CN110388234A - 叶片和制造叶片的方法 - Google Patents

Abstract

本文中公开了一种制造气体涡轮机引擎（10）的翼型（701）的双壁区段的方法，该方法包括：在第一结构的外部表面上形成多个柱（402）；在第二结构的多个部分中的每个的表面上形成多个柱（402）；以及通过将第二结构的每个部分上的柱（402）的端附接至第一结构上的柱（402）的端来形成翼型（701）的双壁区段，使得第一结构是翼型（701）的区段的内部壁（401）并且第二结构是翼型（701）的区段的外部壁（501）。

Description

叶片和制造叶片的方法

相关申请的交叉引用

本说明书基于2018年4月23日提交的英国专利申请No.1806542.5并要求所述申请的优先权的权益，所述申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于在气体涡轮机引擎中使用的叶片的制造。更具体地，本公开是具有双壁区段的叶片的制造技术。叶片可用作气体涡轮机引擎的涡轮机中的叶片中的一个。

背景技术

存在对于改进已知的叶片的制造技术的通常需要。

发明内容

根据第一方面，提供了一种制造气体涡轮机引擎的翼型的双壁区段的方法，该方法包括：在第一结构的外部表面上形成多个柱；在第二结构的多个部分中的每个的表面上形成多个柱；以及通过将第二结构的每个部分上的柱的端附接到第一结构上的柱的端来形成翼型的双壁区段，使得第一结构是翼型的区段的内部壁并且第二结构是翼型的区段的外部壁。

方法可包括通过在第一结构的外部表面中印刻柱而在其外部表面上形成多个柱；和/或对于第二结构的多个部分中的每个，通过在表面中印刻柱来在表面上形成多个柱。

方法可包括通过电极放电加工（EDM）来印刻。

方法可包括执行平滑操作，所述平滑操作在已经形成柱之后使柱中的每一个的端变平。

方法可包括通过将柱的端扩散接合或钎接在一起而将第二结构的每个部分上的柱的端附接至第一结构上的柱的端。

方法可以包括通过多个制造操作在第一结构的外部表面上形成多个柱，其中每个制造操作在第一结构的单个区中形成多个平行柱；和/或通过一个或多个制造操作在第二结构的每个部分的表面上形成多个柱，其中每个制造操作在第二结构的单个区中形成多个平行的柱。

在第一方面中，翼型的区段可由涡轮机叶片或压缩机叶片组成。

在第一方面中，涡轮机叶片或压缩机叶片可由前边缘区、中间弦区和后边缘区组成；并且翼型的区段是叶片的前边缘区和中间弦区。

方法可以包括将第二结构的每个部分附接至第二结构的一个或多个其它部分。

在第一方面中，第一结构可包括多个部分；并且方法可包括将第一结构的部分中的每个附接到第一结构的一个或多个其它部分。

在第一方面中，第一结构和/或第二结构的一个或多个部分可以通过铸造形成。

在第一方面中，第一结构和/或第二结构的一个或多个部分可包括定向固化的晶体。

在第一方面中，第一结构和/或第二结构的一个或多个部分可以是单晶体超级合金。

在第一方面中，第一结构可以是具有壁的壁结构，所述壁提供了翼型的区段的包围的内部部分；并且第二结构可以是具有壁的壁结构，所述壁包围第一结构；并且该方法可以还包括：形成穿过第一结构的壁的一个或多个孔；以及形成穿过第二结构的壁的一个或多个孔，使得翼型的内部部分中的空气可以经由第一结构和第二结构中的孔流出翼型。

方法可包括第一结构的壁中的孔的定位相对于第二结构的壁中的孔的定位交错。

根据第二方面，提供了一种根据第一方面的方法制造的翼型。

根据第三方面，提供了一种气体涡轮机引擎的翼型的双壁区段，翼型的双壁区段包括：内部壁，其具有从其外部表面突出的多个柱；外部壁，其具有从其内部表面突出的多个柱；接头，其在内部壁上的柱的端表面与外部壁上的柱的端表面之间。

在第三方面中，接头可以是扩散接合或钎接连接。

在第三方面中，可以对柱分组以提供一个或多个接口区；并且在每个接口区内，柱的端之间的接头都在相同平面中。

在第三方面中，翼型的区段可由涡轮机叶片或压缩机叶片组成。

在第三方面中，涡轮机叶片或压缩机叶片具有前边缘区、中间弦区和后边缘区；并且翼型的区段是前边缘区和中间弦区。

根据第四方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮机引擎，其包括：引擎核心，其包括涡轮机、压缩机和将涡轮机连接至压缩机的核心轴；风扇，其位于引擎核心的上游，风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，其接收来自核心轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比核心轴较低的旋转速度驱动风扇；其中涡轮机和压缩机中的一个或多个包括根据第三方面的翼型的一个或多个区段。

在第四方面中，涡轮机可以是第一涡轮机，压缩机可以是第一压缩机，并且核心轴可以是第一核心轴；引擎核心还可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接至第二压缩机的第二核心轴；并且第二涡轮机、第二压缩机和第二核心轴可被布置成以比第一核心轴较高的旋转速度旋转；其中第二涡轮机和第二压缩机中的一个或多个包括根据第三方面的翼型的一个或多个区段。

如本文中其它地方所指出的，本公开可涉及气体涡轮机引擎。这种气体涡轮机引擎可包括引擎核心，所述引擎核心包括涡轮机、燃烧器、压缩机和将涡轮机连接到压缩机的核心轴。这种气体涡轮机引擎可包括位于引擎核心上游的风扇（具有风扇叶片）。

本公开的布置可特别地，但非排他地，有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，气体涡轮机引擎可包括齿轮箱，其接收来自核心轴的输入并将驱动输出到风扇以便以比核心轴较低的旋转速度驱动风扇。到齿轮箱的输入可直接来自核心轴，或间接地来自核心轴，例如经由齿轮轴和/或齿轮。核心轴可以刚性地连接涡轮机和压缩机，使得涡轮机和压缩机以相同的速度旋转（其中风扇以较低的速度旋转）。

如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可具有任何适合的通用结构。例如，气体涡轮机引擎可具有连接涡轮机和压缩机的任何期望数量的轴，例如一个、两个或三个轴。单纯地作为示例，连接到核心轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接到核心轴的压缩机可以是第一压缩机，并且核心轴可以是第一核心轴。引擎核心还可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接至第二压缩机的第二核心轴。第二涡轮机、第二压缩机和第二核心轴可被布置成以比第一核心轴较高的旋转速度旋转。

在这种布置中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。第二压缩机可被布置成从第一压缩机接收（例如直接接收，例如经由通常环形的管道）流。

齿轮箱可被布置成由核心轴（例如，在以上的示例中的第一核心轴）驱动，该核心轴被配置成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转。例如，齿轮箱可以被布置为仅由被配置为（例如，在使用中）以最低旋转速度旋转的核心轴（例如，在以上的示例中，仅为第一核心轴，而不是第二核心轴）驱动。可替换地，齿轮箱可以被布置为由任何一个或多个轴（例如，在以上的示例中的第一轴和/或第二轴）驱动。

在本文描述和/或要求保护的任何气体涡轮机引擎中，燃烧器可提供在风扇和（一个多个）压缩机的轴向下游。例如，其中提供第二压缩机时，燃烧器可直接在第二压缩机的下游（例如，在第二压缩机的出口处）。作为另一示例，其中提供第二涡轮机时，可将在至燃烧器的出口处的流提供给第二涡轮机的入口。燃烧器可提供在（一个或多个）涡轮机的上游。

该压缩机或每个压缩机（例如，如以上所描述的第一压缩机和第二压缩机）可包括任何数量的级，例如多级。每个级可以包括一排转子叶片和一排定子叶翼，其可以是可变的定子叶翼（因为它们的入射角可以是可变的）。转子叶片的排和定子叶翼的排可彼此轴向地偏移。

该涡轮机或每个涡轮机（例如，如以上所描述的第一涡轮机和第二涡轮机）可包括任何数量的级，例如多级。每个级可包括一排转子叶片和一排定子叶翼。转子叶片的排和定子叶翼的排可彼此轴向地偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有从在径向内部气体冲过位置或0％跨度位置处的根部（或毂）延伸至100％跨度位置处的尖端的径向跨度。毂处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比可小于（或大约是）下列中的任何：0.4、0.39、0.38 0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。毂处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。这些比通常可被称为毂-尖端比。毂处的半径和尖端处的半径均可在叶片的前边缘（或轴向最前方）部分处测量。当然，毂-尖端比是指风扇叶片的气体冲过部分，即，径向上在任何平台外侧的部分。

风扇的半径可以在引擎中心线和风扇叶片在其前边缘处的尖端之间测量。风扇直径（其可以简单地是风扇的半径的两倍）可以大于（或大约是）下列中的任何：250cm（约100英寸）、260cm、270cm（约105英寸）、280cm（约110英寸）、290cm（约115英寸）、300cm（约120英寸）、310cm、320cm（约125英寸）、330cm（约130英寸），340cm（约135英寸）、350cm、360cm（约140英寸）、370cm（约145英寸）、380（约150英寸）cm或390cm（约155英寸）。风扇直径可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。

风扇的旋转速度在使用中可以变化。通常，对于具有较高直径的风扇，旋转速度较低。单纯地作为非限制性示例，风扇在巡航条件下的旋转速度可以小于2500rpm，例如小于2300rpm。单纯地作为进一步非限制性示例，用于具有在从250cm至300cm（例如250cm至280cm）范围内的风扇直径的引擎在巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1700rpm至2500rpm的范围内，例如在从1800rpm至2300rpm的范围内，例如在从1900rpm至2100rpm的范围内。单纯地作为进一步非限制性示例，用于具有在从320cm到380cm范围内的风扇直径的引擎在巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1200rpm到2000rpm的范围内，例如在从1300rpm到1800rpm的范围内，例如在从1400rpm到1600rpm的范围内。

在气体涡轮机引擎的使用中，风扇（与相关联的风扇叶片）围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U_tip移动。由风扇叶片13在流上做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U_tip ²，其中dH是跨风扇的焓升（例如，1-D平均焓升），并且U_tip是风扇尖端的例如在尖端的前边缘处的（平移）速度(其可被定义为在前边缘处的风扇尖端半径乘以角速度)。在巡航条件下的风扇尖端负载可大于（或大约是）下列中的任何：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（本段中的所有单位是Jkg^-1K^-1/（ms^-1）²）。风扇尖端负载可处于由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。

根据本公开的气体涡轮机引擎可具有任何期望的旁路比，其中旁路比被定义为在巡航条件下通过旁路管道的流的质量流率与通过核心的流的质量流率的比。在一些布置中，旁路比可大于（或大约是）以下中的任何一个：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5或17。旁路比可以在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，这些值可以形成上边界或下边界）。旁路管道可以是基本上环形的。旁路管道可以径向地在核心引擎的外侧。旁路管道的径向外部表面可由短舱和/或风扇壳限定。

本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎的总压力比可被定义为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机的出口处（在进入燃烧器之前）的滞止压力之比。作为非限制性示例，如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎在巡航时的总压力比可大于（或大约是）以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。

引擎的特定推力可以被定义为引擎的净推力除以通过引擎的总质量流。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的特定推力可小于（或大约是）以下中的任何一个：110Nkg^-1s、105Nkg^-1s、100Nkg^-1s、95Nkg^-1s、90Nkg^-1s、85Nkg^-1s或80Nkg^-1s。特定推力可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围中（即，所述值可形成上边界或下边界）。与常规的气体涡轮机引擎相比，这种引擎可以是特别有效的。

如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可具有任何期望的最大推力。单纯地作为非限制性示例，如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机可能能够产生至少是（或大约是）以下中的任何一个的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。以上提到的推力可以是在海平面处的标准大气条件加上15℃（环境压力101.3kPa，温度30℃）下的最大净推力，其中引擎静止。

在使用中，在高压力涡轮机的入口处的流的温度可能特别高。可被称为TET的该温度可在到燃烧器的出口处测量，例如紧接第一涡轮机叶翼的上游，所述第一涡轮机叶翼自身可被称为喷嘴引导叶翼。在巡航时，TET可以至少是（或大约是）以下中的任何一个：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可以在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，这些值可以形成上边界或下边界）。在引擎的使用中的最大TET可以是，例如，至少是（或大约是）以下中的任何一个：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可以在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，这些值可以形成上边界或下边界）。最大TET可以例如在高推力条件下发生，例如在最大起飞（MTO）条件下。

本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼型部分可由任何适合的材料或材料的组合制造。例如，风扇叶片和/或翼型的至少一部分可至少部分由复合材料制造，所述复合材料例如金属基体复合材料和/或有机基体复合材料，诸如碳纤维。作为进一步示例，风扇叶片和/或翼型的至少一部分可至少部分地由金属（诸如钛基金属或铝基材料（诸如铝-锂合金）或钢基材料）制造。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前边缘，其可使用能够比叶片的其余部分更好地抵抗（例如来自鸟、冰或其它材料的）冲击的材料来制造。这种前边缘可以例如使用钛或钛基合金制造。因此，单纯地作为示例，风扇叶片可具有带有钛前边缘的碳纤维或铝基主体（诸如铝锂合金）。

本文中所描述和/或要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片从该中央部分可以例如在径向方向上延伸。风扇叶片可以以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定装置，该固定装置可接合毂（或盘）中的对应槽。单纯地作为示例，这种固定装置可以是燕尾榫的形式，该燕尾榫可以插入和/或接合毂/盘中的对应槽，以便将风扇叶片固定到毂/盘。作为进一步示例，风扇叶片可以与中央部分一体地形成。这种布置可被称为叶盘或叶环。可以使用任何适合的方法来制造这种叶盘或叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块加工和/或风扇叶片的至少一部分可通过焊接（诸如线性摩擦焊接）附接到毂/盘。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可以或可以不提供有可变面积喷嘴（VAN）。这种可变面积喷嘴可以允许旁路管道的出口面积在使用中变化。本公开的一般原理可应用于具有或不具有VAN的引擎。

本文中所述和/或要求保护的气体涡轮机的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如16、18、20或22个风扇叶片。

如本文所使用的，巡航条件可以意指气体涡轮机引擎所附接至其的飞行器的巡航条件。这种巡航条件可以常规地定义为巡航中期的条件，例如，在爬升的顶部和下降的开始之间的（就时间和/或距离而言的）中点处由飞行器和/或引擎所经历的条件。

单纯地作为示例，巡航条件下的前进速度可以是在从马赫0.7至0.9的范围内的任何点，例如0.75至0.85，例如0.76至0.84，例如0.77至0.83，例如0.78至0.82，例如0.79至0.81，例如大约马赫0.8、大约马赫0.85或在从0.8至0.85的范围内。在这些范围内的任何单个速度可以是巡航条件。对于一些飞行器而言，巡航条件可以在这些范围之外，例如低于马赫0.7或高于马赫0.9。

单纯地作为示例，巡航条件可对应于处于从10000m到15000m的范围内的海拔的标准大气条件，例如在从10000m到12000m的范围内，例如在从10400m到11600m（约38000英尺）的范围内，例如在从10500m到11500m的范围内，例如在从10600m到11400m的范围内，例如在从10700m（约35000英尺）至11300m的范围内，例如在从10800m至11200m的范围内，例如在从10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可能对应于这些范围内任何给定海拔处的标准大气条件。

单纯地作为示例，巡航条件可对应于：0.8的前进马赫数；23000Pa的压力；以及-55℃的温度。

如本文中任何地方所使用，“巡航”或“巡航条件”可意指空气动力设计点。这种空气动力设计点（或ADP）可对应于风扇被设计成操作的条件（包括例如一个或多个马赫数、环境条件和推力要求）。这可意指，例如，风扇（或气体涡轮机引擎）被设计为具有最佳效率的条件。

在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可在本文中其它地方定义的巡航条件下操作。这种巡航条件可由飞行器的巡航条件（例如巡航中期条件）确定，其中可将至少一个（例如2个或4个）气体涡轮机引擎安装到所述飞行器上以便提供推进推力。

本领域技术人员将领会的是，除了相互排斥的情况外，与上述方面中的任何一个相关来描述的特征或参数可应用于任何其它方面。此外，除了相互排斥的情况外，本文中所描述的任何特征或参数可应用于任何方面和/或与本文中所描述的任何其它特征或参数组合。

附图说明

现在将仅作为示例参考附图来描述实施例，其中：

图1是气体涡轮机引擎的截面侧视图；

图2是气体涡轮机引擎的上游部分的近视截面侧视图；

图3是用于气体涡轮机引擎的齿轮箱的部分剖视图；

图4是根据实施例的在已经在内部壁上形成柱基之后的叶片的内部壁的横截面；

图5是根据实施例的外部壁的多个部分和内部壁两者的横截面；

图6A和6B是根据一个实施例的叶片的横截面；

图7示出了根据实施例的叶片，其中叶片的部分被切除；以及

图8是根据实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1图示了具有主旋转轴线9的气体涡轮机引擎10。引擎10包括空气进口12和生成两股空气流（核心空气流A和旁路空气流B）的推进风扇23。气体涡轮机引擎10包括接收核心空气流A的核心11。引擎核心11以轴向流串联方式包括低压力压缩机14、高压力压缩机15、燃烧设备16、高压力涡轮机17、低压力涡轮机19和核心排放喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮机引擎10，并且定义了旁路管道22和旁路排放喷嘴18。旁路空气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压力涡轮机19并由低压力涡轮机19驱动。

在使用中，核心空气流A由低压力压缩机14加速和压缩，并被引导到高压力压缩机15中，在所述高压力压缩机15中发生进一步压缩。从高压力压缩机15排放的压缩空气被引导到燃烧设备16中，在所述燃烧设备16中其与燃料混合并且混合物被燃烧。然后，所产生的热燃烧产物在通过喷嘴20被排放之前膨胀通过高压力和低压力涡轮机17、19，并由此驱动高压力和低压力涡轮机17、19，以提供部分推进推力。高压力涡轮机17通过适合的互连轴27驱动高压力压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。

齿轮传动风扇气体涡轮机引擎10的示例性布置在图2中示出。低压力涡轮机19（见图1）驱动轴26，该轴26耦合到周转齿轮布置30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处及与其相互啮合的是由行星架34耦合在一起的多个行星齿轮32。行星架34约束行星齿轮32来同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32能够绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36耦合到风扇23，以便驱动其绕引擎轴线9的旋转。行星齿轮32的径向向外处及与其相互啮合的是经由连杆40耦合到静止支承结构24的环形齿轮或环状齿轮38。

注意的是，如本文中使用的术语“低压力涡轮机”和“低压力压缩机”可被认为分别意指最低压力涡轮机级和最低压力压缩机级（即，不包括风扇23）和/或通过引擎中的具有最低旋转速度的互连轴26连接在一起的涡轮机和压缩机级（即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴）。在一些文献中，本文中所指的“低压力涡轮机”和“低压力压缩机”可以可替换地被认为是“中压力涡轮机”和“中压力压缩机”。在使用这种可替换术语的情况下，风扇23可称为第一压缩级或最低压力压缩级。

周转齿轮箱30作为示例在图3中更详细地示出。太阳齿轮28、行星齿轮32和环状齿轮38中的每个都包含绕其周边的齿，以与其它齿轮互相啮合。然而，为了清楚性，图3中仅图示齿的示例性部分。图示了四个行星齿轮32，尽管对于技术人员读者将显而易见的是，在所要求保护的发明的范围内可以提供较多或较少的行星齿轮32。行星周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。

在图2和图3中作为示例图示的周转齿轮箱30具有行星类型，这在于行星架34经由连杆36耦合到输出轴，其中环状齿轮38固定。但是，可以使用任何其它适合类型的周转齿轮箱30。作为进一步示例，周转齿轮箱30可以是星形布置，其中行星架34保持固定，其中环状（或环形）齿轮38被允许旋转。在这种布置中，风扇23由环状齿轮38驱动。作为进一步可替换示例，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，在其中环状齿轮38和行星架34二者均被允许旋转。

将领会的是，图2和图3中所示出的布置仅作为示例，且各种替换方案均在本公开的范围内。单纯地作为示例，任何适合的布置都可用于将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。作为进一步示例，齿轮箱30和引擎10的其它部分（诸如输入轴26、输出轴和固定结构24）之间的连接（诸如图2示例中的连杆36、40）可具有任何期望的刚度或柔度。作为进一步示例，可以使用引擎的旋转和静止部分之间（例如，来自齿轮箱的输入和输出轴与诸如齿轮箱壳体之类的固定结构之间）的轴承的任何适合布置，并且本公开不限于图2的示例性布置。例如，在齿轮箱30具有星形布置（如上所描述的）的情况下，技术人员将容易地理解输出和支承连杆以及轴承位置的布置通常将与图2中作为示例示出的布置不同。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型（例如星形或行星）、支承结构、输入和输出轴布置以及轴承位置的任何布置的气体涡轮机引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加和/或可替换部件（例如中压力压缩机和/或增压压缩机）。

本公开可应用于的其它气体涡轮机引擎可以具有可替换配置。例如，这种引擎可具有可替换数量的压缩机和/或涡轮机和/或可替换数量的互连轴。作为进一步示例，图1中所示出的气体涡轮机引擎具有分流喷嘴20、22，这意指通过旁路管道22的流具有其本身的喷嘴，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分离并径向地在其外侧。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于其中在单个喷嘴之前（或其上游）混合或组合通过旁路管道22的流和通过核心11的流的引擎，该单个喷嘴可称为混流喷嘴。一个或两个喷嘴（无论是混流或是分流）可具有固定的或可变的面积。虽然所描述示例涉及涡轮机风扇引擎，但本公开可以例如应用于任何类型的气体涡轮机引擎，诸如例如开放式转子引擎（在其中风扇级不被短舱围绕）或涡轮机螺旋桨引擎。在一些布置中，气体涡轮机引擎10可不包括齿轮箱30。

气体涡轮机引擎10及其部件的几何结构由常规轴线系统定义，其包括轴向方向（其与旋转轴线9对齐）、径向方向（图1中在从下到上的方向上）和圆周方向（在图1视图中与页面垂直）。轴向、径向和圆周方向相互垂直。

本公开提供了一种改进的叶片制造方法。根据本公开制造的叶片能够用作上述气体涡轮机引擎10的任何部件的叶片。根据本公开制造的叶片可用作高压力涡轮机叶片或低压力涡轮机叶片。然而，根据本公开的叶片可用于气体涡轮机引擎的任何其它部件，诸如第一压缩机或第二压缩机。

为了清楚地呈现本公开的上下文，在以下提供了背景技术的细节。

气体涡轮机引擎中的叶片的重要性质是叶片能够如何有效地冷却。用于冷却叶片的已知技术包括蒸发冷却以及类似的技术，诸如喷射冷却和多孔多壁冷却。已知在叶片的表面的至少部分上形成膜的层叠多壁冷却方案来提供这些冷却方案的实际实现方式。由于一系列高度分布的微冷却通道，冷却方案提供良好的冷却均匀性。当冷却空气被带到接近于叶片的外部表面时，热转移也是高度有效的。

具有膜冷却的已知多壁冷却叶片设计公开于US6514042B2和US5702232A中。这两种叶片都包括在中间弦区中的双壁配置，其中在内部壁和外部壁之间在叶片的每一侧上有径向供给通路。这些已知的叶片设计的问题是它们难以制造。在US5640767A中描述了一种制造方法。通过铸造形成的具有期望的外部轮廓的部分中空的叶片支承壁具有填充有通道填料的纵向延伸的凹槽。然后通过包括物理气相沉积、化学气相沉积、热喷镀和电镀的方法将第二材料的叶片表皮沉积到叶片支承壁上，使得表皮符合并且冶金接合到叶片支承壁。移除凹槽的通道填料，并且外部叶片表皮和叶片支承壁的组合形成双壁叶片结构，其中凹槽中的空隙在双壁结构内创建一体的内腔室。双壁叶片的另一已知制造方法是壳和梁（shell-and-spar）方法，如在论文集合Electron Beam and Gas-Thermal Coatings中87至97页的Novikov等人的“Creation of High Efficiency Turbine Cooled Blades WithStructural Electron Beam Coatings”中所公开的那样。这类似于US5640767A中所描述的制造方法。

因此，双壁叶片的已知制造技术包括增材制造。此制造技术的问题是分层过程引入缺陷，并且难以构造具有错综复杂细节和没有缺点的表面。

本公开提供一种制造双壁叶片的新方法，其避免了与增材制造过程相关联的问题。叶片可以是喷射冷却的翼型。叶片可使用用于叶片的已知材料以单晶体结构制造。叶片可制成具有错综复杂的特征、高表面质量和高机械强度。

根据本公开的叶片可以是包括前边缘区、中间弦区和后边缘区的翼型。前边缘区和中间弦区可以构造成具有双壁，其中后边缘区仅具有单个壁。双壁由外部壁和内部壁提供，所述外部壁和内部壁可以可替换地称为外部表皮和内部表皮。内部壁和外部壁通过柱基彼此连接。柱基是柱。柱能够具有多种形状，并且可以是线性的，其具有基本上圆形的横截面和沿着它们的长度的恒定直径。柱可以可替换地为线性的，其具有沿着它们的长度恒定的基本上正方形的横截面。柱基从内部壁和外部壁的对应表面突出。柱基的端是平坦的，并且因此能够通过例如扩散接合而联合在一起。柱基有效地为扰流柱。内部壁具有穿过其的孔，所述孔被称为冲击孔。外部壁还具有穿过其的孔，所述孔被称为喷射孔。冲击孔和喷射孔相对于彼此以交错的布置方式定位。因此，空气能够从叶片的内部腔体通过（该内部腔体由内部壁包围），穿过冲击孔经过柱基并穿过喷射孔而出。空气在叶片的外部表面的至少部分上形成蒸发状(transpiration-like)膜，并且在冷却叶片时非常有效。

以下参考图4、图5、图6A、图6B和图7更详细地描述本公开。

内部壁401最初被制造为在其表面中没有柱基402。然后在其表面中形成柱基402。内部壁401的初始结构可以通过铸造来制造。铸造材料可以是定向固化的或单晶体超级合金。

可以通过从表面移除材料的印刻(imprinting)过程在内部壁401的初始结构的表面中形成柱基402。印刻过程可以是使用石墨/钨工具的铣削/火花电极放电加工(EDM)。该工具可以被配置成具有期望的柱基图案的确切反型，并且可以有效地插入到内部壁401的初始结构的表面中，以便形成多个柱基402的阵列。因此，柱基402是内部壁401的初始结构的部分并且从内部壁401的表面突出，这是由于从表面移除柱基402周围的材料的印刻过程。

在内部壁401的初始结构的表面上执行多个印刻过程。图4示出了在已经执行印刻过程之后的内部壁401。在每个印刻过程中形成的柱基402都排列在相同的方向上。为了使柱基402形成在内部壁401的整个表面上，可以从不同的方向执行多个印刻过程。柱基402被排列所沿着的方向的数量因此可以与印刻过程的不同方向的数量相同。

在已经形成柱基402之后，可执行平滑操作以便使柱基402的顶部变平。这也可以确保所有的柱基402具有期望的高度。平滑操作可以是例如磨削操作。

内部壁401上的两个相邻的柱基402之间的距离可以在0.5mm至1.5mm的范围内。如果内部壁401上的柱基402具有沿着柱基402的长度恒定的基本上正方形的横截面，则柱基402的正方形横截面的一侧的长度可以在0.5mm至1.5mm的范围内。在平滑操作之后，内部壁401上的柱基402的高度可以在0.5mm至1.5mm的范围内。

外部壁501可以最初制造为具有多个分离部分的结构。外部壁501的初始结构的每个部分最初可以制造为在其表面中没有柱基402。然后可以在每个部分的表面中形成柱基402。每个部分可以通过铸造来制造。铸造材料可以是定向固化的或单晶体超级合金。

可以通过从表面移除材料的印刻过程在外部壁501的初始结构的每个部分的表面中形成柱基402。印刻过程可以是使用如上所描述的石墨/钨工具的铣削/火花电极放电加工(EDM)，以用于内部壁401的外部表面上的柱基402的形成。该工具可以被配置成具有期望的柱基图案的确切反型，并且可以有效地插入到表面中，以便形成多个柱基402的阵列。因此，柱基402由外部壁501的初始结构的部分构成并且从部分的表面突出，这是由于从表面移除柱基402周围的材料的印刻过程。

外部壁501的初始结构的每个部分可具有在其上执行的一个或多个印刻过程。图5示出了外部壁501的初始结构的多个部分，其中柱基402形成在每个部分的表面中。如针对在内部壁401的外部表面中的柱基402的形成所描述的那样，每个印刻过程中形成的柱基402都排列在相同的方向上。印刻过程可以在相同部分上从不同的方向执行。

在柱基402已经形成于外部壁501的初始结构的每个部分的表面中之后，执行平滑操作以便使柱基402的顶部变平。这也可以确保所有的柱基402具有期望的高度。平滑操作可以是例如磨削操作。

外部壁501上的两个相邻的柱基402之间的距离可以在0.5mm至1.5mm的范围内。如果外部壁501上的柱基402具有沿着柱基402的长度恒定的基本上正方形的横截面，则柱基402的正方形横截面的一侧的长度可以在0.5mm至1.5mm的范围内。在平滑操作之后，外部壁501上的柱基402的高度可以在0.5mm至1.5mm的范围内。

在内部壁401上，都在相同平面中的具有变平端的相邻柱基402的每个分组提供了到内部壁401的附接接口。在外部壁501的每个部分上，都在相同平面中的具有变平端的相邻柱基402的每个分组提供了到外部壁501的部分的附接接口。到内部壁401的每个附接接口具有外部壁501的部分上的对应的附接接口。内部壁401上的每个柱基因此被布置成附接到外部壁501的部分上的对应柱基。

图6A和6B示出了根据本公开的叶片701的横截面。图7示出了根据本公开的叶片701，其中外部壁501的部分被切除以便示出柱基402。叶片701的后边缘区可包括TE槽。

根据本公开的叶片701通过将外部壁501的每个部分附接到内部壁401而形成。外部壁501的每个部分可以通过将外部壁501的部分的一个或多个接口中的所有柱基402的端表面和内部壁401上的对应的一个或多个接口联合而附接到内部壁401。柱基402的端表面可以通过扩散接合或钎接而联合在一起。此技术是可能的，这是因为被联合的每个柱基402的端表面都是平的并且彼此平行。因此，每个接口中的接头都可以在相同平面中。

外部壁501的相邻部分也可以诸如通过扩散接合或钎接直接附接到彼此，使得外部壁501的部分不再彼此分离。

如图6B和7中所示出的那样，存在穿过内部壁401的冲击孔601和穿过外部壁501的喷射孔602。内部壁401和外部壁501的每个部分二者的初始结构可以制成为具有这些孔。例如，初始结构可以与这些孔一起铸造。可替换地，可以在已经制造初始结构之后在内部壁401和外部壁501的每个部分二者的初始结构中形成孔。

上述制造技术的可能优点可以包括所有柱基402都与内部壁或者外部壁501成一体因此，每个柱基与壁的附接可以是非常强的。另一个优点可以是，在已经制造了外部表面的初始结构的每个部分之后，不需要更改叶片701的外部表面。因此，可以以高精度制成外部表面的特征。

如以上所解释的那样，执行多个加工操作以便在内部壁401中形成柱基402。每个加工操作切割出表面中的部分以便形成包括多个平行柱的接口。由于内部壁401的非平面形状，相邻的接口可以不彼此共线，并且在相邻的接口之间可以存在斜角或优角。因此，内部壁401的外部表面在任何两个相邻接口之间的部分可以不具有通过加工操作切除的任何材料。在外部壁501的一个或多个部分上也可以存在没有柱基402的对应的部分。由于在接口之间的这些部分中可以不存在柱基402，所以该部分可能不会如具有柱基402的壁的部分那样多地被冷却，特别是在外部壁501上，可能变成热点。如果这种热点过大，则它们过热并降低操作。能够通过增加在内部壁401中形成的接口的数量来减小热点的尺寸，使得多个线性接口更接近地近似内部壁401的形状。然而，增加加工操作的数量增加了制造的成本。因此在接口的数量和制造的成本之间存在折衷。

能够变化所有柱基402、喷射孔602和冲击孔601的数量、形状、尺寸和位置，以便实现最小的空气动力学损失并且最大化叶片701的冷却。喷射孔602和冲击孔601的位置可相对于彼此交错。

有利地，来自内部壁401内侧、穿过冲击孔601、经过柱基402并通过喷射孔的气流可导致被形成在叶片701的外部表面上的蒸发状膜以及良好的冷却性质。与已知的叶片相比，可以降低所需的冷却空气消耗并且可以提高效率。

图8是根据本公开的制造气体涡轮机引擎的翼型的双壁区段的方法的流程图。

在801中，该方法开始。

在802中，在第一结构的外部表面上形成多个柱。

在803中，在第二结构的多个部分中的每个的表面上形成多个柱。

在804中，通过将第二结构的每个部分上的柱的端附接到第一结构上的柱的端来形成翼型的双壁区段，使得第一结构是翼型的区段的内部壁并且第二结构是翼型的区段的外部壁。

在805中，该方法结束。

实施例包括对如上所描述的技术的多个修改和变化。

例如，除了外部壁501之外，内部壁401也可以初始地形成为稍后附接在一起的多个分离的部分。柱基402和外部壁501的部分可以通过诸如焊接的其它技术联合在一起。

印刻过程可以可替换地通过除了EDM之外的其它技术来执行。例如，CNC铣削、铸造、磨料射流加工、水射流加工、激光切割或电子束机加工中的任一种可以可替换地用于印刻过程。

柱基402的端表面可以可替换地通过除了扩散接合或钎接之外的其它技术联合在一起。例如，摩擦焊接或粘性接合可用于联合柱基402的端表面。

将理解的是，本发明不限于上述实施例，并且在不背离本文中所描述概念的情况下能够进行各种修改和改进。除了相互排斥的情况外，任何特征可分离地采用或与任何其它特征组合采用，并且本公开延伸到并包括本文中所描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (20)

1.一种制造气体涡轮机引擎的翼型的双壁区段的方法，所述方法包括：

在第一结构的外部表面上形成多个柱；

在第二结构的多个部分中的每个的表面上形成多个柱；以及

通过将所述第二结构的每个部分上的柱的端附接到所述第一结构上的柱的端来形成翼型的双壁区段，使得所述第一结构是所述翼型的所述区段的内部壁并且所述第二结构是所述翼型的所述区段的外部壁。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

在所述第一结构的所述外部表面上形成多个柱包括在其外部表面中印刻所述柱；和/或

对于所述第二结构的所述多个部分中的每个，在所述表面上形成多个柱包括在所述表面中印刻所述柱。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括执行平滑操作，所述平滑操作在已经形成所述柱之后使所述柱中的每个的所述端变平。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第二结构的每个部分上的柱的所述端附接到所述第一结构上的柱的所述端包括将所述柱的所述端扩散接合或钎接在一起。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一结构的所述外部表面上形成多个柱是通过多个制造操作来执行的，其中每个制造操作在所述第一结构的单个区中形成多个平行的柱；和/或

其中在所述第二结构的每个部分的所述表面上形成多个柱是通过一个或多个制造操作来执行的，其中每个制造操作在所述第二结构的单个区中形成多个平行的柱。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述翼型的所述区段由涡轮机叶片或压缩机叶片组成，其中所述涡轮机叶片或压缩机叶片包括前边缘区、中间弦区和后边缘区；以及

所述翼型的所述区段是所述叶片的所述前边缘区和中间弦区。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述第二结构的每个部分附接到所述第二结构的一个或多个其它部分。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一结构包括多个部分；以及

所述方法包括将所述第一结构的所述部分中的每个附接到所述第一结构的一个或多个其它部分。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一结构和/或所述第二结构的一个或多个部分通过铸造形成。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一结构和/或所述第二结构的一个或多个部分是单晶体超级合金。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一结构是具有壁的壁结构，所述壁提供了所述翼型的所述区段的包围的内部部分，并且所述第二结构是具有壁的壁结构，所述壁包围所述第一结构，其中所述方法还包括：

形成穿过所述第一结构的所述壁的一个或多个孔；以及

形成穿过所述第二结构的所述壁的一个或多个孔，使得所述翼型的所述内部部分中的空气能够经由所述第一结构和第二结构中的所述孔流出所述翼型。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一结构的所述壁中的所述孔的定位相对于所述第二结构的所述壁中的所述孔的定位交错。

13.一种翼型，所述翼型根据权利要求1所述的方法制造。

14.一种气体涡轮机引擎的翼型的双壁区段，所述双壁区段包括：

内部壁，其具有从其外部表面突出的多个柱；

外部壁，其具有从其内部表面突出的多个柱；

接头，其在所述内部壁上的所述柱的端表面与所述外部壁上的所述柱的所述端表面之间。

15.根据权利要求14所述的双壁区段，其中所述接头是扩散接合或钎接连接。

16.根据权利要求15所述的双壁区段，其中所述柱被分组以提供一个或多个接口区；以及

在所述接口区中的每个内，所述柱的所述端之间的所述接头都在相同平面中。

17.根据权利要求16所述的双壁区段，其中所述翼型的所述区段由涡轮机叶片或压缩机叶片组成。

18.根据权利要求17所述的双壁区段，其中所述涡轮机叶片或压缩机叶片具有前边缘区、中间弦区和后边缘区；以及

所述翼型的所述区段是所述前边缘区和中间弦区。

19.一种用于飞行器的气体涡轮机引擎，所述气体涡轮机引擎包括：

引擎核心，其包括涡轮机、压缩机和将所述涡轮机连接至所述压缩机的核心轴；

风扇，其位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；以及

齿轮箱，其接收来自所述核心轴的输入并将驱动输出到所述风扇，以便以比所述核心轴较低的旋转速度驱动所述风扇；

其中所述涡轮机和所述压缩机中的一个或多个包括根据权利要求14所述的翼型的一个或多个双壁区段。

20.根据权利要求19所述的气体涡轮机引擎，其中：

所述涡轮机是第一涡轮机，所述压缩机是第一压缩机，并且所述核心轴是第一核心轴；

所述引擎核心还包括第二涡轮机、第二压缩机和将所述第二涡轮机连接至所述第二压缩机的第二核心轴；以及

所述第二涡轮机、第二压缩机和第二核心轴布置成以比所述第一核心轴较高的旋转速度旋转；

其中所述第二涡轮机和第二压缩机中的一个或多个包括根据权利要求14所述的翼型的一个或多个双壁区段。