用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇殼體的制作方法

本發(fā)明涉及一種用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的、在其風(fēng)扇區(qū)域中的風(fēng)扇殼體或者說(shuō)風(fēng)機(jī)殼體，包括多個(gè)大致圓柱形設(shè)置并且彼此連接的、由纖維增強(qiáng)塑料制成的層，在內(nèi)層和外層之間設(shè)有由玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成的增強(qiáng)層。

背景技術(shù)：

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇殼體用于在風(fēng)扇區(qū)域中在風(fēng)扇葉片分離的損壞情況下防止發(fā)動(dòng)機(jī)受到破壞并且保護(hù)飛機(jī)中的乘客免受傷害。為這種類(lèi)型的風(fēng)扇殼體所選擇的材料必須能夠吸收分離的風(fēng)扇葉片的高的動(dòng)能。早前主要使用金屬、尤其是高延展性鋼或鈦合金來(lái)制造風(fēng)扇殼體，近年來(lái)也為這些飛機(jī)部件使用塑料。

例如us2012/0148392a1描述了一種由纖維增強(qiáng)塑料制成的、用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇殼體，其中，多個(gè)彼此連接的復(fù)合材料層與設(shè)置在其間的蜂窩結(jié)構(gòu)組合。由制成的外罩在損壞情況下、即當(dāng)風(fēng)扇葉片分離并且進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)殼體中時(shí)提供相應(yīng)保護(hù)。

us2008/0128073a1描述了一種用于在層結(jié)構(gòu)中由不同塑料復(fù)合材料制成的、用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇殼體，其中使用不同的纖維材料以及它們的組合。

gb2426287a描述了一種風(fēng)扇殼體，其中設(shè)有金屬結(jié)構(gòu)用來(lái)滿(mǎn)足安全要求。

ep2096269a2和ep1344895a2描述了發(fā)動(dòng)機(jī)襯里，其用于優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氣流，但在風(fēng)扇葉片折斷的損壞情況下不提供保護(hù)。

許多由纖維增強(qiáng)塑料制成的風(fēng)扇殼體的結(jié)構(gòu)在制造中十分復(fù)雜并且需要許多材料層，因此相對(duì)于金屬風(fēng)扇殼體不再具有或僅具有少量重量?jī)?yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇殼體，其盡可能輕并且同時(shí)是安全的。應(yīng)避免或至少減少已知裝置的缺點(diǎn)。

按本發(fā)明的任務(wù)通過(guò)下述方式來(lái)解決：所述增強(qiáng)層包括至少20層玻璃纖維增強(qiáng)塑料，并且在增強(qiáng)層兩側(cè)設(shè)有變形層，所述變形層具有比增強(qiáng)層更低的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)扇殼體結(jié)構(gòu)的特征在于，設(shè)置至少三個(gè)層、即內(nèi)層、增強(qiáng)層和外層，為它們使用特殊材料，以便滿(mǎn)足本發(fā)明的任務(wù)、即在損壞情況下一方面保護(hù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)并且另一方面保留飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用于安全著陸的特定殘余剛度。在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)扇殼體中，這兩個(gè)任務(wù)被分配給兩個(gè)不同的組件，由此，所述組件的材料可最佳地匹配相應(yīng)任務(wù)。由玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成的中間增強(qiáng)層主要用于防止分離的風(fēng)扇葉片貫穿殼體并且承受沖撞。因此使用玻璃纖維增強(qiáng)塑料，其相對(duì)于風(fēng)扇部分的沖撞具有最佳性能。通過(guò)設(shè)置至少20層玻璃纖維增強(qiáng)塑料得到通常所需的強(qiáng)度。對(duì)于轉(zhuǎn)速特別高的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或?qū)τ谳^小的商務(wù)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)而言也可能需要更多層、如35層來(lái)滿(mǎn)足安全要求。由于在風(fēng)扇殼體之內(nèi)被變形層包圍的增強(qiáng)層的安裝位置，增強(qiáng)層也受到保護(hù)以防例如通過(guò)石子沖擊的損壞并且由此可實(shí)現(xiàn)重量?jī)?yōu)勢(shì)。相反，在損壞情況下為安全著陸所需的殘余剛度則主要由風(fēng)扇殼體的外層來(lái)確保。風(fēng)扇殼體特別優(yōu)選適合用于轉(zhuǎn)速非常高(≥10000轉(zhuǎn)每分鐘)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，在這種轉(zhuǎn)速下風(fēng)扇分離部分的動(dòng)能特別高。根據(jù)具體設(shè)計(jì)，風(fēng)扇殼體的重量可相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)減少30％至50％并且相對(duì)于鈦結(jié)構(gòu)減少最多10％。

至少一個(gè)變形層可由蜂窩結(jié)構(gòu)制成。這種蜂窩結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于重量特別低。在損壞情況下變形層相應(yīng)變形并且以防風(fēng)扇殼體的外層發(fā)生不允許的較大變形。

至少一個(gè)變形層也可由泡沫材料制成。通過(guò)選擇相應(yīng)的泡沫材料和必要時(shí)結(jié)合由蜂窩結(jié)構(gòu)制成的變形層可進(jìn)一步改善重量或可變形性。作為泡沫材料例如使用塑料、如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、聚甲基丙烯酰亞胺(pmi)和類(lèi)似物。

有利的是，在外層中集成有至少一個(gè)固定法蘭。通過(guò)集成至少一個(gè)固定法蘭、尤其是兩個(gè)固定法蘭(前部的和后部的)，一方面提高了整個(gè)風(fēng)扇殼體的強(qiáng)度，因?yàn)樵诠潭ǚㄌm和外層之間不需要接合點(diǎn)，并且另一方面簡(jiǎn)化了安裝過(guò)程。

在風(fēng)扇殼體的內(nèi)層上可在風(fēng)扇區(qū)域中設(shè)置由可變形材料制成的研磨層。通過(guò)這種類(lèi)型的由可變形材料制成的研磨層還可進(jìn)一步減小在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇和風(fēng)扇殼體內(nèi)層之間的氣隙，因?yàn)轱L(fēng)扇葉片以最大直徑在研磨層中銑出相應(yīng)形狀。

研磨層可由玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂或填充的蜂窩芯制成。這種類(lèi)型的材料已證明特別有效并且相對(duì)于通常由鈦或鈦合金制成的風(fēng)扇葉片足夠軟。

當(dāng)在內(nèi)層和增強(qiáng)層之間在風(fēng)扇區(qū)域中設(shè)有偏轉(zhuǎn)環(huán)且該偏轉(zhuǎn)環(huán)由強(qiáng)度高于變形層的材料制成時(shí)，可在風(fēng)扇葉片折斷的情況下提高安全性或在同樣的安全性下減少內(nèi)層和/或增強(qiáng)層的材料。偏轉(zhuǎn)環(huán)用于側(cè)向偏轉(zhuǎn)在徑向上出現(xiàn)的大致點(diǎn)狀的力并且因此防止風(fēng)扇殼體或發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的損壞。

偏轉(zhuǎn)環(huán)優(yōu)選由金屬、尤其是鋼制成?；谄D(zhuǎn)環(huán)相對(duì)于整個(gè)風(fēng)扇殼體的較小尺寸，由此產(chǎn)生的重量缺點(diǎn)可忽略不計(jì)。

作為替代方案，偏轉(zhuǎn)環(huán)也可由芳族纖維增強(qiáng)塑料、如制成。這種纖維增強(qiáng)塑料相對(duì)于金屬具有較輕的重量，但也更為昂貴。

當(dāng)偏轉(zhuǎn)環(huán)具有設(shè)有朝向風(fēng)扇指向的斜面的楔形橫截面時(shí)，在徑向上出現(xiàn)的力——其源于風(fēng)扇葉片的折斷部分——可被側(cè)向偏轉(zhuǎn)和分布并且因此可減小風(fēng)扇殼體或發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的損壞危險(xiǎn)以及對(duì)飛機(jī)和乘客的危險(xiǎn)。

風(fēng)扇殼體的外層和內(nèi)層優(yōu)選由碳纖維增強(qiáng)塑料制成。尤其是風(fēng)扇殼體的外層由相應(yīng)多的碳纖維增強(qiáng)塑料層制成，以便在損壞情況下賦予飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)足夠的穩(wěn)定性并確保飛機(jī)的安全著陸。

附圖說(shuō)明

下面參考一種實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。在附圖中：

圖1以部分剖開(kāi)的視圖示出包括設(shè)置在風(fēng)扇區(qū)域中的風(fēng)扇殼體的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)；

圖2以剖面圖示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的風(fēng)扇殼體的局部。

具體實(shí)施方式

圖1以部分剖開(kāi)的視圖示出包括設(shè)置在風(fēng)扇3區(qū)域中的風(fēng)扇殼體1的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)2。通常風(fēng)扇殼體1包括圓柱形外罩1，該外罩具有集成或固定在其上的固定法蘭和可能的加強(qiáng)肋或類(lèi)似物。風(fēng)扇殼體1與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的其余部分連接，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體又設(shè)置在相應(yīng)的固定元件、通常為機(jī)翼上。

圖2以剖面圖示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的風(fēng)扇殼體1的局部。風(fēng)扇殼體1包括根據(jù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)2的空氣動(dòng)力學(xué)要求設(shè)計(jì)的內(nèi)層4和外層5以及設(shè)置在內(nèi)層4和外層5之間的增強(qiáng)層6和設(shè)置在增強(qiáng)層6兩側(cè)的變形層7。增強(qiáng)層6根據(jù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)2由至少20層玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成并且主要用于承受在損壞情況下對(duì)風(fēng)扇3局部的沖撞。可由蜂窩結(jié)構(gòu)或適合的泡沫材料或它們的組合制成的變形層7用于吸收源于風(fēng)扇3分離部分的動(dòng)能。內(nèi)層4可由碳纖維增強(qiáng)塑料制成。外層5優(yōu)選也由碳纖維增強(qiáng)塑料制成，外層主要用于在損壞情況下確保風(fēng)扇殼體1的殘余強(qiáng)度并在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)2損壞時(shí)實(shí)現(xiàn)安全著陸。

為了簡(jiǎn)化制造和安裝，用于固定風(fēng)扇殼體1所需的固定法蘭8、9可集成于外層5中并在一個(gè)制造過(guò)程中與外層5一同制出。通過(guò)增強(qiáng)層6和外層5的功能分離，也可在損壞情況下尤其是在固定法蘭8、9區(qū)域中防止外層5的撕裂或至少減少損壞危險(xiǎn)。

為了減小風(fēng)扇3和內(nèi)層4之間的氣隙，可在風(fēng)扇3區(qū)域中設(shè)置由可變形材料制成的研磨層10，風(fēng)扇葉片以最大外徑銑入該研磨層10中，從而在風(fēng)扇3和內(nèi)層4或者說(shuō)研磨層10之間的氣隙消失。研磨層10可由玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂或填充的蜂窩芯制成。

在風(fēng)扇3區(qū)域中，可在內(nèi)層4和增強(qiáng)層6之間設(shè)置一個(gè)由強(qiáng)度高于變形層7的材料制成的偏轉(zhuǎn)環(huán)11，通過(guò)該偏轉(zhuǎn)環(huán)11使在損壞情況下出現(xiàn)的徑向力側(cè)向偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)環(huán)11可由金屬、尤其是鋼亦或由芳綸纖維增強(qiáng)塑料、如制成。為了最佳偏轉(zhuǎn)徑向作用的力，偏轉(zhuǎn)環(huán)11可如圖所示具有設(shè)有朝向風(fēng)扇3指向的斜面12的楔形橫截面。

在風(fēng)扇殼體1的后端部上可設(shè)置附件13并且其優(yōu)選與內(nèi)層4粘接。