專(zhuān)利名稱(chēng)：用于燃?xì)廨啓C(jī)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及燃?xì)廨啓C(jī)，特別是涉及用于操作燃?xì)廨啓C(jī)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)通常包括入口、風(fēng)扇、低壓和高壓壓縮機(jī)、燃燒室和至少一個(gè)渦輪。壓縮機(jī)壓縮導(dǎo)入燃燒室并在其中與燃料混合的空氣。然后混合物經(jīng)點(diǎn)火產(chǎn)生熱的燃燒氣體。燃燒氣體被導(dǎo)入渦輪，渦輪從燃燒氣體汲取能量，用于為壓縮機(jī)提供動(dòng)力，同時(shí)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)飛行中的航空器或?yàn)樨?fù)載、例如發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力的有用功。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)冰狀態(tài)下工作時(shí)，即暴露于帶有超冷水滴的云層中時(shí)，冰將積聚在暴露的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件上。特別是，如果發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)冰狀態(tài)下長(zhǎng)期低功率工作，發(fā)動(dòng)機(jī)中和整個(gè)暴露的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的冰積聚將會(huì)非常嚴(yán)重。一段時(shí)間后，發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)工作，從低功率工作到高功率工作產(chǎn)生的節(jié)流噴射(THROTTLEBURST)和/或由于積冰的湍流或不對(duì)稱(chēng)引起的振動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致積冰增大而被高壓壓縮機(jī)吸附(INGEST)。這種情況一般稱(chēng)為冰脫落(ICE SHED)，會(huì)使壓縮機(jī)排放溫度突然減小。響應(yīng)壓縮機(jī)排放溫度的突然減小，在高壓壓縮機(jī)尾部階段修正的核心的速度增加。這種在尾部階段修正的核心速度的突然增加會(huì)對(duì)壓縮機(jī)失速余量(STALL MARGIN)產(chǎn)生不利沖擊。某些情況還會(huì)導(dǎo)致引擎熄火。
為了有助于防止發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)和臨近發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)暴露表面上的積冰，至少某些已有發(fā)動(dòng)機(jī)包括減少燃?xì)廨啓C(jī)支柱上積冰的除冰系統(tǒng)。然而，如果燃?xì)廨啓C(jī)部件是用復(fù)合材料制成的，由于復(fù)合材料的低橫向熱傳導(dǎo)性，使用被導(dǎo)入通過(guò)復(fù)合部件的熱空氣來(lái)防止部件結(jié)冰就相對(duì)困難了。因此，部件除冰需要較熱的空氣，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總效率不利。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供一種制造燃?xì)廨啓C(jī)部件的方法。該方法包括使部件成形以包括第一側(cè)面和相對(duì)的第二側(cè)面；靠近第一側(cè)面和第二側(cè)面中的至少一個(gè)的外表面設(shè)置至少一個(gè)毛細(xì)管；和利用至少一個(gè)復(fù)合層將至少一個(gè)毛細(xì)管固定到部件。
另一方面，提供一種燃?xì)廨啓C(jī)部件。燃?xì)廨啓C(jī)部件包括第一側(cè)面、相對(duì)的第二側(cè)面、至少一個(gè)毛細(xì)管，其靠近至少第一側(cè)面和第二側(cè)面之一的外表面設(shè)置；和復(fù)合層，其將至少一個(gè)所述毛細(xì)管固定到所述部件。
另一方面，提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)包括至少一個(gè)翼，其包括第一側(cè)面和相對(duì)的第二側(cè)面；靠近至少一個(gè)所述翼的外表面設(shè)置的至少一個(gè)毛細(xì)管、和將至少一個(gè)所述毛細(xì)管固定到所述的至少一個(gè)翼上的復(fù)合層。


圖1是典型燃?xì)廨啓C(jī)的示意圖；圖2是通過(guò)圖1所示的風(fēng)道并大體上沿線2-2剖取的部分正視截面圖；圖3是圖2所示翼的橫斷面視圖；圖4是典型翼的頂部橫斷面視圖；圖5是典型翼的頂部橫斷面視圖；圖6是包括多個(gè)毛細(xì)管的翼的頂部橫斷面視圖；圖7是包括多個(gè)毛細(xì)管的翼的頂部橫斷面視圖；圖8是包括多個(gè)毛細(xì)管的翼的頂部橫斷面視圖；和圖9是包括多個(gè)毛細(xì)管的翼的頂部橫斷面視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是典型燃?xì)廨啓C(jī)10的橫斷面視圖，其包括大體上徑向延伸的軸線或中心線12，軸線或中心線12在向前方向14和向后方向16上延伸。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括核心發(fā)動(dòng)機(jī)20，所述核心發(fā)動(dòng)機(jī)20包括具有多個(gè)葉片23的高壓壓縮機(jī)22、燃燒室24、具有多個(gè)葉片27的高壓渦輪26以及具有多個(gè)葉片29的動(dòng)力渦輪或低壓渦輪28，這些部件以串聯(lián)軸流的關(guān)系布置。在可選實(shí)施例中，核心發(fā)動(dòng)機(jī)20包括以串聯(lián)軸流關(guān)系布置的壓縮機(jī)、爆燃腔和渦輪。發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括環(huán)繞核心發(fā)動(dòng)機(jī)20的旁通管道32，其可以將流體流動(dòng)引導(dǎo)到核心發(fā)動(dòng)機(jī)20的下游，而不穿過(guò)核心發(fā)動(dòng)機(jī)20。在示例性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括軸向位于高壓壓縮機(jī)22上游的低壓壓縮機(jī)34。特別是，低壓壓縮機(jī)34包括多個(gè)葉片35，并位于發(fā)動(dòng)機(jī)腔36中，發(fā)動(dòng)機(jī)腔36由多個(gè)周向間隔設(shè)置的支柱38支撐。
工作期間，氣流通過(guò)支柱38進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10并被引導(dǎo)通過(guò)低壓壓縮機(jī)34，其中壓縮氣體被引入核心發(fā)動(dòng)機(jī)20?？諝夂腿剂显诤诵陌l(fā)動(dòng)機(jī)20中混合并被點(diǎn)燃，產(chǎn)生熱的燃燒氣體。特別是，來(lái)自高壓壓縮機(jī)22的壓縮氣體在燃燒室24中與燃料混合并被點(diǎn)燃，由此產(chǎn)生燃燒氣體。這種燃燒氣體驅(qū)動(dòng)高壓渦輪26，高壓渦輪26驅(qū)動(dòng)高壓壓縮機(jī)22。燃燒氣體從高壓渦輪26中釋放到低壓渦輪28。主要(CORE)氣流從低壓渦輪28排出，并朝著排放噴嘴40被向后引導(dǎo)。
圖2是示例性翼50的透視圖，其可用于圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)。圖3是通過(guò)圖2所示翼50的部分正視截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，翼50成為靜止部件的一部分，例如圖2和圖3中所示的支柱38。在另一實(shí)施例中，翼50成為轉(zhuǎn)動(dòng)部件的一部分，例如旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)葉片35。
作為一個(gè)實(shí)例，圖4圖示了制造成示例性支柱38一部分的翼50。像這樣的翼50包括前緣60、軸向相對(duì)的后緣62、徑向的內(nèi)根部(未示出)、相對(duì)的徑向外尖端(未示出)以及在其間延伸的周向相對(duì)的第一和第二側(cè)面64、66。在一個(gè)實(shí)施例中，支柱38是符合空氣動(dòng)力學(xué)的流線型的、對(duì)稱(chēng)的淚珠狀結(jié)構(gòu)，以最小化流阻?？蛇x地，支柱38也可以是非淚珠狀的。
作為另一實(shí)例，圖5圖示了一個(gè)壓縮機(jī)葉片35，其是按照這里所述方法制造的。這樣的壓縮機(jī)葉片35包括翼50，其包括第一成型側(cè)壁70和第二成型側(cè)壁72。第一側(cè)壁70是凸的，限定了翼50的吸入側(cè)，第二側(cè)面72是凹的，限定了翼50的壓力側(cè)。側(cè)壁70和72在翼50的前緣74處和軸向間隔的后緣76處連接。特別地，翼后緣76按翼弦方向并從翼前緣74向下游方向間隔開(kāi)。第一和第二側(cè)壁70、72分別在從位于燕尾榫(未示出)附近的葉片根部(未示出)到翼尖(未示出)的跨度上縱向或徑向向外延伸。
像這樣的翼50可制成包括平臺(tái)和燕尾榫，確保翼50與旋轉(zhuǎn)盤(pán)連接，或翼50可以與以往稱(chēng)作BLISK的盤(pán)制成一體，沒(méi)有分散和可拆卸的燕尾榫。可選地，翼50也可以應(yīng)用于靜止部件，例如支柱38。
圖6是翼50的頂部橫斷面視圖，其可用作旋轉(zhuǎn)葉片或靜止支柱的一部分。在示例性實(shí)施例中，翼50被制成包括第一側(cè)面和第二側(cè)面。特別是，翼50包括多個(gè)復(fù)合層80，復(fù)合層80粘合在一起以形成翼50的部分82。在示例性實(shí)施例中，復(fù)合層用碳或玻璃復(fù)合材料制成，其粘合在一起形成翼50的部分82。
翼50還包括至少一個(gè)毛細(xì)管84，其連接于部分82的外表面。這里使用的毛細(xì)管表示具有多個(gè)貫穿的較小開(kāi)口的管道。在示例性實(shí)施例中，翼50包括多個(gè)毛細(xì)管84，每個(gè)毛細(xì)管84具有貫穿的開(kāi)口86，其尺寸制成可接收從此通過(guò)的被加熱氣流，被加熱氣流足以減少或消除翼50外表面88上的冰形成。
如圖6所示，多個(gè)毛細(xì)管84設(shè)置在部分82和外部復(fù)合層90之間，使用復(fù)合層90將多個(gè)毛細(xì)管84固定到部分82上。特別是，毛細(xì)管84設(shè)置成使開(kāi)口86沿部分82的外表面在徑向方向延伸。由此被加熱氣流98從源頭，如壓縮機(jī)的排氣，通過(guò)開(kāi)口86被引入翼50的徑向外端100，然后被加熱氣體通過(guò)翼50的徑向內(nèi)端102排放，如圖3所示。
回頭再看圖6，在示例性實(shí)施例中，每個(gè)毛細(xì)管84包括大體上圓筒形的主體，主體具有限定了開(kāi)口86的內(nèi)表面110和外表面112。在示例性實(shí)施例中，毛細(xì)管84連接于部分82和外部復(fù)合層90之間，由此每個(gè)毛細(xì)管84的外表面112靠近相鄰毛細(xì)管84的外表面112。這樣，第一數(shù)量的毛細(xì)管84連接于翼50，便于最大化被引入毛細(xì)管84的被加熱氣流的量，由此便于最大化被加熱的翼的外表面面積。在示例性實(shí)施例中，毛細(xì)管84由玻璃材料制成，例如石英，但不限于石英。
當(dāng)毛細(xì)管84靠近翼部分82設(shè)置后，復(fù)合層90纏繞翼部分82。然后熱處理包括翼部分82、毛細(xì)管84和復(fù)合層90的翼組件，形成最終的翼50。
圖7是翼50的頂部橫斷面視圖，其可作為旋轉(zhuǎn)葉片或靜止支柱的一部分。如圖7所示，翼50包括多個(gè)復(fù)合層80，復(fù)合層80粘合在一起以形成翼50的部分82。翼50還包括具有多個(gè)毛細(xì)管84的薄板150，每個(gè)毛細(xì)管84混雜有復(fù)合材料152以形成薄板150。在示例性實(shí)施例中，毛細(xì)管84與復(fù)合材料152混雜，便于形成毛細(xì)管薄板150。
特別是，薄板150由編織工藝形成，得到單層編織套管，即薄板150，其包括多個(gè)整體中空的毛細(xì)管84。在示例性實(shí)施例中，薄板150是雙軸編織的，包括覆蓋翼50的所有或選定區(qū)域的單向毛細(xì)管。毛細(xì)管84脫離翼50的端部，形成進(jìn)氣和排氣的多支管區(qū)域。薄板150由此給操作人員提供將毛細(xì)管84安裝到部分82上的更有效的方式。這樣，制造翼82的時(shí)間就減少了。
如圖7所示，包括毛細(xì)管84的薄板160設(shè)置在部分82和外部復(fù)合層90之間，利用外部復(fù)合層90將毛細(xì)管薄板160固定到部分82。更特別的是，毛細(xì)管84設(shè)置成使開(kāi)口86沿部分82的外表面在徑向方向延伸。由此，被加熱氣流98從源頭，如壓縮機(jī)的排氣，通過(guò)開(kāi)口86被引入翼50的徑向外端100，然后被加熱氣體通過(guò)翼50的徑向內(nèi)端102被排放，如圖3所示。當(dāng)薄板160靠近翼部分82設(shè)置后，復(fù)合層90纏繞翼部分82。然后熱處理包括翼部分82、毛細(xì)管84和復(fù)合層90的翼組件，形成最終的翼50。
圖8是翼50的頂部橫斷面視圖，其可作為旋轉(zhuǎn)葉片或靜止支柱的一部分。如圖8所示，翼50包括多個(gè)復(fù)合層80，復(fù)合層80粘合在一起以形成翼50的部分82。翼50還包括具有多個(gè)毛細(xì)管84的薄板160，每個(gè)毛細(xì)管84混雜有復(fù)合材料152以形成薄板160。在示例性實(shí)施例中，毛細(xì)管84和復(fù)合材料152混雜，便于形成毛細(xì)管薄板160。薄板160由此給操作人員提供將毛細(xì)管84安裝到部分82上的更有效的方式。這樣，制造翼82的時(shí)間就減少了。
薄板160還包括多個(gè)隔離件162，其利用實(shí)心的圓柱形玻璃材料制成。在示例性實(shí)施例中，單個(gè)隔離件162位于兩相鄰毛細(xì)管84之間，以便于增加相鄰毛細(xì)管84間的距離。這樣，每個(gè)隔離件162具有外徑164，外徑164的尺寸制成為以預(yù)定距離分開(kāi)相鄰的毛細(xì)管84。特別是，薄板160還包括第二數(shù)量的毛細(xì)管84，其少于圖6所示的第一數(shù)量的毛細(xì)管，以便于減少通過(guò)毛細(xì)管84引導(dǎo)的被加熱氣流的量，因此便于減少被加熱的翼的外表面面積。例如，如圖6所示，由于毛細(xì)管84相互臨近設(shè)置，翼50的幾乎整個(gè)表面均被加熱。然而，如果工作環(huán)境需要一個(gè)較低程度的對(duì)翼50外表面的加熱即可減少或消除來(lái)自翼50的結(jié)冰，則可利用包括隔離件162的薄板160來(lái)為翼50的表面提供充足的熱量。當(dāng)薄板160靠近翼部分82設(shè)置后，復(fù)合層90纏繞薄板160。然后熱處理包括翼部分82、薄板160和復(fù)合層90的翼組件，形成最終的翼50。
為了進(jìn)一步減少用于翼50外表面的熱量，可使用薄板170。如圖9所示，薄板170與薄板160基本類(lèi)似，包括至少兩個(gè)形成于相鄰毛細(xì)管84之間的隔離件。在示例性實(shí)施例中，與薄板160相比，至少兩個(gè)隔離件162位于相鄰毛細(xì)管84之間以進(jìn)一步增加相鄰毛細(xì)管84之間的距離。在示例性實(shí)施例中，薄板160和薄板170都是雙軸編織的，包括單向毛細(xì)管84和隔離件162，便于加熱翼50的所有或選定區(qū)域。
當(dāng)薄板170靠近翼部分82設(shè)置后，復(fù)合層90纏繞薄板170，將毛細(xì)管84固定到翼部分82。然后熱處理包括翼部分82、薄板170和復(fù)合層90的翼組件，形成最終的翼50。
上述的翼可以用于燃?xì)廨啓C(jī)葉片或燃?xì)廨啓C(jī)支柱。在示例性實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)中使用多個(gè)翼，以減少和/或消除燃?xì)廨啓C(jī)選定部分上的冰形成。上述翼在幫助防止沿發(fā)動(dòng)機(jī)暴露表面的冰積聚方面成本低廉且非?？煽俊８貏e的是，這里描述的翼是包括整體編織到翼壁中的非常小的毛細(xì)管的單體成組翼。本發(fā)明利用編織工藝的獨(dú)特性質(zhì)和特征提供了一種帶有整體中空毛細(xì)管的單層編織套管。套管，即薄板160、170均是雙軸編織的，包括覆蓋翼的所有或選定區(qū)域的單向毛細(xì)管。毛細(xì)管脫離翼50的端部，形成進(jìn)氣和排氣的多支管區(qū)域。
因此，這里所述的翼通過(guò)直接將熱氣體引入到翼表面或其附近，有利于消除低橫向熱傳導(dǎo)性的不足。改進(jìn)的熱傳遞使翼具有一或兩個(gè)好處。第一個(gè)好處是利用少量的壓縮機(jī)排氣的高性能，第二個(gè)好處是可以利用較低的溫度、價(jià)格低廉的樹(shù)脂系來(lái)制造翼。另外，毛細(xì)管的整個(gè)薄板也可以用樹(shù)脂傳遞模塑法(RTM)、TOWPREG或等同技術(shù)模制而成。
燃?xì)廨啓C(jī)翼的示例性實(shí)施例在上面已進(jìn)行了詳細(xì)描述。翼不局限在這里描述的特定實(shí)施例，而是翼可用于已知的任何渦輪，以幫助除冰(ICESHEDDING)。
雖然本發(fā)明以多種特定實(shí)施例的方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施變換。
燃?xì)廨啓C(jī)的方法和設(shè)備零件列表10發(fā)動(dòng)機(jī) 66 第二側(cè)面12軸線或中心線 70 第一成型側(cè)壁14頭部方向 72 第二成型側(cè)壁16尾部方向 74 前緣20核心發(fā)動(dòng)機(jī) 76 后緣22高壓壓縮機(jī) 80 復(fù)合層23葉片 82 翼部分24燃燒室 84 毛細(xì)管26高壓渦輪 86 開(kāi)口27葉片 88 外表面28低壓渦輪 90 復(fù)合層29葉片 98 被加熱氣流32旁通管道 100徑向外端34低壓壓縮機(jī) 102徑向內(nèi)端35葉片 110內(nèi)表面36發(fā)動(dòng)機(jī)艙 112外表面38支柱 150薄板40排放噴嘴 152復(fù)合材料50翼 160薄板60前緣 162隔離件62后緣 164外徑64第一和第二側(cè)面 170薄板
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)部件，其包括第一側(cè)面(64)；相對(duì)的第二側(cè)面(66)；至少一個(gè)毛細(xì)管(84)，被設(shè)置靠近所述第一和第二側(cè)面中的至少一個(gè)的外表面(88)；和復(fù)合層(90)，其將所述至少一個(gè)毛細(xì)管固定到所述部件上。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)部件，其特征在于，所述部件包括燃?xì)廨啓C(jī)翼(50)。
3.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)部件，其特征在于，所述翼(50)包括燃?xì)廨啓C(jī)支柱(38)。
4.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)部件，其特征在于，所述翼(50)包括燃?xì)廨啓C(jī)葉片(23)。
5.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)部件，其特征在于，所述翼(50)包括多個(gè)復(fù)合層(80)，復(fù)合層(80)粘合在一起形成所述第一和第二側(cè)面(64，66)。
6.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)部件，其特征在于，所述至少一個(gè)毛細(xì)管(84)包括多個(gè)毛細(xì)管，每個(gè)所述毛細(xì)管具有貫穿延伸的開(kāi)口(86)，開(kāi)口(86)的尺寸制成可接收從此通過(guò)的被加熱氣流(98)，被加熱氣流足以減少或消除所述翼(50)上的冰形成。
7.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)部件，其特征在于，所述至少一個(gè)毛細(xì)管(84)包括多個(gè)玻璃毛細(xì)管，每個(gè)所述毛細(xì)管具有貫穿延伸的開(kāi)口，開(kāi)口的尺寸制成可接收從此通過(guò)的被加熱氣流(98)，被加熱氣流足以減少或消除所述翼上的冰形成。
8.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)部件，其特征在于，所述至少一個(gè)毛細(xì)管(84)還包括多個(gè)毛細(xì)管，其與與復(fù)合材料雙軸編織在一起，形成毛細(xì)管薄板。
9.一種燃?xì)廨啓C(jī)(10)，其包括至少一個(gè)翼(50)，其包括第一側(cè)面(64)和相對(duì)的第二側(cè)面(66)；至少一個(gè)毛細(xì)管(84)，其靠近至少一個(gè)所述翼的外表面(88)設(shè)置；和復(fù)合層(90)，其將所述至少一個(gè)毛細(xì)管固定到所述至少一個(gè)翼上。
10.如權(quán)利要求9所述的燃?xì)廨啓C(jī)(10)，其特征在于，所述翼(50)包括燃?xì)廨啓C(jī)支柱(38)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片(23)中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種燃?xì)廨啓C(jī)部件(50)，其包括第一側(cè)面(64)、相對(duì)的第二側(cè)面(66)、靠近所述第一和第二側(cè)面中的至少一個(gè)的外表面(88)設(shè)置的至少一個(gè)毛細(xì)管(84)、和將所述至少一個(gè)毛細(xì)管固定到所述部件上的復(fù)合層(90)。
文檔編號(hào)F04D29/54GK101025167SQ200610064118
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者S·C·米切爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司