CN112518232B - 一种用于发动机的压气机叶片及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发动机的压气机叶片及其加工方法。上述加工方法包括步骤：制造热态叶型的叶身；制造设置于叶身的内部或表面的至少一个形状记忆合金件，每个形状记忆合金件对应一特征温度，且每个形状记忆合金在其对应的特征温度下具有对应的第一形状；以及针对每个形状记忆合金件，在低于该形状记忆合金件对应的特征温度的温度下将该形状记忆合金件塑形为符合叶身的热态叶型的第二形状，其中，在压气机叶片的工作过程中，特征温度低于压气机叶片的当前工作温度的所有形状记忆合金件的变形力的合力抵消叶身在当前工作温度下的变形力，以使叶身保持热态叶型。本发明能够确保涡轮发动机在不同状态点下都能具备最佳的空气动力学效率。

Description

一种用于发动机的压气机叶片及其加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种用于发动机的压气机叶片的加工方法，以及一种由上述加工方法加工所获得的压气机叶片。

背景技术

航空发动机(Aero-engine)是一种高度复杂和精密的热力机械。作为飞机的心脏，航空发动机不仅是飞机飞行的动力来源，也是促进航空事业发展的重要推动力。人类航空史上的每一次重要变革都与航空发动机的技术进步有着密不可分的联系。

在现有的航空发动机结构中，涡轮发动机可以根据飞机的多种不同的飞行工况，在全飞行包线范围内包括对应于滑行、起飞、爬升、巡航、降落等多种不同工况的多种状态。在不同的状态下，涡轮发动机中通过高速旋转来给空气做功，以提高空气压力的压气机叶片会因不同的工作温度而产生相应的形变。也就是说，涡轮发动机除了在巡航工况下会进行全状态点工作以外，在其它飞行工况下均会处于过渡态的状态。此时，涡轮发动机的压气机叶片将会在非设计点状态下进行工作。

现有涡轮发动机的空气动力学设计往往针对涡轮发动机的全转速状态(即上述全状态点)来确定压气机的叶片叶型，从而导致在涡轮发动机的其它状态点下无法达到压气机的最佳空气动力学效率。

因此，为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种用于发动机的压气机叶片及其加工技术，用于确保涡轮发动机在不同状态点下都能具备最佳的空气动力学效率。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于发动机的压气机叶片的加工方法，以及一种由上述加工方法加工所获得的压气机叶片，用于确保涡轮发动机在不同状态点下都能具备最佳的空气动力学效率。

本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法，包括步骤：

制造热态叶型的叶身；

制造设置于所述叶身的内部或表面的至少一个形状记忆合金件，每个形状记忆合金件对应一特征温度，且每个形状记忆合金在其对应的特征温度下具有对应的第一形状；以及

针对每个形状记忆合金件，在低于该形状记忆合金件对应的特征温度的温度下将该形状记忆合金件塑形为符合所述叶身的热态叶型的第二形状，

其中，在所述压气机叶片的工作过程中，特征温度低于所述压气机叶片的当前工作温度的所有形状记忆合金件的变形力的合力抵消所述叶身在当前工作温度下的变形力，以使所述叶身保持热态叶型。

优选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，所述至少一个所述形状记忆合金件可以包括至少一个形状记忆合金筋条，其中制造所述至少一个形状记忆合金件的步骤，可以进一步包括步骤：

加工出所述至少一个形状记忆合金筋条；以及

针对每个形状记忆合金筋条，在该形状记忆合金筋条对应的特征温度下将其塑形为其对应的第一形状。

优选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，所述制造叶身的步骤，可以进一步包括步骤：

在获得经塑形的至少一个形状记忆合金筋条之后，使用增材制造工艺将处于第二形状的各形状记忆合金件埋入所述叶身内部以获得热态叶型的叶身。

可选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，所述增材制造工艺可以包括3D打印加工工艺。

可选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，还可以包括步骤：控制每一形状记忆合金筋条的宽度和厚度以及相应的第一形状以控制该形状记忆合金筋条在达到对应的特征温度时所产生的变形力。

可选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，所述至少一个形状记忆合金件可以包括至少一层形状记忆合金涂层，

制造所述至少一个形状记忆合金件的步骤，可以进一步包括步骤：

在获得所述叶身之后，通过喷涂工艺在所述叶身的表面上喷涂所述至少一层形状记忆合金涂层中的所有涂层；以及

按照所述至少一层形状记忆合金涂层的特征温度由高到低的顺序，在各特征温度下，对所述叶身进行塑形以使其表面上具有当前特征温度的形状记忆合金涂层具有其相应的第一形状。

可选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，所述至少一个形状记忆合金件可以包括至少一层形状记忆合金涂层，

制造所述至少一个形状记忆合金件的步骤，可以进一步包括步骤：

按照所述至少一层形状记忆合金涂层的特征温度由高到低的顺序，在各特征温度下，对所述叶身进行塑形并通过喷涂工艺在经塑形的叶身表面上喷涂具有当前特征温度的形状记忆合金涂层以使之具有其相应的第一形状。

可选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，将每个形状记忆合金件塑形为符合所述叶身的热态叶型的第二形状的步骤，可以进一步包括步骤：

在低于所述至少一层形状记忆合金涂层中的最低特征温度的温度下，将所述叶身塑形为热态叶型以使所述至少一层形状记忆合金涂层具有符合所述叶身的热态叶型的第二形状。

可选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，还可以包括步骤：控制每一形状记忆合金涂层的厚度以及相应的第一形状以控制该形状记忆合金涂层在达到对应的特征温度时所产生的变形力。

可选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，所述至少一个形状记忆合金件的特征温度可以对应飞机不同工况下压气机叶片的温度。

优选地，在本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，所述工况可以包括含滑行、起飞、爬升、巡航、降落中的一者或多者。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种压气机叶片。

本发明提供的上述压气机叶片可以由上述任意一种加工方法加工所获得。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种用于发动机的压气机叶片的加工装置。

本发明提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工装置，可以包括存储器及处理器。所述处理器耦接于所述存储器，并可以配置用于实施上述任意一种用于发动机的压气机叶片的加工方法。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读介质。

本发明提供的上述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时，可以实施上述任意一种用于发动机的压气机叶片的加工方法。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1A示出了根据本发明的一个实施例提供的具有最佳空气动力学效率的压气机叶片的叶型结构示意图。

图1B示出了根据本发明的一个实施例提供的形变的压气机叶片的叶型结构示意图。

图2示出了根据本发明的一方面提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法的流程示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例提供的内部设置有形状记忆合金筋条的压气机叶片的结构示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法的流程示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例提供的内部设置有形状记忆合金筋条的压气机叶片的结构示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法的流程示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例提供的表面设置有形状记忆合金涂层的压气机叶片的结构示意图。

图8示出了根据本发明的另一方面提供的用于发动机的压气机叶片的加工装置的结构示意图。

附图标记

11 叶身；

201-203 用于发动机的压气机叶片的加工方法的步骤；

31 形状记忆合金筋条；

401-403 用于发动机的压气机叶片的加工方法的步骤；

51、52 形状记忆合金筋条；

601-603 用于发动机的压气机叶片的加工方法的步骤；

71-72 形状记忆合金涂层；

81 存储器；

82 处理器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，现有涡轮发动机的空气动力学设计往往针对涡轮发动机的全转速状态(即上述全状态点)来确定压气机叶片的叶型，从而导致在涡轮发动机的其它状态点下无法达到压气机的最佳空气动力学效率。

请结合参考图1A-1B，图1A示出了根据本发明的一个实施例提供的具有最佳空气动力学效率的压气机叶片的叶型结构示意图。图1B示出了根据本发明的一个实施例提供的形变的压气机叶片的叶型结构示意图。

如图1A所示，压气机叶片的加工人员可以根据设计人员提供的设计参数，将压气机叶片加工成在涡轮发动机全转速状态的工作温度下，具有最佳空气动力学效率的叶型。

然而，如图1B所示，在飞机其它飞行工况的工作温度下，压气机叶片的叶型(尤其是叶身11部分)会因为受到温度变化的影响而发生弯折形变，从而导致压气机叶片的空气动力学效率降低。

因此，为了克服现有技术存在的上述缺陷，涡轮发动机的压气机叶片需要具备在不同的状态点下进行主动变形的功能，从而确保压气机叶片的叶型在各种过渡态的状态下都能保持最佳的空气动力学效率。

1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以自动变回到原来的形状。1963年，美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室温较多的某温度范围内，把一种镍-钛合金丝烧成弹簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状。当再次将该合金丝放入40℃以上的热水中时，该合金丝就可以恢复成原来的弹簧形状。

本领域的技术人员后来陆续发现，某些其他合金也可以具有类似的功能。人们把这一类具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金(Shape memory alloys，SMA)。形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变，而具有形状记忆效应(Shape memoryeffect，SME)的由两种以上金属元素所构成的材料，目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。

迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。每种以一定元素按一定重量比组成的形状记忆合金都可以具有一个特定的转变温度。在该转变温度以上将该合金加工成一定的形状，然后将其冷却到转变温度以下，之后即使人为地改变合金的形状，只要将该合金再次加热到转变温度以上，该合金便会自动地恢复到原先的加工形状。

因此，通过将上述形状记忆合金应用于航空发动机的压气机叶片，可以使涡轮发动机的压气机叶片具备在不同的状态点下进行主动变形的功能，从而确保压气机的叶片能够在航空发动机的滑行、起飞、爬升、巡航、降落等不同状态点都保持具有最佳空气动力学效率的相同叶型。

请参考图2，图2示出了根据本发明的一方面提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法的流程示意图。

如图2所示，在本实施例提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，可以包括步骤：

201：制造热态叶型的叶身；

202：制造设置于叶身的内部或表面的一个形状记忆合金件，该形状记忆合金件在其对应的特征温度下具有第一形状；以及

203：在低于该形状记忆合金件的特征温度的温度下将该形状记忆合金件塑形为符合叶身的热态叶型的第二形状。

上述热态叶型的叶身11可以指示在飞机的滑行、起飞、爬升、巡航、降落等任意一种或多种工况下，航空发动机的压气机叶片的叶身11形状。

要说明的是，上述步骤201-203的执行次序并非一定是顺序执行，而是根据不同的实施样态会有不同执行次序。例如，步骤201可以是最先执行，也可以是在执行了步骤202和203之后执行，甚至这3个步骤可能会交叉执行。下文描述的各实施例所公开的执行次序都在本发明的保护范围之内。

对于步骤201，制造热态叶型的叶身可以通过各种实施方式实现。在一实例中，可以直接制造成具有热态叶型的叶身，或者在另一实例中也可以先制造成非热态叶型的叶身，再通过塑形工艺将其加工为具有热态叶型的叶身。这里的塑形包括但不限于敲打、弯折、挤压、拉伸、扭转等机械塑形手段。

此外如上文所述，可以先制造叶身，再制造形状记忆合金件，或者，也可以先制造出形状记忆合金件，再制造叶身。作为示例，在形状记忆合金件为筋条时，可以采用先制造筋条，再以诸如3D打印等增材制造工艺直接制造将筋条包围在其内部的叶身。作为另一示例，在形状记忆合金件为涂层时，可以先制造叶身，再在叶身上通过诸如喷涂工艺制造形状记忆合金涂层。

对于步骤202，制造设置于叶身的内部或表面的一个形状记忆合金件可以通过各种实施方式实现。在一实例中，可以直接在该形状记忆合金件的特征温度下制造出具有该第一形状的形状记忆合金件，或者在另一实例中也可以先制造出该形状记忆合金件，然后在其特征温度下将其塑形为第一形状。

对于步骤203，在低于特征温度的温度下将该形状记忆合金件塑形为符合叶身的热态叶型的第二形状也可通过各种实施方式实现。在一实例中，可以先仅对形状记忆合金件进行塑形以获得第二形状的形状记忆合金件，再将其与叶身进行结合。或者在另一实例中，可以在形状记忆合金件已经与叶身结合的情况下通过对叶身的塑形来实现形状记忆合金件的第二形状塑形。

在一个方面，这里所描述的第二形状“符合”叶身的热态叶型是指形状记忆合金件的形状与热态叶型的叶身大体相容恰，以使其能与叶身相结合，比如涂层形式的形状记忆合金件与热态叶型的叶身表面形状相吻合以使其可贴附于叶身表面，再比如筋条形式的形状记忆合金件与热态叶型的叶身主体形状相一致以使其可容纳于叶身内部。

在一说明性示例中，以航空发动机全转速状态的工作温度为该形状记忆合金件的特征温度。通过上述步骤201-203，可以获得一热态叶型的叶身，其中该叶身的内部或表面具有符合叶身热态叶型的第二形状的形状记忆合金件，且该形状记忆合金件原先在其特征温度即航空发动机的全转速状态的工作温度下具有第一形状。

具体来说，上述航空发动机的全转速状态可以指示航空发动机在巡航工况下的工作状态。上述形状记忆合金的具体组分可以根据航空发动机在全转速状态下的工作温度来确定，从而使该形状记忆合金对应的特征温度恰好等于压气机叶片在全转速状态下的工作温度。

如上所述，在飞机的一些飞行工况的工作温度下，压气机叶片的叶型(尤其是叶身11部分)会因为受到温度变化的影响而发生弯折形变，从而导致压气机叶片的空气动力学效率降低。上述形状记忆合金件的第一形状可以针对上述压气机叶片的叶型形变而设计。

具体来说，飞机起飞后，叶片的工作温度在达到形状记忆合金件的特征温度时，形状记忆合金件由第二形状变回第一形状的形变趋势所产生的变形力，可以恰好抵消压气机叶片的叶型受温度影响而产生的变形力，从而确保无论在形状记忆合金件的特征温度以上或以下，压气机叶片的叶型都能保持具备最佳空气动力学效率的热态叶型。上述第一形状和第二形状可以具体地根据对压气机叶片在不同温度下的形变测量结果或仿真结果，以及压气机叶片和形状记忆合金筋条的具体刚度值来确定，在此不再赘述。

本领域的技术人员可以理解，上述在航空发动机全转速状态的工作温度下加工形状记忆合金件的方案，只是本实施例提供的一种具体案例，主要用于清楚的展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

请参考图3，图3示出了根据本发明的一个实施例提供的内部设置有形状记忆合金筋条的压气机叶片的结构示意图。

如图3所示，在获得经塑形的第二形状的形状记忆合金筋条31之后，压气机叶片的加工人员可以使用增材制造工艺形成包围第二形状的形状记忆合金筋条31的热态叶型的叶身11以达到使第二形状记忆合金筋条31埋入压气机叶片内部的效果。

上述增材制造工艺是一种以金属粉末为原料，通过激光熔化及快速凝固来逐层沉积生长的制造技术。增材制造工艺包括但不限于3D打印加工工艺，可以由零件的CAD模型一步完成全致密、高性能的钛合金结构件。

在一个实施例中，压气机叶片的加工人员可以通过控制形状记忆合金筋条31的宽度、厚度和相应的第一形状，控制该形状记忆合金筋条31在达到对应的特征温度时所产生的变形力，使其抵消叶片在离心力载荷和气动载荷下的变形量，从而使叶片在静止状态、中间状态和旋转状态下都能叶型保持一致。

在航空发动机的工作过程中，当压气机叶片的工作温度由室温上升到形状记忆合金筋条31的特征温度以上时，压气机叶片的叶身11会受温度变化的影响而产生形变趋势。此时，形状记忆合金筋条31也会因工作温度上升到其对应的特征温度，而产生从上述第二形状向原本的第一形状发生形变的趋势。压气机叶片的叶身11的形变趋势可以和形状记忆合金筋条31的形变趋势的方向相反。

通过合理地设计形状记忆合金筋条31的宽度、厚度和相应的第一形状，形状记忆合金筋条31的变形力可以恰好抵消叶身11在当前工作温度下的变形力，从而使压气机叶片的叶身11具有自保形设计。也就是说，随着涡轮发动机工作状态的变化，压气机叶片叶型不会因为转速的不同而发生变化，从而确保无论在形状记忆合金筋条的特征温度以上或以下，压气机叶片的叶型都能保持上述具备最佳空气动力学效率的热态叶型。

本领域的技术人员可以理解，上述在叶身11内部设置一个形状记忆合金件的方案，只是本实施例提供的一种具体案例，主要用于清楚的展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

较优地，基于本发明的构思，压气机叶片的加工人员还可以进一步根据压气机叶片在滑行、起飞、爬升、巡航、降落等多种不同工况的工作温度，确定多种形状记忆合金的组分，从而使每种形状记忆合金对应的特征温度恰好等于压气机叶片在一种工况下的工作温度。

图4示出了根据本发明的一个实施例提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法的流程示意图。图5示出了根据本发明的一个实施例提供的内部设置有形状记忆合金筋条的压气机叶片的结构示意图。以下参考图4和图5来描述形状记忆合金件为筋条的一具体实施例的加工步骤。

如图4所示，在本实施例提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工方法中，可以包括步骤：

401：制造多个形状记忆合金筋条。

如上所述，多个形状记忆合金件对应的特征温度可以分别等于压气机叶片在飞机各种工况下的工作温度。压气机叶片的加工人员可以先根据飞机各工况下压气机叶片的工作温度选择多种合适组分的形状记忆合金，并将其分别加工成具有合适宽度和厚度的多条形状记忆合金筋条，例如如图5所示的两条形状记忆合金筋条51-52。

具体来说，上述多种合适组分的形状记忆合金可以具有不同的特征温度，且每种形状记忆合金的特征温度可以恰好等于飞机一种工况下压气机叶片的工作温度。上述合适的宽度和厚度可以具体地根据对压气机叶片在不同温度下的形变测量结果或仿真结果，以及压气机叶片和形状记忆合金筋条的具体刚度值来确定。

在获取上述多根形状记忆合金筋条51-52之后，压气机叶片的加工人员可以在航空发动机全转速状态的工作温度下，将形状记忆合金筋条51塑形为其对应的第一形状。形状记忆合金筋条51对应的特征温度可以等于压气机叶片在全转速状态下的工作温度。

同理，压气机叶片的加工人员可以在飞机的另一工况(例如：滑行工况)的较低工作温度下，将形状记忆合金筋条52塑形为其对应的第一形状。形状记忆合金筋条52对应的特征温度可以等于压气机叶片在滑行工况下的工作温度。

依此类推，压气机叶片的加工人员可以依次将上述多根形状记忆合金筋条在其对应的特征温度下塑形为其对应的第一形状。

可以理解的是，由于每根形状记忆合金筋条51-52具有不同的合金组分，多根形状记忆合金筋条51-52可以具有不同的特征温度和刚度。因此，多根形状记忆合金筋条51-52可以具有不同的第一形状。

402：针对每个形状记忆合金筋条，在低于该形状记忆合金件对应的特征温度的温度下将该形状记忆合金件塑形为符合叶身的热态叶型的第二形状。

在获得第一形状的多个形状记忆合金筋条51-52后，可以逐条地对每个形状记忆合金筋条进行塑形，该塑形是在低于该形状记忆合金筋条所对应的特征温度的温度下进行的。

403：制造热态叶型的叶身。

在获得经塑形的多根第二形状的形状记忆合金筋条51-52之后，压气机叶片的加工人员可以使用增材制造工艺形成包围形状记忆合金筋条51-52的热态叶型的叶身11以使达到使第二形状的形状记忆合金筋条51-52埋入压气机叶片的叶身11内部的效果。

在上述实施例中，压气机叶片的加工人员可以通过控制各形状记忆合金筋条的宽度、厚度和相应的第一形状，控制各形状记忆合金筋条在达到对应的特征温度时所产生的变形力，使其抵消叶片在离心力载荷和气动载荷下的变形量，从而使叶片在静止状态、中间状态和旋转状态下都能叶型保持一致。

在航空发动机的工作过程中，压气机叶片的工作温度可以随其运转而上升。每当压气机叶片的工作温度达到一个形状记忆合金筋条的特征温度，对应的形状记忆合金筋条就会由其第二形状形变为其对应的第一形状，从而产生用于抵消叶身11形变的变形力。通过合理地设计各形状记忆合金筋条的宽度、厚度和相应的第一形状，特征温度低于压气机叶片当前工作温度的所有形状记忆合金筋条的变形力的合力，可以恰好抵消叶身11在当前工作温度下的变形力，从而使叶身11在各种工作温度下都能保持具有最佳空气动力学效率的热态叶型。

本领域的技术人员可以理解，图5示出的两根形状记忆合金筋条51-52只是埋于压气机叶片中的多根形状记忆合金筋条的示例，主要用于清楚地展示本发明的构思，而不是为了限制本发明的保护范围。在一些实施例中，相应于压气机叶片在飞机的多种工况下的不同工作温度，压气机叶片中还可以进一步埋有更多未示出的形状记忆合金筋条。

本领域的技术人员还可以理解，上述设置于叶身的内部的至少一个形状记忆合金筋条，只是本实施例提供的一种具体案例，主要用于清楚的展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

在另一个实施例中，基于本发明的构思，上述形状记忆合金件还可以包括设置于叶身表面的形状记忆合金涂层。

图6示出了根据本发明的一个实施例提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法的流程示意图。图7示出了根据本发明的一个实施例提供的表面设置有形状记忆合金涂层的压气机叶片的结构示意图。以下参照图6和图7描述根据本发明的一方面的加工发动机的压气机叶片的加工方法。

步骤601：制造叶身。

可通过任何合适的制造工艺制造叶身。作为示例，可以通过增材制造工艺来制造叶身。此时的叶身可以是热态叶型，也可以是非热态叶型。较佳地，叶身的初始形状可以是使得形状记忆合金涂层71具备其对应第一形状的叶型。

602：制造设置于叶身的表面的多个形状记忆合金涂层。

在加工人员制造出压气机叶片的叶身后，再使用喷涂工艺在叶身11的表面上逐层喷涂多层形状记忆合金涂层，在图7中示出了两层形状记忆合金涂层71-72。上述两层形状记忆合金涂层71-72可以由两种不同的形状记忆合金制成。每层形状记忆合金涂层对应的特征温度可以分别等于压气机叶片在一种特定工况下的工作温度。

在获得带有两层形状记忆合金涂层71-72的压气机叶片之后，压气机叶片的加工人员可以在航空发动机第一工况(例如：全转速状态)的工作温度下，将特征温度对应该工作温度的形状记忆合金涂层71塑形为其对应第一形状。上述形状记忆合金涂层71的第一形状可以针对上述压气机叶片的叶型形变而设计。

具体来说，形状记忆合金涂层71的第一形状可以具体地根据对压气机叶片在第一工况温度下的形变测量结果或仿真结果，以及压气机叶片和形状记忆合金涂层71的具体刚度值来确定。

在获得经过塑形的形状记忆合金涂层71之后，压气机叶片的加工人员可以将压气机叶片的叶身11冷却到航空发动机在另一工况(例如：滑行工况)的较低工作温度。之后，压气机叶片的加工人员可以在飞机滑行工况对应的工作温度下，将具有对应特征温度的形状记忆合金涂层72塑形为其对应第一形状。

依此类推，压气机叶片的加工人员可以按照航空发动机各工况工作温度由高到低的顺序，依次对涂覆有更多层形状记忆合金涂层的压气机叶片进行塑形，从而使压气机叶片上的各层形状记忆合金涂层都可以在其对应的特征温度下具有一个对应的第一形状。

由于各涂层是依附在叶身11的表面，因此上述对各涂层的塑形可以通过对叶身11进行塑形来实现。

603：针对每个形状记忆合金件，在低于该形状记忆合金件对应的特征温度的温度下将该形状记忆合金件塑形为符合叶身的热态叶型的第二形状。

在获得经过塑形的两层形状记忆合金涂层71-72之后，压气机叶片的加工人员可以进一步将压气机叶片的叶身11冷却到两层涂层中最低的特征温度以下，即在低于所有形状记忆合金涂层71-72对应的特征温度的温度下，将压气机叶片塑形为具备最佳空气动力学效率的热态叶型。此时，各形状记忆合金涂层71-72可以被塑形为符合叶身11的热态叶型的第二形状。

在航空发动机的工作过程中，当压气机叶片的工作温度随其运转而上升，压气机叶片的叶身11会受温度变化的影响而发产生形变趋势。当压气机叶片的工作温度由室温上升到形状记忆合金涂层72的特征温度以上时，形状记忆合金涂层72会产生从上述第二形状向其对应的第一形状形变的趋势。形状记忆合金涂层72的形变趋势可以和压气机叶片的叶身11的形变趋势相反，用于抵消压气机叶片的叶型受温度影响而产生的变形力。

更进一步地，当压气机叶片的工作温度进一步上升到形状记忆合金涂层71的特征温度以上时，形状记忆合金涂层71也会产生从其对应的第二形状向其对应的第一形状形变的趋势。形状记忆合金涂层71的形变趋势也和压气机叶片的叶身11的形变趋势相反，用于抵消压气机叶片的叶型受温度影响而产生的变形力。

通过合理地设计形状记忆合金涂层71-72的位置、厚度和相应的第一形状，形状记忆合金涂层71-72形变产生的变形力的合力可以恰好抵消叶身11在当前工作温度下的变形力，从而使叶身11在各种工作温度下都能保持具有最佳空气动力学效率的热态叶型。

本领域的技术人员可以理解，图7示出的两层形状记忆合金涂层71-72只是喷涂于压气机叶片表面的多层形状记忆合金涂层的示例，主要用于清楚地展示本发明的构思，而不是为了限制本发明的保护范围。在一些实施例中，相应于压气机叶片在飞机的多种工况下的不同工作温度，压气机叶片表面还可以进一步喷涂有更多未示出的形状记忆合金涂层。

本领域的技术人员还可以理解，上述一次喷涂多层形状记忆合金涂层71-72的方案只是本实施例提供的一种具体案例，主要用于清楚的展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

在另一个实施例中，基于本发明的构思，压气机叶片的加工人员也可以先在任意温度下制造出压气机叶片的叶身11。之后，压气机叶片的加工人员可以按照该多层形状记忆合金涂层的特征温度由高到低的顺序，逐一地在各特征温度下对叶身11进行塑形，并通过喷涂工艺在经塑形的叶身11表面上喷涂具有当前特征温度的形状记忆合金涂层，以使该层形状记忆合金涂层具有其相应的第一形状。

本领域的技术人员可以理解，上述压气机叶片的加工人员和设计人员只是一种虚拟的称谓，主要用于清楚的展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。在其他实施例中，上述加工人员和设计人员也可以由处理器、控制模块和机械臂来替代，从而以自动化的形式来实施上述用于发动机的压气机叶片的加工方法。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种压气机叶片的实施例。

本实施例提供的上述压气机叶片，可以由上述任意一个实施例所提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法加工所获得。该压气机叶片具备在不同的状态点下进行主动变形的功能，从而可以确保压气机叶片的叶型在各种过渡态的状态下都能保持最佳的空气动力学效率。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种用于发动机的压气机叶片的加工装置的实施例。

请参考图8，图8示出了根据本发明的另一方面提供的用于发动机的压气机叶片的加工装置的结构示意图。

如图8所示，本实施例提供的上述用于发动机的压气机叶片的加工装置，可以包括存储器81及处理器82。处理器82耦接于存储器81，并可以配置用于实施上述任意一个实施例所提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法，以使压气机叶片具备在不同的状态点下进行主动变形的功能，从而确保压气机叶片的叶型在各种过渡态的状态下都能保持最佳的空气动力学效率。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读介质的实施例。

本发明提供的上述计算机可读介质上存储有计算机指令。该计算机指令在由处理器82执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的用于发动机的压气机叶片的加工方法，以使压气机叶片具备在不同的状态点下进行主动变形的功能，从而确保压气机叶片的叶型在各种过渡态的状态下都能保持最佳的空气动力学效率。

本领域的技术人员可以理解，上述实施例所提供的处理器82可以通过软件与硬件的组合来实现。在其他实施例中，处理器82也单独地可在软件或硬件中加以实施。

对于硬件实施而言，处理器82可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。

对软件实施而言，处理器82可以通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块可以执行一个或多个本文中描述的功能和操作。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (12)

1.一种用于发动机的压气机叶片的加工方法，其特征在于，包括

制造热态叶型的叶身；

制造设置于所述叶身的内部或表面的至少一个形状记忆合金件，每个形状记忆合金件对应一特征温度，且每个形状记忆合金在其对应的特征温度下具有对应的第一形状；以及

针对每个形状记忆合金件，在低于该形状记忆合金件对应的特征温度的温度下将该形状记忆合金件塑形为符合所述叶身的热态叶型的第二形状，

其中，在所述压气机叶片的工作过程中，特征温度低于所述压气机叶片的当前工作温度的所有形状记忆合金件的变形力的合力抵消所述叶身在当前工作温度下的变形力，以使所述叶身保持热态叶型。

2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述至少一个所述形状记忆合金件包括至少一个形状记忆合金筋条，其中制造所述至少一个形状记忆合金件的步骤包括：

加工出所述至少一个形状记忆合金筋条；以及

针对每个形状记忆合金筋条，在该形状记忆合金筋条对应的特征温度下将其塑形为其对应的第一形状。

3.如权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述制造叶身的步骤包括：

在获得经塑形的至少一个形状记忆合金筋条之后，使用增材制造工艺将处于第二形状的各形状记忆合金件埋入所述叶身内部以获得热态叶型的叶身。

4.如权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述增材制造工艺包括3D打印加工工艺。

5.如权利要求2所述的加工方法，其特征在于，还包括：控制每一形状记忆合金筋条的宽度和厚度以及相应的第一形状以控制该形状记忆合金筋条在达到对应的特征温度时所产生的变形力。

6.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述至少一个形状记忆合金件包括至少一层形状记忆合金涂层，

制造所述至少一个形状记忆合金件的步骤包括：

在获得所述叶身之后，通过喷涂工艺在所述叶身的表面上喷涂所述至少一层形状记忆合金涂层中的所有涂层；以及

按照所述至少一层形状记忆合金涂层的特征温度由高到低的顺序，在各特征温度下，对所述叶身进行塑形以使其表面上具有当前特征温度的形状记忆合金涂层具有其相应的第一形状。

7.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述至少一个形状记忆合金件包括至少一层形状记忆合金涂层，

制造所述至少一个形状记忆合金件的步骤包括：

按照所述至少一层形状记忆合金涂层的特征温度由高到低的顺序，在各特征温度下，对所述叶身进行塑形并通过喷涂工艺在经塑形的叶身表面上喷涂具有当前特征温度的形状记忆合金涂层以使之具有其相应的第一形状。

8.如权利要求6或7所述的加工方法，其特征在于，将每个形状记忆合金件塑形为符合所述叶身的热态叶型的第二形状的步骤包括：

在低于所述至少一层形状记忆合金涂层中的最低特征温度的温度下，将所述叶身塑形为热态叶型以使所述至少一层形状记忆合金涂层具有符合所述叶身的热态叶型的第二形状。

9.如权利要求6或7所述的加工方法，其特征在于，还包括：控制每一形状记忆合金涂层的厚度以及相应的第一形状以控制该形状记忆合金涂层在达到对应的特征温度时所产生的变形力。

10.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述至少一个形状记忆合金件的特征温度对应飞机不同工况下压气机叶片的温度。

11.如权利要求10所述的加工方法，其特征在于，所述工况包括含滑行、起飞、爬升、巡航、降落中的一者或多者。

12.一种如权利要求1-11中的任一加工方法所获得的压气机叶片。

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