CN105008677B - 具有一体包覆模制特征的风扇间隔件 - Google Patents

Abstract

一种用于在风扇组件中放置在一对相邻的叶片之间的风扇间隔件和制造所述风扇间隔件的相关方法。该风扇间隔件具有间隔件主体，该间隔件主体包括气流表面，该气流表面成形为将空气引导在该对相邻的叶片之间，其中，该气流表面在相对侧上成形为对应于该对相邻的叶片。包覆模制特征模制在该间隔件主体的气流表面上，其中，所述包覆模制特征包括位于该气流表面上的抗冲蚀涂层和位于所述两个相对侧上的密封件，所述密封件构造成在该气流表面的所述相对侧上密封到所述一对相邻的叶片。

Description

具有一体包覆模制特征的风扇间隔件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月15日提交的名为“具有一体包覆模制特征的风扇间隔件(Fan Spacer Having Unitary Over Molded Feature)”的美国非临时专利申请第13/833,162号的优先权。在此，该申请的全部内容以参见方式纳入本文，如同在本文中作了阐述。

联邦赞助研发的声明

不适用。

背景技术

本发明涉及用于喷气发动机或其它涡轮发动机中的风扇间隔件、环形填充物或者风扇平台。

喷气发动机用以为飞机提供动力和推力。这些喷气发动机通常包括燃气涡轮，该燃气涡轮在前端将空气吸入，将该空气压缩在发动机的压缩器区段中，将燃料注入所压缩的气体中，点燃该气体以产生高压、高速气体并且经由涡轮区段排出该气体。在喷气发动机中，该压缩器和涡轮元件沿单个轴设置，该轴大体上沿着该发动机的长度延伸，并且还在其前端附近支承风扇。在发动机工作期间，涡轮驱动该轴旋转，该轴旋转又引起压缩器和风扇都旋转。由于该风扇的叶片旋转，它们推动空气，由此产生发动机的大部分推力。在大多数情形下，由风扇移动的空气的主要部分是旁通空气，其不流过发动机的燃气涡轮区段。

发动机的典型的风扇区段包括环形风扇外壳和支承各风扇叶片的该轴的前端，风扇叶片沿着大体径向方向从该轴朝向风扇外壳延伸。在该轴的前端处，首先具有头锥，当空气在风扇叶片前方进入风扇的入口时，该头锥引导空气流。为了进一步控制风扇叶片的根部周围的气流，在该头锥的下游端处，一般具有风扇间隔件(也称为环形填充物或者风扇平台)，所述风扇间隔件横跨各叶片的根部之间的周向间隙。

发明内容

在安装于叶片之前，风扇间隔件通常独立地在它们的气流表面上接收抗冲蚀涂层，并且将密封件附连到它们的边缘，以用于与相邻风扇叶片接触。在一侧上的密封件密封到相邻叶片的后侧或下游侧，而在另一侧上的密封件密封到另一相邻叶片的前侧或上游侧。由于用以形成风扇间隔件的主体和形成抗冲蚀涂层以及这些密封件的过程是彼此非常不同的，常规地，风扇间隔件的主体在第一位置处制造，并且然后将该风扇间隔件送往不同的位置处以将抗冲蚀涂层喷涂到该风扇间隔件上，并且将密封件附着到或者以其他方式附连到相对侧。

然而，该多位置制造模式可能是成本效益低的，并会导致制造瓶颈。因此，需要改进的工艺来生产风扇间隔件。

公开的本发明提供了一种改进的风扇间隔件结构和制造风扇间隔件的工艺，其克服了多位置制造过程中的现有问题，在多位置制造过程中，需要多个分散的工艺(例如间隔件主体形成、抗冲蚀涂层喷涂以及密封件附连)来形成风扇间隔件。

本发明提供了一种具有气流表面的风扇间隔件或其它部件以及制造所述风扇间隔件或其它部件的相关方法，其中，该抗冲蚀涂层和密封件被包覆模制到该部件的主体上。此意味着抗冲蚀涂层和密封件都可以在间隔件或主体上合适的位置处形成，并且可以共享相同的制造固定件中的一些。此较大地提高了制造工艺的效率并消除了之前阻碍这种零件制造的分散工艺。

根据本发明的一个方面，公开了一种风扇间隔件，其用于在风扇组件中放置在一对相邻的叶片之间。该风扇间隔件包括间隔件主体，该间隔件主体包括气流表面，该气流表面成形为将空气引导在该对相邻的叶片之间，其中，该气流表面在相对侧上成形为对应于该对相邻的叶片。包覆模制特征模制在该间隔件主体的气流表面上。该包覆模制特征包括位于该气流表面上的抗冲蚀涂层和位于这两个相对的侧部上的密封件，所述密封件构造成在该气流表面的相对侧上密封到该对相邻的叶片。

随着它们模制在一起，抗冲蚀涂层和密封件彼此一体且完整地形成。

在一些形式中，该包覆模制特征可以是尿烷材料。

虽然间隔件主体可以是多种不同几何形状中的任一种，但是在一种形式中，间隔件主体可以具有大体三角形的主体，该主体沿纵向从前端延伸到后端。由于该形状，气流表面和抗冲蚀涂层可以设置在该大体三角形主体的三个侧部中的一个上，而密封件可以设置在与该三角形的提供气流表面的侧部相邻的各角部上。

由于所述密封件用于密封曲形的相邻叶片或转子的表面，相对侧的每个可以是曲形的以匹配密封件的轮廓并且提供良好的密封。

虽然间隔件主体本身可以由多种不同的材料制成，但是在一个具体形式中，该间隔件主体可以是复合部件，该复合部件包括形成层压件的多层织物和粘合剂。该粘合剂可以是通过使用树脂传递模塑成型(RTM)放置在织物中并固化的可固化树脂。可替换地，如果间隔件主体是复合件的，则可以考虑通过使用任何的复合成形技术来形成该间隔件主体。

根据本发明的另一方面，公开了一种发动机，该发动机具有包括本文所述类型的风扇间隔件的风扇组件。

根据本发明的又一方面，公开了一种制造风扇间隔件的方法，该风扇间隔件用于在风扇组件中放置在一对相邻的叶片之间。该方法包括将包覆模制特征模制到该间隔件主体上的步骤，其中该包覆模制特征包括位于气流表面上的抗冲蚀涂层，并且在两个相对侧上包括密封件，所述密封件构造成密封到该对相邻的叶片。

在一形式中，该方法也可以包括在将包覆模制特征模制到该间隔件主体上之前形成间隔件主体的步骤。该间隔件主体的此形成可以包括放置多个层以限定该间隔件主体的形状并且用树脂粘合剂将各所述层粘合在一起。

在该方法的某些形式中，该间隔件主体可以形成在多零件模具中。一旦形成该间隔件主体，则可以移除该多零件模具的第一模具部分，以暴露位于该间隔件主体上的气流表面，而不完全地从该多零件模具移除该间隔件主体。在模制该包覆模制特征之前，可以将第二模具部分放置在气流表面之上和多零件模具上，其中，第二模具部分限定该包覆模制特征的至少一部分。在此情形下，可以在该间隔件主体和该第二模具部分之间的容积中模制该包覆模制特征，以形成包覆模制特征。

而且，该包覆模制特征可以包括尿烷材料，并且该抗冲蚀涂层和密封件是彼此一体且完整地模制。

可以考虑的是，该公开的包覆模制特征和制造该包覆模制特征的方法可以用在具有气流表面的其他类似部件上。由此，根据本发明的又一方面，一种气流部件，包括主体，该主体具有成形为导引空气的气流表面并且具有界定该气流表面的至少一个边缘。该气流部件还包括模制到该主体的气流表面上的包覆模制特征，其中，该包覆模制特征包括位于气流表面上的抗冲蚀涂层和位于该气流表面的所述至少一个边缘上的密封件。

本发明的这些和其它优点将会从以下详细描述和附图中显现出来。下文仅仅是对于本发明的一些较佳实施例的描述。由于这些较佳实施例不趋于作为落在本权利要求的范围内的仅有的实施例，因而为确定本发明的整个范围，应参见所附权利要求。

附图说明

图1是喷气发动机的侧立体图，其中局部切除发动机舱，以暴露风扇组件和涡轮发动机的一部分。

图2是常规的喷涂有抗冲蚀涂层的风扇间隔件的正视图，其中两个密封件独立地附连到该风扇间隔件的侧部。

图3是图2的风扇间隔件的后视图。

图4是沿图3的线4－4剖切得到的剖视图，其中各密封件附连到间隔件主体并且抗冲蚀涂层已经施涂。

图5是类似于图4的剖视图，密封件从间隔件主体分解出来，其中示出了密封件的附连。

图6是根据本发明的风扇间隔件的正视图，其中，该间隔件主体包括包覆模制特征。

图7是图6的创造性风扇间隔件的后视图。

图8是沿图7的线8－8剖切的剖视图，其示出了同时包括抗冲蚀涂层和一对密封件的包覆模制特征的轮廓。

具体实施方式

首先参照图1，其示出了用于在发动机工作期间吸入空气的、示例性喷气发动机10的前部分。喷气发动机10包括发动机舱12，该发动机舱12容纳有均沿中心轴18设置的涡轮发动机16和风扇组件14。在典型的工作中，空气流入发动机10的入口端20中，并且进入风扇组件14。该空气的一部分流入涡轮发动机16，在涡轮发动机16处，空气被压缩并辅助燃料燃烧，从涡轮发动机16排出的气体用以驱动涡轮，涡轮又实现该中心轴18和连接于其的包括风扇组件14的元件的旋转。当进入发动机10的空气的一部分接收在涡轮发动机16中时，由风扇组件14的移动的大部分空气事实上在位于涡轮发动机16和发动机舱12之间的空间中在涡轮发动机16周围流动，并且用于产生推力。

更靠近地看风扇组件14，风扇组件14包括多个风扇叶片22或转子，叶片22或转子连接到毂或盘并且沿着大体径向的方向远离该轴18延伸，该毂或盘连接到轴向延伸的中心轴18。在风扇叶片18的入口侧上，头锥24将空气引导到中心轴18的区域周围并且向后到风扇叶片22在其根部附近。在头锥24的下游处以及在各风扇叶片22的根部之间的内周空间中有多个风扇间隔件26。风扇间隔件26连接到毂或盘并且辅助引导位于各风扇叶片18之间的空间中的空气流，该毂或盘连接到中心轴18，从而占据位于相邻各对风扇叶片22之间的空间。

现在附加参照图2至图5，其详细地示出了常规的风扇间隔件126。风扇间隔件126包括间隔件主体128，间隔件主体128在所示形式中是大体三角形的主体。该间隔件主体128的三角形横截面的尺寸随着它的长度而变化。该间隔件主体128沿着纵向方向从前端130延伸到后向端132。当风扇间隔件126安装在诸如所示风扇组件14的风扇组件中时，风扇间隔件126的前端130朝向发动机10的头锥24和入口端20定向，而风扇间隔件126的后端132朝向发动机10的涡轮发动机16和排气端定向。

该三角形主体的外表面中的一个提供位于间隔件主体128的前壁136上的气流表面134。当风扇间隔件126附连到中心轴18时或者容纳在其中心毂上时，位于前壁136上的气流表面134总体上径向向外面向。该气流表面134大体上由在间隔件主体128的前端130处的前边缘138、在间隔件主体128的后端132处的后边缘140以及一对相对的侧部142和144界定，所述侧部142和144弯曲并且从前边缘138向后边缘140延伸。该气流表面134在它的相对侧部142和144上成形成对应于该对相邻的风扇叶片的轮廓，在一侧上位于相邻叶片中的一个的后部，而在另一侧上到相邻叶片中的另一个的前部。但是当安装风扇间隔件126时，在间隔件主体128和叶片之间存在某些小间隙，所述间隙如以下更详细描述地进行密封。在所示的形式中，气流表面134的相对侧部142和144分别设置在弯曲的过渡部或角部146和148处，所述角部146和148位于三角形间隔件主体128的包含气流表面134的前壁136和两个向后面向的壁150和152之间。然而，在间隔件主体128的其它几何图形或形状中，相对的侧部142和144可以是完整的或部分的边缘，并且可以具有不同于所示曲率的其它曲率，或者其部分或整体可以是直的。

当安装时，该气流表面134会跨越位于相邻风扇叶片的根部之间的大部分间隙，并且将离开头锥24的空气引导到所述叶片之间，并且特别地，引导到绕所述叶片的根部的区域。为了将风扇间隔件126附连到中心轴18或毂，该风扇间隔件126的后侧可以安装有一个多个附连结构。例如，在所示实施例中，具有形成在通道156中的纵向延伸开口154，该通道156由从前壁136向后延伸的肋部158支承。纵向延伸开口154可以接收销、凸耳或者其它的紧固元件以帮助将风扇间隔件126固定到中心轴18或毂。

常规地，并且如图4和图5的剖视图中最佳描述的，包括弹性材料的独立抗冲蚀涂层162喷涂在气流表面134上并且从前边缘138到后边缘140以及在相对侧142和144之间基本覆盖该表面。该抗冲蚀涂层162有助于保护间隔件主体128和气流表面134的基本材料免受可能高速接触气流表面134的任何碎片的侵害。

另外，为了密封在气流表面134的相对侧142和144与相邻风扇叶片之间的间隙，将两个独立的密封件164和166粘性地附着到相对侧142和144上，如带有附连箭头的图5所示。在所示出的形式中，密封件164和166在角部142和144处附连，并且沿着该三角形间隔件主体128的向后面向的表面150和152的一部分经由附连部168和170向上。当该风扇间隔件安装在该发动机10中时，这些密封件164和166包括柔性拍动部172和174，柔性拍动部172和174背离该风扇间隔件126侧向延伸并且每个都会接触相邻风扇叶片或转子中的一个，以形成风扇间隔件126和相邻叶片之间的密封，从而防止进入碎片。

如上所提到的，应当理解的是，常规地，通过使用多种制造技术，该类型的风扇间隔件126在多个位置处形成。首先，形成间隔件主体128。在一个实施例中，可以通过铺设或包绕多层织物以产生织物层成形件而形成间隔件主体128。然后，该成形件可以放置在模具中，并且可以将树脂粘合剂注入模具中，并且固化以形成间隔件主体128。然后，从该模具中移出间隔件主体128，并且将间隔件主体128放到第二位置处，在该第二位置处，将抗冲蚀涂层162喷涂到气流表面134上。在此之后，该对密封件164和166可以附连到间隔件主体128的相对侧部142和144。典型地，该附连过程可以通过粘结剂实现，但是也可以使用其它的附连类型。此外，也可以在第三位置处将密封件164和166附连到间隔件主体128。然而，无论该生产过程是在一个位置还是多个位置处进行，使用多个工艺，这些工艺可能需要多个固定件和独立步骤，此可能使得风扇间隔件126的生产复杂化。

现在转向图6至图8，示出了改善的风扇间隔件226。在该实施例中，类似的附图标记用以表示图2至图5中所示的实施例中的类似的特征。然而，虽然100系列的标记用以描述第一常规风扇间隔件，但是200系列的标记用以描述第二改进的风扇间隔件。

风扇间隔件226不同于风扇间隔件126，不同之处在于，间隔件主体128独立地具有喷涂到气流表面134上的抗冲蚀涂层162和附着到气流表面134的相对侧142和144的一对密封件164和166，而风扇间隔件226包括单一的一体的且完整的包覆模制特征276。该包覆模制特征276包括在相对侧242和244之间完全延伸的抗冲蚀涂层278和位于所述相对侧242和244上的一对密封件280和282。此意味着抗冲蚀涂层278与密封件280和282一起模制在间隔件主体226上并且由相同的材料模制。

可以使用尿烷材料来模制该包覆模制特征276。初步试验已经显示尿烷材料能够提供改进的抗冲蚀性并且能够提供在相对侧242和244上的合适的密封材料以用于密封到风扇叶片。然而，也可以包覆模制不同于尿烷或者混合有尿烷的材料。

为了形成包覆模制特征276，可以将包覆模制特征276直接注射模制到间隔件主体228上。此过程可以包含在形成间隔件主体228的过程中或者合并为独立过程。

在某些形式中，该包覆模制可以集合到用于形成间隔件主体的过程中。例如，如果该间隔件主体228是如上所述的层压件或者是复合部件，则可以将多层织物放置成一成形件，或者将多层织物包绕心轴以产生织物层成形件。然后，可以将仍包绕心轴的该成形件放置在封闭的模具中，在该模具中，各模具零件限定该间隔件主体228的外表面。可以使用树脂传递模塑成型(RTM)等类似方法将树脂粘合剂注入到织物层成形件中并且被固化，至少部分地固化，以产生间隔件主体228。在此时，由于该模具是多零件模具，可以将该模具的限定气流表面234和角部246和248以及相对侧242和244的部分移除，以暴露间隔件主体228的这些部件。然而，该模具的支承向后面向的壁250和252的部分可以保持在位并且支承该间隔件主体228。然后，将不同于已移除的模具零件的另一模具零件或部分放置在间隔件主体228的气流表面234与角部246和248以及相对侧242和244之上，以围绕该间隔件主体228。该模具零件或部分具有从间隔件主体228偏置的轮廓，并且提供该包覆模制特征276的形状的一部分。该模具零件或部分也可以提供允许用以形成包覆模制特征276的材料进行注射的通道或类似物。随着该模具零件或部分就位，然后，将该包覆模制特征276直接形成在间隔件主体228的表面上。一旦包覆模制特征276固化，则可以从该模具移除整个完成的风扇间隔件226。

上述过程的一个有益效果是：由于间隔件主体228的后侧不需要从该模具的、用以形成该间隔件主体228的固定零件或部分移除，所以该模具零件或部分提供用于该间隔件主体228的基准面。由此，当第二模具部分在用于包覆模制操作的该固定模具部分上移动就位时，该第二模具部分以使得该间隔件主体228的表面一致且重复地设置在相同的位置的方式附连到该固定模具部分。

可替换地，可以考虑的是，该间隔件主体228可以形成在第一模具或工具中，并且然后完整地取出并转移到用于包覆模制过程的第二固定件、模具或工具。然而，在此情形下，包覆模制特征276的尺寸相对于间隔件主体228可能有更大的可变性，因为间隔件主体228可能在包覆模制操作之前较不一致地定位。

可以对间隔件主体作出一些改型，以更好地适应该包覆模制过程。例如，如果该模具的用以形成间隔件主体228的部分保持就位以用于包覆模制步骤(即，间隔件主体228在包覆模制之前不从该模具移除)，则间隔件主体228可以形成为使得在相对侧242和244处的角部246和248形成有不同的拔模角，以适应用以形成该间隔件主体228的气流表面234与角部246和248的模具部分的移除。在几何形状上的该改变能够在将图4和图5的间隔件主体128与图8的间隔件主体228进行对比的过程中察觉到。

具体地，向后面向的壁250和252的最靠近前壁236的一部分成形成使得它们以更接近90度的角靠近该前壁236(而在图4和图5中示出的初始几何形状中，向后面向的壁250和252相对于该前壁236更大幅地倾斜)。对间隔件主体228的该改型减少了向后面向的壁250和252上的拔模斜度(draft)，由此使得可以暴露执行包覆模制时所在的任何表面。相反，如果在如图4和图5中的向后面向的壁150和152的表面上具有相当大的拔模斜度，则它不能将在间隔件主体228成形期间所使用的模具部分移除，因为在各模具零件之间的分型线位于阻碍该模具打开和关闭的位置处。

虽然已经描述了形成具有包覆模制特征的风扇间隔件的方法，但是可以使用相同的过程来制造具有气流表面的其它部件，其中一侧或多侧的密封件设置在该部件上。

应理解到可以在本发明的精神和范围内对较佳实施例进行各种其它修改和变型。因此，本发明不应被局限于所述的实施例。应参照所附权利要求，以确定本发明的整个范围。

Claims (18)

1.一种风扇间隔件，用于在风扇组件中放置在一对相邻的叶片之间，所述风扇间隔件包括：

间隔件主体，所述间隔件主体包括气流表面，所述气流表面成形为引导在所述一对相邻的叶片之间的空气，所述气流表面在相对侧上成形为对应于所述一对相邻的叶片；和

包覆模制特征，所述包覆模制特征模制在所述间隔件主体的所述气流表面上，所述包覆模制特征包括位于所述气流表面上的抗冲蚀涂层和位于所述相对侧上的密封件，所述密封件构造成在所述气流表面的所述相对侧上密封于所述一对相邻的叶片；

所述抗冲蚀涂层和所述密封件彼此一体且完整地形成。

2.如权利要求1所述的风扇间隔件，其特征在于，所述包覆模制特征包括尿烷材料。

3.如权利要求1所述的风扇间隔件，其特征在于，所述间隔件主体具有大体三角形的主体，所述主体沿纵向从前端延伸到后端。

4.如权利要求3所述的风扇间隔件，其特征在于，所述气流表面和所述抗冲蚀涂层设置在所述大体三角形的主体的三个侧部中的一个上，而所述密封件设置在与所述三角形的提供所述气流表面的侧部相邻的各角部上。

5.如权利要求1所述的风扇间隔件，其特征在于，所述间隔件主体是包括多层织物和树脂粘合剂的复合部件。

6.如权利要求5所述的风扇间隔件，其特征在于，所述多层织物和树脂粘合剂形成层压件。

7.如权利要求5所述的风扇间隔件，其特征在于，所述树脂粘合剂是可固化的。

8.如权利要求1所述的风扇间隔件，其特征在于，所述相对侧的每个都是曲形的。

9.一种发动机，所述发动机包括风扇组件，所述风扇组件包括权利要求1所述的风扇间隔件。

10.一种制造风扇间隔件的方法，所述风扇间隔件用于在风扇组件中放置在一对相邻的叶片之间，所述风扇间隔件包括间隔件主体，所述间隔件主体具有气流表面，所述气流表面成形为引导在所述一对相邻的叶片之间的空气并且在相对侧上成形为对应于所述一对相邻的叶片的形状，所述方法包括：

将包覆模制特征模制到所述间隔件主体上，所述包覆模制特征包括位于所述气流表面上的抗冲蚀涂层，并且在所述相对侧上包括密封件，所述密封件构造成密封于所述一对相邻的叶片；

所述抗冲蚀涂层和所述密封件彼此一体且完整地模制而成。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在模制所述包覆模制特征之前，还包括形成所述间隔件主体的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，形成所述间隔件主体包括放置多个层以限定所述间隔件主体的形状并且用树脂粘合剂将所述多个层粘合在一起。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

在多零件模具中形成该间隔件主体；

移除所述多零件模具的第一模具部分，以暴露位于所述间隔件主体上的所述气流表面，而不完全地从所述多零件模具移除所述间隔件主体；以及

在模制所述包覆模制特征之前，将第二模具部分放置在所述气流表面之上和所述多零件模具上，所述第二模具部分限定所述包覆模制特征的至少一部分。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述间隔件主体和所述第二模具部分之间的容积中模制所述包覆模制特征，以形成所述包覆模制特征。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述包覆模制特征包括尿烷材料。

16.一种气流部件，包括:

主体，所述主体包括成形为导引空气的气流表面并且具有界定所述气流表面的至少一个边缘；以及

包覆模制特征，所述包覆模制特征模制到所述主体的所述气流表面上，所述包覆模制特征包括位于所述气流表面上的抗冲蚀涂层和位于所述气流表面的所述至少一个边缘上的密封件；

所述抗冲蚀涂层和所述密封件彼此一体且完整地模制而成。

17.一种制造气流部件的方法，所述方法包括以下步骤：

将各织物层放置成成形件；

将所述织物层置于模具中；

注射树脂以包封所述成形件；

至少部分地固化所述树脂以产生主体；

移除所述模具的至少一个零件；

将所述主体封闭在模具中以用于包覆模制；

将包覆模制材料注射到所述主体的至少一个表面以产生位于所述主体的相对边缘处的密封件和位于所述密封件之间的翼型抗冲蚀涂层；

所述抗冲蚀涂层和所述密封件彼此一体且完整地模制而成。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述气流部件是风扇间隔件。