技术领域
[0005] 本主题大体上涉及一种燃气涡轮发动机的部件,或更尤其是涉及一种具有金属缘的翼型件。
相关背景技术
[0006] 燃气涡轮发动机一般包括彼此流动连通布置的风扇和涡轮机。另外,燃气涡轮发动机的涡轮机一般包括,按串联流动顺序,压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。在操作中,空气从风扇提供到压缩机区段的入口,其中一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气直到空气到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导引到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段,然后被导引通过排气区段,例如到大气。
[0007] 风扇包括多个周向间隔开的风扇叶片,多个周向间隔开的风扇叶片从转子盘径向向外延伸。风扇叶片的旋转产生经入口流到涡轮机的气流,以及涡轮机上方的气流。对于某些燃气涡轮发动机,在风扇的下游设置多个出口导向轮叶,用于校正来自风扇的气流以增加例如由风扇产生的推力的量。
[0008] 对出口导向轮叶和燃气涡轮发动机内的其他翼型件的改进对于本领域将是受欢迎的。
具体实施方式
[0025] 现在将详细参考本发明的当前实施例,其一个或多个示例在附图中示出。详细说明使用数字和字母标号来指代图纸中的特征。在附图和说明书中的相同或类似标号被用于指本发明的相同或类似部分。
[0026] 此处使用“示例性”一词来表示“用作示例、实例或图示”。此处描述为“示例性”的任何实现不必被解释为比其他实现更优选或有利。另外,除非另外特别指明,否则这里描述的所有实施例都应当被认为是示例性的。
[0027] 如本申请所使用的,术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用,以用于将一个部件与另一个部件区分开来,并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。
[0028] 术语“前”和“后”指燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置,并指燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如,关于燃气涡轮发动机,前指更靠近发动机入口的位置,后指更靠近发动机喷嘴或排气的位置。
[0029] 此外,术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如,“上游”是指流体从其流动的方向,“下游”是指流体流到其的方向。
[0030] 术语“联接”、“固定”、“附接到”等指直接联接、固定或附接,以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接,除非本文另有规定。
[0031] 除非上下文另有明确规定,否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数引用。
[0032] 本说明书和权利要求书中使用的近似语言用于修改任何可以允许变化的定量表示,而不会导致与之相关的基本功能的改变。因此,由一个或多个术语修改的值,例如“大约”、“近似”和“基本”,不限于规定的精确值。在至少一些实例中,近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度,或用于构建或制造组件和/或系统的方法或机器的精度。例如,近似语言可以指在1、2、4、10、15或20%的余量内。这些近似余量可应用于单个值,定义数值范围的一个或两个端点,和/或端点之间范围的余量。
[0033] 这里以及在整个说明书和权利要求书中,范围限制被组合和互换,这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围,除非上下文或语言另有指示。例如,本文公开的所有范围包括端点,并且端点可彼此独立地组合。
[0034] 在本公开的某些方面中,提供了一种用于燃气涡轮发动机的翼型件。翼型件一般包括成形的前缘构件,成形的前缘构件附接到主体并定位在翼型件的前缘端处。成形的前缘构件至少部分地由金属材料形成并限定翼型件的非线性图案化前缘。
[0035] 在某些示例性方面中,可以使用电铸工艺形成成形的前缘构件的一个或多个方面。以这种方式,成形的前缘构件可包括填料材料、至少部分定位在填料材料上方的中间层以及壳体。填料材料可以是非导电材料,并且中间层可以是导电层。壳体可以电铸在中间层上方。
[0036] 在某些构造中,中间层可结合到翼型件的主体以将成形的前缘构件附接到翼型件的主体。
[0037] 翼型件具有根据这种构造的成形的前缘构件,可以提供风扇噪声衰减的减少。此外,包括根据本公开的成形的前缘构件还可有助于翼型件满足例如鸟撞击的结构要求,同时保持相对低的总重量。此外,包括根据本公开的成形的前缘构件还可提供成形的前缘构件的金属部分与主体之间的牢固结合,所述主体可由复合材料形成,同时还完全包封轻质泡沫填料材料。
[0038] 现在参考附图,其中,相同的数字在整个图中表示相同的元素。图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体地,对于图1的实施例,燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机,这里称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示,涡轮风扇发动机10限定轴向A(平行于为参考而提供的纵向中心线12延伸)、径向R以及周向C(参见图2)。一般来说,涡轮风扇10包括风扇区段14和布置在风扇区段14下游的涡轮机16。
[0039] 所描绘的示例性涡轮机16一般包括基本管状的外壳18,基本管状的外壳18限定环形入口20。外壳18以串联流动关系包绕压缩机区段,该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机22以及高压(HP)压缩机24;燃烧区段26;包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段;以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或线轴34驱动地将HP涡轮28连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36驱动地将LP涡轮30连接到LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷嘴区段32一起限定核心空气流路37。
[0040] 对于所描绘的实施例,风扇区段14包括风扇38,该风扇38具有多个风扇叶片40,多个风扇叶片40以间隔开的方式联接到转子盘42。如图所示,风扇叶片40一般沿径向R从转子盘42向外延伸。盘42由可旋转的前毂48覆盖,该前毂48具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片40。另外,示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50,所述环形风扇壳或外机舱50周向围绕风扇38和/或涡轮机16的至少一部分。应当理解的是,机舱50可构造成由多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于核心16被支撑。根据一个示例性实施例,如下面将详细描述的,出口导向轮叶52可以作为风扇框架组件100的一部分安装在涡轮风扇发动机10中。此外,机舱50的下游区段54可以在涡轮机16的外部上方延伸,以便在其间限定旁通气流通道56。
[0041] 在涡轮风扇发动机10的操作期间,一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60进入涡轮风扇10。当该一定量的空气58穿过风扇叶片40时,如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导引到旁通气流通道56中,而如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导引到核心空气流路37中,或更具体地说,到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比率通常称为旁通比。然后,当第二部分空气64被导引通过HP压缩机24并到燃烧区段26中时,第二部分空气64的压力增加,其中,第二部分空气64与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
[0042] 燃烧气体66被导引通过HP涡轮28,其中来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由HP涡轮定子轮叶68和HP涡轮转子叶片70的顺序级被提取,HP涡轮定子轮叶68联接到外壳18,HP涡轮转子叶片70联接到HP轴或线轴34,从而导致HP轴或线轴34旋转,从而支持HP压缩机24的操作。然后燃烧气体66被导引通过LP涡轮30,其中来自燃烧气体66的热能和动能的第二部分经由LP涡轮定子轮叶72和LP涡轮转子叶片74的顺序级提取,LP涡轮定子轮叶72联接到外壳18,LP涡轮转子叶片74联接到LP轴或线轴36,从而导致LP轴或线轴36旋转,从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
[0043] 燃烧气体66随后被导引通过涡轮机16的喷射排出喷嘴区段32以提供推进推力。同时,随着第一部分空气62在被导引从涡轮风扇10的风扇38喷嘴排气区段76排出之前通过旁通气流通道56,第一部分空气62的压力显著增加,也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78,用于导引燃烧气体66通过涡轮机16。
[0044] 然而,应当理解的是,图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例,并且在其他示例性实施例中,涡轮风扇发动机10可以具有任何其他合适的配置。例如,在其他示例性实施例中,风扇38可配置成可变节距风扇,可变节距风扇包括例如用于使多个风扇叶片围绕各自的节距轴旋转的合适的致动组件,涡轮风扇发动机10可配置成作为齿轮传动涡轮风扇发动机,齿轮传动涡轮风扇发动机具有在LP轴36和风扇区段14之间的减速齿轮箱等。还应当理解的是,在其他示例性实施例中,本公开的方面可以并入任何其他合适的燃气涡轮发动机中。例如,在其他示例性实施例中,本公开的方面可并入例如涡轮螺旋桨发动机中。
[0045] 现在参考图2,示出了风扇框架组件100的立体视图。风扇框架组件100一般提供有第一圆形框架构件或风扇毂框架102、第二圆形框架构件或风扇壳104以及多个双出口(“成对出口(doublet)”)导向轮叶110,多个双出口导向轮叶110围绕毂框架102和风扇壳104以周向阵列设置。根据示例性实施例,风扇框架组件100与涡轮风扇发动机10(图1)的纵轴线12共用纵轴线。以这种方式,应当理解的是,风扇框架组件100可用于将出口导向轮叶52安装到涡轮风扇发动机10中。在这方面,成对出口导向轮叶110提供了来自风扇毂框架(因此涡轮机16)和机舱50的负载路径。虽然所示的实施例描绘了双出口导向轮叶110的使用,但是应当理解的是,本主题的各个方面也可应用于单出口导向轮叶。
[0046] 现在参考图3,提供了根据本公开的示例性方面的翼型件组件的立体视图,该翼型件组件具有第一翼型件和第二翼型件。尤其是,图3的翼型件组件,被配置成双出口导向轮叶110。双出口导向轮叶110可并入到图2的风扇框架组件100中,或者可可选地可并入到任何其他合适的设计中。
[0047] 以这种方式,应当理解的是,第一翼型件被配置成作为第一导向轮叶112,并且第二翼型件被配置成作为第二导向轮叶114。第一导向轮叶112和第二导向轮叶114中的每一个基本上限定根端116和末端118。双出口导向轮叶110进一步包括第一端结构120,第一端结构120在双出口导向轮叶110的根端116处在第一导向轮叶112和第二导向轮叶114之间跨越,并且类似地包括第二端结构122,第二端结构122在末端118处在第一导向轮叶112和第二导向轮叶114之间跨越。第一端结构120和第二端结构122可用于将双出口导向轮叶110所经历的负载分散到其所附接的周围硬件,诸如风扇毂框架102和风扇壳104(参见例如,图2)。
[0048] 对于所描绘的实施例,第一导向轮叶112、第二导向轮叶114、第一端结构220以及第二端结构222整体地形成在一起以形成双出口导向轮叶110。
[0049] 然而,应当理解的是,根据可选示例性实施例,第一导向轮叶112、第二导向轮叶114、第一端结构120以及第二端结构122可以是以任何合适的方式附接在一起以形成双出口导向轮叶110的单独部件。可选地,本公开的方面仍可应用于单出口导向轮叶组件或任何其他合适的出口导向轮叶组件。
[0050] 现仍参考图4,提供了根据本公开的示例性方面的翼型件的侧视图。更具体地说,图4提供图3的第一导向轮叶112的侧视图。应当理解的是,第一导向轮叶112限定翼展方向S和翼弦方向C以及前缘端124和后缘端126,翼展方向S一般可与合并第一导向轮叶112的燃气涡轮发动机的径向对准。对于所描绘的示例性方面,第一导向轮叶112一般包括主体128,主体128沿翼展方向S在第一导向轮叶112的根端116和末端118之间延伸。主体128一般可以由复合材料形成。
[0051] 本文中使用的术语“复合材料”可以定义为包含增强件的材料,诸如支撑在粘合剂或基质材料中的纤维或颗粒。复合材料包括金属和非金属复合材料。用于复合翼型件的一个有用的实施例由单向带材料和环氧树脂基质制成。本文公开的复合翼型件可以包括由包含纤维的材料制成的非金属类型的复合材料,所述纤维诸如碳质、二氧化硅、金属、金属氧化物或陶瓷纤维,所述纤维嵌入在诸如环氧树脂、PMR15、BMI、PEEU等的树脂材料中。更特别的材料包括单向排列成带状的纤维,该带浸渍有树脂,形成为部分形状,并经由高压灭菌工艺或压模固化,以形成轻质、坚硬、相对均匀的制品,该制品内具有层压物。然而,可以使用任何合适的复合材料和/或形成工艺。
[0052] 仍参考图4,如下面将更详细地描述的,第一导向轮叶112进一步包括边缘构件,边缘构件至少部分地由金属材料形成。更具体地,对于所示的实施例,边缘构件是在第一导向轮叶112的前缘端124处附接到主体128的前缘构件132。前缘构件132在第一导向轮叶112的前缘端124处限定第一导向轮叶112的前缘130。
[0053] 更具体地说,对于图4的示例性实施例,前缘构件132是成形的前缘构件,并且由前缘构件132限定的前缘130是非线性图案化前缘130。例如,对于所示的实施例,第一导向轮叶112的非线性图案化前缘130是限定沿翼展方向S交替布置的多个谷136中的多个峰134的波浪形前缘130。
[0054] 在第一导向轮叶112的前缘130处的多个峰134和多个谷136的尺寸、密度以及数量可被选择为例如在燃气涡轮发动机的操作期间最小化噪声衰减。例如,在某些实施例中,多个峰134可以包括至少三个峰134,诸如至少四个峰134,诸如至少五个峰134,诸如多达二十五个峰134,诸如多达二十个峰134,诸如多达十五个峰134,诸如多达十个峰134。可以有相似数量的谷136,每个谷136位于相邻的峰134之间。
[0055] 此外,对于所示的实施例,将理解,多个峰134包括第一峰134A,并且多个谷136包括邻近于第一峰134A的第一谷136A。第一导向轮叶112在第一峰134A处限定第一弦138,并且在第一谷136A处限定第二弦140。第一弦138等于第二弦140的至少105%,诸如第二弦140的至少110%,诸如第二弦140的至少115%,诸如第二弦140的至少120%,诸如到第二弦140的至少175%。
[0056] 以这种方式,应当理解的是,前缘构件132可以能够减少来自例如合并示例性导向轮叶的发动机的风扇区段的噪声衰减。
[0057] 现在参考图5和6,提供了根据本公开的翼型件沿翼型件的翼展方向S的截面视图。更具体地,对于图5和6的示例性实施例,翼型件是图4的第一导向轮叶112,并且视图是沿图
4中的线5‑5。以这种方式,应当理解的是,图5提供沿图4中的线5‑5的第一导向轮叶112的截面视图,并且图6提供第一导向轮叶112的前缘构件132的近视截面视图。
[0058] 如将理解的是,边缘构件包括由金属材料形成的壳体142。壳体142可以称为边缘壳。更具体地,由于边缘构件是前缘构件,因此壳体142可被称为前缘壳体。更具体地,由于边缘构件是成形的前缘构件,因此壳体142可被称为成形的前缘壳体。尽管主体128由复合材料形成,形成金属材料的壳体142可以更好地允许第一导向轮叶112在燃气涡轮发动机的操作期间,容纳异物碰撞(诸如鸟撞击和冰吸入),同时使损坏最小化。
[0059] 为了辅助这种配置,应当理解的是,前缘构件132的壳体142限定前缘厚度144和侧部厚度146。前缘厚度144可以大于侧部厚度146。例如,前缘厚度144可以是侧部厚度146的至少两倍,诸如侧部厚度146的至少三倍,诸如多达侧部厚度146的二十倍。这可以产生坚固的前缘130,其可以在操作期间容纳异物碰撞。仅作为示例,在某些示例性实施例中,侧部厚度146可以在约0.001英寸和0.2英寸之间,并且前缘厚度144可以在约0.15英寸和一英寸之间。
[0060] 此外,对于所示的实施例,前缘构件132的壳体142至少部分限定内腔体148。对于所示的实施例,前缘构件132进一步包括定位在内腔体148内的填料150。填料150可以是结构填料,其被配置成在第一导向轮叶112在操作期间经历异物碰撞的事件的情况下辅助保持前缘构件132的结构完整性。
[0061] 作为示例,在某些实施例中,填料150可以是泡沫材料、蜂窝收入材料或两者。更具体地,对于所示的实施例,填料150是泡沫材料。泡沫可以是相对低密度的泡沫,具有相对高的强度和剪切刚度。例如,泡沫可以具有介于约15磅/立方英尺和约1磅/立方英尺之间的密度。例如,泡沫可以具有介于约13磅/立方英尺和约4磅/立方英尺之间的密度,诸如介于约12磅/立方英尺和约6磅/立方英尺之间。此外,在某些示例性实施例中,选择作为填料150的泡沫可以是相对硬的泡沫,其限定了大于约15磅/平方英尺(psi)的剪切刚度(或刚性模量),诸如大于约18psi,诸如大于23psi,诸如大于或等于约28psi且小于约100psi。
[0062] 然而,值得注意的是,在其他示例性实施例中,填料150可以由具有更大密度的材料形成,例如80磅/立方英尺或更小的密度,诸如70磅/立方英尺或更小的密度。填料材料150可以是这种配置的固体树脂。
[0063] 此外,泡沫仍可限定相对低的杨氏模量(也称为拉伸模量)。具体地,每个泡沫可由限定杨氏模量小于约125千磅/平方英寸(Ksi)的材料形成。例如,泡沫可由限定杨氏模量小于约100ksi、小于约75ksi或小于约60ksi的材料形成。此外,泡沫可由具有大于约2.5%的断裂伸长率的材料形成。例如,泡沫可由具有大于约3%的断裂伸长率,诸如大于约4%,诸如大于约8%,诸如大于约10%的材料形成。如本文所使用的,术语“断裂伸长率”是指材料断裂后改变的长度和初始长度之间的比率。术语断裂伸长率是衡量材料抵抗形状变化而不产生裂纹的能力的指标。
[0064] 尤其参考图6,应当理解,在所示出的实施例中,填料150基本上完全占据由前缘构件132的壳体142限定的内腔体148。更具体地,对于所示的实施例,填料150占据由前缘构件132的壳体142限定的内腔体148的至少约90%,诸如内腔体148的至少约95%,诸如内腔体
148的至少约98%,诸如内腔体148的至少约99%。
[0065] 然而,应当理解的是,在其他示例性实施例中,第一导向轮叶112的前缘构件132可以不包括填料150以基本上完全占据由前缘构件132的壳体142限定的内腔体148。例如,简要参考图7,提供了根据本公开的另一示例性实施例的翼型件的前缘构件132的近视示意图。图7的前缘构件132可以以与图6的导向轮叶的示例性前缘构件132基本相同的方式配置。例如,图7的前缘构件132一般可包括至少部分限定内腔体148的壳体142。然而,对于所示的实施例,前缘构件132不包括基本上完全占据内腔体148的填料150,而是前缘构件132的填料150占据内腔体148的约20%和内腔体148的约90%之间,例如内腔体148的至少50%。例如,如图7的实施例所示,在某些示例性实施例中,填料150可仅占据前缘构件132的前部分,例如内腔体148的前20%部分,例如内腔体148的前30%部分,例如内腔体148的前
40%部分,例如内腔体148的前50%部分(每一部分按总体积计算)。以这种方式,填料150可以在操作期间最容易受到异物碰撞损坏的位置处为前缘构件132提供结构支撑。例如,填料
150可占据前缘构件132的峰134内的内腔体148的部分。
[0066] 现参考图5和6,将进一步理解的是,主体128限定主体内腔体152。主体内腔体152可以沿主体128的至少50%和翼弦方向C延伸(参见图5)。主体内腔体152可包括基本上完全占据主体内腔体152的主体填料154。主体填料154可以是与用于前缘构件132的填料150相同的材料,或者可选地,可以是任何其他合适的填料,诸如满足上述关于前缘构件132的填料150描述的说明的任何其他合适的填料。
[0067] 此外,仍参考图6,应当理解的是,前缘构件132可以以任何合适的方式结合到导向轮叶的主体128。例如,在某些示例性实施例中,前缘构件132可使用粘合剂、机械紧固件、互补几何形状等中的一种或多种结合到导向轮叶的主体128。
[0068] 更具体地说,现在还参考图8,提供主体128和前缘构件132之间的接合的近视图,将理解的是,前缘构件132被结合到主体128。对于所示的实施例,壳体142包括压力侧部分156和吸入侧部分158。壳体142的压力侧部分156和吸入侧部分158均包括重叠区段,重叠区段配置成与导向轮叶的主体128重叠。壳体142的压力侧部分156的重叠区段和壳体142的吸入侧部分158的重叠区段均逐渐变细,使得在每个重叠区段的端处的端厚度160远小于限定内腔体148的壳体142的侧部厚度146。例如,侧部厚度146可以是端厚度160的至少两倍,诸如端厚度160的至少三倍,诸如多达端厚度160的200倍。
[0069] 类似地,对于所示的实施例,主体128被配置成在邻近前缘构件132的端处逐渐变细,其中壳体142的压力侧部分156和吸入侧部分158的重叠部分与主体128重叠。例如,主体128在与前缘构件132间隔开的位置处限定第一厚度162,并且在邻近前缘构件132的端处限定第二厚度164。第二厚度164小于第一厚度162。例如,第二厚度164可以等于第一厚度162的约95%或更小,诸如第一厚度162的90%或更小、第一厚度162的85%或更小,或第一厚度
162的75%或更小,以及第一厚度的至少10%,诸如第一厚度162的至少25%,诸如第一厚度
162的至少50%。
[0070] 此外,对于所示实施例,前缘构件132进一步包括中间层166。前缘构件132至少部分地通过中间层166结合到主体128。更具体地,将理解的是,对于所示的实施例,中间层166可配置成涂覆在填料150的至少一部分上方和主体128的至少一部分上方的纤维层。通过这种配置,前缘构件132的壳体142可以结合到纤维层,并且纤维层转而可以使用例如树脂或用于结合复合材料的任何其他合适的结合方法结合到主体128。
[0071] 在所示的示例性实施例中,中间层166被涂覆在第一导向轮叶112的主体128的重叠部分168上方。翼型件的主体128的重叠部分168在翼弦方向C上限定了长度170。此外,应当理解的是,第一导向轮叶112在重叠部分168的翼展位置处限定了弦172(参见图5)。重叠部分168的长度等于在重叠部分168的翼展位置处第一导向轮叶112的弦172的至少5%。例如,重叠部分168的长度可以等于弦172的至少10%,诸如多达约为弦172的30%。
[0072] 在某些实施例中,中间层166可以是预浸料层(即,复合纤维材料“预浸渍”聚合物基质材料的层,诸如环氧树脂或酚醛树脂,或者甚至热塑性材料),诸如碳纤维预浸料层。
[0073] 此外,关于将壳体142结合到中间层166。例如,前缘构件132的壳体142可以通过电铸工艺形成。如本文所使用的,术语“电铸”通常指的是金属形成工艺,其中通过将金属电沉积到导电材料上来制造部件。
[0074] 以这种方式,应当理解的是,填料150可以是非导电填料。因此,为了利用电铸工艺,可能需要将导电涂层涂覆到填料150。具体地,对于所描绘的实施例,填料150是非导电填料,并且中间层166是导电中间层。例如,中间层166可以是导电层,诸如如上所述的碳纤维预浸料层。然后可通过电铸工艺将前缘构件132的壳体142形成在导电涂层上。以这种方式,壳体142可以形成在中间层166上并结合到中间层166。
[0075] 如上所述,中间层166用作导电涂层,可进一步至少部分地涂覆在第一导向轮叶112的主体128上方,使得壳体142可进一步形成在第一导向轮叶112的主体128上方,以将前缘构件132结合到第一导向轮叶112的主体128。更具体地,应当理解的是,对于图7的示例性实施例,中间层166包括部分174,该部分174在主体128上方延伸并经过壳体142的端。在主体128上方延伸并经过壳体142的端的部分174可以更完全地结合到主体128,因为可能不需要部分174的导电性质暴露以便于通过电铸工艺形成壳体142。
[0076] 根据这样的示例性方面,形成前缘构件132,可允许在其他的复合翼型件上包括金属前缘构件132,而不需要机械紧固件或其他在结构上阻碍或侵入的机构以促进附接。
[0077] 然而,应当理解是,仅通过示例的方式提供上述示例性实施例。在其他示例性实施例中,可以提供任何其他合适的配置。例如,尽管图3‑8的示例性实施例参考导向轮叶(诸如第一导向轮叶112)来讨论,在其他示例性实施例中,导向轮叶可以被替换成发动机的任何其他合适的翼型件。例如,在其他实施例中,本公开的方面可应用于旋转翼型件,诸如风扇叶片或转子叶片、任何其他合适的静止翼型件或导向轮叶等。
[0078] 此外,应当理解的是,尽管上述前缘构件132被描述作为前缘构件132,以及本公开的其他示例性方面,但是本文中描述的构思可应用于翼型件的任何其他合适的边缘构件,例如,将该边缘构件附接到翼型件的主体128。例如,在其他示例性实施例中,本文描述的构思可应用于非前缘构件,诸如后缘构件,以将该边缘构件结合到翼型件的主体128。
[0079] 此外,虽然本公开的方面描述了以特定方式形成的结构,但是在其他示例性实施例中,该结构可以以任何其他合适的方式形成,例如通过任何其他合适的形成工艺、附接工艺等。
[0080] 此外,应当理解的是,在其他示例性实施例中,前缘构件132可以以任何合适的方式结合到导向轮叶的主体128。例如,在某些示例性实施例中,前缘构件132可以包括金属或由金属形成,金属直接结合到翼型件的主体128,诸如金属壳体142。
[0081] 此外,应当理解的是,尽管定位在内腔体148内的填料材料150在至少某些实施例中被配置成固体泡沫材料,但是在其他实施例中可以提供其他合适的配置。例如,现在简要地参考图9,应当理解的是,在其他示例性实施例中,填料材料150可包括第一材料176和第二材料178,其中,第二材料178完全包绕在第一材料176内并用作填料材料150的加强构件。例如,第一材料176可以是泡沫,第二材料178可以是定位在泡沫内的金属或其他相对硬的材料,以增加泡沫的刚度/强度。对于所示的实施例,第二材料178布置为沿纵向方向(例如,当并入发动并时沿径向)延伸穿过第一材料176的桁架。其他配置也在考虑范围内。
[0082] 现在参考图10,提供根据本公开的示例性方面的形成翼型件的方法200的流程图。在某些示例性方面中,图8的方法200可与上文描述的一个或多个示例性翼型件和/或导向轮叶一起使用,所述示例性翼型件和/或导向轮叶具有图1‑7的空间。然而,其他示例性方面,图10的方法200,可与任何其他合适的翼型件和/或导向轮叶一起使用。
[0083] 对于所描绘的示例性方面,方法200包括在(202)处将导电层添加到用于翼型件的边缘构件的填料。在某些示例性方面,在(202)处将导电层添加到填料包括在(204)处将碳复合层添加到填料上方,诸如将碳纤维预浸料层添加到填料上方。此外,在某些示例性方面,在(202)处将导电层添加到填料包括在(206)处将导电层添加到填料上方以及翼型件的主体的一部分上方。例如,在(206)处将导电层添加到填料上方以及翼型件的主体的一部分上方包括在(207)处将导电层添加到翼型件的主体的重叠部分上方,其中,翼型件的主体的重叠部分限定在翼弦方向上的长度,该长度等于在重叠部分的翼展位置处的翼型件的弦的至少5%。例如,重叠部分的长度可以等于在径向位置处翼型件的弦的至少10%,诸如在径向位置处翼型件的弦的多达约30%。
[0084] 仍参考图10,方法200进一步包括在(208)处将边缘壳体电铸在填料上方,边缘壳体由金属材料形成。更具体地,对于所示的示例性方面,在(208)处将边缘壳体电铸在填料上方包括在(210)处将边缘壳体电铸在填料上方以及翼型件的主体的部分上方,以将边缘壳体结合到翼型件的主体。更具体地,对于所示的示例性方面,在(208)处将边缘壳体电铸到填料上方,包括在(211)处将边缘壳体电铸到在边缘构件的填料上方以及在翼型件的主体的重叠部分的上方添加的导电层。
[0085] 此外,对于所描绘的方法200的示例性方面,方法200进一步包括在(212)处将导电层结合到翼型件的主体。在(212)处将导电层结合到翼型件的主体可以在(208)处将边缘壳体电铸在填料上方之前、在(208)处将边缘壳体电铸在填料上方之后发生,或者两者均发生。此外,在(212)处将导电层结合到翼型件的主体,可包括使用例如环氧树脂或其他粘合材料将导电层结合到翼型件的主体。此外,在(212)处将导电层结合到翼型件的主体,可包括将延伸在翼型件的主体上方通过边缘壳体的导电层的一部分结合到翼型件的主体。
[0086] 边缘构件可以是前缘构件,诸如成形的前缘构件。
[0087] 该书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳模式,并且还使得本领域技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定,并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果其包括与权利要求书的文字语言不存在差异的结构元件,或者如果其包括与权利要求书的文字语言具有没有实质性差异的等效结构元件,则这样的其他示例旨在在权利要求书的范围内。
[0088] 其他方面由以下条项的主题提供:
[0089] 一种用于燃气涡轮发动机的翼型件,该翼型件限定翼展方向、根端、末端、前缘端以及后缘端,翼型件包括:主体,主体在根端和末端之间沿翼展方向延伸,主体由复合材料形成;和成形的前缘构件,成形的前缘构件附接到主体,成形的前缘构件定位在翼型件的前缘端处,成形的前缘构件至少部分由金属材料形成并且限定翼型件的非线性图案化前缘。
[0090] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,成形的前缘构件包括前缘壳体,前缘壳体由金属材料形成,其中,前缘壳体至少部分限定前缘内腔体,并且其中,成形的前缘构件进一包括填料,填料定位在前缘内腔体内。
[0091] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,填料是泡沫材料、蜂窝材料或两者。
[0092] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,填料限定小于80磅/立方英尺的密度。
[0093] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,填料是非导电材料。
[0094] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,成形的前缘构件进一步包括在填料和前缘壳体之间的导电层。
[0095] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,填料占据前缘内腔体的至少95%。
[0096] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,成形的前缘构件进一步包括在填料和前缘壳体之间的中间层,其中,中间层至少部分地在主体上延伸,其中,中间层结合到主体,并且其中,前缘壳体结合到中间层。
[0097] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,成形的前缘构件在翼型件的翼展位置处沿翼弦方向形成翼型件的至少20%。
[0098] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,翼型件的非线性图案化前缘是翼型件的波浪形前缘。
[0099] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,翼型件的非线性图案化前缘限定多个峰和多个谷,多个峰包含第一峰,多个谷包含第一谷,并且其中,翼型件在第一峰处限定第一弦并且在第二峰处限定第二弦,其中,第一弦是第二弦的至少110%。
[0100] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,翼型件是用于燃气涡轮发动机的出口导向轮叶。
[0101] 一种形成翼型件的方法,方法包括:将导电层添加到用于翼型件的边缘构件的填料;和将边缘壳体电铸在填料上方,边缘壳体由金属材料形成。
[0102] 根据这些条项中的一个或多个条项的方法,其中,将导电层添加到填料包括将导电层添加到填料上方和翼型件的主体的一部分上方,其中,主体由复合材料形成。
[0103] 根据这些条项中的一个或多个条项的方法,其中,将所述边缘壳体电铸在所述填料上方包括将边缘壳体电铸在填料上方和在翼型件的主体的部分上方,以将边缘构件结合到翼型件的主体。
[0104] 根据这些条项中的一个或多个条项的方法,其中,将导电层添加到填料包括将碳复合层添加到填料上方。
[0105] 根据这些条项中的一个或多个条项的方法,其中,填料是非导电材料。
[0106] 根据这些条项中的一个或多个条项的方法,其中,边缘构件是前缘构件,前缘构件限定翼型件的非线性图案化前缘。
[0107] 一种用于燃气涡轮发动机的翼型件,翼型件限定翼展方向、根端以及末端,翼型件包括:主体,主体在根端和末端之间沿翼展方向延伸,主体由复合材料形成;和边缘构件,边缘构件包括边缘壳体,边缘壳体由金属材料形成并至少部分限定内腔体;填料,填料定位在内腔体中;以及中间层,中间层在填料和边缘壳体之间并至少部分地在主体上延伸,其中,中间层结合到主体,并且边缘壳体结合到中间层。
[0108] 根据这些条项中的一个或多个条项的翼型件,其中,填料是非导电材料,其中,中间层是导电层,并且其中,边缘壳体通过电铸工艺形成到中间层上,以将边缘壳体结合到中间层。