CN111472854A - 用于降低可周向地变化的畸变的发动机壳处置部 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于降低可周向地变化的畸变的发动机壳处置部，具体而言涉及用于燃气涡轮发动机的旋转式构件，旋转式构件限定中心轴线，旋转式构件沿着轴向方向、与轴向方向垂直地延伸的径向方向以及与中心轴线和径向方向两者都垂直的周向方向延伸。旋转式构件包括：多个转子叶片，其可操作地联接到沿着中心轴线延伸的旋转轴；和外壳，其沿径向方向布置于多个转子叶片的外部，并且在多个转子叶片中的每个的末梢与外壳之间限定环形间隙。外壳包括位于外壳的内表面上的多个特征。(一个或多个)特征中的第一特征限定第一壳厚，并且，从第一特征至少部分地周向地或轴向地定位的第二特征限定与第一壳厚不同的第二壳厚。

Description

用于降低可周向地变化的畸变的发动机壳处置部
技术领域
本主题大体上涉及发动机壳处置部(treatments)，更特别地涉及位于燃气涡轮发动机的旋转叶片处的用于降低可周向地变化的畸变(distortion)的发动机壳处置部。
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大体上按串行流顺序包括压缩机区段、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，在压缩机区段中，一个或多个轴向压缩机使该空气逐渐压缩，直到该空气到达燃烧区段为止。燃料与压缩空气混合，并且在燃烧区段内被焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导引到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，并且然后被导引通过排气区段(例如，被导引到大气)。涡扇燃气涡轮发动机典型地包括将空气经过通道输送(channel)到核心燃气涡轮发动机(诸如，对于压缩机区段的入口)并且经过通道输送到旁通导管的风扇组件。燃气涡轮发动机(诸如，涡扇发动机)大体上包括环绕包括风扇叶片的风扇组件的风扇壳体。压缩机区段典型地包括带有对应的压缩机壳的一个或多个压缩机。
如所知的，用于燃气涡轮发动机的轴向压缩机可以包括沿着压缩机的轴线布置的许多级。每个级可以包括转子盘和围绕转子盘的圆周布置的许多压缩机叶片(在本文中也被称为转子叶片)。另外，每个级可以进一步包括设置成与转子叶片相邻并且围绕压缩机壳的圆周布置的许多定子叶片。在使用多级轴向压缩机来操作燃气涡轮发动机的期间，涡轮转子通过涡轮而以高速率转动，以便空气持续地被引入(induce)到压缩机中。空气通过旋转的压缩机叶片而加速，并且向后被吹扫到相邻的多排定子叶片上。每个转子叶片/定子叶片级增大空气的压力。
另外，在操作期间，风扇叶片和轴向压缩机第一级可以各自包括入口。经过这些入口的空气可以包括畸变(诸如，压力梯度、速度梯度和/或涡流或角变化)。而且，这样的畸变可能环绕风扇叶片或压缩机叶片的入口周向地变化。此外，这样的畸变可以通过压缩机的每个随后的级传播。另外，畸变可能产生于风扇叶片和/或压缩机级处并且传播到压缩机的随后的级。这样的畸变可能对压缩机或风扇组件的失速点造成影响。压缩机和/或风扇叶片上的失速可能大体上降低发动机的效率。例如，压缩机失速可能降低压缩机压力比并且减少递送到燃烧器的空气流，由此对燃气涡轮的效率造成不利影响。轴向型压缩机中的旋转失速典型地发生于压缩机的期望的峰值性能操作点处。继旋转失速之后，压缩机可能转变成如下的喘振状况或严重失速状况：可能导致效率的损失，并且如果被允许延长，则可能引起燃气涡轮的失效。
照此，存在对于位于燃气涡轮发动机的旋转叶片处的用于降低可周向地变化的畸变的改进的发动机壳处置部的需要。
发明内容
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。
在一个方面，本主题涉及用于燃气涡轮发动机的旋转式构件，旋转式构件限定中心轴线，旋转式构件沿着轴向方向、与轴向方向垂直地延伸的径向方向以及与中心轴线和径向方向两者都垂直的周向方向延伸。旋转式构件包括可操作地联接到沿着中心轴线延伸的旋转轴的多个转子叶片。旋转式构件进一步包括外壳，外壳沿径向方向布置于多个转子叶片的外部，并且在多个转子叶片中的每个的末梢与外壳之间限定环形间隙。而且，外壳包括位于外壳的内表面上的多个特征。(一个或多个)特征中的第一特征限定第一壳厚，并且，(一个或多个)特征中的从第一特征至少部分地周向地或轴向地定位的第二特征限定与第一壳厚不同的第二壳厚。
在一个实施例中，第一和第二特征可以各自包括轴向狭槽或周向凹槽。在另外的实施例中，第一壳厚可以大于第二壳厚。在这样的实施例中，第一壳厚可以定位于外壳的内表面上的第一畸变水平高度(level)的部位处，并且，第二壳厚可以定位于比第一畸变水平高度更小的第二畸变水平高度的部位处。在另一实施例中，第一特征可以进一步限定第一特性，并且，第二特征可以进一步限定第二特性。此外，第一特性可以不同于第二特性。在一个这样的实施例中，第一和第二特性可以各自包括对于第一和第二特征中的每个的径向高度、轴向尺寸、周向尺寸、与相邻特征的分离度(separation)和/或内角。
在额外的实施例中，第一特征可以是第一轴向部位处的第一周向凹槽。第二特征可以是定位于第一轴向部位的下游的第二轴向部位处的第二周向凹槽。此外，第一和第二特性可以各自包括径向高度、周向长度和/或轴向宽度。在一个这样的实施例中，第一特性的第一径向高度、第一周向长度和/或第一轴向宽度可以大于第二特性的第二径向高度、第二周向长度和/或第二轴向宽度。
在另一实施例中，第一特征可以是第一周向部位处的第一轴向狭槽，并且，第二特征可以是第二周向部位处的第二轴向狭槽。此外，第一和第二特性可以各自包括径向高度、周向宽度、取向和/或轴向长度。在一个这样的实施例中，第一壳厚可以大于第二壳厚。而且，第一特性的与相邻特征的第一分离度可以小于第二特性的与相邻特征的第二分离度。在另一实施例中，第一特性的第一径向高度、周向宽度、取向和/或轴向长度可以大于第二特性的第二径向高度、周向宽度、取向和/或轴向长度。
在额外的实施例中，特征中的每个可以从转子叶片中的一个或多个径向向外地定位。而且，特征中的每个可以轴向地定位于(一个或多个)转子叶片的前缘与后缘之间。在另一实施例中，特征中的一个或多个可以从转子叶片中的一个或多个至少部分地径向向外地定位。而且，(一个或多个)特征可以至少部分地轴向地定位于(一个或多个)转子叶片的前缘的前部或至少部分地轴向地定位于(一个或多个)转子叶片的后缘的后部。在一个实施例中，旋转式构件可以是燃气涡轮发动机的风扇区段或压缩机。照此，(一个或多个)转子叶片分别可以包括多个风扇叶片或压缩机叶片。
在另一方面，本主题涉及另一种用于燃气涡轮发动机的旋转式构件，旋转式构件限定中心轴线，旋转式构件沿着轴向方向、与轴向方向垂直地延伸的径向方向以及与中心轴线和径向方向两者都垂直的周向方向延伸。旋转式构件包括可操作地联接到沿着中心轴线延伸的旋转轴的多个转子叶片。旋转式构件进一步包括沿径向方向布置于多个转子叶片的外部的外壳。外壳在多个转子叶片中的每个的末梢与外壳之间限定环形间隙。而且，外壳包括位于外壳的内表面上的多个特征。特征包括沿着周向方向延伸的一个或多个周向凹槽。(一个或多个)周向凹槽限定第一周向位置处的第一特性和第二周向位置处的第二特性。此外，第一特性不同于第二特性。
在一个实施例中，第一和第二特性可以各自包括壳厚、径向高度、轴向宽度、取向、与相邻特征的分离度和/或内角。在一个这样的实施例中，第一特性的第一壳厚、径向高度、轴向宽度或与相邻特征的分离度中的至少一个可以大于第二特性的第二壳厚、径向高度、轴向宽度或与相邻特征的分离度。此外，在这样的实施例中，第一特性可以定位于外壳的内表面上的第一畸变水平高度的部位处，并且，第二特性可以定位于外壳的内表面上的比第一畸变水平高度更小的第二畸变水平高度的部位处。
在另外的实施例中，一个周向凹槽可以从转子叶片中的一个转子叶片径向向外地定位。照此，周向凹槽可以轴向地定位于转子叶片的前缘与后缘之间。在另一实施例中，一个周向凹槽可以从多个转子叶片中的一个转子叶片至少部分地径向向外地定位，并且至少部分地轴向地定位于转子叶片的前缘的前部或至少部分地轴向地定位于转子叶片的后缘的后部。在一个实施例中，旋转式构件可以是燃气涡轮发动机的风扇区段或压缩机。照此，(一个或多个)转子叶片分别可以包括多个风扇叶片或压缩机叶片。应当进一步理解，旋转式构件可以进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任一个。
技术方案1．一种用于燃气涡轮发动机的旋转式构件，所述旋转式构件限定中心轴线，所述旋转式构件沿着轴向方向、与所述轴向方向垂直地延伸的径向方向以及与所述中心轴线和所述径向方向两者都垂直的周向方向延伸，所述旋转式构件包括：
多个转子叶片，其可操作地联接到沿着所述中心轴线延伸的旋转轴；和
外壳，其沿所述径向方向布置于所述多个转子叶片的外部，所述外壳在所述多个转子叶片中的每个的末梢与所述外壳之间限定环形间隙，
其中，所述外壳包括位于所述外壳的内表面上的多个特征，其中，所述多个特征中的第一特征限定第一壳厚，并且其中，所述多个特征中的从所述第一特征至少部分地周向地或轴向地定位的第二特征限定与所述第一壳厚不同的第二壳厚。
技术方案2．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一和第二特征各自包括轴向狭槽或周向凹槽。
技术方案3．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一壳厚大于所述第二壳厚，并且其中，所述第一壳厚定位于所述外壳的所述内表面上的第一畸变水平高度的部位处，并且，所述第二壳厚定位于比所述第一畸变水平高度更小的第二畸变水平高度的部位处。
技术方案4．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一特征进一步限定第一特性，并且其中，所述第二特征进一步限定第二特性，所述第一特性不同于所述第二特性。
技术方案5．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一和第二特性各自包括对于所述第一和第二特征中的每个的径向高度、轴向尺寸、周向尺寸、与相邻特征的分离度或内角中的至少一个。
技术方案6．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一特征是第一轴向部位处的第一周向凹槽，其中，所述第二特征是定位于所述第一轴向部位的下游的第二轴向部位处的第二周向凹槽，并且其中，所述第一和第二特性各自包括径向高度、周向长度或轴向宽度中的至少一个。
技术方案7．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一特性的第一径向高度、第一周向长度或第一轴向宽度中的至少一个大于所述第二特性的第二径向高度、第二周向长度或第二轴向宽度中的至少一个。
技术方案8．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一特征是第一周向部位处的第一轴向狭槽，其中，所述第二特征是第二周向部位处的第二轴向狭槽，并且其中，所述第一和第二特性各自包括径向高度、周向宽度、取向或轴向长度中的至少一个。
技术方案9．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一壳厚大于所述第二壳厚。
技术方案10．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一特性的与相邻特征的第一分离度小于所述第二特性的与相邻特征的第二分离度。
技术方案11．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一特性的第一径向高度、周向宽度、取向或轴向长度中的至少一个大于所述第二特性的第二径向高度、周向宽度、取向或轴向长度中的至少一个。
技术方案12．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述多个特征中的每个从所述多个转子叶片中的至少一个转子叶片径向向外地定位，并且其中，所述多个特征中的每个轴向地定位于所述至少一个转子叶片的前缘与后缘之间。
技术方案13．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述多个特征中的至少一个特征从所述多个转子叶片中的至少一个转子叶片至少部分地径向向外地定位，并且其中，所述至少一个特征至少部分地轴向地定位于所述至少一个转子叶片的前缘的前部或至少部分地轴向地定位于所述至少一个转子叶片的后缘的后部。
技术方案14．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述旋转式构件是所述燃气涡轮发动机的风扇区段或压缩机，并且其中，所述多个转子叶片分别包括多个风扇叶片或多个压缩机叶片。
技术方案15．一种用于燃气涡轮发动机的旋转式构件，所述旋转式构件限定中心轴线，所述旋转式构件沿着轴向方向、与所述轴向方向垂直地延伸的径向方向以及与所述中心轴线和所述径向方向两者都垂直的周向方向延伸，所述旋转式构件包括：
多个转子叶片，其可操作地联接到沿着所述中心轴线延伸的旋转轴；和
外壳，其沿所述径向方向布置于所述多个转子叶片的外部，所述外壳在所述多个转子叶片中的每个的末梢与所述外壳之间限定环形间隙，
其中，所述外壳包括所述外壳的内表面上的多个特征，其中，所述多个特征包括限定第一周向位置处的第一特性的沿着所述周向方向延伸的至少一个周向凹槽，并且其中，所述至少一个周向凹槽限定第二周向位置处的第二特性，其中，所述第一特性不同于所述第二特性。
技术方案16．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一和第二特性各自包括壳厚、径向高度、轴向宽度、与相邻特征的分离度或内角中的至少一个。
技术方案17．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述第一特性的第一壳厚、径向高度、轴向宽度或与相邻特征的分离度中的至少一个大于所述第二特性的第二壳厚、径向高度、轴向宽度或与相邻特征的分离度，并且其中，所述第一特性定位于所述外壳的所述内表面上的第一畸变水平高度的部位处，并且，所述第二特性定位于所述外壳的所述内表面上的比所述第一畸变水平高度更小的第二畸变水平高度的部位处。
技术方案18．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述至少一个周向凹槽中的一个周向凹槽从所述多个转子叶片中的一个转子叶片径向向外地定位，并且其中，所述周向凹槽轴向地定位于所述转子叶片的前缘与后缘之间。
技术方案19．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述至少一个周向凹槽中的一个周向凹槽从所述多个转子叶片中的一个转子叶片至少部分地径向向外地定位，并且其中，所述周向凹槽至少部分地轴向地定位于所述转子叶片的前缘的前部或至少部分地轴向地定位于所述转子叶片的后缘的后部。
技术方案20．根据任意前述技术方案所述的旋转式构件，其中，所述旋转式构件是所述燃气涡轮发动机的风扇区段或压缩机，并且其中，所述多个转子叶片分别包括多个风扇叶片或多个压缩机叶片。
这些及其它特征、方面以及优点将参考下文中的描述和所附权利要求书而变得更清楚地理解。合并于本说明书中并且组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某些原理。
附图说明
在说明书中，参考附图阐明针对本领域普通技术人员的本发明的完全并且充分的公开(包括本发明的最佳模式)，其中：
图1图示可以在根据本主题的方面的飞行器内利用的燃气涡轮发动机的一个实施例的横截面图，其特别地图示构造为高旁通涡扇喷气发动机的燃气涡轮发动机；
图2图示根据本主题的方面的图1的风扇区段的横截面图，其特别地图示风扇区段的风扇叶片；
图3图示根据本主题的方面的燃气涡轮发动机的旋转式构件的示意图，其特别地图示构造为压缩机的旋转式构件；
图4图示根据本主题的方面的沿着截面线4-4的图3的旋转式构件的横截面；
图5图示根据本主题的方面的沿着径向方向和周向方向截取的核心发动机的横截面，其特别地图示在核心发动机的环形入口处截取的横截面；
图6图示包括位于外壳的内表面上的特征的旋转式构件的一个实施例的横截面图，其特别地图示旋转式构件的级的横截面图；
图7图示根据本公开的方面的沿着轴向方向和径向方向的旋转式构件的另一实施例的横截面图，其特别地图示高畸变部位；
图8图示根据本公开的方面的图7的旋转式构件的实施例的另一横截面图，其特别地图示低畸变部位；
图9图示根据本公开的方面的图6的旋转式构件的另一实施例，其特别地图示俯视限定于外壳的内表面中的轴向狭槽的顶视图；以及
图10图示根据本公开的方面的特征的一个实施例，其特别地图示周向地延伸穿过高畸变部位和低畸变部位两者的周向凹槽。
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中图示这些实施例的一个或多个示例。每个示例经由对本发明的解释来提供，而不是经由对本发明的限制来提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围或精神的情况下，能够在本发明中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征能够与另一实施例一起用于得到再一另外的实施例。因而，旨在本发明涵盖如属于所附权利要求及其等同物的范围内的这样的修改和变型。
如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”以及“第三”可以可互换地用于将构件彼此区分开，并且不旨在表明个别的构件的位置或重要性。
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。
除非在本文中另外规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”及类似物指直接联接、固定或附接以及通过一个或多个中间构件或特征而间接联接、固定或附接两者。
术语“通信(communicate/communicating/communicative)”及类似物指直接通信以及诸如通过存储器系统或另一中介系统而进行的间接通信两者。
大体上提供一种旋转式构件，该旋转式构件包括多个转子叶片，这些转子叶片连接到旋转轴并且被外壳环绕。转子叶片和外壳限定在其间延伸的环形间隙。而且，外壳包括位于外壳的内表面上的一个或多个特征。例如，(一个或多个)特征可以至少部分地定位于环形间隙内。而且，第一特征可以限定第一壳厚，而从第一特征轴向地、周向地或既轴向地又周向地定位的第二特征可以限定与第一壳厚不同的第二壳厚。在某些实施例中，第一特征可以进一步限定与第二特征的第二特性不同的第一特性。照此，第一壳厚与第二壳厚的差和/或第一特性与第二特性的差可以降低第一或第二特征中的一个处的周向地变化的畸变。
现在参考附图，图1图示可以在根据本主题的方面的飞行器内利用的燃气涡轮发动机10的一个实施例的横截面图。更特别地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机10是高旁通涡扇喷气发动机，出于参考目的，燃气涡轮发动机10示出为具有沿着轴向方向A穿过燃气涡轮发动机10延伸的纵向或轴向中心线轴线12。燃气涡轮发动机10进一步限定从中心线12垂直地延伸的径向方向R。而且，周向方向C(在图1中示出为进/出于页面)与中心线12和径向方向R两者都垂直地延伸。虽然示出示范性的涡扇实施例，但预期本公开大体上能够同样地适用于涡轮机(诸如，开式转子、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机或涡轮螺桨发动机构造(包括船用及工业用涡轮发动机和辅助功率单元))。
大体上，燃气涡轮发动机10包括核心燃气涡轮发动机(其大体上由参考符号14指示)和定位于核心燃气涡轮发动机的上游的风扇区段16。核心发动机14大体上包括限定环形入口20的基本上管状的外壳18。另外，外壳18可以进一步包封并且支承低压(LP)压缩机22，低压(LP)压缩机22用于使进入核心发动机14的空气的压力增大到第一压力水平。轴向流动型多级高压(HP)压缩机24然后可以从LP压缩机22接收增压空气并且进一步增大这些空气的压力。离开HP压缩机24的增压空气然后可以流动到燃烧器26，在燃烧器26内，燃料被喷射到增压空气流中，结果得到的混合物在燃烧器26内被燃烧。高能量燃烧产物60从燃烧器26沿着燃气涡轮发动机10的热气体路径被指引到高压(HP)涡轮28，以便经由高压(HP)轴或转轴30来驱动HP压缩机24，并且然后被指引到低压(LP)涡轮32，以便经由与HP轴30大体上同轴的低压(LP)驱动轴或转轴34来驱动LP压缩机22和风扇区段16。在驱动涡轮28和涡轮32中的每个之后，燃烧产物60可以经由排气喷嘴36而从核心发动机14排出，以提供推进喷气推力。
另外，如图1和图2中所示出的，燃气涡轮发动机10的风扇区段16大体上包括构造成由环形风扇壳40环绕的可旋转式轴向流动型风扇转子38。在特定实施例中，诸如在直接驱动式构造中，LP轴34可以直接地连接到风扇转子38或转子盘39。在备选构造中，在间接驱动式或齿轮驱动式构造中，LP轴34可以经由减速装置37(诸如，减速齿轮式齿轮箱)来连接到风扇转子38。这样的减速装置可以如期望或要求那样被包括在燃气涡轮发动机10内的任何合适的轴/转轴之间。另外，风扇转子38和/或转子盘39可以作为风扇毂41的一部分而被包封或形成。
本领域普通技术人员应当意识到，风扇壳40可以构造成相对于核心发动机14由多个基本上径向地延伸、周向地隔开的出口导向导叶42支承。照此，风扇壳40可以包封风扇转子38及其对应的风扇转子叶片(风扇叶片44)。此外， 风扇壳40的下游区段46可以在核心发动机14的外部部分上延伸，以便于限定提供额外的推进喷气推力的辅助或旁通空气流管道48。
在燃气涡轮发动机10的操作期间，应当意识到，初始空气流(由箭头50指示)可以通过风扇壳40的相关联的入口52进入燃气涡轮发动机10。然后，空气流50穿过风扇叶片44，并且分成移动通过旁通管道48的第一压缩空气流(由箭头54指示)和进入LP压缩机22的第二压缩空气流(由箭头56指示)。LP压缩机22可以包括被外壳18包封的多个转子叶片(LP转子叶片45)。然后，第二压缩空气流56的压力增大并且进入HP压缩机24(如由箭头58指示)。另外，HP压缩机24可以包括被外壳18包封的多个转子叶片(HP转子叶片47)。继在燃烧器26内与燃料混合并且被燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26并且流过HP涡轮28。此后，燃烧产物60流过LP涡轮32并且离开排气喷嘴36，以便为燃气涡轮发动机10提供推力。
现在参考图3-4，示意性地图示燃气涡轮发动机10的旋转式构件61。具体地，旋转式构件61构造为LP压缩机22的一部分，但应当意识到，旋转式构件61可以构造为HP压缩机24、风扇区段16、HP涡轮28、LP涡轮32和/或燃气涡轮发动机10的任何其它旋转式构件61。如所指示的，图4沿着图3的截面线4-4截取。旋转式构件61包括一组或多组周向地隔开的转子叶片62(诸如，LP转子叶片45)，转子叶片62从毂66朝向外壳64径向向外地延伸。照此，转子叶片62可以联接到旋转轴(诸如，如图1中所示出的HP轴30或LP轴34)。而且，外壳64可以沿径向方向R布置于转子叶片62的外部。应当意识到，外壳64可以是外壳18或风扇壳40的一部分或是联接到外壳18或风扇壳40的独立式构件。一组或多组周向地隔开的定子叶片68(其中仅单个定子叶片68在图3中示出)可以定位成与每一组转子叶片62相邻，并且组合地形成多个级70(其中仅单个级70在图3中示出)中的一个。然而，在其它实施例中，诸如当旋转式构件61是风扇区段16时，可能不存在这样的定子叶片68。定子叶片68中的每个可以牢固地联接到外壳64，并且向内径向地延伸，以与毂66通过接口接合。转子叶片62中的每个可以由外壳64限制(circumscribe)，以致于环形间隙72限定于外壳64与每个转子叶片62的转子叶片末梢63之间。同样地，定子叶片68相对于毂66设置，以致于环形间隙72限定于毂66与定子叶片68中的每个的定子叶片末梢69之间。
在操作期间，由于接近转子叶片末梢63的如方向箭头74所指示的泄漏流，旋转式构件61的操作范围大体上受限。除了泄漏流74之外，通过入口52行进的初始空气流50和/或通过环形入口20行进的第二压缩空气流56还可以包括周向非均匀流(flow non-uniformities)75。这样的非均匀流75可以存在于经过入口52的初始空气流50中，和/或风扇区段16可以形成这样的周向非均匀流75。在其它情形下，定子叶片68和/或转子叶片62可以形成向下游传播的这样的周向非均匀流75。如在图4中最清楚地图示的，周向非均匀流75以多个伴流(wake)71的形式存在。
现在参考图5，沿着径向方向R和周向方向C图示核心发动机14的横截面。更具体地，图5图示核心发动机14的在核心发动机14的环形入口20处截取的横截面。而且，如所图示的，入口20限定于风扇毂41和/或风扇转子38与核心发动机14的外壳18之间。照此，第二压缩空气流56可以被指引通过环形入口20并且被指引到核心发动机14中。如所示出的，第二压缩空气流56可以包含非均匀流(在图5中图示为着色(shaded)三角形75)(诸如但不限于压力、温度、速度和/或涡流或角变化)。如所示出的，非均匀流75可以沿着入口20的周向方向C变化。照此，压缩空气流56可以限定一个或多个高畸变部位88和一个或多个低畸变水平高度部位90。而且，高畸变部位88可以向入口20的下游传播，并且对压缩机22、24的失速裕度和/或效率造成影响。应当意识到，这样的高畸变部位88可以存在于经过燃气涡轮发动机10的入口52的初始空气流50中。另外或备选地，(一个或多个)高畸变部位88可以被风扇区段16引入于第二压缩空气流56中并且向下游传播到核心发动机14的入口20。
虽然在图5中图示入口20，但应当意识到，这样的高畸变水平高度部位88可以存在于进入入口52的初始空气流50中，并且进一步对风扇区段16、LP压缩机22和/或HP压缩机24的失速裕度和效率造成影响。而且，这样的高畸变水平高度部位88可以被(一个或多个)旋转式构件61的一个或多个级70引入，并且对其下游的(一个或多个)旋转式构件61的级70造成影响。例如，高畸变水平高度部位88可以被风扇区段16引入，并且对风扇区段16下游的LP压缩机22和HP压缩机24造成影响。而且，流过环形入口20的高畸变水平高度部位88可以对LP压缩机22和HP压缩机24造成影响。而且，高畸变部位88可以被LP压缩机22(诸如被LP压缩机22的上游的级70)引入，并且对LP压缩机22或HP压缩机24的更后的级70造成影响。另外，高畸变部位88可以被HP压缩机24(诸如被HP压缩机24的上游的级70)引入，并且对HP压缩机24的更后的级70造成影响。
具体的转子失速点由操作条件和旋转式构件设计确定。为了增大该操作的范围，一些先前的旋转式构件已包括端壁处置部(诸如，周向凹槽82)，试图通过使泄漏流74重定向和/或减少到最低限度而提供操作范围的增大。由于这些端壁处置部围绕整个环周向地在几何上完全相同地形成，因而先前的已知的端壁处置部未能另外解决被上游的空气流50、56和/或上游的转子叶片62或定子叶片68引入的周向非均匀流75。在本文中公开了解决本文中所描述的周向非均匀流75并且改进失速裕度的用于外壳64的新型特征78。
现在具体地参考图3，外壳64可以限定内表面76。照此，环形间隙72可以限定于转子叶片62与内表面76之间。而且，内表面76可以包括多个特征78。例如，特征78可以包括大体上沿着轴向方向A延伸的一个或多个轴向狭槽80和/或大体上沿着周向方向C延伸的周向凹槽82。这样的特征78可以在制造外壳64之后形成于外壳64中(例如，特征78可以被机加工于外壳64的内表面76中)。然而，在其它实施例中，(一个或多个)特征78可以与外壳64整体地形成(例如，特征78可以在增材制造过程或铸造过程的期间形成于外壳64中)。
如在图3中进一步图示的，特征78中的一个或多个(诸如，特征78中的每个)可以从转子叶片62中的一个或多个径向向外地定位。而且，(一个或多个)特征78可以轴向地定位于(一个或多个)转子叶片62的前缘84与后缘86之间。例如，特征78中的每个可以定位于旋转式构件61的级70的转子叶片62的前缘84与后缘86之间。照此，(一个或多个)特征78可以定位于环形间隙72中的一个或多个中，环形间隙72定位于级70的转子叶片末梢63与外壳64之间。在另外的实施例中，特征78中的一个或多个可以在外壳64的内表面76上从转子叶片62中的一个或多个至少部分地径向向外地定位。例如，(一个或多个)特征78可以至少部分地轴向地定位于(一个或多个)转子叶片62(诸如，级70的转子叶片62)的前缘84的前部或至少部分地轴向地定位于(一个或多个)转子叶片62(诸如，级70的转子叶片62)的后缘86的后部。照此，特征78中的一个或多个可以部分地定位于环形间隙72中的一个或多个内。
现在大体上参考图6-8，根据本主题的方面而图示包括外壳64的内表面76上的特征78的旋转式构件61的多个视图。特别地，图6图示沿着径向方向R和周向方向C截取的根据本公开的方面的旋转式构件61的级70的一个实施例的横截面图，其图示构造为轴向狭槽80的多个特征78。图7和图8图示沿着轴向方向A和径向方向R截取的根据本公开的方面的旋转式构件61的一个实施例的多个横截面图，其图示构造为周向凹槽82的多个特征78。特别地，图7图示高畸变部位88处的旋转式构件61。然而，图8图示低畸变部位90处的旋转式构件61。应当认识到，旋转式构件61可以是如本文中所描述的风扇区段16、压缩机22、24或涡轮28、32或任何其它合适的旋转式构件61。而且，经过环形间隙72的空气流可以包括(如关于图5而描述的)一个或多个高畸变部位88和一个或多个低畸变部位90。
如所示出的，外壳64可以限定壳厚91。而且，壳厚91可以沿着周向方向C周向地变化。而且，壳厚91可以另外或备选地沿着轴向方向A轴向地变化(图7)。照此，限定于外壳64的内表面76与级70的转子叶片末梢63之间的环形间隙72也可以周向地和/或轴向地变化。更特别地，环形间隙72可以在壳厚91较小的位置处较大，并且，环形间隙72可以在壳厚91较大的位置处较小。
仍然大体上参考图6-8，(一个或多个)特征78中的第一特征92可以限定第一壳厚96，并且，(一个或多个)特征78中的从第一特征92至少部分地周向地或轴向地定位的第二特征94可以限定与第一壳厚96不同的第二壳厚98。而且，如所图示的，第一壳厚96可以环绕多个第一特征92限定。类似地，第二壳厚98可以环绕多个第二特征94限定。
另外，外壳64可以包括外壳64的内表面76上的第一畸变水平高度的部位和外壳64的内表面76上的第二畸变水平高度的部位。例如，外壳64的内表面76可以在(一个或多个)第一特征92处限定第一畸变水平高度100。或者，更特别地，经过外壳64的内表面76与(一个或多个)第一特征92处的转子叶片末梢63之间的环形间隙72的空气流可以在旋转式构件61的级70处或其上游限定第一畸变水平高度100。类似地，外壳64的内表面76可以在(一个或多个)第二特征94处限定第二畸变水平高度102。或者，更特别地，经过外壳64的内表面76与(一个或多个)第二特征92处的转子叶片末梢63之间的环形间隙72的空气流可以在旋转式构件61的级70处或其上游限定第二畸变水平高度102。
应当意识到，第一畸变水平高度100可以限定于高畸变部位88处，而第二畸变水平高度102可以限定于低畸变部位90处。照此，(一个或多个)第二特征94处的第二畸变水平高度102可以小于(一个或多个)第一特征92处的第一畸变水平高度100。另外，第一壳厚96可以大于第二壳厚98，以便减小环形间隙72的大小并且因而降低经过(一个或多个)高畸变部位88的空气流的畸变水平高度。
如在图6-8中大体上示出的，(一个或多个)第一特征92可以进一步限定一个或多个第一特性，并且，(一个或多个)第二特征94可以进一步限定一个或多个第二特性。此外，(一个或多个)第一特性可以不同于(一个或多个)第二特性。在一个这样的实施例中，第一和第二特性可以各自包括如在下文中更详细地描述的对于第一和第二特征92、94中的每个的一个或多个径向高度、轴向尺寸、周向尺寸、与相邻特征78的分离度和/或内角。
现在具体地参考图6，在所图示的实施例中，(一个或多个)第一特征92可以包括第一周向部位106处的一个或多个第一轴向狭槽104。而且，(一个或多个)第二特征94可以包括第二周向部位108处的一个或多个第二轴向狭槽110。应当意识到，第一周向部位106可以对应于高畸变部位88，而第二周向部位108可以对应于低畸变部位90。
此外，(一个或多个)第一轴向狭槽104和(一个或多个)第二轴向狭槽110的第一和第二特性可以各自包括径向高度112和/或周向宽度114。如上文中所描述的，第一周向部位106处的第一壳厚96可以大于第二周向部位108处的第二壳厚98。在某些实施例中，(一个或多个)第一和第二轴向狭槽104、110的第一和/或第二特性可以包括与相邻特征78(这样的相邻的轴向狭槽80或周向凹槽82)的周向分离度113。而且，第一特性的与相邻特征78的第一周向分离度115可以小于第二特性的与相邻特征78的第二周向分离度116。在另外的实施例中，第一特性的第一径向高度118和/或第一周向宽度120可以大于第二特性的第二径向高度122和/或第二周向宽度124。
而且，第一和/或第二轴向狭槽104、110中的一个或多个可以限定在周向侧壁128与径向方向R之间限定的一个或多个内角(诸如，第一角126)。如果周向侧壁128引起特征78随着特征78沿径向方向R向外延伸而膨胀，则第一角126(以及本文中所包括的其它内角(诸如，第三角158))在此限定为正的；如果周向侧壁128引起特征78随着特征78沿径向方向R向外延伸而收缩，则第一角126在此限定为负的。照此，第一轴向狭槽104中的至少一个的第一角126可以大于第二轴向狭槽110中的至少一个的第一角126。还应当意识到，虽然第二轴向狭槽110图示为沿着径向方向R延伸，但(一个或多个)第二轴向狭槽110可以限定一个或多个正或负的第一角126。
应当意识到，带有与(一个或多个)第二轴向狭槽110相比而更厚的壳厚91、更小的周向分离度113、更高的径向高度112、更大的第一角126和/或更长的周向宽度114的(一个或多个)第一轴向狭槽104可以降低第一周向部位106处的空气流的畸变水平高度。更特别地，这样的(一个或多个)第一轴向狭槽104可以降低或排除第一周向部位106处的非均匀流75(参见例如图3和图4)。
现在参考图9，根据本公开的方面而图示图6的旋转式构件61的另一视图。更特别地，图9图示俯视限定于外壳64的内表面76中的特征78(例如，轴向狭槽80)的顶视图。例如，第一轴向狭槽104可以定位于第一周向部位106处，并且可以定位于空气流处于第一畸变水平高度100的位置(诸如，高畸变部位88)处。而且，第二轴向狭槽110可以定位于第二周向部位108处，并且可以定位于空气流处于第二畸变水平高度102的位置(诸如，低畸变部位90)处。
如图9中所图示的，轴向狭槽80中的每个可以包括轴向长度130。例如，(一个或多个)第一轴向狭槽104的第一特性可以包括一个或多个第一轴向长度132。类似地，(一个或多个)第二轴向狭槽110的第二特性可以包括一个或多个第二轴向长度134。在某些实施例中，(一个或多个)第一轴向狭槽104的(一个或多个)第一轴向长度132可以长于(一个或多个)第二轴向狭槽110的(一个或多个)第二轴向长度134。如在图9中进一步图示的，轴向狭槽80中的一个或多个可以布置于相对于轴向方向A的取向处。例如，轴向狭槽80中的一个或多个的第一和/或第二特性可以相对于轴向方向A而限定第二角136。此外，在某些实施例中，(一个或多个)第一轴向狭槽104的第二角136可以大于(一个或多个)第二轴向狭槽110的第二角136。应当意识到，虽然第二轴向狭槽110图示为与图9中的轴向方向平行，但第二轴向狭槽110中的一个或多个可以相对于轴向方向A而限定第二角136。照此，带有更长的轴向长度134和/或更大的第二角136的第一轴向狭槽104可以降低第一周向部位106处的空气流的畸变水平高度。更特别地，这样的(一个或多个)第一轴向狭槽104可以降低或排除第一周向部位106处的非均匀流75(参见例如图3和图4)。
再次参考图7，在某些实施例中，第一特征92可以是第一轴向部位152处的第一周向凹槽150。在一个这样的实施例中，如所示出的，第二特征94可以是定位于第一轴向部位152的下游的第二轴向部位156处的第二周向凹槽154。在某些实施例中，第一特征/第一周向凹槽92、150可以包括大体上同样地构造(诸如，带有下述的相同的第一特性)的两个或更多个第一特征/第一周向凹槽92、150。类似地，第二特征/第二周向凹槽94、154可以包括大体上同样地构造(诸如，带有下述的相同的第二特性)的两个或更多个第二特征/第二周向凹槽94、154。应当认识到，在某些实施例中，三个或更多个特征78可以按三种或更多种不同的壳厚91限定于外壳64的内表面76中。例如，一个或多个特征78可以按第一壳厚96定位于外壳64上(例如，第二周向凹槽154)。一个或多个特征78可以按第二壳厚98定位于外壳64上(参见例如图8和图6的特征78)。而且，一个或多个特征78可以按与第一和第二厚度96、98不同的第三厚度162定位于外壳64上(例如，图7的第一周向凹槽150)。然而，应当认识到，旋转式构件61可以包括以四种或更多种不同的壳厚91定位的四个或更多个特征78。
如图7中所示出的，第一和第二周向凹槽150、154(例如，第一和第二特征92、94)可以各自分别包括一个或多个第一和第二特性(诸如，径向高度112、轴向宽度138、与相邻特征78的轴向分离度144以及内角(例如，限定于轴向侧壁160与径向方向R之间的第三角158))。例如，(一个或多个)第一周向凹槽150可以限定第一径向高度118、第一轴向宽度140、第一轴向分离度146和/或第一内角(例如，在图7的实施例中为零度)。而且，(一个或多个)第二周向凹槽154可以限定与第一径向高度118、轴向宽度140、第一轴向分离度146以及内角不同的第二径向高度122、第二轴向宽度142、第二轴向分离度148和/或第二内角(例如，第三角158)。
在某些实施例中，第一径向高度118、轴向宽度140、轴向分离度146和/或第一内角中的至少一个可以大于第二径向高度122、轴向宽度142、轴向分离度148和/或第二内角。然而，在其它实施例中，第一径向高度118、轴向宽度140和/或第一内角中的至少一个可以小于第二径向高度122、轴向宽度142和/或第二内角。应当意识到，第一和第二周向凹槽150、154可以定位于经过旋转式构件61的空气流具有第一畸变水平高度100的一个或多个第一周向部位106(例如，高畸变水平高度部位88)处。照此，带有至少一个沿轴向方向A朝下改变的特性的第一和第二周向凹槽150、154可以降低经过(一个或多个)高畸变部位88的空气流的畸变水平高度。还应当意识到，第一和第二周向凹槽150、154可以限定相同或大约相同的周向长度164(参见图10)。然而，在其它实施例中，周向凹槽150、154中的一个可以限定更长或更短的周向长度164。
应当认识到，虽然第一和第二特征92、94描述为相同类型的特征(例如两者都描述为轴向狭槽80或周向凹槽82)，但在其它实施例中，第一和第二特征92、94可以包括不同类型的特征。例如，第一特征92可以是轴向狭槽80，而第二特征94可以是周向凹槽82。而且，构造为轴向狭槽80的第一特征92和构造为周向凹槽82的第二特征94可以定位于旋转式构件61的同一级70内。然而，在其它实施例中，第二特征94可以在级70中轴向地定位于第一特征92的上游或下游。如在上文中大体上描述的，第一特征92可以限定与如在上文中大体上描述的第二特征94 的第二壳厚98和/或一个或多个第二特性不同的第一壳厚96和/或一个或多个第一特性。在再一另外的实施例中，单个级70可以包括：包括不同壳厚96、98和/或不同特性的第一和第二轴向狭槽104、110；以及包括不同壳厚96、98和/或不同特性的第一和第二周向凹槽150、154。
现在参考图10，根据本公开的方面而图示特征78的另一实施例。特别地，图10图示穿过高畸变部位88和低畸变部位90沿着周向方向C延伸的周向凹槽150。如所示出的，周向凹槽150可以与一个或多个第一周向部位106和第二周向部位108相交。而且，外壳64的内表面76可以包括比位于(一个或多个)第二周向部位108处的第二畸变水平高度的部位102(例如，低畸变部位90)更高的位于(一个或多个)第一周向部位106处的第一畸变水平高度的部位100(例如，高畸变部位88)。更特别地，经过第一周向部位106处的环形间隙72的空气流可以限定比经过较低的第二畸变水平高度102处的第二周向部位108处的环形间隙72的空气流更高的第一畸变水平高度100。
在某些实施例中，外壳64的壳厚91可以在第一周向部位106处与在第二周向部位108处不同。例如，如大体上关于图6和图7而描述的，外壳64可以限定比在第二周向部位108处的第二壳厚98更大的在第一周向部位106处的第一壳厚96。如所示出的，周向凹槽150可以限定第一周向部位106处的一个或多个第一特性。例如，周向凹槽150可以限定如大体上关于图7而描述的第一径向高度118、第一轴向分离度146、第一轴向宽度140以及第一内角(例如，第三角158)。而且，周向凹槽150可以限定第二周向部位108处的一个或多个第二特性。例如，周向凹槽150可以限定如大体上关于图7而描述的第二径向高度122、第二轴向分离度148、第二轴向宽度142以及第二内角(例如，第三角158)。此外，第一特性中的至少一个可以不同于第二特性中的至少一个。
更特别地，在一个实施例中，第一特性的第一壳厚96、径向高度118、轴向宽度140、内角和/或与相邻特征78的轴向分离度146可以大于第二特性的第二壳厚98、径向高度122、轴向宽度142、内角和/或与相邻特征78的轴向分离度148。然而，在其它实施例中，至少一个第二特性可以大于第一特性中的至少一个。例如，第二轴向分离度148可以大于第一轴向分离度146。还应当意识到，与第二特性(包括壳厚91)中的至少一个不同的位于(一个或多个)第一周向部位106处的周向凹槽150的第一特性中的至少一个可以降低或排除第一周向部位106处的非均匀流75(参见例如图3和图4)。应当进一步认识到，(一个或多个)第一周向部位106处的(一个或多个)第一特性可以转变成第二周向部位108处的(一个或多个)第二特性。例如，(一个或多个)第一特性可以线性地或非线性地转变成(一个或多个)第二特性。
在一个实施例中，(一个或多个)转子叶片62和/或外壳64可以包括金属、金属合金或复合物材料中的至少一种。例如，(一个或多个)转子叶片62可以至少部分地由陶瓷基体复合物形成。例如，转子叶片62和/或外壳64可以至少部分地由陶瓷基体复合物形成。更特别地，在某些实施例中，转子叶片62和/或外壳64可以由一个或多个陶瓷基体复合物预浸料层片(plies)形成。在另一实施例中，转子叶片62和/或外壳64可以由陶瓷基体复合物编织结构(例如，2D、3D或2.5D编织结构)形成。在再一些其它实施例中，转子叶片62和/或外壳64可以至少部分地由金属(诸如但不限于钢、钛、铝、镍)或每种金属的合金形成。例如，在某些实施例中，转子叶片62和/或外壳64可以是铸件。然而，应当认识到，转子叶片62和/或外壳64可以由诸如金属、金属合金和/或复合物的组合之类的多种材料形成。而且，在某些实施例中，外壳64的内表面76可以包括可磨损涂层上的喷涂物(spray)。
复合材料可以包括但不限于金属基体复合物(MMC)、聚合物基体复合物(PMC)或陶瓷基体复合物(CMC)。诸如可以在(一个或多个)转子叶片62中利用的复合材料大体上包括嵌入基体材料(诸如，聚合物、陶瓷或金属材料)中的纤维增强材料。增强材料用作复合材料的承载组分，而复合材料的基体用来使纤维粘合在一起并且充当介质，外部施加的应力由该介质传递并且分配到纤维。
示范性的CMC材料可以包括碳化硅(SiC)、硅、二氧化硅或氧化铝基体材料以及以上项的组合。陶瓷纤维可以嵌入基体内，该基体为诸如氧化稳定的增强纤维，该氧化稳定的增强纤维包括如蓝宝石和碳化硅那样的单丝(例如，Textron的SCS-6)、以及粗纱和纱线(其包括碳化硅(例如，Nippon Carbon的NICALON®、Ube Industries的TYRANNO®和DowCorning的SYLRAMIC®)、硅酸铝(例如，Nextel的440和480))、以及短切晶须和纤维(例如，Nextel的440和SAFFIL®)、以及任选地陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y的氧化物以及以上项的组合)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石以及蒙脱石)。例如，在某些实施例中，可以包括陶瓷耐火材料涂层的纤维束形成为增强带(诸如，单向增强带)。可以将多个带铺叠在一起，以形成预成形构件。纤维束可以在形成预成形件之前或在形成预成形件之后用浆料成分浸渍。然后，预成形件可以经历热处理(诸如，固化或烧尽)以产生预成形件中的高的炭残留物并可以经历随后的化学处理(诸如，利用硅来进行的熔渗)以得到由具有期望的化学成分的CMC材料形成的构件。在某些实施例中，热处理可以发生于高压釜(autoclave)中。
类似地，在各种实施例中，通过以树脂(预浸料)浸渍织物或单向带，随后固化，从而可以制备PMC材料。例如，可以使多层预浸料层片堆叠成对于该部分的适当的厚度和取向，并且然后可以使树脂固化并且凝固，以提供纤维增强复合物部分。作为另一示例，可以利用模具，未固化的预浸料层可以堆叠到该模具，以形成复合物构件的至少一部分。模具可以是封闭构造(例如，压缩模制)或利用真空袋成形的开放构造。例如，在开放构造中，模具形成叶片的一侧(例如，压力侧或吸力侧)。PMC材料放置于袋的内侧，并且利用真空来在固化期间保持PMC材料抵靠模具。在再一些其它实施例中，转子叶片62可以至少部分地经由树脂传递模制(RTM)、轻质树脂传递模制(LRTM)、真空辅助树脂传递模制(VARTM)、成形工艺(例如，热成形)或类似工艺来形成。
在浸渍之前，织物可以被称为“干燥”织物，并且典型地包括两个或更多个纤维层的堆叠。纤维层可以由各种各样的材料形成，这些材料的非限制性示例包括碳(例如，石墨)、玻璃(例如，玻璃纤维)、聚合物(例如，Kevlar®)纤维以及金属纤维。纤维增强材料能够按相对较短的短切纤维(在长度上大体上小于两英寸，并且更优选地小于一英寸)或长连续纤维的形式使用，其中后者通常用于生产编织织物或单向带。其它实施例可以包括诸如平面编织、斜纹或缎纹之类的其它纺织品形式。
在一个实施例中，能够通过使干燥纤维分散到模子中，并且然后使基体材料围绕增强纤维流动，从而生产PMC材料。用于PMC基体材料的树脂能够大体上分类为热固性塑料或热塑性塑料。热塑性树脂大体上归类为聚合物，其能够在加热时反复地软化和流动并在由于物理而非化学变化而充分冷却时硬化。热塑性树脂的值得注意的示例性分类包括尼龙、热塑性聚酯、聚芳醚酮以及聚碳酸酯树脂。已设想用于在航空应用中使用的高性能热塑性树脂的具体示例包括聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亚胺(PEI)以及聚苯硫醚(PPS)。相反，一旦完全地固化成硬质刚性固体，热固性树脂在加热时就不会经历显著软化，而是相反地，在充分加热时热分解。热固性树脂的值得注意的示例包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)以及聚酰亚胺树脂。
大体上，本文中所描述的转子叶片62和/或外壳64的示范性的实施例可以使用任何合适的工艺来制造或形成。然而，根据本主题的若干方面，转子叶片62和/或外壳64可以使用增材制造工艺(诸如，3D打印工艺)来形成。这样的工艺的使用可以允许转子叶片62和/或外壳64整体地形成为单个一体式构件或形成为任何合适的数量的子构件。特别地，至少一个特征78可以经由增材制造工艺在外壳64中形成。经由增材制造来形成(一个或多个)特征78可以允许(一个或多个)特征78整体地形成并且包括在使用现有的制造方法时不可能实现的各种各样的特性。例如，本文中所描述的增材制造方法实现制造带有一种或多种构造的具有任何合适的尺寸和形状的(一个或多个)特征78，在本文中描述了这些新型特征中的一些。
如本文中所使用的，术语“进行增材制造”、“增材制造技术或工艺”等大体上指如下的制造工艺：其中(一种或多种)材料的连续层被提供在彼此上，以逐层地“构建”三维构件。连续的层大体上熔合在一起，以形成可以具有各种各样的整体子构件的一体式构件。虽然增材制造工艺技术在本文中被描述为实现通过典型地沿竖直方向逐点地、逐层地构建物体来制备复杂的物体，但其它制备方法为可能的，并且属于本主题的范围内。例如，虽然本文中的讨论涉及增加材料以形成连续的层，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增材制造技术或制造工艺技术来实践。例如，本发明的实施例可以使用加层工艺、减层工艺或混合工艺。
根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔合沉积建模(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、诸如通过喷墨打印机和激光打印机而进行的3D打印、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)以及其它已知的工艺。
除了使用直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)工艺(其中，能源用于选择性地使粉末层的多部分烧结或熔融)之外，还应当意识到，根据备选实施例，增材制造工艺可以是“粘合物喷射”工艺。在这点上，粘合物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，代替使用能源来生成能量束以选择性地使添加粉末熔融或熔合，粘合物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结合剂。其它合适的增材制造方法和变型旨在属于本主题的范围内。
本文中所描述的增材制造工艺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，根据本主题的示范性实施例，本文中所描述的增材制造的构件可以按以下材料的部分、全部或以其某种组合形成：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(Special MetalsCorporation)得到的以Inconel®命名的那些可用材料)。这些材料是适合于在本文中所描述的增材制造工艺中使用的材料的示例，并且大体上可以被称为“增材(additivematerial)”。
另外，本领域技术人员将意识到，各种各样的材料和用于使那些材料结合的方法可以被使用并且设想为属于本公开的范围内。如本文中所使用的，对“熔合”的引用可以指用于产生任何上文的材料的结合层的任何合适的工艺。例如，如果物体由聚合物制成，则熔合可以指产生聚合物材料之间的热固性结合。如果物体是环氧树脂，则结合可以通过交联工艺而形成。如果材料是陶瓷，则结合可以通过烧结工艺而形成。如果材料是粉末状金属，则结合可以通过熔融或烧结工艺而形成。本领域技术人员将意识到，使材料熔合以通过增材制造而制作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，本文中所公开的增材制造工艺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、工艺和/或在不同的增材制造机器上形成的多个层、节段或部分。以此方式，可以构建具有不同的材料和材料性质的构件，以便满足任何特定应用的需求。此外，虽然本文中所描述的构件可以完全地通过增材制造工艺而构建，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、机加工和/或任何其它合适的制造工艺来形成。实际上，材料和制造方法的任何合适的组合都可以用于形成这些构件。
现在将描述示范性增材制造工艺。增材制造工艺使用构件的三维(3D)信息(例如，三维计算机模型)来制备构件。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，设计模型可以限定转子叶片62、外壳64和/或内部或外部通路(诸如，特征78、开口、支承结构等等)。在一个示范性实施例中，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。对于切片的预定高度，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。构件然后逐切片或逐层地“构建”，直到完成为止。
以此方式，本文中所描述的构件可以使用增材工艺来制备，或更具体地，例如通过使用激光能量或热来使塑料熔合或聚合，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，特定类型的增材制造工艺可以使用能量束(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)。构建材料可以由针对以下而选择的任何合适的粉末或材料形成：特别在高温下的增强强度、耐久性以及使用寿命。
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，并且可以是任何合适的尺寸。因此，利用上述的增材式成形方法，本文中所描述的构件可以具有与在增材式成形工艺期间利用的相关联的粉末层的一种厚度(例如，10 μm)一样薄的横截面。
另外，利用增材工艺，构件的表面光洁度(surface finish)和特征可以取决于应用而按需变化。例如，尤其是在与部件表面相对应的横截面层的外周，通过在增材工艺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/或激光功率还可以改变，以改变所选择的区域中的表面光洁度。
虽然本公开大体上不限于使用增材制造来形成这些构件，但增材制造提供各种各样的制造优点(包括易于制造、成本降低、准确度更大等等)。在这点上，利用增材制造方法，甚至是多部件式构件可以形成为单件连续金属，并且因而可以包括与先前的设计相比而较少的子构件和/或接头(joint)。通过增材制造而整体地形成这些多部件式构件可以有利地改进总体组装工艺。例如，整体式成形减少必须组装的单独的部件的数量，因而缩短相关联的时间并且降低总体组装成本。另外，关于例如单独部件之间的泄漏、接头质量以及总体性能的现有的问题可以有利地减少。
同样地，上述的增材制造方法可以实现更复杂且错综复杂得多的本文中所描述的外壳64的形状和轮廓。例如，这样的构件可以包括薄增材制造层和独特流体通道或腔(诸如，特征78)。另外，增材制造工艺实现制造具有不同材料的单个构件，使得构件的不同的部分可以表现出不同的性能特性。制造工艺的连续、增加的性质实现构建这些新型特征。结果，本文中所描述的旋转式构件61可以表现出改进的性能和可靠性。
本书面描述使用示范性实施例(包括最佳模式)来公开本发明，并且还使本领域任何技术人员都能够实践本发明(包括制作并且使用任何装置或系统和执行任何结合的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并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不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括具有与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这些示例旨在属于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于燃气涡轮发动机的旋转式构件，所述旋转式构件限定中心轴线，所述旋转式构件沿着轴向方向、与所述轴向方向垂直地延伸的径向方向以及与所述中心轴线和所述径向方向两者都垂直的周向方向延伸，所述旋转式构件包括：
多个转子叶片，其可操作地联接到沿着所述中心轴线延伸的旋转轴；和
外壳，其沿所述径向方向布置于所述多个转子叶片的外部，所述外壳在所述多个转子叶片中的每个的末梢与所述外壳之间限定环形间隙，
其中，所述外壳包括位于所述外壳的内表面上的多个特征，其中，所述多个特征中的第一特征限定第一壳厚，并且其中，所述多个特征中的从所述第一特征至少部分地周向地或轴向地定位的第二特征限定与所述第一壳厚不同的第二壳厚。
2.根据权利要求1所述的旋转式构件，其中，所述第一和第二特征各自包括轴向狭槽或周向凹槽。
3.根据权利要求1所述的旋转式构件，其中，所述第一壳厚大于所述第二壳厚，并且其中，所述第一壳厚定位于所述外壳的所述内表面上的第一畸变水平高度的部位处，并且，所述第二壳厚定位于比所述第一畸变水平高度更小的第二畸变水平高度的部位处。
4.根据权利要求1所述的旋转式构件，其中，所述第一特征进一步限定第一特性，并且其中，所述第二特征进一步限定第二特性，所述第一特性不同于所述第二特性。
5.根据权利要求4所述的旋转式构件，其中，所述第一和第二特性各自包括对于所述第一和第二特征中的每个的径向高度、轴向尺寸、周向尺寸、与相邻特征的分离度或内角中的至少一个。
6.根据权利要求4所述的旋转式构件，其中，所述第一特征是第一轴向部位处的第一周向凹槽，其中，所述第二特征是定位于所述第一轴向部位的下游的第二轴向部位处的第二周向凹槽，并且其中，所述第一和第二特性各自包括径向高度、周向长度或轴向宽度中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的旋转式构件，其中，所述第一特性的第一径向高度、第一周向长度或第一轴向宽度中的至少一个大于所述第二特性的第二径向高度、第二周向长度或第二轴向宽度中的至少一个。
8.根据权利要求4所述的旋转式构件，其中，所述第一特征是第一周向部位处的第一轴向狭槽，其中，所述第二特征是第二周向部位处的第二轴向狭槽，并且其中，所述第一和第二特性各自包括径向高度、周向宽度、取向或轴向长度中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的旋转式构件，其中，所述第一壳厚大于所述第二壳厚。
10.根据权利要求9所述的旋转式构件，其中，所述第一特性的与相邻特征的第一分离度小于所述第二特性的与相邻特征的第二分离度。
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