连续变厚度平面板状三维机织物的研制

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随着航空业的发展,业界对航空发动机燃油效率和碳排放的要求不断提高,航空发动机设计采用的涵道比不断增大,风扇部件尺寸随之加大,这使得风扇段的质量占发动机总重量的比例也不断增大。风扇叶片质量的减少是减少发动机总重量的重要途径。而复合材料在风扇叶片上的使用是减轻风扇质量的重要方法。随着复合材料风扇叶片的进一步发展,国外公布了三维编织预制件树脂模塑传递成型的掠形大流量宽弦复合材料风扇叶片,使用三维编织技术生产复合材料风扇叶片的预制件,减轻了风扇叶片的重量。纵观国外高性能航空发动机复合材料风扇叶片的现状及发展,树脂基复合材料的研究是实现发动机提高效率的关键,复合材料风扇叶片必将具有更大的应用前景。且我国在使用三维织物作为复合材料风扇叶片预制件的研究并未大量展开。因此,对发动机复合材料风扇叶片三维织物预制件的研究具有一定意义。本文结合风扇叶片基本形状,将其拓展为变厚度平板状,并结合多综眼多剑杆织机进行连续变厚度三维机织物的研究。首先,本论文多对综眼多剑杆织机进行了简要介绍,并对其送经机构进行了改造,设计了一种可自动反转的送经机构;使织机在织造过程中,当经纱张力由于某些原因而降到零甚至出现松弛时,自动反转经轴,来保持经纱张力均匀,并保留了一般送经机构的功能。经工艺改进后,上机试织,织造连续变厚度三维机织物时,各层经纱张力均匀,梭口清晰,为顺利引纬提供了有利条件。然后,本论文结合三维机织物基本结构分别对连续变厚度三维机织物进行了组织结构的设计。结合厚度影响因素可知连续变厚度组织设计原理:(1)在经纱线密度不变时,通过逐步增加纬纱与经纱交织层数,在增加交织层数的同时增加了纬纱根数;(2)引入纬向垫纱,增加织物内纬纱根数来增加织物厚度;(3)结合上面两种方式,引入纬纱线密度变化,来实现织物厚度的增加。比较三种组织设计,多层接结组织结构设计具有较大的变化,且满足风扇叶片尖端薄的要求,最终本课题确定采用多层接结组织进行连续变厚度三维机织物的设计。最后,本论文对所设计的组织结构进行上机织造,织造了三种不同规格试样。并对所织三维机织物进行下机厚度数据测量和切片分析。其中分析得到:织物结构变化引起的厚度变化较大,相同结构交织层数逐步变化,每次变化厚度增加的幅度不大,可以认为厚度变化是连续的;引入了纬纱线密度变化时,织物相邻截面厚度增加值在1mm以内,可以认为三维机织物厚度实现连续变化;且所织造织物下机结构稳定,外观均匀良好,织物厚度几乎达到连续变化,且织物整体厚度增加大,证明本课题所采用的方案切实可行。
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