CN103128964A - 用于在翼型件上施加可变表面纹理的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在翼型件上施加可变表面纹理的设备。提供具有带有在其上的纹理特征的外围表面的鼓筒。纹理特征可为用于将肋条施加到翼型件表面上的多个槽。还提供使用鼓筒的方法。

Description

用于在翼型件上施加可变表面纹理的设备
技术领域
本发明大体关于燃气涡轮发动机，并且更具体地关于用于在燃气涡轮发动机的翼型件上施加表面纹理(texture)的设备及其相关方法。
背景技术
以合适的定向配置在翼型件上的肋条(riblet)可导致该翼型件的减小的阻力(drag)系数。因而，本发明的实施例针对在翼型件上产生肋条。
发明内容
提供具有外围表面的鼓筒(drum)，该外围表面带有在其上的纹理特征。纹理特征可为用于将肋条施加到翼型件表面上的多个槽(groove)。还提供使用鼓筒的方法。
附图说明
本发明的实施例在以下附图中示出。
图1将本发明的实施例示出为具有沿着它的长度的大体恒定周长的鼓筒。
图2将本发明的实施例描绘为具有沿着它的长度的变化的周长的鼓筒。
图3示出本发明的实施例的外围表面的二维视图。
图4表示用于在翼型件上施加纹理化表面的本发明的实施例。
具体实施方式
参考图1和图2，本发明的用于将纹理施加到表面上的设备的实施例示出为鼓筒100。鼓筒100具备沿着鼓筒100的长度配置的外围表面102。纹理特征104配置在这个外围表面102上。这些特征104可为脊(ridge)或槽。特征104可为槽，因而给予外围表面102以脊的外观。然而，特征104还可视为脊，使得外围表面102呈现槽的外观。为了这个讨论的目的，特征104将称作为槽。这些槽104优选地具有为肋条204(在图4中示出，在此讨论)的阴性压印的几何外形。这些肋条204配置在表面202上(在图4中示出)，鼓筒100在该表面202上施加纹理。
鼓筒100可具有由箭头108描绘的优选的旋转方向。然而，还可能的是，鼓筒100可通过在任一方向上轧制它而使用。鼓筒100还可具有第一端部和相反的第二端部，其中长度尺寸110在它们之间测量。鼓筒100还可具有标记线112，其提供关于鼓筒100当首先放置在表面202上时将所处的定向的指示器，鼓筒100将施加纹理到该表面202上。
特别地参考图1，鼓筒100还可具备纵向轴线105，其优选地配置为居中地通过鼓筒100。鼓筒半径106可在纵向轴线105和在外围表面上的最近点之间测量。半径106可围绕纵向轴线105并且沿着鼓筒长度110为一致的。在这样的实例中，鼓筒100可被认为是大体柱形。一致的半径106还将提供如下鼓筒100，在鼓筒100中沿着鼓筒100的长度截取的任何截面将为大体圆形形状，其中贯穿全部截面具有大体一致的圆周。这样的鼓筒100和它的相应的外围表面102可认为是大体柱形。由于一致的半径106，故鼓筒100和外围表面102还可认为是轴对称的。为了这个讨论的目的，截面形状的任何叙述应当解释成意指在与纵向轴线105正交的平面上截取的截面。
现参考图2，本发明的实施例的鼓筒100具备沿着鼓筒长度110变化的和非一致的截面。因此，半径106也将为变化的和非一致的。半径106的这种变化可沿着鼓筒长度110变化，或可围绕纵向轴线105变化，或两者。这样的鼓筒100将因此具有带有变化的构形的外围表面。
如所陈述，半径可沿着鼓筒长度110变化。然而对于任何特定截面而言，半径106可围绕纵向轴线105为一致的，使得任何给定的截面可为大体圆形的。这样的鼓筒100和它的相应的外围表面102将不被认为是柱形，而是它们将被认为是轴对称的。
半径还可围绕纵向轴线105变化，使得任何给定的截面将为非圆形的。这样的鼓筒100将不被认为是柱形的，也不被认为是轴对称的。尽管半径106可围绕纵向轴线105变化，但是沿着鼓筒长度110截取的任何给定的截面可与任何其它截面大体相同。
另外，半径106可沿着鼓筒长度110并且围绕纵向轴线105两者变化。鼓筒100的这个实施例可因此具有圆形截面和非圆形截面，圆形截面和非圆形截面中的全部可沿着鼓筒长度110变化。
鼓筒100的精准的构造取决于表面202(图4)，它将将纹理施加到表面202上。鼓筒100的形状和外围表面102的构形应当被选择成使得外围表面102在将纹理添加到该表面202的整个工艺中持续保持与该表面202接触。
现参考图3，示出了本发明的外围表面102的实施例的二维视图，好像这个外围表面102将从鼓筒100的剩余部分解开。这个视图使得易于示出可配置在外围表面102上的各种槽104。外围表面102沿着长度110示出，其中标记线112在顶部和底部边缘处示出。在这些边缘之间，示出了外围尺寸114。为了简易，这个视图涉及大体柱形鼓筒100，使得外围尺寸可认为是圆周。
为了简易，图3仅描绘少数槽104。然而，槽104可以以任何构造、定向或密度配置在外围表面上。例如，槽104可构造成为线性的或者拥有简单或复杂的曲线。线性的槽104可被定向成使得跟随在与纵向轴线105大体正交的平面上的路径、或者在与纵向轴线105倾斜的平面上的路径。另外，槽的密度可为一致的或越过外围表面102变化。另外，应理解，槽104的构造、定向和密度可越过外围表面102变化。槽104的一部分可为大致线性的，某些可拥有简单的曲线，其它可拥有复杂的曲线，并且其它还可拥有前述的组合。
配置在外围表面102上的槽104可获得各种构造。槽示出为具有两个相对的端部104a。某些槽104可完全地围绕外围表面104的周长从在标记线112上的第一端104a延伸，使得第二端部104a也在标记线112上。对于某些槽而言，相对的端部104a可放置在标记线上的相同位置处，使得槽104实际上没有端部104a。其它槽104可在任一方向上从标记线112延伸，并且其它可与标记线112完全分离地配置。某些槽104可结合在一起，使得它们共享单一共同的端部104a，或端部104a两者可为共同的。槽104拥有在端部104a之间的中间部分，并且对于中间部分的至少一部分，某些槽104可结合在一起。尽管图3仅示出结合在一起的两个槽104的实例，但是应理解，任何数量的槽104可结合或者共享沿着它们的长度的共同的点。
槽104可具有在它的各自相对的端部104a之间的长度。该长度被测量以便跟随槽104可获得的曲线路径。因此，槽104可获得这样的曲线或弯曲路径，以致具有大于鼓筒100的周长114的长度。另外，槽104不必须环绕整个外围表面以具有这样的长度。另外，大体线性槽可获得围绕外围表面102的倾斜的路径，使得它也可具有大于鼓筒周长114的长度。
槽104还可拥有在宽度、深度和轮廓方面的变化。这些尺寸优选地由待施加到表面202(图4)上的期望的纹理决定。
尽管槽104可共享共同的点，拥有各种曲线或线性路径，并且在长度、宽度和轮廓方面变化，但是应理解，槽所获得的任何过渡优选地为无急剧变化的平滑过渡。
鼓筒100可由诸如例如钢的硬金属制造。金属鼓筒100可用于将纹理施加到硬表面上，诸如例如钛翼型件。金属鼓筒100将优选地硬于它将将纹理施加到其上的表面。金属鼓筒100可由任何一般熟知的手段而产生，该手段诸如例如物理加工、化学腐蚀、放电加工、或它们的任何组合。
可选地，鼓筒100可由诸如例如橡胶的柔性材料制造。橡胶鼓筒100可用来将纹理施加到更柔软的材料上，诸如例如聚氨酯材料。这样的聚氨酯材料可典型地施加到复合翼型件表面上用于侵蚀保护。在施加鼓筒之后，聚氨酯材料将流动到槽104内，并且当聚氨酯固化时形成表面肋条。橡胶鼓筒100可通过诸如例如模制的任何一般熟知的手段制造。
现参考图4，大体描绘了本发明的鼓筒100的实施例如何可用来将纹理施加到在叶片200上的表面。叶片200可为在任何燃气涡轮发动机中通常找到的叶片。叶片200具备具有翼型件表面202的翼型件201。典型的叶片200还将具备平台214，翼型件201从该平台214延伸。翼型件201还具有前缘203和后缘216并且从叶片平台214延伸到翼型件尖端(未示出)。图4描绘配置在翼型件表面202上的肋条204，然而这些将仅仅在鼓筒100用于施加它们之后存在。
待纹理化的翼型件表面202将具有纹理化表面长度尺寸210，其大约对应于鼓筒长度110(未按比例示出)。纹理化表面长度尺寸210大体测量为沿着翼型件的轴线，其从平台214延伸到翼型件尖端(未示出)。纹理化表面202还具有纹理化表面宽度尺寸206，其大约对应于鼓筒100周长，其一般由在此描述的鼓筒半径106决定。纹理化表面宽度尺寸206一般在前缘203和后缘216之间延伸的方向上越过翼型件表面测量。
翼型件表面202的纹理化部分示出为大体矩形形状并且延伸越过后缘216。然而，应理解，翼型件表面202的纹理化部分将简单地获得来自鼓筒外围表面102的转换形式。因此，转换到翼型件表面202的纹理化部分的特征可一般获得任何形状。
在使用中，鼓筒100将在起始点处施加到翼型件表面202上并且轧制它，以将鼓筒外围表面102压制到翼型件表面内。优选地，鼓筒标记线112(在图4的视野之外)将放置到在翼型件201上的相应的起始位置，其在本实例中为线212。
对于金属鼓筒100和相应的金属翼型件201而言，鼓筒100移动到在翼型件表面之上的合适位置内，见箭头113。鼓筒标记线112然后与翼型件起始线212对齐。鼓筒100然后降低，使得鼓筒外围表面102接触翼型件表面202。施加力以将鼓筒外围表面102驱动到翼型件表面202内，并且当鼓筒100轧制越过翼型件201时该力维持。力优选地足够大以将外围表面按压到翼型件表面202内，使得翼型件表面202的部分凹陷，并且其它部分获得鼓筒槽104的形状。获得鼓筒槽104的形状的翼型件表面202的部分然后在翼型件表面202上变成肋条204。翼型件表面202的纹理化部分现在具有在鼓筒外围表面102上找到的纹理化样式的阴性压印。
优选地仅花费鼓筒100的一个轧制道次(rolling pass)，以将肋条204刻印到翼型件表面202上，但是它可花费多个道次。刻印工艺可为冷加工工艺、或者可选地，可施加热以辅助使翼型件表面202变形。
对橡胶鼓筒100和在复合翼型件201上的相应聚氨酯覆层而言，一般工艺保持大致相同。然而，鼓筒100将仅需要足够的施加力使得聚氨酯覆层流动到鼓筒槽104内，而不是使翼型件表面202变形。这可在聚氨酯固化工艺的某些阶段处形成，使得材料将流动到槽104内，仍维持形状直到完全固化。
对于翼型件表面202的大致平坦区段而言，可采用大致柱形鼓筒100。对于具有小的曲线的翼型件表面202的区段而言，具有非一致的半径或带有非一致的截面的鼓筒100可需要被采用，以便用于外围表面102，以通过轧制工艺维持与翼型件表面202的接触。对于具有更大的曲线的翼型件表面202而言，沿着整个翼型件201长度使用单一鼓筒可为不可行的。因而，多个鼓筒100可必须沿着翼型件长度加工翼型件表面202。然而，还预想得到，各区段将仅花费鼓筒的一个轧制道次。
在此描述的设备和工艺中的任一个被预想成使翼型件表面202具备肋条204，其具有贯穿它们的长度的平滑过渡。所得到的肋条204可典型地具有0.003英寸到0.006英寸的高度尺寸。另外，这些肋条204的施加可产生差不多10%的翼型件的阻力系数的减小。然而结果可变化。
尽管在此讨论的纹理特征104已称作为在产生肋条204中使用的脊或槽，应理解其它表面特征也可被采用。
为了示出的目的，结构和方法的前述描述已呈现。该结构和方法的前述描述不意图为无遗漏的或将本发明限制于公开的精确的步骤和/或形式，并且显然地按照上文教导许多更改和变更为可能的。在此描述的特征可以以任何组合而组合。在此描述的方法的步骤可以以任何物理上可能的序列执行。应理解，尽管已示出和描述用于施加可变表面纹理的设备的某些形式，但是它不限于这些并且相反将仅由所附的权利要求限定。全部的引用文件通过引用而并入本文中。

Claims (15)

1.一种用于将纹理施加到翼型件表面上的设备，其包括：
大体柱形鼓筒，其具有：第一鼓筒端部和相对的第二鼓筒端部，它们在其间限定鼓筒长度；从所述第一鼓筒端部延伸通过所述大体柱形鼓筒到所述第二鼓筒端部的纵向轴线；和沿着所述鼓筒长度配置的外围表面；
其中，所述外围表面包括基部表面，其具有延伸到所述基部表面内的多个凹陷槽，并且还包括标记线，其从所述第一端部延伸到所述第二端部并且大体平行于所述纵向轴线；
其中，所述多个槽中的各个具有第一槽端部和第二槽端部；和
其中，对于所述多个槽中的至少一部分，所述第一槽端部在所述标记线处终止并且所述第二槽端部在所述标记线处终止。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的两个或更多个邻近槽共享共同的第一槽端部、共同的第二槽端部、或两者。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的各个具有配置在所述第一槽端部和所述第二槽端部之间的中间部分，并且其中，所述多个槽中的两个或更多个邻近槽共享共同的中间部分。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述鼓筒为柔性的。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外围表面具有至少硬于所述鼓筒将纹理施加到其上的表面的硬度。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的各个具有在所述第一槽端部和所述第二槽端部之间测量的槽长度，并且其中，对于所述多个槽中的至少一部分，所述槽长度等于或者大于所述大体柱形鼓筒的周长。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的至少一部分具有围绕所述外围表面的变化的定向。
8.一种用于将纹理施加到翼型件表面上的设备，其包括：
鼓筒，其具有：第一鼓筒端部和相对的第二鼓筒端部，它们在其间限定鼓筒长度；和沿着所述鼓筒长度配置的外围表面；
其中，所述外围表面包括在其上的多个凹陷槽；
其中，所述多个槽中的各个具有第一槽端部和第二槽端部；和
其中，对于所述多个槽中的至少一部分，所述第一槽端部在所述外围表面上的第一位置处终止并且所述第二槽端部在所述外围表面上的第二位置处终止。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的两个或更多个邻近槽共享共同的第一槽端部、共同的第二槽端部、或两者。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的各个具有配置在所述第一槽端部和所述第二槽端部之间的中间部分，并且其中，所述多个槽中的两个或更多个邻近槽共享共同的中间部分。
11.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的至少一部分具有围绕所述外围表面的到所述基部表面内的变化的深度。
12.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述外围表面为围绕所述纵向轴线轴对称的。
13.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述外围表面具有沿着所述大体柱形鼓筒的所述长度的恒定周长。
14.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述大体柱形鼓筒具有配置通过所述大体柱形鼓筒的纵向轴线和围绕所述纵向轴线并且沿着所述鼓筒长度的恒定半径。
15.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述多个槽中的至少一部分具有围绕所述外围表面的变化的定向。
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