CN114008298B - 涡轮发动机导向叶片涂覆方法及相关导向叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面涉及一种涡轮发动机(1)的导向装置(30)的叶片(100)的涂覆(200)方法，所述叶片(100)包括叶根(103)和叶尖(104)、通过前缘(101)和后缘(102)彼此连接的外弧面(105)和内弧面(106)，所述涂覆(200)方法包括以下步骤：用具有凹槽(108)的厚度为(e1)的聚合物涂层(107)完全覆盖所述叶片(100)的表面(105、106)之一，从所述聚合物涂层(107)的一部分去除(203)所述凹槽(108)，以便所述聚合物涂层(107)包括凹槽区域(109)和非凹槽区域(110)，用涂料涂层(111)涂覆(205)所述非凹槽区域(110)，使得叠加在所述非凹槽区域(110)上的涂料涂层(111)的厚度(e3)基本等于所述凹槽区域(109)的厚度(e1)。

Description

涡轮发动机导向叶片涂覆方法及相关导向叶片
技术领域
本发明大体上涉及涡轮发动机领域。
发明更具体地涉及一种涡轮发动机导向叶片的涂覆方法，使得能够优化所述导向叶片的空气动力学性能。本发明还涉及一种具有涂层的导向叶片。
背景技术
旁路涡轮发动机在其上游端包括进气口，该进气口为风扇提供空气，该风扇将环形气流分为两路气流。
气流的一部分，称为一次流，被注入压缩机，压缩机为驱动风扇的涡轮提供动力。气流的另一部分，称为二次流，在通过风扇下游的固定叶片环后，被注入大气，以提供涡轮发动机的一部分推力。
固定叶片环，缩写也被称为OGV(出口导向叶片)，使得风扇出口处的气流可以被引导到二次流。导向叶片由复合材料制成，采用已知的所谓RTM(树脂传递模塑)方法制造。
RTM方法包括将液体树脂注入预先预制成叶片形状并布置在真空密封模具中的干增强纤维层中。在成型步骤后，已知在叶片的前缘上以箔的形式沉积金属增强件，以保护其免受侵蚀和/或潜在撞击(鸟类、砾石、冰、沙等)。或者，在树脂注射步骤期间，将金属增强件布置在增强纤维的预成型层上。
此外，在暴露于气流的表面上施加具有凹槽的聚合物涂层。这些凹槽的方向与气流的移动方向一致，可减少暴露于二次流的叶片表面上湍流限制层产生的摩擦力。
如果凹槽的存在使湍流限制层产生的摩擦阻力减少5％至10％，那么当涉及层流限制层时，凹槽也会导致摩擦增加。此外，如果凹槽涉及非粘合限制层或更普遍的无定向混沌流，则凹槽会产生相当大的空气动力损失。
发明内容
本发明提供了上述问题的解决方案，使得能够限制导向叶片表面上气流的摩擦。
本发明的第一方面涉及一种涡轮发动机导向叶片的涂覆方法，所述涡轮发动机导向叶片包括叶根和叶尖、通过前缘和后缘彼此连接的外弧面和内弧面。
根据第一方面的涂覆方法包括以下步骤：
-用具有凹槽的聚合物涂层完全覆盖叶片的一个表面，
-从所述聚合物涂层的一部分去除凹槽，以便所述聚合物涂层包括第一厚度(e1)的凹槽区域和第二厚度(e2)的非凹槽区域，
-用第三厚度(e3)的涂料涂层涂覆所述非凹槽区域，使得叠加在所述非凹槽区域上的涂料涂层的厚度基本等于所述凹槽区域的第一厚度。
由于根据本发明的涂覆方法，叶片的空气动力性能得到改善。
事实上，根据本发明的涂覆方法使得能够获得在暴露于湍流的表面上具有凹槽区域和在暴露于层流的表面上具有基本平坦区域(即涂料涂层)的导向叶片。在叶片的一个表面上存在所述区域使得在二次流在叶片的暴露表面上通过期间减少二次流产生的摩擦阻力成为可能。此外，涂料涂层处于凹槽区域的连续性中这一事实使得有可能限制表面过渡中的台阶，从而限制与此类台阶相关的空气动力损失。
此外，包括使用具有凹槽的聚合物涂层完全覆盖叶片表面，然后去除聚合物涂层的确定区域上的凹槽的步骤使得简化聚合物涂层在叶片上的集成成为可能。此外，将聚合物涂层的一部分(即非凹槽区域)保留在不需要凹槽的区域上这一事实使得可以限制填充事先去除的聚合物涂层厚度所需的涂料量。因此，这使得降低制造成本和由于存在涂料涂层而导致的不合规风险成为可能。
除了在上一段中阐述的特征外，根据本发明第一方面的涂覆方法可以具有以下一个或多个互补特征，单独地或根据其所有技术上可能的组合来考虑。
根据非限制性实施方式，通过对拟形成非凹槽区域的聚合物涂层的一部分进行砂磨操作来执行凹槽的去除步骤。
根据非限制性实施方式，砂磨操作在大于2.5巴的压力下进行。
根据非限制性实施方式，在去除步骤之前，涂覆方法包括在拟形成凹槽区域的聚合物涂层的一部分上沉积保护膜的步骤。
本发明的第二方面涉及一种涡轮发动机导向叶片，包括叶根和叶尖、通过前缘和后缘彼此连接的外弧面和内弧面。
根据第二方面的叶片，其特征在于：
-其至少一个表面完全覆盖有聚合物涂层，所述聚合物涂层包括：
-第一厚度的凹槽区域，
-第二厚度的非凹槽区域，所述第二厚度小于所述凹槽区域的第一厚度，
-第三厚度的涂料涂层，其覆盖所述非凹槽区域，使得叠加在所述非凹槽区域上的涂料涂层的厚度基本等于所述凹槽区域的第一厚度。
除了在上一段中阐述的特征外，根据本发明第二方面的导向叶片可以具有以下一个或多个互补特征，单独地或根据其所有技术上可能的组合来考虑。
根据非限制性实施方式，聚合物涂层由聚氨酯制成。
根据非限制性实施方式，涂料涂层由聚氨酯制成。
根据非限制性实施方式，涂料涂层沿着叶片的叶根延伸到外弧面上。
根据一个非限制性实施方式，涂料涂层沿着前缘延伸到外弧面上。
本发明的第三方面涉及一种涡轮发动机导向装置，其包括根据本发明第二方面的至少一个叶片。
通过阅读下面的描述和检查所附的附图，将更好地理解本发明及其不同应用。
附图说明
附图用于说明目的，不以任何方式限制本发明。
-图1示出了旁路涡轮发动机的纵向剖视图，
-图2示出了根据本发明第一实施方式的涡轮发动机导向叶片，
-图3a是框图，示出了根据本发明实施方式的涂覆方法的步骤，
-图3b示出了图3a中示意性示出的涂覆方法的部分步骤，
-图4示出了根据本发明第二实施方式的涡轮发动机导向叶片。
具体实施方式
附图用于说明目的，不以任何方式限制本发明。
除非另有说明，否则出现在不同附图中的相同元件具有单一附图标记。
图1显示了旁路涡轮发动机1的纵向界面示意图。
在本说明书的其余部分中，术语“内部”和“外部”、“轴向”和“径向”及其衍生词是相对于涡轮发动机1的纵轴线A定义的。
参考图1，旁路涡轮发动机1具有纵轴线A，并且包括外壳10，从上游到下游，在外壳10内布置有风扇12、低压压缩机14、高压压缩机16、燃烧室18、高压涡轮20、低压涡轮22和排气锥24。内壳28布置在外壳10中，围绕燃烧室18的压缩机14和16以及涡轮20和22。此外，导向装置30在风扇12的下游，在内壳28和外壳10之间，在压缩机14和16的区域中延伸。
在运行中，内壳28将风扇12加速的气流分为一次流Fp和二次流Fs，一次流Fp提供给压缩机14和16，二次流Fs在内壳28和外壳10之间流动并因此在穿过导向装置30以提供部分推力后从涡轮发动机1中喷出。
导向装置30，也由缩写OGV指定为“出口导向叶片”，使其能够在风扇12的出口处引导二次流Fs，并包括多个固定叶片100，这些叶片100布置在由内壳28支撑的环32周围的冠部中。
图2示出了根据本发明第一实施方式的导向装置30的叶片100。
参考图2，导向装置30的叶片100具有前缘101和后缘102，在称为叶片100叶根的径向内端103和称为叶片100叶尖的径向外端104之间延伸。前缘101和后缘102限定外弧面105和内弧面106。
例如，使用称为树脂传递模塑(RTM)的模塑方法制造叶片100，在此过程中，液体树脂，优选地为环氧树脂类型，被注入干增强纤维层中，干增强纤维层特别是由碳制成，预先基本上以叶片100的形状预成型并布置在真空密封的模具中。
此外，为了保护前缘101免受侵蚀和/或潜在冲击，其被例如由镍钴合金制成的金属增强件112覆盖。金属增强件112优选地在注入液态树脂期间被注入到由增强纤维层制成的预制件上。有利地，粘合剂膜位于金属增强件112和预制件之间，以确保金属增强件112保持在前缘101上。
此外，外弧面105完全覆盖有例如由聚氨酯制成的聚合物涂层107。有利地，聚合物涂层107通过施加在前缘101上的粘合剂固定到外弧面上。
将被称为凹槽区域的聚合物涂层107的一部分109，包括多个凹槽108，凹槽108设置在叶片100的拟暴露于湍流的部分的水平上。整体为矩形的凹槽区域109由叶片100的叶尖104和后缘102界定，以覆盖大约75％的外弧面105。凹槽108，也称为肋条，具有一定的形状，例如U形或V形截面，其尺寸适合于所述二次流Fs的流动条件。有利地，聚合物涂层107的凹槽区域109具有介于200和300μm之间的第一厚度。
将被称为非凹槽区域的聚合物涂层107的另一部分110，基本上是平坦的，并覆盖了大约25％的外弧面105。特别是，非凹槽区域110沿着叶片100的叶根103和金属增强件112延伸，以形成一个L。在这种结构中，非凹槽区域110沿着二次流Fs的行进方向延伸，即沿着叶片100的叶根103延伸的部分，以及沿着垂直于二次流Fs行进方向的方向延伸，即沿着金属增强件112延伸的部分。有利地，非凹槽区域110具有介于100和200μm之间的第二厚度。
此外，非凹槽区域110覆盖有涂料涂层111，涂料涂层例如由聚氨酯制成，将暴露在层流中。涂料涂层111的第三厚度，这样当涂料涂层111施加在非凹槽区域110上时，涂料涂层111叠加在聚合物涂层107的非凹槽区域110上的厚度基本上等于聚合物涂层107的凹槽区域109的第一厚度。有利地，涂料涂层111具有介于80至120μm之间的第三厚度。
有利的是，内弧面106还覆盖有聚合物涂层107和根据内弧面106上二次流Fs的流动条件布置在叶片100表面上的涂料涂层111。
图3a是框图，示出了根据本发明实施方式的对导向装置30的叶片100进行涂覆200的方法的步骤。应注意，根据本发明的涂覆200方法发生在叶片100的制造和金属增强件112的沉积之后。
图3b示出了图3a中示意性示出的涂覆方法的部分步骤。
在第一步骤201中，在整个外弧面105上涂覆具有凹槽108的第一厚度的聚合物涂层107。有利地，使用粘合剂膜将聚合物涂层107保持在叶片100的外弧面105上。
在第二步骤202中，聚合物涂层107的一部分109覆盖有例如由聚合物材料制成的保护膜。
在第三步骤203中，去除聚合物涂层107的另一部分上存在的凹槽108，即未被保护膜覆盖的凹槽108，以获得第二厚度的非凹槽区域110和凹槽区域109。有利地，凹槽108的去除通过砂磨操作进行，优选在大于2.5巴的压力下进行。
在第四步骤204中，从聚合物涂层107的一部分109去除保护膜。
在第五步骤205中，用第三厚度的涂料涂层111涂覆非凹槽区域110，使得叠加在非凹槽区域110上的涂料涂层111的厚度基本等于凹槽区域109的第一厚度。应注意，第三厚度的涂料涂层111可通过在非凹槽区域110上涂覆一层或多层涂料获得。
图4示出了根据本发明第二实施方式的导向装置30的叶片100。
根据第二实施方式的叶片100与根据第一实施方式的叶片100相同，不同之处在于凹槽区域109和非凹槽区域110以另一种方式布置在叶片100的外弧面105上。
如图4所示，凹槽区域109整体呈矩形，由叶片100的叶尖104、后缘102和金属增强件112界定，以覆盖大约75％的外弧面105。有利地，聚合物涂层107的凹槽区域109具有介于200和300μm之间的第一厚度。
整体为矩形的非凹槽区域110仅沿着叶片100的叶根103延伸，以覆盖大约20％的外弧面105。在该结构中，非凹槽区域110仅沿着二次流Fs的行进方向延伸。有利地，非凹槽区域110具有介于100和200μm之间的第二厚度。
非凹槽区域110还覆盖有第三厚度的涂料涂层111，使得叠加在非凹槽区域110上的涂料涂层111的厚度基本等于凹槽区域109的第一厚度。有利地，涂料涂层111具有介于80至120μm之间的第三厚度。
根据第二实施方式的导向装置30的叶片100是使用前面描述的涂覆200方法制造的。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机(1)的导向装置(30)的叶片(100)的涂覆方法，所述叶片(100)包括叶根(103)和叶尖(104)、通过前缘(101)和后缘(102)彼此连接的外弧面(105)和内弧面(106)，所述涂覆方法的特征在于，其包括以下步骤：
-用具有凹槽(108)的第一厚度的聚合物涂层(107)完全覆盖所述叶片(100)的表面之一，
-从所述聚合物涂层(107)的一部分去除(203)所述凹槽(108)，以便所述聚合物涂层(107)包括凹槽区域(109)和非凹槽区域(110)，
-用涂料涂层(111)涂覆所述非凹槽区域(110)，使得叠加在所述非凹槽区域(110)上的涂料涂层(111)的第三厚度基本等于所述凹槽区域(109)的第一厚度。
2.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，通过对拟形成所述非凹槽区域(110)的所述聚合物涂层(107)的一部分进行砂磨操作来执行所述凹槽(108)的去除步骤(205)。
3.根据权利2要求所述的涂覆方法，其特征在于，所述砂磨操作在大于2.5巴的压力下进行。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的涂覆方法，其特征在于，在去除步骤(205)之前，所述涂覆方法包括在拟形成所述凹槽区域(109)的所述聚合物涂层(107)的一部分上沉积(20)保护膜的步骤。
5.一种涡轮发动机(1)的导向装置(30)的叶片(100)，所述叶片(100)包括叶根(103)和叶尖(104)、通过前缘(101)和后缘(102)彼此连接的外弧面(105)和内弧面(106)，所述叶片(100)的特征在于：
-其外弧面(105)和内弧面(106)中的至少一个完全覆盖有聚合物涂层(107)，所述聚合物涂层(107)包括：
-第一厚度的凹槽区域(109)，
-第二厚度的非凹槽区域(110)，所述第二厚度小于所述凹槽区域(109)的第一厚度，
-第三厚度的涂料涂层(111)，其覆盖所述非凹槽区域(110)，使得叠加在所述非凹槽区域(110)上的所述涂料涂层(111)的厚度基本等于所述凹槽区域(109)的第一厚度。
6.根据权利要求5所述的导向装置(30)的叶片(100)，其特征在于，所述聚合物涂层(107)由聚氨酯制成。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的导向装置(30)的叶片(100)，其特征在于，所述涂料涂层(111)由聚氨酯制成。
8.根据权利要求5至6中任一项所述的导向装置(30)的叶片(100)，其特征在于，所述涂料涂层(111)沿着所述叶片(100)的叶根(103)延伸到所述外弧面(105)上。
9.根据权利要求8所述的导向装置(30)的叶片(100)，其特征在于，所述涂料涂层(111)沿着所述前缘(101)延伸到所述外弧面(105)上。
10.一种涡轮发动机(1)的导向装置(30)，其特征在于，包括至少一个根据权利要求5至9中任一项所述的叶片(100)。
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