CN111511540B - 用于涡轮发动机内壁的具有特性梯度的涂层 - Google Patents

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Abstract

具有特性梯度的涂层，该涂层旨在通过增材制造而固定到安装在涡轮发动机的移动转子叶片的周边处的壳体(46)的内壁上，该涂层包括从涂层的外表面到壳体的该内壁的叠加层，一方面，第一层(54)，该第一层(54)由耐磨材料的细丝的三维支架构成，耐磨材料的细丝的三维支架形成孔径在50微米至250微米之间并且孔隙率大于85％的通道或微通道的有序网络，以及另一方面，第二层(52)，该第二层(52)具有消散冲击涂层的外表面的声波的能量的功能，并且第二层(52)由第一热固性材料的细丝的三维支架构成，所述第一热固性材料的细丝的三维支架形成孔径在50微米至400微米之间并且孔隙率大于60％的通道或微通道的有序网络。

Description

用于涡轮发动机内壁的具有特性梯度的涂层
背景技术
本发明涉及通过增材制造来制造由聚合物材料(特别是热固性材料)、金属、金属合金或陶瓷零件制成的零件的一般领域，并且更具体地但不完全地涉及制造具有声学功能性的耐磨涂层，特别是用于风扇壳体的耐磨涂层。
对机场周围的飞行器噪音的控制已经成为公共卫生问题。越来越严格的标准和规章正强加于飞行器制造商和机场管理者。因此，多年来建造安静的飞行器已经成为很强的销售点。目前，由飞行器发动机产生的噪声通过局部声学涂层来衰减，所述局部声学涂层根据亥姆霍兹共振器的原理在一个或两个八度音程上降低发动机的声音强度。这些涂层通常呈复合面板的形式，该复合面板由与覆盖有穿孔蒙皮的蜂窝芯组合并且布置在机舱或上游和下游传播管道处的刚性板组成。然而，在新一代发动机中(例如，在涡轮风扇发动机中)，如在超高旁通比(UHBR)技术中，可用于声学涂层的面积可能显著减小。此外，复合壳体的这些区域可能具有形状缺陷，这些形状缺陷需要在施加涂层之前通过额外的机械加工操作弥补。
因此，重要的是提出新的方法和/或新的材料(特别是多孔材料)，用于消除或显著降低由飞行器发动机产生的噪声水平，特别是在起飞和着陆阶段期间，并且在比目前包括的低频率更宽的频率范围上，同时保持发动机性能。这就是为什么现在正在寻求新的降噪技术来减少这种干扰以及新的声学处理表面，而对发动机的其他功能性(如燃料消耗率)具有最小的影响的原因，这是主要的商业优点。
然而，在飞行器发动机中，风扇噪声是对噪声污染的主要贡献者之一，这些新一代飞行器所寻求的旁通比的增加强化了噪声污染。
此外，现在常见的并且有利的是使用增材制造工艺代替传统的铸造、锻造或大规模机加工来容易地、快速地并且成本效益高地生产复杂的三维零件。航空领域特别适合使用这些方法。一个示例是线束沉积(WBD)工艺。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的涂层，用于显著地降低由飞行器涡轮喷气机产生的噪声，特别是由风扇-OGV组件产生的噪声。本发明的目的之一还弥补由旨在壳体的内壁的复合性质引起的形状缺陷，该涂层施用到壳体的内壁上。
为此目的，提供了一种特性梯度涂层，该涂层具有旨在通过增材制造施加到安装在涡轮发动机转子的移动叶片的周边上的壳体的内壁上，其特征在于，该涂层包括从所述涂层的外表面到所述壳体内壁上的叠加层：
第一层，该第一层由耐磨材料的细丝的三维支架组成，该耐磨材料的细丝的三维支架形成具有在50微米至250微米之间的孔径和大于85％的孔隙率的通道或微通道的有序网络，以及
第二层，该第二层具有消散来自冲击所述涂层的所述外表面的声波的能量的功能，并且第二层由第一热固性材料的细丝的三维支架组成，所述第一热固性材料的细丝的三维支架形成在50微米至400微米之间的孔径和大于60％的孔隙率的通道或微通道的有序网络。
结果是具有规则和有序的孔隙率的多孔微结构，其特性可以在涂层的整个厚度上完全被控制。取决于所使用的层，径向空气动力学损失是有限的，流体滞留被减少，并且声音和弹道吸收被最大化。
优选地，所述第一层的细丝在0°或90°交替定向，而在具有相同定向方向的细丝的叠加中没有任何偏移，并且所述第二层的细丝交替定向，细丝的定向方向偏移或不偏移相同的角偏差，角偏差通常在20°至40°之间。
根据所设想的实施方式，涂层还可以包括间隙补偿材料层，该间隙补偿材料层直接沉积在所述内壳壁上以便获得具有已知几何形状的沉积表面。
根据所设想的实施方式，涂层还可以包括第三层，该第三层具有排出穿过所述涂层的流体的功能，并且由第二热固性材料的细丝的三维支架组成，该第二热固性材料的细丝的三维支架形成通道或微通道的有序网络，这些通道或微通道的有序网络的孔径大于250微米并且其孔隙率大于70％。
优选地，所述第三层包括具有通道的特定图案，这些通道引导穿过所述涂层的流体排空到特定区域并且具有大于500微米的通道尺寸。
有利地，所述第三层的细丝在0°或90°交替定向，而在具有相同定向方向的细丝的叠加中没有任何偏移。
根据所设想的实施方式，涂层还可包括第四层，该第四层具有由不稳定(不稳定)冲击、冰雹摄取或甚至叶片损失引起的弹道能量吸收功能，并且由第三热固性材料的细丝的三维支架组成，该第三热固性材料的细丝的三维支架形成通道或微通道的有序网络，这些通道或微通道的有序网络的孔径小于400微米并且其孔隙率小于60％。
优选地，所述第四层的细丝在0°或90°交替定向，并在具有相同定向方向的细丝的叠加中具有偏移。
有利地，涂层可以进一步包括局部地添加到所述第一层上的耐磨材料的至少一个附加层，以便将所述壳体的非轴对称的几何形状考虑在内。
优选地，所述耐磨材料是由聚合物基料和交联剂以及流动促进组分组成的无溶剂的触变混合物，其中聚合物基料与交联剂的重量比在1:1和2:1之间；流动促进组分(通常凡士林)以所述触变混合物的总重量的5％至15％之间存在。
有利地，所述第一热固性材料、所述第二热固性材料和所述第三热固性材料由所述耐磨材料组成。
优选地，所述壳体是由编织复合材料制成的涡轮发动机风扇壳体。
附图说明
参照以下附图，本发明的其他特征和优点将从以下给出的详细说明中变得清楚，这些附图是非限制性的，并且其中：
-图1示意性地示出了在其中实施本发明的特性梯度涂层的飞行器涡轮发动机架构，
-图2示出了用于制造本发明的涂层的丝状材料沉积系统，
-图3是通过图2中的系统获得的三维细丝支架的分解图，以及
-图4A至4D示出了本发明的特性梯度涂层的不同层的示例。
具体实施方式
图1是飞行器涡轮发动机架构的高度示意图，在此情况下是涡轮风扇发动机，根据本发明的特性梯度涂层施加到该飞行器的一个壁上。
通常，这种涡轮风扇发动机10具有纵向轴线12，并且包括燃气涡轮发动机14和以轴线12为中心并围绕发动机同心布置的环形舱16。
根据通过涡轮喷气发动机的空气或气体流的流动方向，从上游到下游，发动机14包括空气入口18、风扇20、低压压气机22、高压压气机24、燃烧室26、高压涡轮机28和低压涡轮机30，这些元件中的每一个都沿纵向轴线12布置。发动机产生的气体通过喷嘴喷射，该喷嘴包括中心在纵向轴线12上的环形中央体32，环形初级通风帽34，该环形初级通风帽同轴地围绕中央体以便与中央体界定用于初级流F1的环形流动通道，以及环形次级通风帽36，该环形次级通风帽同轴地围绕初级通风帽以便与其界定用于次级流F2的环形流动通道，该环形流动通道与初级流动通道同轴，并且在该环形次级通风帽中布置了多个矫直叶片38(在所示出的示例性实施方式中，涡轮喷气发动机的发动机舱16和次级通风帽36是同一部件)。初级通风帽和次级通风帽特别地包括围绕涡轮机转子叶片的涡轮机中间壳体28A和30A以及围绕风扇转子叶片的风扇壳体20A。
根据本发明，提出了通过增材制造将特性梯度涂层施加到面向转子叶片的壳体的内壁上，该特性梯度涂层为热固性材料的细丝的三维基架的形式，在这些细丝之间形成有序的通道网络。取决于所设想的网络结构，当叠加不同层的涂层旨在产生这些不同通道时，通道之间的互连可以以规则的方式存在。该壁优选地是涡轮发动机的壁，例如飞行器涡轮喷气发动机的壁，该壁安装在转子叶片的紧邻周边上，并且更特别地，该壁为由编织复合物(优选地是3D)制成的风扇壳体20A的内壁，布置在风扇叶片的周边上。然而，还可以设想在一个或多个涡轮机壳体28A、30A上的沉积物，当然条件是在金属或陶瓷基底上的热固性材料具有适合于其然后将经受的高温环境的特性。
图2是用于制造本发明的特性梯度涂层的丝状材料沉积系统40的示例的示意图。特性梯度材料被定义为涉及以下的材料：无间断的规则变化(未描述的示例性实施方式)和具有不同特性的若干不同层的堆叠(本发明的示例性实施方式)。
该细丝沉积系统的目的是，优选地结合系统内部的压力和温度控制电路，通过经由校准形状和尺寸的喷射喷嘴40A挤出的热固性材料首先沉积在基底46上，然后相继地沉积在产生的各个叠加层48、50、52、54上，每个叠加层由于其独特的结构而具有不同的性质，直到获得该涂层的期望厚度。
细丝沉积系统40遵循由受控机械组件56(通常是多轴(至少3轴)机器或优先地机器人)印刷的沉积路径，该受控机械组件由管理单元58(通常是微控制器或微型计算机)控制，该细丝沉积系统连接至该管理单元，从而确保细丝沉积系统的控制并且在经处理的表面的任何点处控制所获得的涂层的细丝布置和孔隙率两者。靠近喷射喷嘴40A安装的加热灯或其他类似元件60可用于稳定沉积材料并防止沉积期间的蠕变。
热固性材料从锥形挤压螺杆62进料，其允许混合几种组分以形成触变粘浆状流体。锥形挤压螺杆确保这些组分的充分且均匀的混合(在整个沉积运行中)，以获得将通过校准喷嘴沉积的具有高粘度的流体材料。在此运行期间，必须避免气泡的产生，这些气泡在印刷细丝中形成许多的缺陷并且必须避免流体材料流动的不稳定性；因此必须非常平缓地推动材料。应注意的是，使用这种锥形挤压螺杆，可以通过简单地控制相继引入锥形挤压螺杆中的不同组分来容易地实现沉积的热固性材料的结构的改变并且形成不同层48-54，该锥形挤压螺杆具有用于同时引入至少两个组分的至少两个分开的入口62A、62B。
图3以分解视图示出了热固性材料的细丝72、74、76(有利地是圆柱形)的三维基架70的小部分，该热固性材料允许本发明的涂层以通道的有序网络(微网格)的形式制成，这些通道具有的性质以赋予穿过该涂层的叠加层的所希望的特性梯度。
甚至，并且如图4A、4B、4C和4D的不同构型所示，本发明的涂层是从壳体的内壁到外表面通过增材制造叠加而形成的，这些不同材料层各自具有给定厚度和赋予它们各自不同特性的不同结构。由上述细丝沉积系统印刷的该涂层的每个层由形成通道的有序网络的热固性材料的细丝的三维基架组成。
图4A示出了细丝100、102的三维基架，该基架旨在形成涂层的外层54并且由多个叠加的细丝层组成，其中给定层的细丝在0°或90°处交替地定向，而在具有相同定向方向的细丝的叠加中没有任何偏移。
该第一层54的目的是确保当移动叶片通过时(特别是在发动机磨合期间)涂层的耐磨性，同时满足涡轮发动机的空气动力学条件。为此，用于该第一层的热固性材料是具有一定厚度的耐磨材料，该耐磨材料形成了具有一定孔隙率(空隙百分比)的特定图案，这些特定图案的尺寸被确定为允许空气动力波动(或其修改)和/或声波的通过或消散。通常，对于50微米至250微米之间的细丝尺寸，大于85％的孔隙率适用于这种耐磨性功能。这些图案还可以由尺寸小于1.5mm的穿孔或凹槽组成，这也改进了空气动力裕度。
在涂层的表面层上的这种耐磨性功能的优点是使转子-壳体组件与旋转的移动叶片经受空气动力和离心力之和时所经受的变形相兼容。
耐磨材料是指该材料在与相对零件相接触的运行中脱位(或侵蚀)的能力(低剪切阻力)以及在运行过程中它被迫吸入的颗粒或外来物体的冲击之后它的耐磨性。这种材料还必须保持或甚至促进良好的空气动力学特性，具有足够的耐氧化性和耐腐蚀性以及与其沉积于其上的层或基底相同级的热膨胀系数，在这种情况下编织复合材料形成壳体壁。
图4B示出了细丝200、202、204、206的三维基架，该基架旨在形成涂层的层52并且由叠加的细丝层组成，这些叠加的细丝层在每个层处具有细丝定向的方向，该方向偏移或不偏移相同的角偏差，例如在20°至40°之间(该倾斜值并不是限制性的)。
其上沉积第一层54的该第二层52的目的是确保声波的能量的消散。为此，该三维基架可以具有通道或微通道，这些通道或微通道具有通常在50微米至400微米之间的孔径和大于60％的孔隙率。用于制造该第二层52的热固性材料不必是由第一层54使用的耐磨材料。然而，有可能将相同的材料用于整个涂层并且避免必须在每个层之间改变其组成。
当然，该第二层52必须承受机械和环境约束(特别是与颗粒冲击相关的)，并且保持涡轮发动机的空气动力学性能。
图4C示出了细丝300、302的三维基架以形成涂层的第三层50，该第三层由多个叠加层组成，这些叠加层的细丝交替地定向在0°或90°处，而在与第一层54的三维基架中圆柱形细丝定向方向相同的圆柱形细丝定向方向的层之间没有偏移，但是在细丝之间具有更大的间隔，在所示出的示例中其间隔具有2倍大的级别。通常，对于大于250微米的细丝尺寸，大于70％的孔隙率适于这种排出功能。
用于制造该第三层50的热固性材料可以是或不是由第一层54使用的耐磨材料，并且可以与或不与用于制造第二层52的材料相同。
其上沉积第二层52的该第三层50的目的是确保由涡轮发动机吸入并穿过涂层的流体的排出。为了做到这一点，具有排出功能的该层将有利地具有特定图案，这些特定图案具有通道，这些通道将流体的排空朝向有利的区域(位于来自流动的6点钟的排放管)引导并且具有大于500微米的通道尺寸。
与第二层52类似，该第三层50必须经受机械和环境的约束，特别是与颗粒冲击相关的约束，并且保持涡轮发动机的空气动力学性能。
应该注意的是，该第三层50的存在不是必需的，因为排出功能可以有利地通过添加位于第一层54下方的具有疏水性质的层来确保。
图4D还示出了细丝400、402的三维基架，该三维基架旨在形成涂层的第四和最后层48并且由叠加层组成，其中给定层的细丝在0°或90°交替定向并且在具有相同定向方向的细丝的叠加中具有偏移。如图所示，该偏移优选等于两根细丝之间的距离的一半。通常，对于小于400微米的细丝尺寸，小于60％的孔隙率适于执行该弹道功能。
用于制造该第四层48的热固性材料可以是或不是由第一层54使用的耐磨材料，并且可以是或不是与用于制造第二层52或第三层50的热固性材料相同。
最后一层48沉积在壳体46上，并且第三层50本身沉积在最后一层48上，该最后一层48的目的是增强整个涂层的机械强度并且允许由不稳定冲击或冰雹摄取或甚至叶片损失引起的弹道能量的吸收。该最后一层还必须经受机械和环境应力(特别是与颗粒冲击相关的机械和环境应力)。
应该注意的是，与第三层50一样，后一层48的存在不是必需的，因为能量吸收功能可以有利地设置在声层52内或直接由壳体46提供。
对于所有这些层，必须确保粘附到前一层和/或下一层，前一层和/或下一层可以直接是壳体(不同层的热膨胀系数的兼容性，特别是壳体材料的热膨胀系数的兼容性)。
应当注意的是，可以在生产这些三维丝基架之前添加附加的界面层64(见图2)。这是因为风扇壳体是编织的复合壳体，其三维几何形状通常示出与所计算的理想表面的偏差(形状缺陷)，特别是由于所使用的编织工艺(通常是绕性类型(poly-flex))导致形成瓣的倾向。这些缺陷的校正目前涉及复杂且昂贵的操作。因此，有可能通过设备沉积材料来弥补游隙(树脂或其他)以便获得已知的几何形状。这个预备步骤的优点是返回到受控的沉积表面，该沉积表面被精确地限定并且满足确保涡轮发动机的发动机区域中的良好的空气动力学间隙所必需的形状约束。
还应当注意的是，可以在第一层54上局部地添加额外的耐磨材料层，以确保涂层的外表面的轴对称性。这是因为风扇壳体通常具有非轴对称的几何形状。
从该一个或多个校准喷嘴挤出的耐磨材料有利地是一种高粘度的热固性材料(也称为流体)，该材料不含溶剂，这些溶剂的蒸发产生了如已知的强收缩。该材料优选为具有缓慢的聚合动力学和稳定的细丝流动的触变混合物形式的树脂，其因此具有在基低上印刷物质(刚好在材料挤出之后)和最终结构(一旦加热和聚合完成)之间的收缩低得多的优点。
在本发明的方法的背景下使用的耐磨材料的示例是呈浆状物的材料，该材料由三种组分组成，即聚合物基料，例如环氧树脂(呈蓝色塑型粘土的形式)，交联剂或促进剂(呈白色塑型粘土的形式)以及半透明着色的凡士林(例如VaselineTM)。促进剂/基料组分以1:1至2:1之间的基料与促进剂的重量比分布，并且凡士林按该材料的总重量的的5％至15％(通常10％)之间存在。基底可以进一步包括中空玻璃微球，这些中空玻璃微球具有确定的直径以确保所希望的孔隙率，同时允许印刷基架的机械性能增加。引入凡士林的优点在于降低树脂粘度以及耐磨材料的反应动力学，这使得它的粘度在印刷过程中更稳定并且因此有助于材料的流动(粘度与确保足够的挤出速度以保持印刷品质所要求的挤出压力直接相关)。
通过举例说明，这种2:1的比率给出了包含1.4g基料和0.7g促进剂的耐磨材料，其中应该向其中添加0.2g凡士林。
对于非第一层54以及用于所有三维细丝基架的热固性材料不是耐磨材料的层，可有效地使用金属或陶瓷基的材料。
因此，本发明允许快速且稳定的印刷，从而允许高效再现具有预定功能和受控特征(粗糙度、纵横比、开孔率)的具有小细丝尺寸和低重量的高性能结构，鉴于在航空学中遇到的强约束，这是特别有利的。

Claims (15)

1.一种特性梯度涂层，该涂层旨在通过增材制造施加到安装在涡轮发动机转子的移动叶片的周边上的壳体的内壁上，其特征在于，该特性梯度涂层包括从所述涂层的外表面到所述壳体的内壁上的叠加层：
第一层，该第一层由耐磨材料的丝状物的三维基架组成，耐磨材料的丝状物的三维基架形成具有在50微米至250微米之间的孔径和大于85％的孔隙率的通道的有序网络，以及
第二层，该第二层具有消散来自冲击所述涂层的所述外表面的声波的能量的功能，并且第二层由第一热固性材料的丝状物的三维基架组成，所述第一热固性材料的丝状物的三维基架形成具有在50微米至400微米之间的孔径和大于60％的孔隙率的通道的有序网络。
2.根据权利要求1所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述第一层的丝状物在0°或90°交替定向，在具有相同定向方向的丝状物的叠加中没有任何偏移。
3.根据权利要求1所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述第二层的丝状物交替地定向，其中这些丝状物的定向方向偏移或不偏移相同的角偏差。
4.根据权利要求3所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述角偏差在20°至40°之间。
5.根据权利要求1所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述涂层进一步包括间隙补偿材料层，该间隙补偿材料层直接沉积在所述壳体的内壁上以获得具有已知几何形状的沉积表面。
6.根据权利要求1所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述涂层进一步包括第三层，该第三层具有排出穿过所述涂层的流体的功能，并且由第二热固性材料的丝状物的三维基架组成，该第二热固性材料的丝状物的三维基架形成通道的有序网络，这些通道的有序网络的孔径大于250微米并且其孔隙率大于70％。
7.根据权利要求6所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述第三层具有通道的特定图案，这些通道引导穿过所述涂层的流体排空到确定的区域并且具有大于500微米的通道尺寸。
8.根据权利要求7所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述第三层的丝状物在0°或90°交替定向，在具有相同定向方向的丝状物的叠加中没有任何偏移。
9.根据权利要求6所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述涂层进一步包括第四层，该第四层具有由不稳定冲击、冰雹摄取或甚至叶片损失引起的弹道能量吸收功能，并且由第三热固性材料的丝状物的三维基架组成，该第三热固性材料的丝状物的三维基架形成通道的有序网络，这些通道的有序网络的孔径小于400微米并且其孔隙率小于60％。
10.根据权利要求9所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述第四层的丝状物在0°或90°交替定向，并且在具有相同定向方向的丝状物的叠加中具有偏移。
11.根据权利要求1所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述涂层进一步包括局部地添加在所述第一层上的耐磨材料的至少一个附加层，以便将所述壳体的非轴对称的几何形状考虑在内。
12.根据权利要求11所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述耐磨材料是由聚合物基料和交联剂以及流动促进组分组成的无溶剂的触变混合物，其中聚合物基料与交联剂的重量比在1:1至2:1之间；流动促进组分以所述触变混合物的总重量的5％至15％之间存在。
13.根据权利要求12所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述流动促进组分为凡士林。
14.根据权利要求9所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述第一热固性材料、第二热固性材料和第三热固性材料由所述耐磨材料组成。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的特性梯度涂层，其特征在于，所述壳体是编织复合材料的涡轮发动机风扇壳体。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109070218B (zh) * 2016-02-25 2022-01-28 伊顿智能动力有限公司 用于增压器和膨胀机的增材制造转子
CA3155206A1 (fr) * 2022-04-13 2023-10-13 Safran Aircraft Engines Absorbant acoustique et son procede de production

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6059524A (en) * 1998-04-20 2000-05-09 United Technologies Corporation Penetration resistant fan casing for a turbine engine
US6297176B1 (en) * 1998-07-15 2001-10-02 Harodite Industries, Inc. Non-fiberglass sound absorbing moldable thermoplastic structure
US6767619B2 (en) * 2001-05-17 2004-07-27 Charles R. Owens Preform for manufacturing a material having a plurality of voids and method of making the same
GB0206136D0 (en) 2002-03-15 2002-04-24 Rolls Royce Plc Improvements in or relating to cellular materials
GB2427436B (en) * 2005-06-23 2007-11-28 Rolls Royce Plc Fan duct blade containment assembly
US8403624B2 (en) * 2007-12-12 2013-03-26 General Electric Company Composite containment casings having an integral fragment catcher
US8333558B2 (en) * 2008-03-05 2012-12-18 General Electric Company Containment cases and method of manufacture
FR2953058B1 (fr) * 2009-11-23 2017-11-03 Aircelle Sa Peau acoustique pour un panneau acoustique d'une nacelle d'aeronef
EP2418387B1 (fr) * 2010-08-11 2015-04-01 Techspace Aero S.A. Virole externe de compresseur de turbomachine axiale
GB2483060B (en) * 2010-08-23 2013-05-15 Rolls Royce Plc A turbomachine casing assembly
FR2996874B1 (fr) * 2012-10-11 2014-12-19 Turbomeca Ensemble rotor-stator pour moteur a turbine a gaz
FR3015593B1 (fr) * 2013-12-20 2018-09-07 Safran Aircraft Engines Carter en materiau composite a matrice organique favorisant l'evacuation des fumees
US9957826B2 (en) * 2014-06-09 2018-05-01 United Technologies Corporation Stiffness controlled abradeable seal system with max phase materials and methods of making same
CN105415770B (zh) * 2015-11-25 2017-11-14 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 一种约束阻尼降噪板及其制备方法
CN105414546A (zh) * 2015-11-27 2016-03-23 宁波市群星粉末冶金有限公司 一种轻量化耐磨汽车发动机缸套及其制备方法

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