CN111219214A

CN111219214A - 风扇容纳

Info

Publication number: CN111219214A
Application number: CN201911095613.7A
Authority: CN
Inventors: 法布里齐奥·多尼西; 何塞·路易斯·蒙特辛诺斯
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-06-02
Also published as: US20200165937A1; EP3656988A1; GB201819070D0

Abstract

本发明题为“风扇容纳”。本发明公开了一种用于气体涡轮引擎的风扇容纳布置结构，该风扇容纳布置结构包括：风扇容纳壳体；以及风扇轨道衬垫，该风扇轨道衬垫径向地位于该风扇容纳壳体内并从该风扇容纳壳体径向向内延伸至气体洗涤表面，该气体洗涤表面界定了用于风扇的气体路径。该风扇轨道衬垫包括由钛或钛合金形成的耐冲击层。该风扇轨道衬垫的径向厚度的不大于约20％由钛或钛合金形成。该风扇轨道衬点包括由第一隔膜层彼此隔开的第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构，该第一多孔冲击结构是由钛或钛合金形成的耐冲击层，或者由钛或钛合金形成的耐冲击层是隔膜层，将该第一多孔冲击结构和该第二多孔冲击结构隔开。

Description

风扇容纳

技术领域

本公开涉及用于气体涡轮引擎的风扇容纳布置结构以及包括风扇容纳布置结构的气体涡轮引擎。

背景技术

气体涡轮引擎包括风扇，该风扇具有位于该引擎前面的风扇叶片。该风扇可容纳在风扇容纳壳体中。在运行期间中的故障事件中，风扇叶片中的一个风扇叶片可能与风扇断开并冲击该风扇容纳壳体。这通常称为风扇叶片脱落(FBO)事件。在涡轮引擎风扇失去叶片后，由于风扇的冲击，风扇容纳壳体上的负载明显高于正常飞行条件下的负载。希望提供一种风扇容纳布置结构，其抑制由于FBO期间的冲击而引起的裂纹的蔓延。

风扇轨道衬垫通常设置在风扇容纳壳体的内侧表面上。风扇轨道衬垫可包括一个或多个多孔材料层，该一个或多个多孔材料层可夹在支撑性纤维增强叠层之间并粘结到该支撑性纤维增强叠层。风扇轨道衬垫被设计成在FBO事件期间吸收冲击叶片的一些能量。

美国专利US 4377370公开了一种用于涡轮引擎的旋转元件的安全设备。该设备包括围绕一段叶片的环，在该环上缠绕有细长元件。该环能够被破裂的叶片或已分离并且撞击细长元件的叶片的片段横穿。该细长元件的绕组移动以吸收动能。从最内层开始，该设备包括内部封套、由可变形材料制成的第一片段环、包封在可聚合材料中的细长元件的绕组、由可变形材料制成的第二片段环、和薄外部封套。薄封套由诸如钢、钛、纤维增强材料、合成树脂等的坚固弹性材料制成。

欧洲专利申请EP 1336739 A公开了一种用于气体涡轮引擎的风扇壳体，其组合了叶片容纳和噪声抑制的功能。该风扇壳体具有环形金属内壳，该环形金属内壳具有穿过其形成的多个孔。吸声体诸如多孔谐振器围绕该内壳设置。内壳14可由任何合适的合金制成，包括但不限于钢、钛或铝。

本公开提供了改进的风扇容纳布置结构或至少提供了已知风扇容纳布置结构的有用另选方案。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的风扇容纳布置结构，该风扇容纳布置结构包括：风扇容纳壳体；以及风扇轨道衬垫，该风扇轨道衬垫径向地位于风扇容纳壳体内并从风扇容纳壳体径向向内延伸至气体洗涤表面，该气体洗涤表面界定了用于风扇的气体路径；其中该风扇轨道衬垫包括由钛或钛合金形成的耐冲击层，其中该风扇轨道衬垫的径向厚度的不大于约20％由钛或钛合金形成，并且(i)风扇轨道衬垫包括由第一隔膜层彼此隔开的第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构，第一多孔冲击结构是由钛或钛合金形成的耐冲击层，或者(ii)由钛或钛合金形成的耐冲击层是隔膜层，将第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构隔开。

风扇容纳壳体可被构造成向风扇轨道衬垫提供结构支撑。该风扇容纳壳体可以是硬壁风扇容纳壳体。该风扇容纳壳体可为复合风扇容纳壳体，即主要由复合材料形成的风扇容纳壳体。例如，风扇容纳壳体可主要由纤维增强聚合物材料诸如碳纤维增强的聚合物材料形成。

该风扇轨道衬垫可设置在风扇容纳壳体的径向内侧表面上。该风扇轨道衬垫可安装在风扇容纳壳体的径向内侧表面上。该风扇轨道衬垫可粘附到或粘结到风扇容纳壳体的径向内侧表面。该风扇轨道衬垫可与风扇容纳壳体一体形成，例如与径向内侧上的风扇容纳壳体一体形成。

该风扇轨道衬垫可用作风扇容纳布置结构中的风扇防撞衬垫，即，风扇轨道衬垫可为风扇防撞衬垫。该风扇容纳布置结构还可包括声音抑制衬垫。该声音抑制衬垫可设置在风扇轨道衬垫(即，风扇防撞衬垫)的前面或后面。该风扇容纳布置结构可包括两个声音抑制衬垫，一个声音抑制衬垫设置在风扇轨道衬垫(即，风扇防撞衬垫)的前面，另一个声音抑制衬垫设置在风扇轨道衬垫(即，风扇防撞衬垫)的后面。

该风扇容纳壳体可沿其轴向范围包括向前部部分、中间部分和后部部分。该风扇容纳壳体的轴向范围可对应于当风扇容纳壳体安装在气体涡轮引擎中时风扇的轴向位置。该前部部分和该后部部分可比中间部分薄。该前部部分和该后部部分中的每一者的厚度可随着远离中间部分的距离而减小。该风扇轨道衬垫可设置在中间部分中的风扇容纳壳体的径向内侧表面上。该风扇轨道衬垫可在风扇容纳壳体的被构造成围绕风扇的一部分处选择性地定位在风扇容纳壳体的径向内侧表面上。在FBO事件期间，风扇轨道衬垫可选择性地定位在风扇叶片的投影路径中。风扇轨道衬垫可选择性地定位在冲击区域(即，在FBO事件期间最可能受风扇叶片冲击的至少一个冲击区域)处的风扇容纳壳体的径向内侧表面上。

钛和钛合金通常比其他常用于航空应用中的材料更坚固(就极限拉伸强度和屈服强度而言)，并且尤其比其他常用于构造风扇轨道衬垫的材料(例如铝、聚合物材料或纤维增强聚合物材料)更坚固。例如，钛合金可具有超过1400MPa的极限拉伸强度，而铝合金一般具有约500MPa的极限拉伸强度。然而，钛和钛合金通常比常用于构造风扇轨道衬垫的材料更致密。例如，在室温下，纯钛的密度为约4.5g/cm³，而铝的密度为约2.7g/cm³，碳纤维增强聚合物的密度通常在1.5g/cm³至2.0g/cm³的范围内。因此，通常避免在风扇轨道衬垫的构造中使用钛和钛合金，以避免部件重量的过度增加。然而，本发明人已惊奇地发现，钛和钛合金可在重量不过度增加的情况下结合到风扇轨道衬垫中，只要风扇轨道衬垫的径向厚度的不大于约20％由钛或钛合金形成即可。这使得风扇轨道衬垫能够从较高强度的钛和钛合金受益。

耐冲击层可用作防弹屏障。耐冲击层可被构造成减慢冲击射弹(诸如在FBO事件期间的冲击风扇叶片)并减小冲击射弹穿透风扇容纳壳体的可能性。耐冲击层可被构造成将冲击射弹(诸如冲击风扇叶片)保持在风扇轨道衬垫内，以避免射弹从风扇轨道衬垫反弹并从引擎排出。耐冲击层可被构造成将冲击射弹保持在风扇轨道衬垫内，直到其因经过风扇叶片而被冲回引擎中。

可能的是由钛或钛合金形成的耐冲击层是由钛或钛合金形成的多孔冲击结构。

由钛或钛合金形成的多孔冲击结构可以是蜂窝结构。该蜂窝结构可包括在单元壁之间形成的多个单元。这些单元可以是基本上中空的。该蜂窝结构可被描述为至少部分地包封多个单元(例如，基本上中空的单元)的连接的单元壁的网络。该单元壁可相对于单元尺寸为薄的。例如，单元壁可具有不大于特征单元尺寸(例如单元宽度)的10％(例如不大于5％，或不大于1％)的厚度。单元壁也可相对于多孔冲击结构的厚度为薄的。这些单元可被规则地布置在格状结构上。这些单元可为柱状的。这些单元可为柱状的并被布置成基本上彼此平行，即，使得每个柱状单元的纵向轴线基本上平行于每个其他柱状单元的纵向轴线。

该蜂窝结构可为六边形蜂窝结构。该蜂窝结构可包括横截面为六边形的柱状单元。该蜂窝结构可为膨胀的蜂窝结构(即“过度膨胀的”蜂窝结构)、增强的六边形蜂窝结构(即，由附加单元壁强化的主要为六边形的蜂窝结构)、矩形蜂窝结构或正方形蜂窝结构。

该蜂窝结构可包括单元壁的周期性重复图案。该重复图案可为规则的。该重复图案可为分层的。该重复图案可形成具有两个或更多个、或三个或更多个、或四个或更多个不同单元形状的单元。

由钛或钛合金形成的多孔冲击结构可具有不大于约400kg/m³的密度，例如，不大于约300kg/m³，或不大于约250kg/m³，或不大于约200kg/m³。由钛或钛合金形成的多孔冲击结构可具有不小于约10kg/m³的密度，例如，不小于约25kg/m³，或不小于约50kg/m³，或不小于约75kg/m³。由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有从约10kg/m³至约400kg/m³的密度，例如，从约25kg/m³至约300kg/m³，或从约25kg/m³至约250kg/m³，或从约50kg/m³至约250kg/m³，或约从50kg/m³至约200kg/m³，或从约75kg/m³至约200kg/m³。

由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的相对密度R可被定义为

其中ρ^*为多孔冲击结构的密度，ρ为形成多孔冲击结构的固体材料的密度。由钛或钛合金形成的多孔冲击结构可具有不大于约0.5的相对密度R，例如，不大于约0.4，或不大于约0.3，或不大于约0.2，或不大于约0.1。

可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不大于约20mm的平均单元直径(即单元尺寸)，例如不大于约15mm，或不大于约10mm，或不大于约7mm，或不大于约5mm，或不大于约4mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不小于约0.1mm的平均单元直径，例如不小于约1mm，或不小于约2mm，或不小于约3mm。可能的是，多孔冲击结构具有从约0.1mm至约20mm的平均单元直径，例如从约1mm至约15mm，或从约1mm至约10mm，或从约3mm至约10mm，或从约2mm至约7mm，或从约2mm至约5mm，或从约3mm至约7mm，或从约3mm至约5mm，或从约2mm至约4mm，或从约3mm至约4mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有约1/8(即0.125)英寸(即约3.175mm)的平均单元直径(即单元尺寸)。

对于具有带柱状单元壁的蜂窝结构的多孔冲击结构，最大平面内单元直径可定义为在穿过垂直于单元壁的横截面上测得的相对单元壁之间的最大直线距离。对于具有带柱状单元壁的蜂窝结构的多孔冲击结构，最小平面内单元直径可定义为在穿过垂直于单元壁的横截面上测得的相对单元壁之间的最小直线距离。

可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不大于约20mm的最大平面内单元直径，例如，不大于约15mm，或不大于约10mm，或不大于约7mm，或不大于约5mm，或不大于约4mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不小于约0.1mm的最大平面内单元直径，例如，不小于约1mm，或不小于约2mm，或不小于约3mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有从约0.1mm至约20mm的最大平面内单元直径，例如，从约1mm至约15mm，或从约1mm至约10mm，或从约3mm至约10mm，或从约2mm至约7mm，或从约2mm至约5mm，或从约3mm至约7mm，或从约3mm至约5mm，或从约2mm至约4mm，或从约3mm至约4mm。

可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不大于约20mm的最小平面内单元直径，例如，不大于约15mm，或不大于约10mm，或不大于约7mm，或不大于约5mm，或不大于约4mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不小于约0.1mm的最小平面内单元直径，例如，不小于约1mm，或不小于约2mm，或不小于约3mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有从约0.1mm至约20mm的最小平面内单元直径，例如，从约1mm至约15mm，或从约1mm至约10mm，或从约3mm至约10mm，或从约2mm至约7mm，或从约2mm至约5mm，或从约3mm至约7mm，或从约3mm至约5mm，或从约2mm至约4mm，或从约3mm至约4mm。

可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不大于约0.01英寸(即，约0.254mm)的单元壁厚度(即“箔厚度”)，例如，不大于约0.008英寸(即约0.2032mm)，或不大于约0.006英寸(即约0.1524mm)，或不大于约0.005英寸(即约0.127mm)，或不大于约0.004英寸(即约0.1016mm)，或不大于约0.003英寸(即约0.0762mm)。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有不小于约0.0005英寸(即约0.0127mm)的单元壁厚度，例如，不小于约0.001英寸(即约0.0254mm)，或不小于约0.002英寸(即约0.0508mm)，或不小于约0.003英寸(即约0.0762mm)。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构具有从约0.0005英寸(即，约0.0127mm)至约0.01英寸(即约0.254mm)的单元壁厚度，例如，从约0.001英寸(即约0.0254mm)至约0.008英寸(即约0.2032mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.006英寸(即约0.1524mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.005英寸(即约0.127mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.004英寸(即约0.1016mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.003英寸(即约0.0762英寸)，或从约0.003英寸(即约0.0762mm)至约0.005英寸(即约0.127mm)，或从约0.003英寸(即约0.0762mm)至约0.004英寸(即约0.1016mm)。

由钛或钛合金形成的多孔冲击结构可包括基本上中空的单元。可能的是，多孔冲击结构中的大部分(例如，全部)单元为基本上中空的。

可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构中的一些(例如，全部)单元填充有气体。例如，可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构中的一些(例如，全部)单元填充有空气。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的单元中的至少一些(例如，大部分或基本上全部)为气体填充的单元，例如，空气填充的单元。

可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的不大于约20％，例如不大于约17.5％，或不大于约15％。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的不小于约1％，例如不小于约5％，或不小于约10％。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的从约1％至约20％，例如从约5％至约17.5％，或从约10％至约20％，或从约10％至约17.5％，或从约10％至约15％。

可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的径向厚度不大于约20mm，例如，不大于约15mm，或不大于约10mm，或不大于约8mm，或不大于约7mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的径向厚度不小于约2mm，例如，不小于约3mm，或不小于约4mm，或不小于约5mm，或不小于约6mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的径向厚度为从约2mm至约20mm，例如，从约3mm至约15mm，或从约3mm至约10mm，或从约4mm至约8mm，或从约5mm至约7mm。可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的径向厚度为约6.6mm。

可能的是，风扇轨道衬垫可包括第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构。该第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构可由第一隔膜层彼此隔开。该第一多孔冲击结构可为由钛或钛合金形成的耐冲击层。因此，该第一多孔冲击结构可具有本文参考由钛或钛合金形成的多孔冲击结构所述的任何特性。该第二多孔冲击结构可由除钛或钛合金之外的材料形成。

可能的是，该第一多孔冲击结构和该第二多孔冲击结构中的一者或每一者为蜂窝结构。为避免疑义，该第一多孔冲击结构和该第二多孔冲击结构中的任一者或两者可具有上文参考由钛或钛合金形成的多孔冲击结构所述的蜂窝结构的任何特性。

该第二多孔冲击结构可由具有比形成第一多孔冲击结构的钛或钛合金低的强度(例如，较低的极限拉伸强度和/或较低的屈服强度)的材料形成。该第二多孔冲击结构可由阻燃材料形成。该第二多孔冲击结构可由金属诸如铝或铝合金形成。另选地，第二多孔冲击结构可由聚合物材料形成，诸如芳族聚酰胺聚合物材料(例如芳族聚酰胺诸如对位芳族聚酰胺(例如由杜邦(DuPont)制造的

耐热合成纤维材料)或间位芳族聚酰胺(例如由杜邦(DuPont)制造的

阻燃间位芳族聚酰胺材料))，例如涂覆在树脂中的芳族聚酰胺纸。另选地，该第二多孔冲击结构可由纤维增强聚合物材料诸如玻璃纤维或碳纤维增强聚合物形成。

可能的是，该第一多孔冲击结构为径向外侧多孔冲击结构，并且该第二多孔冲击结构为径向内侧多孔冲击结构。可能的是，由钛或钛合金形成的径向外侧多孔冲击结构用作风扇轨道衬垫的更径向内侧部分和径向外侧风扇容纳壳体之间的耐冲击壁。可能的是，射弹冲击时径向内侧第二多孔冲击结构的变形导致大量的射弹动能被吸收，使射弹减慢，然后射弹冲击并且被更坚固但通常更薄的径向外侧第一多孔冲击结构阻挡。通过将更坚固(并且通常更硬)的第一多孔冲击结构布置在较弱(并且通常刚度较低的第二多孔冲击结构)的外侧，降低了冲击射弹贯穿第一多孔冲击结构(而不是压破第一多孔冲击结构)的可能性。因此，风扇容纳布置结构的阻止冲击射弹的总体有效性得到改进。

当将负载施加到多孔材料诸如蜂窝结构时，其通常经历三个变形阶段。首先，多孔材料通常将产生弹性。其次，随着应变的增加(例如，高于约5％的应变，具体取决于材料)，多孔结构中的单元壁将以相对恒定的应力进行弯曲和塌缩(即，经历塑性变形)，直到例如约50％的应变。多孔材料的变形从弹性应变转变为塑性应变时的应力通常被称为材料的“压碎强度”。第三，随着应变不断增加，多孔材料通常进入致密化体系，其中单元壁彼此接触并且应力随着应变而快速增加。

可能的是，第二多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的不大于约95％，例如，不大于约90％，或不大于约85％，或不大于约80％。可能的是，该第二多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的不小于约40％，例如，不小于约50％，或不小于约60％，或不小于约65％，或不小于约70％。可能的是，该第二多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的从约40％至约95％，例如，从约50％至约90％，或从约60％至约90％，或从约65％至约85％，或从约70％至约80％。

可能的是，第二多孔冲击结构的径向厚度不大于约60mm，例如，不大于约50mm，或不大于约45mm，或不大于约40mm，或不大于约38mm。可能的是，第二多孔冲击结构的径向厚度不小于约20mm，例如，不小于约25mm，或不小于约30mm，或不小于约35mm，或不小于约37mm。可能的是，第二多孔冲击结构的径向厚度为从约20mm至约60mm，例如，从约25mm至约50mm，或从约30mm至约45mm，或从约30mm至约40mm，或从约35mm至约40mm，或从约35mm至约38mm，或从约37mm至约40mm，或从约37mm至约38mm。

可能的是，第二多孔冲击结构具有不大于约0.01英寸(即，约0.254mm)的单元壁厚度(即“箔厚度”)，例如，不大于约0.008英寸(即约0.2032mm)，或不大于约0.006英寸(即约0.1524mm)，或不大于约0.005英寸(即约0.127mm)，或不大于约0.004英寸(即约0.1016mm)，或不大于约0.003英寸(即约0.0762mm)。可能的是，第二多孔冲击结构具有不小于约0.0005英寸(即约0.0127mm)的单元壁厚度，例如，不小于约0.001英寸(即约0.0254mm)，或不小于约0.002英寸(即约0.0508mm)，或不小于约0.003英寸(即约0.0762mm)。可能的是，第二多孔冲击结构具有从约0.0005英寸(即，约0.0127mm)至约0.01英寸(即约0.254mm)的单元壁厚度，例如，从约0.001英寸(即约0.0254mm)至约0.008英寸(即约0.2032mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.006英寸(即约0.1524mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.005英寸(即约0.127mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.004英寸(即约0.1016mm)，或从约0.002英寸(即约0.0508mm)至约0.003英寸(即约0.0762英寸)，或从约0.003英寸(即约0.0762mm)至约0.005英寸(即约0.127mm)，或从约0.003英寸(即约0.0762mm)至约0.004英寸(即约0.1016mm)。

可能的是，第一多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的从约5％至约20％，例如，从约10％至约15％，并且第二多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的从约60％至约90％，例如，从约70％至约80％。

可能的是，该第一多孔冲击结构和该第二多孔冲击结构具有不同的单元密度。可能的是，该第一多孔冲击结构的单元密度高于该第二多孔冲击结构的单元密度。可能的是，该第一多孔冲击结构该和第二多孔冲击结构具有不同的单元几何形状。

可能的是，该第一多孔冲击结构例如通过固化的环氧树脂粘合剂直接粘附到风扇容纳壳体。

该第一隔膜层可为非多孔的。该第一隔膜层可为纤维增强聚合物材料固体层，诸如玻璃纤维或碳纤维增强聚合物材料。第一隔膜层可具有从约0.1mm至约1mm的径向厚度，例如约0.5mm。

该风扇容纳布置结构还可包括可磨耗结构。可磨耗结构可由第二隔膜层与第二多孔冲击结构隔开。

可磨耗结构可形成在风扇轨道衬垫的径向最内侧面上。可磨耗结构可被构造成在引擎运行期间被风扇叶片的移动磨耗，以在风扇容纳布置结构和风扇叶片之间提供紧密配合，并且最小化风扇叶片尖端周围的漏气。可磨耗结构可被制为具有多孔结构，即可磨耗结构可以是多孔可磨耗结构。该多孔可磨耗结构可具有泡沫结构。该多孔可磨耗结构可具有蜂窝结构。可填充多孔可磨耗结构的单元。例如，该多孔可磨耗结构可包括由第一聚合物材料(例如芳族聚酰胺聚合物材料，例如

阻燃间位芳族聚酰胺材料)形成并且填充有第二聚合物材料(诸如固化的环氧树脂，例如固化的环氧树脂泡沫的形式)的蜂窝结构。可磨耗结构可具有从约4mm至约8mm的径向厚度，例如约6mm。

第二隔膜层可为非多孔的。该第二隔膜层可为纤维增强聚合物材料固体层，诸如玻璃纤维或碳纤维增强聚合物材料。第二隔膜层可具有从约0.1mm至约5mm的径向厚度，例如，从约0.5mm至约3mm。例如，可能的是，第二多孔冲击结构由金属诸如铝形成，并且第二隔膜层具有从约0.1mm至约1mm的径向厚度，例如，约0.5mm。另选地，可能的是，第二多孔冲击结构由聚合物材料诸如芳族聚酰胺聚合物材料形成，并且第二隔膜层具有从约1mm至约5mm的径向厚度，例如约3mm。

作为其中由钛或钛合金形成的耐冲击层为由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的实施方案的另选方案，可能的是，由钛或钛合金形成的耐冲击层是由钛或钛合金形成的隔膜层。由钛或钛合金形成的隔膜层可分隔第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构。

由钛或钛合金形成的隔膜层可为钛或钛合金片。由钛或钛合金形成的隔膜层(例如，钛或钛合金片)可具有不大于约10mm的径向厚度，例如，不大于约7.5mm，或不大于约5mm，或不大于约2.5mm，或不大于约1mm，或不大于约0.8mm，或不大于约0.5mm。由钛或钛合金形成的隔膜层(例如，钛或钛合金片)可具有不小于约0.1mm的径向厚度，例如，不小于约0.2mm，或不小于约0.3mm。由钛或钛合金形成的隔膜层(例如，钛或钛合金片)可具有从约0.1mm至约10mm的径向厚度，例如，从约0.1mm至约7.5mm，或从约0.1mm至约5mm，或从约0.2mm至约5mm，或从约0.3mm至约5mm，或从约0.1mm至约2.5mm，或从约0.2mm至约2.5mm，或从约0.3mm约2.5mm，或从约0.1mm至约1mm，或约0.2mm至约1mm，或从约0.3mm至约1mm，或从约0.1mm至约0.8mm，或从约0.2mm至约0.8mm，或从约0.3mm至约0.8mm，或从约0.1mm至约0.5mm，或从约0.2mm至约0.5mm，或从约0.3mm至约0.5mm。由钛或钛合金形成的隔膜层(例如，钛或钛合金片)可具有约0.5mm的径向厚度。

由钛或钛合金(例如，钛或钛合金片)形成的隔膜层可构成风扇轨道衬垫的径向厚度的不大于约10％，例如，不大于约5％，或不大于约3％，或不大于约1％。由钛或钛合金(例如，钛或钛合金片)形成的隔膜层可构成风扇轨道衬垫的径向厚度的不小于约0.01％，例如，不小于约0.05％，或不小于约0.1％，或不小于约0.5％。由钛或钛合金(例如，钛或钛合金片)形成的隔膜层可构成风扇轨道衬垫的径向厚度的从约0.01％至约10％，例如，从约0.01％至约5％，或从约0.01％至约3％，或从约0.01％至约1％，或从约0.05％至约3％，或从约0.05％至约1％，或从约0.1％至约3％，或从约0.1％至约1％，或从约0.5％至约3％，或从约0.5％至约1％。

第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构中的一者或两者可由除钛或钛合金之外的材料形成。例如，第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构中的一者或两者可由金属(诸如铝或铝合金)、聚合物材料(例如芳族聚酰胺聚合物材料，例如

耐热合成纤维材料或

阻燃间位芳族聚酰胺材料)或纤维增强聚合物材料(诸如玻璃纤维或碳纤维增强聚合物材料)形成。

应当理解，在整个本说明书和所附权利要求书中，提及“钛”是指非合金钛。然而，应当理解，非合金钛不一定为纯元素钛，并且非合金钛可包含不可避免的痕量元素，诸如氧、氢、铁、镁、锰或氯。非合金钛可为工业纯(CP)钛，例如包含不超过1重量％、0.1重量％、0.01重量％或0.001重量％杂质的CP钛(即99重量％、99.9重量％、99.99重量％或99.999重量％的CP钛)。

还应当理解，提及“钛合金”是指包含具有超过杂质含量的含量的一种或多种附加元素的钛合金。例如，钛通常与铝、钒、钯、钼和/或镍形成合金。

可能的是，耐冲击层由包含(即主要由其组成)钛、铝和钒(以及痕量的任何不可避免的杂质)的钛合金形成。例如，可能的是，耐冲击层由Ti-3Al-2.5V(即包含约93重量％至约95.5重量％的钛、从约2.5重量％至约3.5重量％的铝和从约2重量％至约3重量％的钒的合金，其余为杂质，通常为少量的钯(例如约0.04重量％至约0.08重量％的钯))或Ti-6Al-4V(即包含约90重量％的钛、约6重量％的铝和约4重量％的钒的合金，其余为杂质)形成。

耐冲击层可由近α钛合金(即主要包含六边形紧密堆积相以及少量体心立方相的合金，通常包含小于2重量％的β相稳定元素)或α-β钛合金(即包含六边形紧密堆积相和体心立方相的组合的合金)形成。

可能的是，钛或钛合金构成风扇轨道衬垫总重量的不大于约40％，例如，不大于约30％，或不大于约20％，或不大于约15％，或不大于约10％，或不大于约5％。例如,可能的是，由钛或钛合金形成的耐冲击层构成风扇轨道衬垫总重量的不大于约40％，例如，不大于约30％，或不大于约20％，或不大于约15％，或不大于约10％，或不大于约5％。

在具有由钛或钛合金形成的多孔冲击结构的实施方案中，可能的是，由钛或钛合金形成的多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫总重量的不大于约40％，例如，不大于约30％，或不大于约20％，或不大于约15％，或不大于约10％，或不大于约5％。

在具有由钛或钛合金形成的隔膜层的实施方案中，可能的是，由钛或钛合金形成的隔膜层构成风扇轨道衬垫总重量的不大于约20％，或不大于约15％，或不大于约10％，或不大于约5％。

可能的是，风扇容纳布置结构包括：风扇容纳壳体；以及风扇轨道衬垫，该风扇轨道衬垫径向地位于风扇容纳壳体内，并从风扇容纳壳体径向向内延伸至气体洗涤表面，该气体洗涤表面界定了用于风扇的气体路径；其中该风扇轨道衬垫包括：由钛或钛合金形成的第一多孔冲击结构，该第一多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的从约5％至20％，例如，从约10％至15％；由铝、铝合金或聚合物材料形成的第二多孔冲击结构，该第二多孔冲击结构构成风扇轨道衬垫的径向厚度的从约60％至约90％，例如，从约70％至约80％；由复合材料形成的第一隔膜层，其将第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构隔开；由第一聚合物材料形成的多孔可磨耗结构，其任选地填充有第二聚合物材料；以及由复合材料形成的第二隔膜层，其将第二多孔冲击结构和多孔可磨耗结构隔开。

在第二方面，提供了一种气体涡轮引擎，其包括根据第一方面的风扇容纳布置结构。该风扇容纳布置结构可包封风扇。

如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、燃烧器、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的(具有风扇叶片的)风扇。

本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成(例如直接接收，例如经由大致环形的管道)从第一压缩机接收流。

齿轮箱可被布置成由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如上述示例中的第一芯轴)来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴)来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。

该齿轮箱为减速齿轮箱(因为风扇的输出比来自芯轴的输入的旋转速率低)。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱可以是“行星式”或“星形”齿轮箱，如本文别处更详细地描述。该齿轮箱可以具有任何期望的减速比(定义为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度)，例如大于2.5，例如在3至4.2的范围内，例如，大约或至少为3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，齿轮齿数比可以介于前一句中的任何两个值之间。较高的齿轮齿数比可能更适合“行星”式齿轮箱。在一些布置结构中，该齿轮齿数比可在这些范围之外。

在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和一个或多个压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游(例如在其出口处)。以另一个示例的方式，在提供第二涡轮的情况下，可将燃烧器出口处的流提供至第二涡轮的入口。该燃烧器可设置在一个或多个涡轮的上游。

该压缩机或每个压缩机(例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片，该排定子叶片可为可变定子叶片(因为该排定子叶片的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。

该涡轮或每个涡轮(例如，如上所述的第一涡轮和第二涡轮)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部(或毂部)延伸到100％跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于(或大约为)以下中的任何一个：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。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘(或轴向最前)部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。

可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径(可能只是风扇半径的两倍)可大于(或大约为)以下中的任何一个：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)、380cm(约150英寸)或390cm(约155英寸)。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。

风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在250cm至300cm(例如250cm至280cm)范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在320cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内、例如在1400rpm至1600rpm的范围内。

在使用气体涡轮引擎时，(具有相关联的风扇叶片的)风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U_尖端移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U_尖端 ²，其中dH是跨风扇的焓升(例如1-D平均焓升)，并且U_尖端是风扇尖端的(平移)速度，例如在尖端的前缘处(可被定义为前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(或大约为)以下中的任何一个：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4(本段中的所有单位为Jkg^-1K^-1/(ms^-1)²)。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。

根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比率，其中该旁路比率被定义为在巡航条件下穿过旁路管道的流的质量流率与穿过核心的流的质量流率的比率。在一些布置结构中，该旁路比率可大于(或大约为)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。该旁路比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。该旁路管道可以是基本上环形的。该旁路管道可位于引擎核心的径向外侧。旁路管道的径向外表面可以由短舱和/或风扇壳体限定。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮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出口处的滞止压力(进入燃烧器之前)之比。以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总压力比可大于(或大约为)以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。

引擎的比推力可被定义为引擎的净推力除以穿过引擎的总质量流量。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的比推力可小于(或大约为)以下中的任何一个：110Nkg^-1s、105Nkg^-1s、100Nkg^-1s、95Nkg^-1s、90Nkg^-1s、85Nkg^-1s或80Nkg^-1s。比推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。与传统的气体涡轮引擎相比，此类引擎可能特别高效。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。仅以非限制性示例的方式，如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮可产生至少为(或大约为)以下中的任何一者的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。上面提到的推力可为在标准大气条件下、在海平面处、加上15℃(环境压力101.3kPa，温度30℃)、引擎静止时的最大净推力。

在使用中，高压涡轮的入口处的流的温度可能特别高。该温度，可被称为TET，可在燃烧器的出口处测量，例如紧接在可被称为喷嘴导向叶片的第一涡轮叶片的上游。在巡航时，该TET可至少为(或大约为)以下中的任何一者：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。引擎在使用时的最大TET可以是，例如，至少为(或大约为)以下中的任何一者：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可在由前一句中的任意两个值界定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。可以例如在高推力条件下发生最大TET，例如在最大起飞(MTO)条件下发生最大TET。

本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可由任何合适的材料或材料组合来制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由复合材料来制造，该复合材料为例如金属基质复合材料和/或有机基质复合材料，诸如碳纤维。以另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属来制造，该金属为诸如基于钛的金属或铝基材料(诸如铝锂合金)或基于钢的材料。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缘，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗(例如，来自鸟类、冰或其他材料的)冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或基于钛的合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有碳纤维或具有带钛前缘的基于铝的主体(诸如铝锂合金)。

如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如沿径向方向延伸。该风扇叶片可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件，该固定件可与毂部(或盘状部)中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以插入和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可被称为整体叶盘或整体叶环。可使用任何合适的方法来制造此类整体叶盘或整体叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接(诸如线性摩擦焊接)来附接到毂部/盘状部。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可能或可能不设有可变面积喷嘴(VAN)。此类可变面积喷嘴可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。

如本文所述和/或要求保护的气体涡轮的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如14、16、18、20、22、24或26个风扇叶片。

如本文所用，巡航条件可指气体涡轮引擎所附接的飞行器的巡航条件。此类巡航条件通常可被定义为巡航中期的条件，例如飞行器和/或引擎在爬升顶点和下降起点之间的中点(就时间和/或距离而言)处所经历的条件。

仅以举例的方式，巡航条件下的前进速度可为从0.7马赫至0.9马赫的范围内的任何点，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0.8马赫、大约0.85马赫或0.8至0.85。这些范围内的任何单一速度可以是巡航条件。对于某些飞行器，巡航条件可能超出这些范围，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于在以下范围内的高度处的标准大气条件：10000m至15000m，例如在10000m至12000m的范围内，例如在10400m至11600m(约38000英尺)的范围内，例如在10500m至11500m的范围内，例如在10600m至11400m的范围内，例如在10700m(约35000英尺)至11300m的范围内，例如在10800m至11200m的范围内，例如在10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可对应于这些范围内的任何给定高度处的标准大气条件。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.8；压力23000Pa；以及温度为-55℃。

如本文中任何地方所用，“巡航”或“巡航条件”可指空气动力学设计点。此类空气动力学设计点(或ADP)可对应于风扇被设计用于操作的条件(包括例如马赫数、环境条件和推力要求中的一者或多者)。例如，这可能指风扇(或气体涡轮引擎)被设计成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引擎可在本文别处定义的巡航条件下操作。此类巡航条件可通过飞行器的巡航条件(例如，巡航中期条件)来确定，至少一个(例如2个或4个)气体涡轮引擎可以安装在该飞行器上以提供推进推力。

本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：

图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；

图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；

图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；

图4是风扇容纳布置结构的示意性截面侧视图；

图5是穿过第一示例性风扇轨道衬垫的一部分的示意性截面图；并且

图6是穿过第二示例性风扇轨道衬垫的一部分的示意性截面图。

具体实施方式

现在将参考附图讨论本公开的方面和实施方案。其他方面和实施方案对于本领域的技术人员而言是显而易见的。

图1示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路管道22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。风扇容纳布置结构41围绕在短舱21内侧的风扇23延伸。

在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中以进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过核心排气喷嘴20排出之前通过高压涡轮17和低压涡轮19膨胀，从而驱动该高压涡轮17和该低压涡轮19以提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机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。

图2中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮19(参见图1)驱动轴26，该轴26联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是齿圈或环形齿轮38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。

需注意，本文中使用的术语“低压涡轮”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮级和最低压力压缩机级(即，不包括风扇23)，和/或通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26(即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴)连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。

在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图3中仅示出了齿的示例性部分。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱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中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，其中齿圈38被固定。然而，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是星形布置结构，其中行星架34保持固定，允许环形齿轮(或齿圈)38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。

应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部件(诸如输入轴26、输出轴和固定结构24)之间的连接件(诸如图2示例中的连杆36、40)可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另一个示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间(例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间)的轴承的任何合适的布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有星形布置结构(如上所述)的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型(例如星形或行星齿轮)、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件(例如，中压压缩机和/或增压压缩机)。

本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴18、20，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴18，该喷嘴与核心排气喷嘴20分开并沿径向位于该核心排气喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于如下引擎，在该引擎中，穿过旁路管道22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前(或上游)混合或组合。一个或两个喷嘴(无论是混合的还是分流的)可具有固定的或可变的面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子(其中风扇级未被短舱围绕)或例如涡轮螺旋桨引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。

气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向(与旋转轴线9对准)、径向(在图1中从下到上的方向)和周向(垂直于图1视图中的页面)。轴向、径向和周向相互垂直。

风扇容纳布置结构41的结构示意性地示于图4中，其示出了风扇容纳布置结构在与引擎中心线相交的径向平面中的一部分的截面图。风扇容纳布置结构41包括在前端43和后端44之间延伸的风扇容纳壳体42。风扇容纳壳体42主要由纤维增强复合材料形成，例如碳纤维增强聚合物(CFRP)。风扇冲击衬垫45粘附或换句话讲固定到前端和后端中间的风扇容纳壳体42的内侧表面。风扇冲击衬垫45由纤维增强复合材料层和蜂窝材料层形成，如下文更详细说明的，并且被构造成在风扇叶片脱落(FBO)事件期间的叶片冲击时吸收大量能量。前部声学衬垫46和后部声学衬垫47分别靠近前端43和后端44粘附到风扇容纳壳体42。风扇容纳壳体42充当风扇冲击衬垫45以及前部声学衬垫46和后部声学衬垫47的刚性结构支撑件。

在第一示例性实施方案中，风扇冲击衬垫45的结构在图5中示意性地示出，其示出了粘附到风扇容纳壳体42的风扇冲击衬垫45的一部分的截面图。风扇冲击衬垫45包括六边形蜂窝材料的三个不同层(48、49和50)：径向外蜂窝层、径向中间蜂窝层49和径向内蜂窝层。

径向外部蜂窝层48由钛或钛合金诸如Ti-3Al-2.5V或Ti-6Al-4V形成，并且在该示例中，其占风扇冲击衬垫45的总径向厚度的约10％至约15％。例如，蜂窝层48可为约6.6mm厚。

径向中间蜂窝层49由铝或铝合金形成，并且在该示例中，占风扇冲击衬垫45的总径向厚度的约70％至约80％。例如，蜂窝层49可为约38mm厚。合适的示例性铝蜂窝材料具有1/8英寸(即约3.175mm)的单元尺寸和0.003英寸(即约0.0762mm)的箔厚度，但可能的是，单元尺寸介于约0.004英寸(即约0.1mm)和约0.8英寸(即约20.3mm)之间，箔厚度介于约0.0005英寸(即约0.013mm)和约0.01英寸(即约0.25mm)之间。

径向内蜂窝层50由芳族聚酰胺聚合物材料诸如

阻燃间位芳族聚酰胺材料形成，蜂窝的单元填充有固化的环氧树脂(诸如得自3M的Scotch-Weld线中可用的那些)。蜂窝层50可为约6mm厚。径向内蜂窝层50为具有气体洗涤外表面S的可磨耗层，该外表面面向风扇叶片23。在使用中，风扇叶片“磨合运转”以切割可磨耗层中的轨道来获得良好的间隙。

在该示例中，蜂窝层48由固化环氧粘合剂层(未示出)直接粘附到风扇容纳壳体42。径向外蜂窝层48和中间蜂窝层49由介于中间的复合材料外隔膜层51彼此隔开，该复合材料隔膜层由悬浮在环氧树脂基体中的两个碳纤维增强层片形成，该外隔膜层具有约0.5mm的厚度。径向外蜂窝层48和中间蜂窝层49两者由固化环氧粘合剂粘附至隔膜层51。中间蜂窝层49和内蜂窝层50也由介于中间的复合材料内隔膜层52彼此隔开，该复合材料内隔膜层由悬浮在环氧树脂基体(具有约3mm总厚度)中的十二个碳纤维增强层片形成，并同样地，中间蜂窝层49和内蜂窝层50两者由固化环氧粘合剂粘附至隔膜层52。

对于技术人员将显而易见的是，在不脱离衬垫的一般结构的情况下，可改变用于构造图5所示的风扇冲击衬垫的许多材料。例如，蜂窝层48、49和50可采用除六边形结构之外的任何合适的蜂窝结构(例如，它们可具有正方形蜂窝结构)。由铝或铝合金形成的中间蜂窝层49可被由具有小于钛或钛合金的密度的任何合适材料形成的蜂窝层代替，该材料诸如聚合物材料，如

阻燃间位芳族聚酰胺材料。隔膜层51和52可由任何合适的复合材料形成，例如玻璃纤维。可调节隔膜层的厚度以考虑蜂窝材料的任何变化。例如，在其中蜂窝层49由聚合物材料如

阻燃间位芳族聚酰胺材料形成的实施方案中，隔膜层52可由两个碳纤维层片而不是两个层片形成，从而将隔膜层厚度从约3mm减小至约0.5mm。然而，在该示例性实施方案的所有此类变型中，蜂窝层48由钛或钛合金形成。

在使用中，如图5所示的风扇冲击衬垫45吸收冲击射弹(例如，分离的风扇叶片)的动能的很大比例。当射弹开始冲击风扇冲击衬垫45时，与内隔膜层52的接触使冲击力分布在宽广的区域上，使得蜂窝层49的大部分经历变形。随着蜂窝层49变形，能量被吸收。因此，射弹移动穿过风扇冲击衬垫45的速度减小。然而，冲击射弹诸如风扇叶片通常不会完全被阻止在蜂窝层49中。相反，当射弹到达隔膜层51时，冲击力再次散布在蜂窝层48的大面积上。由于蜂窝层48由钛或钛合金形成，这类材料显著强于用于形成蜂窝层49的铝或聚合物材料，因此蜂窝层48的单元壁更耐变形，并且径向外蜂窝层48能够吸收射弹的剩余动能以完全阻止射弹。因此，蜂窝层48充当阻碍或防止射弹穿透风扇容纳壳体42的屏障。

由钛或钛合金形成的蜂窝层48相对于非钛蜂窝层49是薄的。具体地讲，蜂窝层48通常构成风扇轨道衬垫的总径向厚度的小于20％，并且优选地介于10％和15％之间。因此，尽管钛具有比铝或聚合物材料更高的密度，但结合钛蜂窝层48不会导致与先前所考虑的风扇冲击衬垫相比明显的重量增加。此外，由于其与铝或聚合物材料相比更高的强度，钛蜂窝层48能够在短距离内从冲击射弹吸收大量动能。因此，蜂窝层48能够有效地用作冲击射弹的防弹屏障，尽管其相对薄。实际上，正是使用外侧钛结构，其与其他常用材料相比具有高压碎强度和高压缩强度，才允许结合大体积的相对较低强度的内侧层。较低强度的内侧层主要是因为它们的能量吸收和变形能力而提供，而钛结构充当用于阻挡冲击射弹的最终屏障。据估计，使用钛蜂窝层可将冲击时风扇容纳壳体中的应力水平降低多达40％。

本发明人已发现，与不结合钛或钛合金层的已知风扇冲击衬垫相比，风扇冲击衬垫45能够更有效地阻止冲击射弹。因此，风扇冲击衬垫45适用于使用更大、更重的风扇叶片的更大引擎。具体地讲，风扇冲击衬垫能够减小和扩散由于冲击射弹(诸如风扇叶片)所产生的冲击能量，从而保护壳体免受冰和叶片冲击以及阻尼振动，从而也减少了噪音。

在另选的第二示例性实施方案中，风扇冲击衬点45采用图6中示意性示出的结构，该结构再次示出了粘附到风扇容纳壳体42的风扇冲击衬垫45的一部分的截面图。在该实施方案中，风扇冲击衬垫45包括六边形蜂窝材料的三个不同层(53、54和55)：径向外蜂窝层53、中间蜂窝层54和径向内蜂窝层。径向外蜂窝层53由铝或铝合金形成，并且占风扇冲击衬垫45的总径向厚度的约40％。中间蜂窝层54由芳族聚酰胺材料形成，诸如

阻燃间位芳族聚酰胺材料，并且占风扇冲击衬垫45的总径向厚度的约40％。径向内蜂窝层55也由芳族聚酰胺聚合物材料诸如

阻燃间位芳族聚酰胺材料形成，蜂窝的单元填充有固化的环氧树脂(诸如得自3M的Scotch-Weld线中可用的那些)。径向内蜂窝层55为具有气体洗涤外表面S的可磨耗层，该外表面面向风扇叶片23。在使用中，风扇叶片“磨合运转”以切割可磨耗层中的轨道来获得良好的间隙。

蜂窝层53由固化环氧粘合剂层(未示出)直接粘附到风扇容纳壳体42。径向外蜂窝层53和中间蜂窝层54被由钛或钛合金诸如Ti-3Al-2.5V或Ti-6Al-4V片形成的居间隔膜层56彼此隔开。径向外蜂窝层53和中间蜂窝层54两者由固化环氧树脂粘合剂粘附到隔膜层56。中间蜂窝层54和径向内蜂窝层55被由悬浮在环氧树脂基质中的碳纤维增强层片形成的居间复合材料隔膜层57彼此隔开。中间蜂窝层54和径向内蜂窝层55两者由固化环氧树脂粘合剂粘附到隔膜层57。

同样，对于技术人员将显而易见的是，在不脱离衬垫的一般结构的情况下，可改变用于构造图6所示的风扇冲击衬垫的许多材料。例如，蜂窝层53、54和55可采用除六边形结构之外的任何合适的蜂窝结构(例如，它们可具有正方形蜂窝结构)。蜂窝层53和54中的任一者或两者可由铝、铝合金或聚合物材料诸如

阻燃间位芳族聚酰胺材料形成。隔膜层57可由任何合适的复合材料形成，例如玻璃纤维。然而，在该第二示例性实施方案的所有此类变型中，隔膜层56由钛或钛合金形成。

同样，在使用中，如图6所示的风扇冲击衬垫45吸收冲击射弹(例如，分离的风扇叶片)的动能的很大比例。当射弹开始冲击风扇冲击衬垫45时，与隔膜层57的接触使冲击力分布在宽广的区域上，使得中间蜂窝层54的大部分变形。随着中间蜂窝层54变形，能量被吸收。因此，射弹移动穿过风扇冲击衬垫45的速度减小。然而，冲击射弹诸如风扇叶片通常不会完全被阻止在蜂窝层54中。相反，当射弹到达隔膜层56时，冲击力再次散布在径向外蜂窝层53的大面积上。此外，由钛或钛合金形成的隔膜层56本身高度耐变形并且对风扇冲击衬垫的阻止效果有很大贡献。尽管钛相对于通常用于形成隔膜层的复合材料具有更高的密度，但薄的隔膜层56对风扇冲击衬垫的总体重量没有显著的贡献。

图5和图6所示的风扇冲击衬垫的示例性实施方案均可使用用于形成本领域已知的复合结构的标准技术制造。例如，蜂窝结构和隔膜的各层可以适当的顺序组装，然后例如在烘箱或高压釜中固化。可固化的粘合剂(诸如环氧树脂)可用于将相邻层彼此粘附。可通过铺设用粘合剂浸渍的增强纤维层片，然后固化来形成复合隔膜。风扇冲击衬垫45和风扇容纳壳体42可分别制造，然后将风扇冲击衬垫粘附到风扇容纳壳体的内侧表面上。另选地，风扇冲击衬垫45和风扇容纳壳体42的各层可一起组装并一起固化。

应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims

1.一种用于气体涡轮引擎的风扇容纳布置结构，包括：

风扇容纳壳体；和

风扇轨道衬垫，所述风扇轨道衬垫径向地位于所述风扇容纳壳体内并从所述风扇容纳壳体径向向内延伸至气体洗涤表面，所述气体洗涤表面界定用于风扇的气体路径；

其中所述风扇轨道衬垫包括由钛或钛合金形成的耐冲击层，其中所述风扇轨道衬垫的径向厚度的不大于约20％由钛或钛合金形成，并且(i)所述风扇轨道衬垫包括由第一隔膜层彼此隔开的第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构，所述第一多孔冲击结构是所述由钛或钛合金形成的耐冲击层，或者(ii)所述由钛或钛合金形成的耐冲击层是隔膜层，将所述第一多孔冲击结构和所述第二多孔冲击结构隔开。

2.根据权利要求1所述的风扇容纳布置结构，其中由钛或钛合金形成的所述耐冲击层为由钛或钛合金形成的多孔冲击结构。

3.根据权利要求2所述的风扇容纳布置结构，其中由钛或钛合金形成的所述多孔冲击结构构成所述风扇轨道衬垫的所述径向厚度的约10％至约20％。

4.根据权利要求1所述的风扇容纳布置结构，其中所述风扇轨道衬垫包括由第一隔膜层彼此隔开的第一多孔冲击结构和第二多孔冲击结构，所述第一多孔冲击结构为由钛或钛合金形成的所述耐冲击层。

5.根据权利要求4所述的风扇容纳布置结构，其中所述第一多孔冲击结构为径向外侧多孔冲击结构，并且所述第二多孔冲击结构为径向内侧多孔冲击结构。

6.根据权利要求4所述的风扇容纳布置结构，其中所述第一多孔冲击结构和所述第二多孔冲击结构中的一者或每一者为蜂窝结构。

7.根据权利要求4所述的风扇容纳布置结构，其中所述第二多孔冲击结构由铝、铝合金或聚合物材料诸如芳族聚酰胺聚合物材料形成。

8.根据权利要求4所述的风扇容纳布置结构，其中所述第二多孔冲击结构构成所述风扇轨道衬垫的所述径向厚度的从约70％至约80％。

9.根据权利要求4所述的风扇容纳布置结构，还包括被第二隔膜层从所述第二多孔冲击结构隔开的可磨耗结构。

10.根据权利要求4所述的风扇容纳布置结构，其中所述第一隔膜层和/或所述第二隔膜层如果存在的话由纤维增强聚合物材料形成。

11.根据权利要求1所述的风扇容纳布置结构，其中由钛或钛合金形成的所述耐冲击层为由钛或钛合金形成的隔膜层，所述隔膜层将所述第一多孔冲击结构和所述第二多孔冲击结构隔开。

12.根据权利要求11所述的风扇容纳布置结构，其中由钛或钛合金形成的所述隔膜层为钛或钛合金片。

13.根据权利要求1所述的风扇容纳布置结构，其中所述耐冲击层由包含钛、铝和钒的钛合金诸如Ti-3Al-2.5V或Ti-6Al-4V形成。

14.根据权利要求1所述的风扇容纳布置结构，其中钛或钛合金占所述风扇轨道衬垫的所述总重量的不大于约30％。

15.一种气体涡轮引擎，包括根据权利要求1所述的风扇容纳布置结构。