在截頭圓錐形的部分的小直徑的區(qū)域中的兩層瑋紗由單層的經(jīng)紗互連。
[0014]在該實(shí)施方式中，與分布在截頭圓錐形的部分的小直徑的區(qū)域中的兩層瑋紗互連的經(jīng)紗使用互鎖型織法來編織。
[0015]在纖維結(jié)構(gòu)的小直徑的區(qū)域中的瑋紗的編織的另一實(shí)施方式中，對(duì)于每層紗線，分布在截頭圓錐形的部分的小直徑的區(qū)域中的每層瑋紗均由單層的經(jīng)紗互連。因此，在纖維結(jié)構(gòu)的小直徑處的過剩瑋紗被互連，以形成至少兩個(gè)相互獨(dú)立的層。此實(shí)施方式使得可將幾何變形施加到該結(jié)構(gòu)，特別是為了使其具有半機(jī)輪的形狀。
[0016]在此實(shí)施方式中，與分布在截頭圓錐形的部分的小直徑的區(qū)域中的每層瑋紗互連的經(jīng)紗使用平紋型、嗶嘰型或緞紋型織法來編織。
[0017]在纖維結(jié)構(gòu)的大直徑的區(qū)域中的瑋紗的編織的實(shí)施方式中，在每層織物中，分布在截頭圓錐形的部分的大直徑的區(qū)域中的該層瑋紗由單層的經(jīng)紗互連。
[0018]在該實(shí)施方式中，與分布在截頭圓錐形的部分的大直徑的區(qū)域中的瑋紗互連的經(jīng)紗使用平紋型、嗶嘰型或緞紋型織法來編織。
[0019]在纖維結(jié)構(gòu)的大直徑的區(qū)域中的瑋紗的編織的另一實(shí)施方式中，對(duì)于每層紗線，分布在截頭圓錐形的部分的大直徑的區(qū)域中的瑋紗由兩個(gè)獨(dú)立層的經(jīng)紗互連。
[0020]在該實(shí)施方式中，與分布在截頭圓錐形的部分的大直徑的區(qū)域中的瑋紗互連的經(jīng)紗使用平紋型、嗶嘰型或緞紋型織法來編織。
[0021]而且，對(duì)于每層的紗線，分布在纖維結(jié)構(gòu)的截頭圓錐形部分的大直徑與小直徑之間的瑋紗由一層或多層的經(jīng)紗互連。這些層構(gòu)成了纖維結(jié)構(gòu)的截頭圓錐形的部分的大直徑與小直徑之間的過渡。
[0022]在給定層的經(jīng)紗中的經(jīng)紗使用平紋型或嗶嘰型的織法來編織，所述給定層的經(jīng)紗與在截頭圓錐形的部分的大直徑與小直徑之間的瑋紗互連。
[0023]本發(fā)明也提供一種具有由基體致密化的纖維加強(qiáng)件的由復(fù)合材料制成的零件，其中該纖維加強(qiáng)件由如以上所限定的纖維結(jié)構(gòu)形成。該零件可以構(gòu)成飛機(jī)半機(jī)輪。
[0024]本發(fā)明還提供一種將如上所限定的纖維結(jié)構(gòu)作為單件來編織的方法，該方法包括將多層的經(jīng)紗和瑋紗纏繞在心軸上，所述心軸的輪廓根據(jù)待使用插入的經(jīng)紗來制造的零件的輪廓所限定。
【附圖說明】
[0025]從參考顯示不具有限制性特性的實(shí)施的附圖所獲得的以下說明顯示了本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中:
[0026]圖1是飛機(jī)機(jī)輪的截面圖；
[0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明的適于使用在制造飛機(jī)半機(jī)輪中的示例性纖維結(jié)構(gòu)的立體圖；
[0028]圖3是在經(jīng)受幾何變形以具有飛機(jī)半機(jī)輪的形狀后的圖2的纖維結(jié)構(gòu)的立體圖；
[0029]圖4是顯示瑋紗在圖2和3的纖維結(jié)構(gòu)的各個(gè)截面中的分布的視圖；
[0030]圖5是對(duì)應(yīng)于其中瑋紗由在第一編織實(shí)施方式中的經(jīng)紗互連的圖4的視圖；
[0031]圖6是用于編織具有圖4的經(jīng)紗分布的瑋紗的第二實(shí)施方式的扁平表示圖；
[0032]圖7A至7D更詳細(xì)地顯示圖6的編織圖案；
[0033]圖8是用于編織具有圖4的經(jīng)紗分布的瑋紗的第三實(shí)施方式的扁平表示圖；以及
[0034]圖9A至9D更詳細(xì)地顯示圖8的編織圖案。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明的申請(qǐng)領(lǐng)域是制造適于構(gòu)成纖維加強(qiáng)件或預(yù)成形件的纖維結(jié)構(gòu)，所述纖維結(jié)構(gòu)用于制造具有變化直徑(即，具有至少兩個(gè)不同直徑)的由復(fù)合材料制成的軸對(duì)稱零件，例如用于直升飛機(jī)燃?xì)鉁u輪引擎的壓氣機(jī)罩或在圖1中顯示的類型的飛機(jī)機(jī)輪。
[0036]在此附圖中顯示的飛機(jī)機(jī)輪I具體由兩個(gè)半機(jī)輪2，4組成，每個(gè)均為軸對(duì)稱形狀，每個(gè)均采取具有C形截面的開口環(huán)的形式。半機(jī)輪2，4對(duì)中在共同的旋轉(zhuǎn)軸6上居中，它們通過例如螺母-和-螺栓型緊固件8經(jīng)由它們的各自端壁2a，4a相互緊固。
[0037]每個(gè)半機(jī)輪2，4均具有限定機(jī)輪的輪緣10的外側(cè)面表面的大直徑2b，4b。在它們的自由端，這些大直徑各自具有向外突出的法蘭