[發明專利]一種用于飛機發動機的包容機艙

有效

• 申請號: 201310065120.5
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103158877A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 狄春保;朱琪美;張和平;張俊
• 申請（專利權）人: 溧陽市科技開發中心
• 主分類號: B64D29/00
• 分類號: B64D29/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明涉及一種用于飛機發動機的包容機艙，尤其涉及一種具有夾層結構的包容機艙。

背景技術

當前，大型商業噴氣飛機通常都采用了大推力渦輪風扇航空發動機，該類型的渦輪風扇航空發動機都使用了大尺寸的風扇葉片，最大的風扇葉片直徑可達3m，工作時風扇葉尖處的切線速度超過450m/s，未來渦輪風扇航空發動機的發展，渦輪風扇葉尖的切線速度會更高。高速運轉的葉片受外物撞擊損傷或高頻率振動疲勞等的影響，不可避免地會出現葉片斷裂故障。斷裂葉片具有很高的能量，如果葉片擊穿發動機機艙，由于飛機的油箱與發動機緊挨在一起，會引發油箱爆炸造成災難性事故。因此，航空發動機的設計和制造，必須考慮發動機短艙的包容能力。目前的防護裝甲一般都是雙層設計：外層由較硬的材料構成，通常為陶瓷；而內層則為柔性材料，如鋁或者kevlar纖維。陶瓷材料通常經過復合硬化表面處理，即在陶瓷表面涂一定量的樹脂玻璃纖維或者kevlar材料來提高其抗沖擊性，裝甲結構中外層氧化鋁陶瓷內層kevlar纖維是常見的組合。現有的航空發動機包容機艙有如下三種，第一種是由高強度合金鋼制成的圓環形結構，鋼鐵材料的強度和韌性都很好，這種機匣防護效果較好，但是材料的密度高，不符合航空部件輕質化的要求；第二種是由鋰合金、鎂合金、鋁合金和鈦合金等輕金屬材料制成，這類輕金屬材料強度和韌性差，雖然密度小，但是防護效果不佳；第三種是在鋰合金、鎂合金、鋁合金和鈦合金等輕金屬材料制成的圓環上纏繞玻璃纖維、kevlar纖維和碳纖維等高強度纖維，使用環氧樹脂和聚酰亞胺等高分子樹脂材料為粘結劑固化后形成的纖維纏繞復合材料包容機匣，這種機匣具有重量輕、防護效果好的特點，是大推力渦輪風扇發動機風扇葉片包容機匣的首選。樹脂為基的復合材料的使用溫度有很大的局限。在長時間使用的條件下，環氧樹脂一般不超過200℃，正在發展的聚酞亞胺的也不超過300℃～350℃。即使在較低的溫度下，樹脂基的彈性模量和強度也不高，在大的負荷應力下容易開裂。特別是單向復合材料的層間強度決定于基體，而樹脂基的強度低。雖然可以通過纖維交叉排列來改善偏軸方向的性能，但又會使軸向性能削弱，致使復合材料的特點得不到充分發揮。

發明內容

為了克服上述缺點和弊端，本發明提供一種用于飛機發動機的包容機艙，呈圓筒狀，包括夾層結構，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀復合材料制成，具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層構成的夾層結構，其特征在于金屬層采用鋁、鎂、鈦或者相應的合金材料，纖維層采用氮化硅、碳化硅或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷層包括重量比20：1：2或30：1：3的氧化鋯、氧化鎂和氧化鈰。

優選地，所述氧化鋯陶瓷材料采用重量比20：1：2的氧化鋯、氧化鎂和氧化鈰，加入與前述三者等重的蒸餾水，在球磨機中球磨5個小時，然后干燥、造粒、成型，于1600-1650攝氏度的溫度、32MPa壓力下燒結1.8小時，總升溫時間為8小時；再以220舒適度每小時的速度冷卻至1200攝氏度熱處理3.5小時，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1460攝氏度熱處理1.6小時，而后再次自然冷卻至室溫獲得。

優選地，所述氧化鋯陶瓷材料采用重量比30：1：3的氧化鋯、氧化鎂和氧化鈰，加入與前述三者等重的蒸餾水，在球磨機中球磨5.5個小時，然后干燥、造粒、成型，于1600-1650攝氏度、32MPa壓力下的溫度下燒結2.0小時，總升溫時間為9小時；再以230攝氏度每小時的速度冷卻至1250攝氏度熱處理4.0小時，然后自然冷卻至室溫，再將試樣升溫至1480攝氏度熱處理1.5小時，而后再次自然冷卻至室溫獲得。

優選地，所述機艙從內到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、陶瓷層，纖維材料多層纏繞，多層之間纖維方向交錯設置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm～4000mm，金屬層的厚度1.5mm～5mm，內層陶瓷層的厚度10mm～20mm，外層陶瓷的厚度5mm～10mm。

優選地，所述機艙從內到外依次為金屬層、纖維層、陶瓷層、纖維層、金屬層，纖維材料多層纏繞，多層之間纖維方向交錯設置，纖維可以是整塊也可以由多塊纖維拼縫焊接而成；金屬圓筒可以是一個整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成；陶瓷圓筒可以是一個整體也可以由多塊圓弧拼縫焊接而成。圓筒的外徑2000mm～4000mm，內層金屬層的厚度2.5mm～6mm，陶瓷層的厚度15mm～25mm，外層金屬層的厚度0.5mm～1.0mm。