ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ КОЖУХ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КОЖУХА
CYLINDRICAL CASING AND METHOD OF MAKING CYLINDRICAL CASING

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к цилиндрическому кожуху, который используется, например, в качестве кожуха вентилятора для закрытия лопастей вентилятора реактивного двигателя воздушного судна, и к способу изготовления цилиндрического кожуха.
Уровень техники
[0002] Вышеуказанный кожух вентилятора для закрытия лопастей вентилятора реактивного двигателя воздушного судна должен быть облегченным и иметь высокую прочность, для того чтобы соответствовать этим требованиям, сделаны попытки использования композитного материала, состоящего из армирующих волокон и термореактивной смолы, в качестве сырьевого материала кожуха вентилятора.
[0003] В вышеуказанном кожухе вентилятора наружный фланец, на котором устанавливается, например, такая конструкция, как коробка приводов, или в зависимости от конструкции, которая может быть частью конструкции для соединения реактивного двигателя с крылом или конструкции для передачи тяги реактивного двигателя корпусу воздушного судна, расположен кольцеобразно вдоль периферийного направления в промежуточной части основного корпуса кожух, который закрывает лопасти вентилятора и образует цилиндрическую форму. Композитный материал, состоящий из армирующих волокон, например углеродных волокон, и термореактивной смолы, например эпоксидной смолы, начинает использоваться в качестве сырьевого материала этого наружного фланца в качестве основного корпуса кожуха.
[0004] Примеры наружного фланца, для которого этот композитный материал начинает использоваться, включают в себя фланец, описанный в патентном документе 1. Этот наружный фланец включает в себя слой основного корпуса фланца, который образует часть основного корпуса кольцеобразного фланца, продолжающуюся вдоль периферийного направления основного корпуса кожуха, и адгезивный опорный слой, который закрепляет слой основного корпуса фланца на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха при поддержке слоя основного корпуса фланца с обеих сторон. И слой основного корпуса фланца, и адгезивный опорный слой образованы путем наслоения множества слоев тканей, включающих в себя ткань, состоящую из армирующих волокон, например углеродных волокон.
[0005] В изготовлении кожуха вентилятора (цилиндрического кожуха) путем образования вышеописанного наружного фланца на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха сначала многослойный материал формуют путем укладки множества слоев ткани поверх друг друга, и термореактивную смолу, которой предварительно пропитаны слои ткани, отверждают путем нагрева этого многослойного материала для образования слоя основного корпуса фланца.
[0006] Затем слой основного корпуса фланца располагают вдоль периферийного направления на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха, который изготовлен из композитного материала, состоящего из армирующих волокон и термореактивной смолы, и после того, как множество слоев ткани наслоены на обеих сторонах этого слоя основного корпуса фланца и сформованы в виде адгезивного опорного слоя, слой основного корпуса фланца закрепляют на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха путем нагрева адгезивного опорного слоя и отверждения термореактивной смолы таким же образом, что и слоя основного корпуса фланца.
Документ известного уровня техники
Патентный документ
[0007] Патентный документ 1: Выложенный патент Японии № 2008-144757.
Сущность изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
[0008] Однако в вышеописанном кожухе вентилятора при образовании наружного фланца на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха, так как адгезивный опорный слой сформован на обеих сторонах слоя основного корпуса фланца, тогда как слой основного корпуса фланца расположен на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха вдоль периферийного направления, может быть оставлен зазор между базовой концевой частью слоя основного корпуса фланца и адгезивным опорным слоем, покрывающим эту базовую концевую часть, и решение этой проблемы представляет собой до сих пор существующую задачу.
[0009] Настоящее изобретение разработано для решения вышеуказанной существующей задачи, и целью настоящего изобретения является обеспечение цилиндрического кожуха, с помощью которого возможно обеспечивать высокую структурную прочность в части наружного фланца в случае, когда цилиндрический кожух изготовлен из композитного материала, состоящего, например, из армирующих волокон и термореактивной смолы в качестве сырьевого материала, и представляет собой кожух вентилятора, имеющий кольцеобразный наружный фланец, и обеспечение способа изготовления цилиндрического кожуха.
Средства решения проблем
[0010] Для того чтобы выполнять вышеуказанную задачу, настоящее изобретение обеспечивает цилиндрический кожух, изготовленный из композитного материала из армирующих волокон, пропитанных термореактивной смолой, причем цилиндрический кожух включает в себя:
основной корпус кожуха, который образует цилиндрическую форму; и
наружный фланец, который расположен на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха кольцеобразно вдоль периферийного направления, причем
наружный фланец включает в себя:
связующий слой, приклеенный на внешней периферийной поверхности основного корпуса кожуха;
слой основания, имеющий треугольную форму в поперечном сечении и расположенный на связующем слое в периферийном направлении основного корпуса кожуха;
образующий слой фланца, имеющий за одно целое с ним слой ответвления, который наслаивается от одной наклонной поверхности слоя основания к связующему слою на стороне одной наклонной поверхности, и слой стенки, который поднимается от одной наклонной поверхности слоя основания в дистальном направлении; и
другой образующий слой фланца, имеющий за одно целое с ним слой ответвления, который продолжается к связующему слою и наслаивается от другой наклонной поверхности слоя основания к связующему слою на стороне другой наклонной поверхности, и слой стенки, который поднимается от другой наклонной поверхности слоя основания в дистальном направлении и перекрывает слой стенки одного образующего слоя фланца,
при этом слой основания образован путем наслоения слоев ровинга, включающих в себя ровинг, состоящий из пучка армирующих волокон, и при этом
указанный образующий слой фланца, имеющий за одно целое с ним слой ответвления и слой стенки, и указанный другой образующий слой фланца, имеющий за одно целое с ним связующий слой, слой ответвления и слой стенки, оба образованы путем наслоения множества слоев биаксиальной ткани, включающих в себя биаксиальную ткань со структурой без перегибов, состоящей из двух осей лент армирующих волокон, имеющих угол ориентации ±15-75° к аксиальному направлению основного корпуса кожуха.
[0011] Предпочтительно, что внешняя периферийная поверхность основного корпуса кожуха и каждого из слоев стенки обоих образующих слоев фланца в наружном фланце, все, покрыты защитным слоем, изготовленным из композитного материала из армирующих волокон, пропитанных термореактивной смолой.
[0012] Предпочтительно, что цилиндрический кожух используется в качестве кожуха вентилятора для закрытия лопастей вентилятора реактивного двигателя воздушного судна.
[0013] Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает способ изготовления вышеописанного цилиндрического кожуха, включающий этап, на котором:
образуют наружный фланец, проходя через следующие этапы, на которых:
наслаивают часть связующего слоя другого образующего слоя фланца, имеющего листообразную форму, на штампе для образования связующего слоя;
образуют слой основания, имеющий треугольную форму в поперечном сечении, на связующем слое в другом образующем слое фланца, имеющем листообразную форму, который наслаивается на штампе;
наслаивают часть слоя ответвления одного образующего слоя фланца, имеющего листообразную форму, от одной наклонной поверхности слоя основания до связующего слоя, расположенного на стороне одной наклонной поверхности в другом образующем слое фланца, для образования слоя ответвления;
поднимают часть слоя стенки одного образующего слоя фланца на одной наклонной поверхности слоя основания для образования слоя стенки;
сгибают часть другого образующего слоя фланца, который продолжается к связующему слою на стороне другой наклонной поверхности слоя основания, и укладывают эту согнутую часть от связующего слоя по другой наклонной поверхности слоя основания для образования слоя ответвления другого образующего слоя фланца, и поднимают согнутую часть на другой наклонной поверхности слоя основания для образования слоя стенки так, чтобы перекрывать слой стенки одного образующего слоя фланца; и
размещают штамп приема давления на стороне другого образующего слоя фланца и нагревают и повышают давление на многослойном материале в мешке для отверждения термореактивной смолы, которой пропитано каждое из армирующих волокон слоев ткани, и
после этого приклеивают наружный фланец, который освобождается из штампа, на внешнюю периферийную поверхность основного корпуса цилиндрического кожуха, который изготовлен из композитного материала из армирующих волокон, пропитанных термореактивной смолой.
[0014] В цилиндрическом кожухе и способе изготовления цилиндрического кожуха согласно настоящему изобретению, например, углеродные волокна, стеклянные волокна, органические волокна (арамид, PBO, полиэфир, полиэтилен), алюмооксидные волокна и волокна карбида кремния могут быть использованы в качестве армирующих волокон композиционного материала основного корпуса кожуха и наружного фланца, и термореактивная смола в качестве связующего, например полиэфирная смола, эпоксидная смола, винилэфирная смола, фенольная смола, бисмалеимидная смола, смола оксазолина и меламиновая смола, может использоваться.
[0015] В цилиндрическом кожухе согласно настоящему изобретению, так как и один образующий слой фланца, и другой образующий слой фланца наружного фланца образованы путем наслоения множества слоев биаксиальной ткани, включающих в себя биаксиальную ткань со структурой без перегибов, изготовленную из пучка армирующих волокон, например углеродных волокон, так как проявляется растяжимость, которая является характеристикой структуры без перегибов, во время изготовления наружного фланца образующие слои фланца сгибаются без развития сморщивания или изгиба волокон.
[0016] В цилиндрическом кожухе согласно настоящему изобретению каждый из слоев ответвления обоих образующих слоев фланца, одного образующего слоя фланца и другого образующего слоя фланца, наслаивается и на обеих наклонных поверхностях слоя основания, наслоенного на связующем слое, и на связующем слое, и каждый из слоев стенки обоих образующих слоев фланца поднимается на обеих наклонных поверхностях слоя основания при изготовлении наружного фланца. Таким образом, возможность оставления зазора между обоими образующими слоями фланца и слоем основания почти исключается, так что высокая конструкционная прочность обеспечивается в части наружного фланца.
Предпочтительные технические результаты изобретения
[0017] Цилиндрический кожух согласно настоящему изобретению обеспечивает отличное преимущество в том, что в случае, когда цилиндрический кожух представляет собой кожух вентилятора, имеющий кольцеобразный наружный фланец, может быть обеспечена высокая конструкционная прочность в части наружного фланца.
Краткое описание чертежей
[0018]
Фиг. 1 представляет собой схематический вид в поперечном сечении, иллюстрирующий реактивный двигатель воздушного судна, в котором применен кожух вентилятора согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения.
Фиг. 2A представляет собой увеличенный вид в поперечном сечении, иллюстрирующий часть наружного фланца кожуха вентилятора на Фиг. 1.
Фиг. 2B представляет собой частичный вид сверху, который представлен с частичным разрезом, иллюстрирующий биаксиальную ткань, применяемую для наружного фланца кожуха вентилятора на Фиг. 1.
Фиг. 3A представляет собой вид, иллюстрирующий первый этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 3B представляет собой вид, иллюстрирующий второй этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 3C представляет собой вид, иллюстрирующий третий этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 3D представляет собой вид, иллюстрирующий четвертый этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 3E представляет собой вид, иллюстрирующий пятый этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 4A представляет собой вид, иллюстрирующий шестой этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 4B представляет собой вид, иллюстрирующий седьмой этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Фиг. 4C представляет собой вид, иллюстрирующий восьмой этап, который представляет собой этап формования наружного фланца в способе изготовления кожуха вентилятора, показанного на Фиг. 1.
Вариант выполнения изобретения
[0019] Далее настоящее изобретение будет описано на основе чертежей.
Фиг. 1-4C показывают один вариант выполнения цилиндрического кожуха согласно настоящему изобретению, и в этом варианте выполнения кожух, когда цилиндрический кожух согласно настоящему изобретению представляет собой кожух вентилятора реактивного двигателя воздушного судна, будет принят в качестве примера.
[0020] Как показано на Фиг. 1, реактивный двигатель 1 воздушного судна посылает воздух, забираемый с передней стороны (левая сторона на чертеже), в компрессор 3 посредством вентилятора 2, имеющего множество лопастей вентилятора, впрыскивает топливо в воздух, сжимаемый в этом компрессоре 3, для их сжигания в камере 4 сгорания, и вращает турбину 5 высокого давления и турбину 6 низкого давления посредством расширения высокотемпературного газа, образуемого при сжигании.
[0021] Кожух 9 вентилятора, закрывающий множество лопастей вентилятора 2, включает в себя основной корпус 9С кожуха, который образует цилиндрическую форму, и наружный фланец 10, который расположен на внешней периферийной поверхности 9a этого основного корпуса 9С кожуха кольцеобразно вдоль периферийного направления. На переднем конце (левый конец на чертеже) основного корпуса 9С кожуха образован кольцеобразный наружный фланец 9F, который может быть соединен с капотом 7 двигателя, и на заднем конце (правый конец на чертеже) образован кольцеобразный наружный фланец 9R, который может быть соединен с гондолой 8 двигателя, и наружный фланец 10 расположен в сегментированном состоянии на внешней периферийной поверхности 9a основного корпуса 9С кожуха.
[0022] И основной корпус 9С кожуха, и наружный фланец 10 кожуха 9 вентилятора изготовлены из композитного материала из армирующих волокон, например углеродных волокон, пропитанных термореактивной смолой, например эпоксидной смолой.
[0023] В этом случае, как показано на Фиг. 2A, наружный фланец 10 включает в себя связующий слой 11c, который приклеен на внешней периферийной поверхности 9a основного корпуса 9С кожуха, и слой 12 основания, имеющий треугольную форму в поперечном сечении и расположенный на этом связующем слое 11c в периферийном направлении основного корпуса 9С кожуха.
[0024] Наружный фланец 10 дополнительно включает в себя один образующий слой 13 фланца, имеющий за одно целое слой 13а ответвления, который наслаивается от одной наклонной поверхности (наклонная поверхность на правой стороне на Фиг. 2A) 12a слоя 12 основания до связующего слоя 11c на стороне этой одной наклонной поверхности 12a, и слой 13b стенки, который поднимается от одной наклонной поверхности 12a слоя 12 основания в дистальном направлении (в направлении вверх на чертеже).
[0025] Наружный фланец 10 дополнительно включает в себя другой образующий слой 11 фланца, имеющий за одно целое с ним слой 11а ответвления, который продолжается до связующего слоя 11c и наслаивается от другой наклонной поверхности (наклонная поверхность на левой стороне на Фиг. 2A) 12b слоя 12 основания до связующего слоя 11c на стороне другой наклонной поверхности 12b, и слой 11b стенки, который поднимается от другой наклонной поверхности 12b слоя 12 основания в дистальном направлении (в направление вверх на чертеже) и перекрывает слой 13b стенки одного образующего слоя 13 фланца.
[0026] В этом варианте выполнения слой 12 основания образован путем наслоения слоев ровинга, включающих в себя ровинг (пучок волокон), состоящий из пучка армирующих волокон, например углеродных волокон. Составной материал слоя 12 основания не ограничивается ровингом, но материал, например полотно (ткань) или ткань без перегибов, может использоваться.
[0027] С другой стороны, один образующий слой 13 фланца, имеющий за одно целое с ним слой 13а ответвления и слой 13b стенки, и другой образующий слой 11 фланца, имеющий за одно целое с ним связующий слой 11c, слой 11а ответвления и слой 11b стенки, оба образованы путем наслоения множества слоев биаксиальной ткани, и, как показано на Фиг. 2B, этот слой биаксиальной ткани включает в себя биаксиальную ткань 15, состоящую из лент 15а, 15b армирующих волокон, например углеродных волокон.
[0028] Эта биаксиальная ткань 15 имеет структуру без перегибов, состоящую из двух осей лент 15а, 15b армирующих волокон, и угол ориентации двух осей лент 15а, 15b армирующих волокон к направлению оси CL основного корпуса 9С кожуха устанавливается на ±15-75°, и в этом варианте выполнения, как показано в увеличенных кругах на Фиг. 2B, угол ориентации устанавливается на ±45°. Участки, обозначенные пунктирными линиями на Фиг. 2B, являются нитями для сшивания.
[0029] Здесь абсолютное значение угла ориентации двух осей лент 15а, 15b армирующих волокон к направлению оси CL меньше 15° делает сложным обеспечение прочности и жесткости и в связи с этим является неблагоприятным. С другой стороны, абсолютное значение угла ориентации двух осей лент 15a, 15b армирующих волокон к направлению оси CL больше 75° может приводить к сморщиванию или изгибу волокон во время изготовления и в связи с этим является неблагоприятным.
[0030] Внешняя периферийная поверхность 9a основного корпуса 9С кожуха и каждый из слоев 11b, 13b стенки обоих образующих слоев 11, 13 фланца в наружном фланце 10, все, покрыты защитным слоем 14 (защитный слой на внешней периферийной поверхности 9a не показан), изготовленным из композитного материала из армирующих волокон, например стеклянных волокон, пропитанных термореактивной смолой, например эпоксидной смолой. Например, этот защитный слой 14 служит в качестве припуска на отрезке во время обработки после формования наружного фланца 10, а также служит в качестве материала предотвращения электрической коррозии. В дополнение, этот защитный слой 14 служит также в качестве защитного слоя, когда наружный фланец 10 обрабатывается в виде завершенного изделия.
[0031] Затем для изготовления наружного фланца 10 при изготовлении вышеописанного кожуха 9 вентилятора, как показано на Фиг. 3A, сначала, в качестве первого этапа, другой образующий слой (11) фланца, имеющий листообразную форму, наслаивают на штамп 20 и прокладку S, которая расположена на одном конце этого штампа 20 так, чтобы быть на одном уровне со штампом для образования связующего слоя 11c на штампе 20.
[0032] Затем, как показано на Фиг. 3B, в качестве второго этапа, слой 12 основания, имеющий треугольную форму в поперечном сечении, образуют на связующем слое 11c, который образован на штампе 20.
[0033] Затем, как показано на Фиг. 3C, в качестве третьего этапа, часть ответвления одного образующего слоя 13 фланца, имеющего листообразную форму, наслаивают от одной наклонной поверхности 12a слоя 12 основания до связующего слоя 11c, расположенного на стороне этой одной наклонной поверхности 12a, для образования слоя 13а ответвления, и в дальнейшем, как показано на Фиг. 3D, в качестве четвертого этапа, часть слоя стенки одного образующего слоя фланца 13 поднимают на одной наклонной поверхности 12a для образования слоя 13b стенки.
[0034] Далее, как показано на Фиг. 3E, в качестве пятого этапа, часть другого образующего слоя 11 фланца, которая расположена на прокладке S и продолжается до связующего слоя 11c, сгибают на стороне другой наклонной поверхности 12b слоя 12 основания, и эту согнутую часть укладывают от связующего слоя 11c по другой наклонной поверхности 12b слоя 12 основания для образования слоя 11а ответвления другого образующего слоя 11 фланца, и в то же время согнутую часть поднимают на другой наклонной поверхности 12b слоя 12 основания для образования слоя 11b стенки так, чтобы перекрывать слой 13b стенки одного образующего слоя 13 фланца.
[0035] После этого, как показано на Фиг. 4A, в качестве шестого этапа, прокладку S перемещают от штампа 20, и слои 11b, 13b стенки, перекрывающие друг друга, обоих образующих слоев 11, 13 фланца покрывают защитным слоем 14, изготовленным из композитного материала из армирующих волокон, например стеклянных волокон, пропитанных термореактивной смолой, например эпоксидной смолой.
[0036] Затем, как показано на Фиг. 4B, в качестве седьмого этапа, штамп 20F приема давления размещают на стороне другого образующего слоя 11 фланца, и в дальнейшем, как показано на Фиг. 4С, в качестве восьмого этапа, и образующие слои 11, 13 фланца, и слой 12 основания полностью закрывают нейлоновой пленкой B, их нагревают и повышают на них давление в автоклаве, тогда как внутри нейлоновой пленки B откачивается воздух, чтобы тем самым отверждать термореактивную смолу, которой пропитаны армирующие волокна каждого из слоев 11-13, и образовывать наружный фланец 10.
[0037] Далее, наружный фланец 10, освобожденный от штампа 20, устанавливают и прикрепляют путем приклеивания на внешнюю периферийную поверхность 9a основного корпуса 9C цилиндрического кожуха, который изготовлен из композитного материала из армирующих волокон, пропитанных термореактивной смолой.
[0038] Как описано выше, в кожухе 9 вентилятора этого варианта выполнения, так как один образующий слой 13 фланца и другой образующий слой 11 фланца наружного фланца 10, оба, образованы путем наслоения множества слоев биаксиальной ткани, включающих в себя биаксиальную ткань 15 со структурой без перегибов, состоящей из лент 15а, 15b армирующих волокон, например углеродных волокон, так как проявляется растяжимость, которая является характеристикой структуры без перегибов, во время формования наружного фланца 10 образующие слои 11, 13 фланца сгибаются без развития сморщивания или изгиба волокон.
[0039] В кожухе 9 вентилятора этого варианта выполнения для изготовления наружного фланца 10 слой 13a ответвления одного образующего слоя 13 фланца наслаивается от одной наклонной поверхности 12a слоя 12 основания, наслоенного на связующем слое 11c, к связующему слою 11c, расположенному на стороне этой одной наклонной поверхности 12a, и слой 13b стенки одного образующего слоя 13 фланца поднимается на одной наклонной поверхности 12a слоя 12 основания.
[0040] В дополнение, слой 11a ответвления другого образующего слоя 11 фланца наслаивается от другой наклонной поверхности 12b слоя 12 основания к связующему слою 11c, расположенному на стороне другой наклонной поверхности 12b, и слой стенки 11b другого образующего слоя 11 фланца поднимается на другой наклонной поверхности 12b слоя 12 основания так, что возможность оставления зазора между обоими образующими слоями 11, 13 фланца и слоем 12 основания почти исключена. Таким образом, высокая конструкционная прочность в части наружного фланца 10 обеспечена.
[0041] Конфигурации цилиндрического кожуха и способ изготовления цилиндрического кожуха согласно настоящему изобретению не ограничиваются вышеописанными вариантами выполнения.
Список ссылочных позиций
[0042]
1 Реактивный двигатель воздушного судна
9 Кожух вентилятора
9a Внешняя периферийная поверхность основного корпуса кожуха
9C Основной корпус кожуха
10 Наружный фланец
11 Другой образующий слой фланца
11a Слой ответвления другого образующего слоя фланца
11b Слой стенки другого образующего слоя фланца
11c Связующий слой (другой образующий слой фланца)
12 Слой основания
12a Одна наклонная поверхность слоя основания
12b Другая наклонная поверхность слоя основания
13 Один образующий слой фланца
13a Слой ответвления одного образующего слоя фланца
13b Слой стенки одного образующего слоя фланца
14 Защитный слой
15 Биаксиальная ткань
15a, 15b Две оси лент армирующих волокон
20 Штамп
20F Штамп приема давления
CL Ось