CN110219708A - 带有可调节的栅格结构的壳 - Google Patents
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Abstract
本发明提供壳和用于制造壳的方法。例如，提供限定径向方向、轴向方向、以及周向方向的壳。壳包括各自沿着轴向方向延伸的环形内壁和环形外壁，其中外壁与内壁径向地间隔开。壳还包括增长结构，增长结构从内壁延伸到外壁且包括多个栅格元件。每个栅格元件从内壁周向地且径向地延伸到外壁，并且，栅格元件彼此轴向地间隔开。增长结构可以限定至少一个孔口，以用于从增长结构的一个部分到另一部分的流体流，且/或可以构造成沿着轴向方向变更壳的热特性。壳可以例如通过添加制造而整体地形成为单个单块式构件。
Description
技术领域
本主题大体上涉及燃气涡轮发动机。更具体地，本主题涉及具有可以根据壳载荷条件而调节的在壁之间延伸的栅格结构的用于燃气涡轮发动机的双壁式壳。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心按串流顺序大体上包括压缩机区段、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，在该处一个或多个轴向压缩机使空气逐步地压缩，直到空气到达燃烧区段为止。燃料在燃烧区段内与压缩的空气混合并焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段导引到涡轮区段。穿过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，且然后穿过排气区段而导引至例如大气。
典型地，由单个某种材料的壁形成的壳或壳体环绕燃气涡轮发动机的核心。壳经历各种各样的载荷(诸如，热载荷、压力载荷以及机械载荷)，这影响到壳内的构件之间以及这样的构件与壳之间的空隙。例如，在发动机操作的时段内，转子叶片(例如，压缩机转子叶片和涡轮转子叶片)与壳的内表面之间的空隙由于转子生长和壳生长(例如通过转子的转速和旋转构件及壳的热膨胀)而变更。照此，空隙在操作时期内在相对大的空隙与相对小的空隙之间转变，这可能负面地影响到压缩机可操作性，提高构件效率的瞬态损耗，要求整个发动机中的提高的瞬态温度，以及提高尖端摩擦的倾向。通常，试图降低空隙可变性而使用一个或多个额外的系统或方案(诸如，主动空隙控制系统或压缩机放气)。这样的系统或方案典型地在降低发动机的效率的同时，增加重量且提高发动机的复杂性。
然而，诸如增长栅格结构(auxetic lattice structure)的结构能够结合到壳中，以抵抗生长且维持空隙，而不显著地增加壳的重量，且能够通过消除额外的系统(诸如，主动空隙控制系统)而减少总体发动机重量。增长结构抵抗预期的方向上的生长，并且，壳中的这样的被动结构的使用能够允许发动机的静态构件与旋转构件之间的时间常数的改进的匹配，以更好地维持壳内的空隙。而且，通过添加制造壳，壳能够合并用于改进发动机效率的其它特征，而不显著地增加壳的重量，且不负面地影响到发动机的制造和组装复杂性。
因此，改进的壳(诸如，已降低生长以维持随时间推移而产生的在燃气涡轮发动机的静态构件与旋转构件之间的空隙的壳)将为期望的。例如，具有带有在它们之间延伸的栅格结构的内壁和外壁的壳将为有益的，其中栅格结构抵抗由于机械载荷、压力载荷以及热载荷而导致的生长和/或壳改变。更具体地，通过添加制造而形成且具有增长栅格结构的整体式壳将为有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地阐明，或可以从描述显而易见，或可以通过实践本发明而得知。
在本主题的一个示例性实施例中，提供限定径向方向、轴向方向、以及周向方向的壳。壳包括沿着轴向方向延伸的环形内壁和沿着轴向方向延伸的环形外壁。外壁与内壁径向地间隔开。壳还包括从内壁延伸到外壁的增长结构。增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从内壁径向地延伸到外壁，且沿着周向方向周向地延伸。多个栅格元件中的每个彼此沿着轴向方向间隔开。至少一个孔口限定于增长结构中，以用于从增长结构的一个部分到增长结构的另一部分的流体流。而且，内壁、外壁、以及增长结构整体地形成为单个单块式构件。
在本主题的另一示例性实施例中，提供限定径向方向、轴向方向、以及周向方向的添加制造的壳。添加制造的壳包括沿着轴向方向延伸的环形内壁和沿着轴向方向延伸的环形外壁。外壁与内壁径向地间隔开。壳还包括从内壁延伸到外壁的增长结构。增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从内壁径向地延伸到外壁，且沿着周向方向周向地延伸。多个栅格元件中的每个彼此沿着轴向方向间隔开。增长结构构造成沿着轴向方向变更壳的热特性。
在本主题的另外的示例性实施例中，提供制造壳的方法。该方法包括：使添加材料层沉积于添加制造机器的底台(bed)上；以及选择性地将能量从能量源指引至添加材料层上，以使添加材料的一部分熔化且形成壳。壳限定径向方向、轴向方向、以及周向方向。壳包括沿着轴向方向延伸的环形内壁和沿着轴向方向延伸的环形外壁。外壁与内壁径向地间隔开。壳还包括从内壁延伸到外壁的增长结构。增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从内壁径向地延伸到外壁，且沿着周向方向周向地延伸。多个栅格元件中的每个彼此沿着轴向方向间隔开，并且，至少一个孔口限定于至少一个栅格元件中。
技术方案1. 一种壳，其限定径向方向、轴向方向、以及周向方向，所述壳包括：
环形内壁，其沿着所述轴向方向延伸；
环形外壁，其沿着所述轴向方向延伸，所述外壁与所述内壁径向地间隔开；以及
增长结构，其从所述内壁延伸到所述外壁，所述增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从所述内壁径向地延伸到所述外壁，且沿着所述周向方向周向地延伸，所述多个栅格元件彼此沿着所述轴向方向间隔开，
其中，至少一个孔口限定于所述增长结构中，以用于从所述增长结构的一个部分到所述增长结构的另一部分的流体流，
其中，所述内壁、外壁、以及增长结构整体地形成为单个单块式构件。
技术方案2. 根据技术方案1所述的壳，其特征在于，所述内壁沿着所述轴向方向间断，使得所述内壁包括多个内壁节段，且其中，开口限定于相邻的内壁节段之间。
技术方案3. 根据技术方案2所述的壳，其特征在于，与所述多个内壁节段的第一内壁节段相邻的所述增长结构在结构上不同于与所述多个内壁节段的第二内壁节段相邻的所述增长结构。
技术方案4. 根据技术方案3所述的壳，其特征在于，所述增长结构包括多个栅格部件，每个栅格部件相对于所述轴向方向而以一角度延伸，且其中，与所述第一内壁节段相邻的所述栅格部件的角度不同于与所述第二内壁节段相邻的所述栅格部件的角度，使得所述第一内壁节段在结构上不同于所述第二内壁节段。
技术方案5. 根据技术方案1所述的壳，其特征在于，所述外壁沿着所述轴向方向间断，使得所述外壁包括多个外壁节段，且其中，开口限定于相邻的外壁节段之间。
技术方案6. 根据技术方案5所述的壳，其特征在于，与所述多个外壁节段的第一外壁节段相邻的所述增长结构在结构上不同于与所述多个外壁节段的第二外壁节段相邻的所述增长结构。
技术方案7. 根据技术方案6所述的壳，其特征在于，所述增长结构包括多个栅格部件，每个栅格部件相对于所述轴向方向而以一角度延伸，且其中，与所述第一外壁节段相邻的所述栅格部件的角度不同于与所述第二外壁节段相邻的所述栅格部件的角度，使得所述第一外壁节段在结构上不同于所述第二外壁节段。
技术方案8. 根据技术方案1所述的壳，其特征在于，所述增长结构限定内流路和外流路，所述内流路限定成与所述内壁相邻，所述外流路限定成与所述外壁相邻，且其中，所述内流路通过沿着所述轴向方向延伸的分隔物部件而与所述外流路分离。
技术方案9. 一种添加制造的壳，其限定径向方向、轴向方向、以及周向方向，所述添加制造的壳包括：
环形内壁，其沿着所述轴向方向延伸；
环形外壁，其沿着所述轴向方向延伸，所述外壁与所述内壁径向地间隔开；以及
增长结构，其从所述内壁延伸到所述外壁，所述增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从所述内壁径向地延伸到所述外壁，且沿着所述周向方向周向地延伸，所述多个栅格元件彼此沿着所述轴向方向间隔开，
其中，所述增长结构构造成沿着所述轴向方向变更所述壳的热特性。
技术方案10. 根据技术方案9所述的添加制造的壳，其特征在于，所述内壁沿着所述轴向方向间断，使得所述内壁包括多个内壁节段，其中，开口限定于相邻的内壁节段之间，且其中，所述增长结构在至少两个相邻的内壁节段之间变更。
技术方案11. 根据技术方案9所述的添加制造的壳，其特征在于，所述外壁沿着所述轴向方向间断，使得所述外壁包括多个外壁节段，其中，开口限定于相邻的外壁节段之间，且其中，所述增长结构在至少两个相邻的外壁节段之间变更。
技术方案12. 根据技术方案9所述的添加制造的壳，其特征在于，所述增长结构包括第一增长区段和第二增长区段，所述第一增长区段在结构上不同于所述第二增长区段。
技术方案13. 根据技术方案12所述的添加制造的壳，其特征在于，所述壳是燃气涡轮发动机的壳体，且其中，所述第一增长区段限定成与所述燃气涡轮发动机的第一模块相邻，并且，所述第二增长区段限定成与所述燃气涡轮发动机的第二模块相邻，所述第二模块与所述第一模块轴向地隔开。
技术方案14. 根据技术方案12所述的添加制造的壳，其特征在于，所述壳是燃气涡轮发动机的壳体，且其中，所述第一增长区段限定成与所述燃气涡轮发动机的涡轮区段的第一级相邻，并且，所述第二增长区段限定成与所述涡轮区段的第二级相邻，所述第二级位于所述第一级的下游。
技术方案15. 根据技术方案12所述的添加制造的壳，其特征在于，每个栅格元件包括多个栅格部件，每个栅格部件相对于所述轴向方向而以一角度延伸，且其中，所述第一增长区段中的所述栅格部件的角度不同于所述第二增长区段中的所述栅格部件的角度。
技术方案16. 根据技术方案9所述的添加制造的壳，其特征在于，所述外壁包括外壁凸缘，所述外壁凸缘从所述外壁径向地向外延伸，且与所述外壁构成整体。
技术方案17. 根据技术方案16所述的添加制造的壳，其特征在于，凸缘开口限定于所述外壁凸缘中。
技术方案18. 根据技术方案17所述的添加制造的壳，其特征在于，所述凸缘开口接纳紧固件，以将所述添加制造的壳与配合结构组装。
技术方案19. 一种制造壳的方法，所述方法包括：
使添加材料层沉积于添加制造机器的底台上；以及
选择性地将能量从能量源指引至所述添加材料层上，以使所述添加材料的一部分熔化且形成所述壳，所述壳限定径向方向、轴向方向、以及周向方向，所述壳包括：
环形内壁，其沿着所述轴向方向延伸；
环形外壁，其沿着所述轴向方向延伸，所述外壁与所述内壁径向地间隔开；以及
增长结构，其从所述内壁延伸到所述外壁，所述增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从所述内壁径向地延伸到所述外壁，且沿着所述周向方向周向地延伸，所述多个栅格元件彼此沿着所述轴向方向间隔开，
其中，至少一个孔口限定于至少一个栅格元件中。
技术方案20. 根据技术方案19所述的方法，其特征在于，所述内壁、外壁、以及增长结构整体地形成为单个单块式构件。
参考下文的描述和所附权利要求书，将更清楚地理解本发明的这些及其它特征、方面以及优点。合并于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且，附图连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中，对针对本领域普通技术人员的本发明的详尽且开放的公开(包括本发明的最佳模式)进行阐明，参考附图而进行该阐明，在附图中：
图1提供根据本主题的各种实施例的包括声衬(acoustic liner)的示例性燃气涡轮发动机的示意横截面图；
图2提供根据本主题的示例性实施例的燃气涡轮发动机的整体式壳的一部分的示意横截面图，壳具有内壁、外壁、以及从内壁延伸到外壁的栅格结构；
图3提供根据本主题的示例性实施例的具有各种栅格结构和间断内壁的整体式壳的一部分的示意横截面图；
图4提供根据本主题的示例性实施例的具有间断外壁的整体式壳的一部分的示意横截面图；
图5提供根据本主题的示例性实施例的具有间断内壁、内流路、以及外流路的整体式壳的一部分的示意横截面图，其中多个孔口限定于壳的栅格结构中，以允许沿着每个流路的流体流；
图6A、6B、6C以及6D提供根据本主题的各种实施例的整体式壳的外壁的一部分的示意横截面图；
图7提供根据本主题的示例性实施例的用于形成整体式壳的方法的流程图；
图8A和图8B提供根据本主题的示例性实施例的具有内壁、外壁、以及从内壁延伸到外壁的栅格结构的整体式壳的一部分的示意横截面图，其中栅格结构周向地间断；
图9A和图9B提供根据本主题的示例性实施例的具有内壁、外壁、以及从内壁延伸到外壁的栅格结构的整体式壳的一部分的示意横截面图，其中用于流体通路的管延伸穿过栅格结构；
图10A和图10B提供根据本主题的示例性实施例的具有内壁、外壁、以及从内壁延伸到外壁的栅格结构的整体式壳的一部分的示意横截面图，其中栅格结构以带有在栅格结构的区段之间的开放区的图案构建。
部件列表
10 涡扇喷气发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 核心涡轮发动机
18 外壳
19 壳的内表面
20 入口
22 低压压缩机
24 高压压缩机
26 燃烧区段
28 高压涡轮
30 低压涡轮
32 喷气排气区段
34 高压轴/卷轴
36 低压轴/卷轴
38 风扇
40 叶片
42 盘
44 促动部件
46 动力齿轮箱
48 机舱
50 风扇壳或机舱
52 出口导向导叶
54 下游区段
56 旁通空气流通路
58 空气
60 入口
62 空气的第一部分
64 空气的第二部分
66 燃烧气体
68 定子导叶
70 涡轮转子叶片
72 定子导叶
74 涡轮转子叶片
76 风扇喷嘴排气区段
78 热气路径
80 压缩机转子叶片
82 压缩机定子导叶
84 压缩机转子叶片尖端
100 整体式壳
102 外壁
104 内壁
106 栅格/增长结构
108 内表面
110 内表面108与尖端112之间的间隙
112 涡轮转子叶片70的尖端
114 栅格元件
116 栅格部件
118 内壁节段
118a 第一内壁节段
118b 第二内壁节段
118c 第三内壁节段
120 内壁节段118之间的开口
122 栅格或增长区段
122a 第一增长区段
122b 第二增长区段
122c 第三增长区段
124 外壁节段
126 外壁节段124之间的开口
128 分隔物部件
130 内流路
132 外流路
134 第一孔口
136 栅格元件114的内部部分
138 第二孔口
140 栅格元件114的外部部分
142 外壁凸缘
144 凸缘开口
146 紧固件
148 配合结构
150 流体通道
152 管
154 开放区
700 制造壳100的方法
710 使添加材料层沉积于添加制造机器的底台上
720 选择性地将能量从能量源指引至添加材料层上，以使添加材料的一部分熔化且形成壳
R 径向方向
A 轴向方向
C 周向方向
α、β、γ 栅格部件与轴向方向之间的角度。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中，图示本实施例的一个或多个示例。详述使用数字标示和字母标示来指附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标示已用于指本发明的相似或类似的零件。如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”以及“第三”可以能互换地用于将一个构件与另一个区分开，而不旨在表明个别的构件的位置或重要性。术语“前部”和“后部”指发动机内的相对位置，其中前部指更接近于环境空气入口的位置，并且，后部指更接近于发动机的排气喷嘴的位置。术语“上游”和“下游”指相对于流体途径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指流体流自的方向，并且，“下游”指流体流至的方向。而且，如本文中所使用的，近似术语(诸如，“近似地”、“基本上”或“大约”)指属于百分之十的误差容限内。
本主题大体上针对壳和用于添加制造壳的方法。本文中所描述的壳是整体式结构，其包括轴向地延伸的环形内壁、与内壁径向地间隔开的轴向地延伸的环形外壁、以及从内壁延伸到外壁的栅格结构。栅格结构包括多个栅格元件，这些栅格元件各自从内壁周向地延伸到外壁，且彼此轴向地间隔开。优选地，栅格结构是增长栅格结构，并且，壳是燃气涡轮发动机的壳。在具体的实施例中，每个栅格元件在其中限定孔口，以由此限定穿过栅格结构的流体流路。在还要其它的实施例中，栅格结构轴向地变更，使得壳具有沿着轴向方向不同的热特性。
通过使壳的各种部分结合到单件式结构中，壳能够与相邻的构件热匹配，例如，以减小相邻的构件之间的热生长的差异，且由此维持壳与这样的构件之间的空隙。而且，壳能够全体地(即，作为整体)热匹配，或局部地热匹配(即，壳的一个节段或区段能够与相邻的构件热匹配，而壳的另一节段或区段与其相邻的构件热匹配)。这样的热匹配可以改进燃气涡轮发动机的压缩机和涡轮区段中的轴对称和非轴对称的稳态和瞬态空隙，这能够降低构件效率的瞬态损耗、降低整个发动机中的瞬态温度、降低转子叶片尖端摩擦的倾向、以及/或者减小稳态操作空隙。而且，本文中所描述的壳可以减少对主动空隙控制系统和/或其它不那么高效的控制壳的热膨胀的器件的需要。此外，通过添加制造壳，壳能够针对特定发动机、特定发动机模块、以及/或者特定压缩机和/或涡轮级而热调节，而不明显地影响到壳的重量、成本、供应链递送调度、或认证。添加制造的壳还可以合并一个或多个冷却和/或冷却空气分布方案、再循环尖端处置方案、以及/或者除尘方案(诸如，气旋式冷却空气净化器)。
现在参考附图，其中在所有图中，同一数字指示相同元件，图1是按照本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意横截面图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡扇喷气发动机10(其在本文中被称为“涡扇发动机10”)。如图1中所示出的，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于纵向中心线12(其被提供以供参考)而延伸)和径向方向R。大体上，涡扇10包括风扇区段14和核心涡轮发动机16，核心涡轮发动机16安置于风扇区段14的下游。
所描绘的示例性核心涡轮发动机16大体上包括限定环形入口20的基本上管状的外壳18。外壳18以串流关系包围：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或卷轴34使HP涡轮28驱动式地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或卷轴36使LP涡轮30驱动式地连接到LP压缩机22。在涡扇发动机10的其它实施例中，可以提供额外的卷轴，使得发动机10可以描述为多卷轴发动机。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有多个风扇叶片40，这些风扇叶片40以间隔开的方式联接到盘42。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。风扇叶片40和盘42是通过LP轴36围绕纵向轴线12一起可旋转的。在一些实施例中，可以包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，以用于使LP轴36的转速逐步降低到更高效的旋转风扇速度。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的前机舱48覆盖，前机舱48空气动力学地成轮廓，以促进穿过多个风扇叶片40的空气流。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，环形风扇壳或外机舱50周向地环绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当意识到，机舱50可以构造成由多个周向地隔开的出口导向导叶52相对于核心涡轮发动机16而支撑。此外，机舱50的下游区段54可以在核心涡轮发动机16的外部部分之上延伸，以便在它们之间限定旁通空气流通路56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58穿过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60而进入涡扇10。随着该一定体积的空气58横穿风扇叶片40，如箭头62所指示的空气58的第一部分被指引或导引至旁通空气流通路56中，并且，如箭头64所指示的空气58的第二部分被指引或导引至LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比一般被称为旁通比。然后，空气的第二部分64的压力在其被导引穿过高压(HP)压缩机24且导引至燃烧区段26中时增加，在燃烧区段26中，空气的第二部分64与燃料混合且焚烧，以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导引穿过HP涡轮28，在该处来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳18 的HP涡轮定子导叶68和联接到HP轴或卷轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级而提取，因此促使HP轴或卷轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被导引穿过LP涡轮30，在该处热能和动能的第二部分经由联接到外壳18的LP涡轮定子导叶72和联接到LP轴或卷轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级而从燃烧气体66提取，因此促使LP轴或卷轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导引穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时地，空气的第一部分62的压力在空气的第一部分62从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导引穿过旁通空气流通路56时显著地增加，同样地提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30、以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定用于将燃烧气体66导引穿过核心涡轮发动机16的热气路径78。
将意识到，虽然关于具有核心涡轮发动机16的涡扇10而描述，但本主题可以可适用于其它类型的涡轮机械。例如，本主题可以适合于与涡轮螺桨发动机、涡轴发动机、涡轮喷气发动机、工业和船用燃气涡轮发动机、以及/或者辅助动力单元一起使用或在它们之中使用。
现在参考图2，根据本主题的示例性实施例而提供整体式壳100的示意横截面图。在示例性实施例中，整体式壳100至少部分地包围涡扇发动机10的核心涡轮发动机16的压缩机区段22、24、燃烧区段26、以及涡轮区段28、30。因此，整体式壳100可以形成上述的外壳18。在其它实施例中，整体式壳100可以围绕风扇38延伸，且因此可以形成外机舱50。在还要其它的实施例中，整体式壳100可以形成用于涡扇发动机10的其它部分的壳体。
整体式壳100包括环形外壁102和环形内壁104。外壁102和内壁104中的每个沿着轴向方向A延伸。外壁102与内壁104径向地间隔开。即，内壁104限定于外壁102的径向内部，使得外壁周向地环绕内壁104。栅格结构106从内壁104径向地延伸到外壁102，由此使内壁104和外壁102连接。如在本文中更详细地描述的，栅格结构106可以是增长结构(即，带有例如抵抗预期的生长方向上的热生长的负泊松比的结构)。而且，栅格结构106可以被调节，以响应于跨过或沿着壳100的轴向长度而传输的机械载荷，且响应于压力载荷和热生长，例如，以严格地控制转子尖端空隙。外壁102、内壁104、以及栅格结构106整体地形成为单个单块式构件。
大体上，本文中所描述的整体式壳100的示例性实施例可以使用任何合适的过程来制造或形成。然而，按照本主题的若干方面，整体式壳100可以使用添加制造过程(诸如，3D打印过程)来形成。这样的过程的使用可以允许整体式壳100整体地形成为单个单块式构件或任何合适的数量的子构件。具体地，制造过程可以允许壳100整体地形成，且包括在使用先前的制造方法时不可能得到的各种各样的特征。例如，本文中所描述的添加制造方法实现带有外壁102与内壁104之间的栅格结构106的一种或多种构造以及不可能使用先前的制造方法来得到的其它特征的具有任何合适的尺寸和形状的壳的制造。在本文中描述这些新型特征中的一些。
如本文中所使用的，术语“添加制造”或“添加制造技术或过程”大体上指如下的制造过程：其中，(一个或多个)连续材料层设置在彼此上，以逐层地“建立”三维构件。连续层大体上熔化在一起，以形成单块式构件(其可以具有各种各样的整体式子构件)。虽然添加制造工艺在本文中描述为通过(典型地沿竖直方向)逐点地、逐层地构建物体而实现复杂物体的制作，但其它制作方法是可能的，且在本主题的范围内。例如，虽然本文中的讨论指添加材料以形成连续层，但本领域技术人员将意识到，本文中所公开的方法和结构可以利用任何添加制造技术或制造工艺来实践。例如，本发明的实施例可以使用加层过程、减层过程、或混合过程。
按照本公开的合适的添加制造技术包括例如熔化沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、3D打印(诸如，通过喷墨打印机和激光打印机)、立体光刻(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔融(EBM)、激光工程化净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔融(DSLM)、选择性激光熔融(SLM)、直接金属激光熔融(DMLM)、以及其它已知的过程。
除了使用直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)过程(其中，能量源用于选择性地使粉末层的部分烧结或熔融)之外，还应当意识到，根据备选实施例，添加制造过程可以是“粘结剂喷射”过程。在这点上，粘结剂喷射涉及使添加粉末层以如上所述的类似方式连续地沉积。然而，代替使用能量源来生成能量束以选择性地使添加粉末熔融或熔化，粘结剂喷射涉及选择性地使液体粘合剂沉积到每个粉末层上。液体粘合剂可以是例如可光固化型聚合物或另一种液体粘接剂。其它合适的添加制造方法和变型旨在属于本主题的范围内。
本文中所描述的添加制造过程可以用于使用任何合适的材料来形成构件。例如，该材料可以是塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂或可以处于固体、液体、粉末、片材、线材或任何其它合适的形式的任何其它合适的材料。更具体地，根据本主题的示例性实施例，本文中所描述的添加制造的构件可以由以下的材料部分地、全部地、或以某种组合形成：包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢、以及镍或钴基超合金(例如，可从特殊金属公司购得的在Inconel®的名称下购得的材料)。这些材料是适合于在本文中所描述的添加制造过程中使用的材料的示例，且大体上可以被称为“添加材料”。
另外，本领域技术人员将意识到，各种各样的材料和用于粘接那些材料的方法可以使用，且预期为属于本公开的范围内。如本文中所使用的，对“熔化”的引用可以指用于产生上文的材料中的任一种的粘接层的任何合适的过程。例如，如果物体由聚合物制成，则熔化可以指产生聚合物材料之间的热固性粘接。如果物体是环氧树脂，则粘接可以通过交联过程而形成。如果材料是陶瓷，则粘接可以通过烧结过程而形成。如果材料是粉末状金属，则粘接可以通过熔融或烧结过程而形成。本领域技术人员将意识到，使材料熔化以通过添加制造而制成构件的其它方法是可能的，并且，目前公开的主题可以利用那些方法来实践。
此外，本文中所公开的添加制造过程允许单个构件由多种材料形成。因而，本文中所描述的构件可以由上文的材料的任何合适的混合物形成。例如，构件可以包括使用不同的材料、过程、以及/或者在不同的添加制造机器上形成的多个层、节段、或零件。以此方式，可以构建具有不同的材料和材料性质的构件，以用于满足任何具体应用的需求。而且，虽然本文中所描述的构件完全地通过添加制造过程而构建，但应当意识到，在备选实施例中，这些构件中的全部或一部分可以经由铸造、机加工、以及/或者任何其它合适的制造过程而形成。实际上，材料和制造方法的任何合适的组合可以用于形成这些构件。
现在将描述示例性添加制造过程。添加制造过程使用构件的三维(3D)信息(例如，三维计算机模型)来制作构件。因此，构件的三维设计模型可以在制造之前限定。在这点上，可以扫描构件的模型或原型，以确定构件的三维信息。作为另一示例，构件的模型可以使用合适的计算机辅助设计(CAD)程序来构建，以限定构件的三维设计模型。
设计模型可以包括构件的整个构造(包括构件的外表面和内表面两者)的3D数字坐标。例如，设计模型可以限定主体、表面、以及/或者内部过道(诸如，开口、支撑结构等)。在一个示例性实施例中，三维设计模型转换成例如沿着构件的中心(例如，竖直)轴线或任何其它合适的轴线的多个切片或节段。对于预定高度的切片，每个切片可以限定构件的薄横截面。多个连续横截面切片一起形成3D构件。构件然后逐切片地或逐层地“建立”，直到完成为止。
以此方式，本文中所描述的构件可以使用添加过程来制作，或更具体地，例如通过使用激光能量或热来使塑料熔化或聚合，或通过使金属粉末烧结或熔融，从而连续地形成每个层。例如，具体类型的添加制造过程可以使用能量束(例如，电子束或电磁辐射(诸如，激光束))来使粉末材料烧结或熔融。可以使用任何合适的激光和激光参数(包括关于功率、激光束光斑尺寸、以及扫描速度的考虑因素)。构建材料可以由对于特别是在高温下提高的强度、耐久性、以及使用寿命而选择的任何合适的粉末或材料形成。
每个连续层可以是例如大约10 μm与200 μm之间，然而，根据备选实施例，厚度可以基于任何数量的参数而选择，且可以是任何合适的尺寸。因此，利用上述的添加形成方法，本文中所描述的构件可以具有与在添加形成过程期间利用的相关联的粉末层的一个厚度(例如，10 μm)一样薄的横截面。
另外，利用添加过程，构件的表面光洁度和特征可以取决于应用而按需变更。例如，尤其是在与零件表面相对应的横截面层的周缘，通过在添加过程期间选择适当的激光扫描参数(例如，激光功率、扫描速率、激光聚焦光斑尺寸等)，从而可以调整表面光洁度(例如，使表面光洁度更光滑或更粗糙)。例如，可以通过增大激光扫描速率或减小所形成的熔融池的尺寸而达到更粗糙的光洁度，并且，可以通过减小激光扫描速率或增大所形成的熔融池的尺寸而达到更光滑的光洁度。扫描图案和/或激光功率还能够改变，以改变所选择的区中的表面光洁度。
值得注意地，在示例性实施例中，先前由于制造约束而不可能得到本文中所描述的构件的若干特征。然而，本发明者已有利地利用添加制造技术中的当前进展来大体上按照本公开而开发这样的构件的示例性实施例。虽然本公开大体上不限于使用添加制造来形成这些构件，但添加制造提供各种各样的制造优点(包括易于制造、成本降低、准确度更大等)。
在这点上，利用添加制造方法，即使多零件式构件也可以形成为单件连续金属，且可以因而包括与先前的设计相比而较少的子构件和/或接头。通过添加制造而整体地形成这些多零件式构件可以有利地改进总体组装过程。例如，整体式形成减少必须组装的单独的零件的数量，因而缩短相关联的时间且降低总体组装成本。另外，关于例如单独的零件之间的泄漏、接头质量以及总体性能的存在的问题可以有利地减少。
而且，上述的添加制造方法实现本文中所描述的构件的更错综复杂得多的形状和轮廓。例如，这样的构件可以包括薄添加制造层和唯一的流体过道(诸如，由与内壁和外壁整体地形成的增长结构限定的内流路和外流路，增长结构在内壁和外壁之间延伸)。另外，添加制造过程实现具有不同的材料的单个构件的制造，使得构件的不同的部分可以表现出不同的性能特性。制造过程的连续添加性质实现这些新型特征的构建。结果，本文中所描述的构件可以表现出改进的性能和可靠性。
如在上文中参考图2而描述的，涡扇发动机10包括整体式壳100，整体式壳100例如包围核心涡轮发动机16的压缩机区段22、24、燃烧区段26、以及涡轮区段28、30。如在图2中具体地图示的，壳100可以与HP涡轮28的转子翼型件或叶片70相邻而延伸。整体式壳100的内壁104限定内表面108。在内表面108与涡轮转子叶片70的尖端112之间限定间隙110。如在本文中更详细地描述的，整体式壳100构造成使得间隙110随时间推移而基本上维持，即，壳100响应于载荷(例如，热载荷)，使得内表面108与尖端112之间的间隙110在发动机10的操作期间保持大体上不变。例如，整体式壳100可以基本上与涡轮转子叶片70热匹配，以实质上维持叶片70与壳100之间的间隙110。
在所描绘的实施例中，栅格结构106是从内壁104延伸到外壁102的增长结构106。栅格或增长结构106包括多个栅格元件114。每个栅格元件114在外壁102与内壁104之间沿着周向方向C延伸，使得栅格元件114从内壁104周向地延伸到外壁102。而且，多个栅格元件114沿着轴向方向A彼此间隔开。
如图2中所示出的，每个栅格元件114包括多个栅格部件116。每个栅格部件116相对于轴向方向A而以角度α延伸。角度α可以为大约5°与大约35°之间，例如，在具体实施例中，为大约30°。参考图3，栅格部件116可以同样地以其它角度延伸。例如，栅格部件116可以相对于轴向方向A而以角度β延伸，且/或栅格部件116可以相对于轴向方向A而以角度γ延伸。角度β可以为大约35°与大约65°之间，例如，在一些实施例中，为大约60°，并且，角度γ可以为大约65°与大约85°之间，例如，在示例性实施例中，为大约70°。而且，如图3中所图示的，栅格结构106可以具有不同的横截面构造(诸如，如在图3的左手边和右手边示出的沙漏构造和/或如图3的中间所示出的蜂窝或六角形构造)。同样地可以使用其它横截面构造。
如在图3中进一步示出的，内壁104可以沿着轴向方向A间断，使得内壁104包括多个内壁节段118。开口120限定于相邻的内壁节段118之间。而且，在所描绘的实施例中，与一个内壁节段118相邻的栅格结构106不同于与其它内壁节段118相邻的栅格结构106，使得栅格结构106沿着轴向方向A变更。即，与多个内壁节段118中的第一内壁节段118a相邻的栅格结构106在结构上不同于与第二内壁节段118b相邻的栅格结构106以及与第三内壁节段118c相邻的栅格结构106。因此，栅格或增长结构106可以包括多个区段122，例如，与第一内壁节段118a相邻的第一增长区段122a、与第二内壁节段118b相邻的第二增长区段122b、以及与第三内壁节段118c相邻的第三增长区段122c。
如先前所描述的，形成栅格结构106的栅格元件114的栅格部件116可以相对于轴向方向A而处于不同的角度，以限定与不同的内壁节段118相邻的在结构上不同的栅格结构106。例如，第一增长区段122a中的栅格部件116的角度可以不同于第二增长区段122b中的栅格部件116的角度。作为更具体的示例，第三增长区段122c的栅格部件116可以相对于轴向方向A而处于角度α，而第二增长区段122b的栅格部件116可以相对于轴向方向A而处于角度β。另外或备选地，栅格结构106可以具有与内壁节段118中的至少两个相邻的不同的横截面构造(诸如，如图3中所示出的沙漏构造和六角形构造)。
转到图4，在其它实施例中，外壁102(而非内壁104或除了内壁104之外)可以沿着轴向方向A间断，使得外壁102包括多个外壁节段124。开口126限定于相邻的外壁节段之间。在图4中所描绘的实施例中，栅格结构106未沿着轴向方向A变更，但将意识到，如图3的实施例那样，与一个外壁节段124相邻的栅格结构106能够不同于与其它外壁节段124相邻的栅格结构106，使得栅格结构106沿着轴向方向A变更。即，与多个外壁节段124中的第一外壁节段124a相邻的栅格结构106可以在结构上不同于与第二外壁节段124b相邻的栅格结构106、以及第三外壁节段124c相邻的栅格结构106。因而，在外壁102间断且栅格结构106沿着轴向方向A变更的实施例中，栅格或增长结构106可以包括多个区段122，例如，与第一外壁节段124a相邻的第一增长区段122a、与第二外壁节段124b相邻的第二增长区段122b、以及与第三外壁节段124c相邻的第三增长区段122c。如关于图3而描述的，栅格结构106可以例如通过具有相对于轴向方向A的不同的角度(例如，一个区段122中的角度α、另一区段122中的角度β、以及又一区段122中的角度γ)的栅格部件116且/或通过变更横截面几何形状或构造而在区段122之间在结构上不同。
例如，如图3中所图示的，在栅格结构106沿着轴向方向A变更时，整体式壳100具有沿着轴向方向A不同的热特性。更具体地，外壁102和内壁104的厚度以及栅格结构106的构造对壳100的热响应造成影响。例如，如先前所描述的，增长栅格结构106抵抗与热生长相关联的生长运动，并且，具体增长结构的抵抗程度能够对于具体应用(例如，基于其部件116相对于轴向方向的角度和/或结构的横截面构造)而调节。而且，在壳100包围燃气涡轮发动机构件(诸如，示例性发动机10的燃烧区段26和涡轮区段28、30)的情况下，燃烧气体66在壳100内流动，且更具体地，内壁104形成气体流路的径向外边界。将意识到，栅格结构106将热从内壁104(其与燃烧气体66相邻)沿着栅格元件114传导至外壁102。沿着栅格结构106的热传导对外壁102热膨胀多少及其对内壁104的热生长的抵抗造成影响。变更栅格结构106从而对沿着栅格元件114传导多少热造成影响，这继而对外壁102的热响应造成影响。
因而，在外壁102和内壁104的厚度遍及整体式壳100的轴向长度而保持恒定的情况下，沿着轴向方向A变更栅格结构106的构造允许壳100的不同的部分具有不同的热响应。例如，在一个实施例中，第一增长区段122a限定成与核心燃气涡轮发动机16的第一模块相邻，并且，第二增长区段122b限定成与发动机16的第二模块相邻，使得第二模块与第一模块轴向地隔开。第一模块可以是例如压缩机区段22、24，并且，第二模块可以是例如涡轮区段28、30。在另一实施例中，第一增长区段122a限定成与核心燃气涡轮发动机16的涡轮区段(诸如，HP涡轮区段28或LP涡轮区段30)的第一级相邻，并且，第二增长区段122b限定成与涡轮区段的第二级相邻，使得第二级位于第一级的下游。
当然，整体式壳100可以包括一个、两个、三个、或更多个不同的栅格或增长区段122。在壳100安装于燃气涡轮发动机中的情况下，每个不同的区段122可以定位成与发动机的模块(诸如，LP压缩机区段、HP压缩机区段、燃烧区段、HP涡轮区段、或LP涡轮区段)相邻。备选地，栅格或增长结构106可以在燃气涡轮发动机的一个或多个模块的级之间变更。以此方式，整体式壳100的热响应可以对于发动机的具体部分而调节。更具体地，壳100可以构建成使得与具体模块或级相邻的栅格结构106帮助确保壳100实质上与具体模块或级热匹配。照此，壳100可以按与模块或级中的旋转硬件基本上相同的速率热膨胀，以维持壳100与旋转构件之间的空隙。而且，栅格结构106可以例如通过选择其部件116的角度或其横截面形状而构造，以响应于壳100上的机械载荷和/或压力载荷，来维持转子尖端空隙。维持静态壳100与旋转构件之间的空隙例如帮助发动机贯穿整个操作时期高效地操作。
现在参考图5，一个或多个流路可以限定于栅格结构106内。例如，在所图示的实施例中，栅格结构包括沿着轴向方向A延伸的分隔物部件128。而且，栅格结构106限定内流路130和外流路132，使得分隔物部件128使内流路130与外流路132分离。内流路130限定成与内壁104相邻，并且，外流路132限定成与外壁102相邻。内流路130和外流路132中的每个在壳100内轴向地延伸。至少一个第一孔口134限定于每个栅格元件114的径向内部部分136上，使得至少一个孔口134限定于内流路130内。类似地，至少一个第二孔口138限定于每个栅格元件114的径向外部部分140上，使得至少一个第二孔口138限定于外流路132内。照此，孔口134、138为轴向地流过栅格结构106的流体提供开口，使得第一孔口134帮助限定内流路130，并且，第二孔口138帮助限定外流路132。
因此，内流路130和外流路132可以用于提供壳100的外壁102与内壁104之间的空间内的流体流。例如，内流路130和外流路132中的一个或两者可以用于冷却空气的流动，这可以使壳100冷却，且/或可以(例如，在具有间断内壁104的实施例中，通过内壁节段118之间的开口120)被引入到由壳100限定的流路中，以使由壳100限定的流路内的构件冷却。作为另一示例，内流路130可以在壳100的与例如燃气涡轮发动机的压缩机区段相邻的节段中利用，以给压缩机的转子叶片提供再循环尖端处置。再循环尖端处置排放通过燃气涡轮发动机的工作流体的下游流的一部分，将工作流体流路的外侧的下游流导引回到转子叶片的上游，且指引叶片尖端处的较高压力的流体。再循环尖端处置使转子叶片的尖端处的流动质量恢复，以降低尖端空隙(即，转子叶片尖端与壳100的内壁104之间的间隙)的作用。因而，如图5中所图示的，内壁104中的下游开口120可以用于将下游工作流体F排放于压缩机转子叶片80与定子导叶82之间。内流路130可以用于将工作流体F导引回到上游，并且，上游开口120可以用于将工作流体F向压缩机转子叶片80的尖端84指引。
在图5的示例性实施例中，外流路132可以用于冷却流体的流，使得在再循环尖端处置中利用内流路130，且在使壳100和/或工作流体的流路内的构件冷却中利用外流路132。在其它实施例中，整体式壳100可以在外壁102与内壁104之间仅限定一个流路，或可以在外壁102与内壁104之间限定多于两个流路。此外，外壁102与内壁104之间的一个或多个流路可以轴向地、径向地、以及/或者周向地提供流体流，而不需要局限于接近外壁102或内壁104而提供流体流。例如，流路可以限定于外壁102与内壁104之间，以允许流体周向地移动，例如，以在壳100的特定周向位置处提供冷却。一个或多个孔口(诸如或类似于孔口134、138)可以限定于栅格结构106中，以用于供流体从栅格结构106的一个部分流动到栅格结构106的另一部分(其可以定位成与栅格结构106的流体流自的部分径向地、轴向地、以及/或者周向地相邻)。将意识到，使用添加制造方法来形成栅格结构106允许栅格结构106的设计上的自由，以在外壁102与内壁104之间的任何合适的位置处限定一个或多个流路。
现在转到图6A-6D，在一些实施例中，整体式壳100的外壁102包括沿着径向方向R延伸(即，从外壁102径向地向外延伸)的一个或多个外壁凸缘142。外壁凸缘142能够提高外壁102的刚度和硬度，由此给整体式壳100增加相当大的强度，而不存在壳100的重量的显著增加。另外，更硬的外壁102可能迫使壳100通过栅格结构106且到内壁104上的热生长运动。因而，外壁凸缘142可能影响到整体式壳100的热响应。
而且，凸缘142可以限定穿过其的一个或多个凸缘开口144。凸缘开口144允许将壳100组装到配合结构，例如，凸缘开口144促进将附件或其它构件装配到整体式壳100或将壳100装配于燃气涡轮发动机(诸如，涡扇发动机10)内。另外或备选地，在壳100轴向地分段的实施例中，凸缘开口144可以用于使相邻的壳节段联接。例如，轴向地分段的壳100可以包括各自整体地形成的两个或更多个节段(即，每个节段具有整体地形成为单个单块式构件的外壁102、内壁104、以及栅格结构106)，且然后螺栓连接在一起，以使壳的组装和维护简化。
如在所图示的实施例中示出的，外壁凸缘142与外壁102整体地形成，且因而与内壁104和栅格结构106整体地形成，使得凸缘142是单个单块式壳构件的一部分。此外，虽然图6A-6D提供仅示出外壁102的一部分的示意横截面图，但将意识到，外壁102优选地在形状上为环形，使得外壁凸缘142同样地为环形，且围绕轴向中心线12周向地延伸。而且，如图中所描绘的，外壁凸缘142可以具有各种各样的构造。参考图6A，外壁102包括壳100的前端处的外壁凸缘142和壳100的后端处的外壁凸缘142。凸缘142中的每个限定穿过其的凸缘开口144。紧固件146延伸穿过壳100的前端上的凸缘开口144，以使壳100附接或联接到配合结构148，配合结构148可以是附件、发动机10的另一构件、等等。每个凸缘开口144可以构造成接纳紧固件146，以将壳100与一个或多个配合结构148组装。
如图6B和图6C中所图示的，在其它实施例中，外壁102包括前后凸缘142之间的一个或多个中间外壁凸缘142；中间凸缘142可能或可能未在其中限定凸缘开口。中间凸缘142可以具有与前后凸缘142(诸如，图6C中所示出的凸缘142)相同的高度h或径向长度。备选地，中间凸缘142可以具有与前后凸缘142不同的高度(诸如，图6B的实施例的中间凸缘142(其比前后凸缘142更短))。参考图6D，在还要其它的实施例中，外壁102仅包括中间外壁凸缘142，即，外壁102不包括前外壁凸缘142或后外壁凸缘142，并且，中间凸缘142未在其中限定凸缘开口144。然而，在其它实施例中，中间凸缘142可以限定一个或多个凸缘开口144，例如，以用于将一个或多个附件等与壳100组装。将意识到，在图6B和图6C中图示且能够限定于图6D的中间凸缘142中的凸缘开口144还可以接纳紧固件146，使得例如，如图6A中所图示的，示例性壳100可以与一个或多个配合结构148组装。另外，如图6A-6D中所图示的，外壁凸缘142的厚度t或轴向长度可以变更。例如，图6A中的外壁凸缘142比图6B中的外壁凸缘142更厚。在一些实施例中，整体式壳100的一个或多个外壁凸缘142的厚度t可以不同于壳100的至少一个其它凸缘142的厚度t，例如，前后凸缘142可以比中间凸缘142更厚，或反之亦然。
应当意识到，在本文中仅出于解释本主题的方面的目的而描述整体式壳100。例如，整体式壳100将在本文中用于描述示例性构造、构建、以及制造整体式壳100的方法。应当意识到，本文中所讨论的添加制造技术可以用于制造用于在任何合适的装置中、出于任何合适的目的、且在任何合适的行业中使用的其它壳或类似构件。因而，本文中所描述的示例性构件和方法仅用于图示本主题的示例性方面，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
既然已提出根据本主题的示例性实施例的整体式壳100的构建和构造，提供用于形成根据本主题的示例性实施例的整体式壳的示例性方法700。方法700能够被制造商用于形成整体式壳100、或任何其它合适的壳或壳体。应当意识到，示例性方法700仅在本文中讨论来描述本主题的示例性方面，而不旨在为限制性的。
现在参考图7，方法700包括在步骤710使添加材料层沉积于添加制造机器的底台上。方法700还包括在步骤720选择性地将能量从能量源指引至添加材料层上，以使添加材料的一部分熔化且形成壳。例如，使用来自上文的示例，可以形成整体式壳100，以用于包围涡扇喷气发动机10的核心涡轮发动机16的压缩机区段22、24、燃烧区段26、以及涡轮区段28、30。
添加制造的壳可以包括：环形外壁102；环形内壁104，其限定于外壁102的径向内部，使得外壁102周向地环绕内壁104，且与内壁104径向地间隔开；以及栅格结构106，其从内壁104延伸到外壁102。在添加制造的壳100的示例性实施例中，栅格结构106是包括多个栅格元件114的增长栅格结构106。每个栅格元件114从内壁104周向地延伸到外壁102，并且，多个栅格元件114沿着轴向方向A彼此间隔开。值得注意地，根据示例性实施例，外壁102、内壁104、以及栅格结构106整体地形成为单个单块式构件。
图7出于图示和讨论的目的而描绘按具体顺序执行的步骤。使用本文中所提供的公开的本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，本文中所讨论的方法中的任一步骤能够以各种方式改编、重排、扩展、省略、或修改。此外，虽然方法700的方面作为示例而使用整体式壳100来解释，但应当意识到，这些方法可以适用于制造任何合适的壳、壳体、或类似构件。
图8A至10B图示本主题的额外的示例性实施例。参考图8A和图8B，提供根据本主题的另一示例性实施例的整体式壳100的一部分的示意横截面图。如先前所描述的，壳100具有外壁102、内壁104、以及从内壁104延伸到外壁102的栅格结构106。在所描绘的实施例中，栅格结构106周向地间断，在栅格结构106的区段之间限定多个流体通道150。即，流体通道150与外壁102、内壁104、以及栅格结构106整体地形成，使得流体通道150是单个单块式壳构件的一部分。流体(诸如，空气)可以经过流体通道150，以使壳100内或壳100附近的发动机构件加热或冷却，或被导引至一个或多个位置，以用于加热或冷却。如图8A中所示出的，流体通道150可以沿着周向方向C均匀地隔开，或流体通道150可以隔开，以提供用于在给定的周向位置中加热或冷却的更多或更少的流体。作为示例，壳100内的某些位置处的流体通道150的使用能够帮助克服发动机关闭之后的吸回条件(soakback condition)下的燃气涡轮发动机(例如，涡扇发动机10)的不均匀的加热。如在图8A中进一步示出的，流体通道150可以限定成使得流过其的流体接触内壁104和外壁102，即，流体通道150可以被限定成延伸达内壁104与外壁102之间的整个径向距离。
图9A和图9B提供根据本主题的又一示例性实施例的整体式壳100的一部分的示意横截面图。如本文中所描述的，壳100具有外壁102、内壁104、以及从内壁104延伸到外壁102的栅格结构106。在图9A和图9B中所示出的实施例中，多个管152延伸穿过栅格结构106。管152可以在壳100的制造的期间插入，或可以与栅格结构106整体地形成，即，栅格结构106可以限定管152。类似于图8A和图8B中所图示的流体通道150，流体(诸如，空气)可以经过管152以使壳100内或壳100附近的发动机构件加热或冷却，或被导引至一个或多个位置，以用于加热或冷却。如图9A中所示出的，管152可以沿着周向方向C均匀地隔开，或管152可以隔开，以提供用于在给定的周向位置中加热或冷却的更多或更少的流体。此外，如所描绘的，管152可以在栅格结构106内延伸，使得管152与内壁104和外壁102隔开，但在其它实施例中，管152可以与内壁104或外壁102接触，例如，以提供给定的位置处的加热或冷却。
图10A和图10B提供根据本主题的另外的示例性实施例的整体式壳100的一部分的示意横截面图。如同本文中所描述的其它实施例，所图示的壳100具有外壁102、内壁104、以及从内壁104延伸到外壁102的栅格结构106。在图10A和图10B的实施例中，栅格结构106按带有在栅格结构106的区段之间的开放区154的图案构造。更具体地，栅格结构106沿着径向方向R、轴向方向A、以及周向方向C间断，以允许流体在栅格结构106的区段之间传递，以用于使流体均匀分布，来用于加热或冷却。例如，如图10B中所示出的，栅格结构106可以按蜂窝图案构造，其中开放区154限定于栅格材料的每个六角形区段之间。栅格结构106也可以按限定用于使流体穿过其的开放区154的其它图案构造。另外，将意识到，图8A至10B的实施例的栅格结构106可以是由如本文中所描述的增长材料形成的增长栅格结构106。而且，栅格结构106可以如在本文中关于壳100的其它实施例而描述地那样构造，例如，图8A至10B的实施例的栅格结构106可以具有如图3中所图示的沙漏或蜂窝横截面。
在上面描述整体式壳和用于制造整体式壳的方法。值得注意地，如本文中所描述的，整体式壳100大体上可以包括如下的几何形状和构造：其实际的实施通过添加制造过程而促进。例如，使用本文中所描述的添加制造方法，整体式壳100可以包括多个增长区段122，使得壳100被调节，以响应于壳100的某些区段处的具体载荷。作为另一示例，整体式壳100可以包括具有用于维持发动机转子叶片的尖端与壳100的内壁104的内表面108之间的转子尖端空隙的任何合适的构造的栅格结构106。可以在壳的设计的期间引入前面的特征以及本文中所描述的其它特征，使得在构建过程的期间以很少的额外成本或无额外成本地使这些特征可以容易地结合到涡轮中心框架中。此外，整个壳(包括内壁、外壁、栅格结构以及所有的其它特征)能够整体地形成为单个单块式构件。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求书定义，且可以包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例包括并非与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括带有与权利要求书的字面语言的非实质性差异的等同的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求书的范围内。
Claims (10)
1.一种壳，其限定径向方向、轴向方向、以及周向方向，所述壳包括：
环形内壁，其沿着所述轴向方向延伸；
环形外壁，其沿着所述轴向方向延伸，所述外壁与所述内壁径向地间隔开；以及
增长结构，其从所述内壁延伸到所述外壁，所述增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从所述内壁径向地延伸到所述外壁，且沿着所述周向方向周向地延伸，所述多个栅格元件彼此沿着所述轴向方向间隔开，
其中，至少一个孔口限定于所述增长结构中，以用于从所述增长结构的一个部分到所述增长结构的另一部分的流体流，
其中，所述内壁、外壁、以及增长结构整体地形成为单个单块式构件。
2.根据权利要求1所述的壳，其特征在于，所述内壁沿着所述轴向方向间断，使得所述内壁包括多个内壁节段，且其中，开口限定于相邻的内壁节段之间。
3.根据权利要求2所述的壳，其特征在于，与所述多个内壁节段的第一内壁节段相邻的所述增长结构在结构上不同于与所述多个内壁节段的第二内壁节段相邻的所述增长结构。
4.根据权利要求3所述的壳，其特征在于，所述增长结构包括多个栅格部件，每个栅格部件相对于所述轴向方向而以一角度延伸，且其中，与所述第一内壁节段相邻的所述栅格部件的角度不同于与所述第二内壁节段相邻的所述栅格部件的角度，使得所述第一内壁节段在结构上不同于所述第二内壁节段。
5.根据权利要求1所述的壳，其特征在于，所述外壁沿着所述轴向方向间断，使得所述外壁包括多个外壁节段，且其中，开口限定于相邻的外壁节段之间。
6.根据权利要求5所述的壳，其特征在于，与所述多个外壁节段的第一外壁节段相邻的所述增长结构在结构上不同于与所述多个外壁节段的第二外壁节段相邻的所述增长结构。
7.根据权利要求6所述的壳，其特征在于，所述增长结构包括多个栅格部件，每个栅格部件相对于所述轴向方向而以一角度延伸，且其中，与所述第一外壁节段相邻的所述栅格部件的角度不同于与所述第二外壁节段相邻的所述栅格部件的角度，使得所述第一外壁节段在结构上不同于所述第二外壁节段。
8.根据权利要求1所述的壳，其特征在于，所述增长结构限定内流路和外流路，所述内流路限定成与所述内壁相邻，所述外流路限定成与所述外壁相邻，且其中，所述内流路通过沿着所述轴向方向延伸的分隔物部件而与所述外流路分离。
9.一种添加制造的壳，其限定径向方向、轴向方向、以及周向方向，所述添加制造的壳包括：
环形内壁，其沿着所述轴向方向延伸；
环形外壁，其沿着所述轴向方向延伸，所述外壁与所述内壁径向地间隔开；以及
增长结构，其从所述内壁延伸到所述外壁，所述增长结构包括多个栅格元件，每个栅格元件从所述内壁径向地延伸到所述外壁，且沿着所述周向方向周向地延伸，所述多个栅格元件彼此沿着所述轴向方向间隔开，
其中，所述增长结构构造成沿着所述轴向方向变更所述壳的热特性。
10.根据权利要求9所述的添加制造的壳，其特征在于，所述内壁沿着所述轴向方向间断，使得所述内壁包括多个内壁节段，其中，开口限定于相邻的内壁节段之间，且其中，所述增长结构在至少两个相邻的内壁节段之间变更。
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