CN114135342A - 具有带有复合物和金属部分的根部区段的燃气涡轮发动机转子叶片 - Google Patents
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Abstract
一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片,包括翼型件区段和沿纵向方向在上游表面和下游表面之间延伸的根部区段。根部区段进一步沿着径向方向在位于根部区段的内端处的内表面和联接到翼型件区段的外端之间延伸。此外,根部区段沿着周向方向在第一侧表面和第二侧表面之间延伸。此外,根部区段限定沿着纵向方向延伸的纵向中心线,纵向中心线在径向方向上与内表面和外端等距定位。根部区段包括由复合材料形成的第一部分和由金属材料形成的第二部分,纵向中心线延伸穿过根部区段的第二部分。
Description
技术领域
本主题涉及燃气涡轮发动机,更具体地,涉及燃气涡轮发动机的转子叶片。
背景技术
涡轮风扇发动机通常包括风扇、机舱和位于机舱内的核心燃气涡轮发动机。在涡轮风扇操作期间,核心燃气涡轮发动机驱动或以其他方式使风扇的转子叶片相对于机舱旋转。转子叶片的旋转进而产生加压空气流,其可支持核心燃气涡轮发动机的操作和/或用作用于推动飞行器的推进推力。
通常,涡轮风扇发动机可以具有封闭式转子构造或开放式转子构造。更具体地,在封闭式转子构造中,风扇定位在机舱内。相反,在开放式转子构造中,风扇位于机舱外部。在这方面,开放式转子构造通常允许使用比封闭式转子构造更大的风扇。然而,当发动机具有开放式转子构造时,可能需要将一个或多个金属电缆定位在风扇的每个转子叶片内。例如,每个电缆的一端联接到转子叶片的根部区段,而电缆的另一端定位在叶片的翼型件区段内。
在许多情况下,涡轮风扇的转子叶片(例如,风扇的转子叶片和/或核心燃气涡轮发动机)由复合材料形成以减小涡轮风扇发动机的重量和/或增加涡轮风扇发动机的操作温度范围。然而,在涡轮风扇发动机转子叶片中使用复合材料呈现了各种挑战。例如,很难将金属电缆牢固地联接到复合风扇转子叶片的根部区段。
因此,在该技术中燃气涡轮发动机的改进的转子叶片将受到欢迎。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分阐述,或者可以从描述中显而易见,或者可以通过本发明的实践来学习。
在一个方面,本主题涉及用于燃气涡轮发动机的转子叶片。转子叶片包括翼型件区段和根部区段,根部区段沿着纵向方向在该根部区段的上游表面和该根部区段的下游表面之间延伸。根部区段进一步沿着径向方向在位于根部区段的内端处的内表面和联接到翼型件区段的外端之间延伸。此外,根部区段沿着周向方向在第一侧表面和第二侧表面之间延伸。此外,所述根部区段限定纵向中心线,纵向中心线沿着纵向方向延伸,并且在径向方向上与内表面和外端等距定位。根部区段包括由复合材料形成的第一部分和由金属材料形成的第二部分,纵向中心线延伸穿过根部区段的第二部分。
在另一方面,本主题涉及燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括风扇、压缩机区段、涡轮区段和位于风扇、压缩机区段或涡轮区段之一内的转子叶片。转子叶片又包括翼型件区段和根部区段,根部区段沿着纵向方向在根部区段的上游表面和根部区段的下游表面之间延伸。根部区段进一步沿着径向方向在位于根部区段的内端处的内表面和联接到翼型件区段的外端之间延伸。此外,根部区段沿着周向方向在第一侧表面和第二侧表面之间延伸。此外,所述根部区段限定纵向中心线,纵向中心线沿着纵向方向延伸,并且在径向方向上与内表面和外端等距定位。根部区段包括由复合材料形成的第一部分和由金属材料形成的第二部分,纵向中心线延伸穿过根部区段的第二部分。
参考以下描述和所附权利要求,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好地理解。并入本说明书并构成本说明书一部分的附图说明了本发明的实施例,并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开,包括其最佳模式,其中:
图1是燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性横截面图;
图2是燃气涡轮发动机的转子叶片的一个实施例的侧视图;
图3是燃气涡轮发动机的转子叶片的根部区段的一个实施例的局部立体图;
图4是大致沿图4中的线4-4截取的根部区段的横截面图,特别示出了延伸穿过根部区段的各种复合物部分和金属部分的根部区段的纵向中心线;
图5是大致沿图4中的线5-5截取的根部区段的横截面图,特别示出了部分地形成根部区段的各种表面的根部区段的金属部分;
图6是燃气涡轮发动机的转子叶片的根部区段的另一实施例的局部横截面图,特别示出了形成根部区段的表面的根部区段的复合物部分;
图7是燃气涡轮发动机的转子叶片的根部区段的另一实施例的局部横截面图,特别示出了根部区段的金属部分,该金属部分沿着径向方向向外延伸超过转子叶片的翼型件区段的底端;以及
图8是燃气涡轮发动机的转子叶片的根部区段的又一实施例的局部横截面图,特别示出了根部区段的金属部分具有与转子叶片的复合物部分不同的横截面形状。
在本说明书和附图中重复使用参考符号旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例,其一个或多个示例在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本发明,而不是对本发明的限制。事实上,对于本领域技术人员显而易见的是,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,可以对本发明进行各种修改和变化。例如,作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生另一个实施例。因此,本发明旨在涵盖在所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所使用的,术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开来,并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。
此外,术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如,“上游”是指流体流自的方向,“下游”是指流体流向的方向。
此外,除非另有规定,术语“低”、“高”或其相应的比较度(例如,较低、较高,如适用)均指发动机内的相对速度。例如,“低压涡轮”在通常低于“高压涡轮”的压力下操作。可选地,除非另有规定,上述术语可理解为它们的最高程度。例如,“低压涡轮”可指涡轮区段内的最低最大压力涡轮,而“高压涡轮”可指涡轮区段内的最高最大压力涡轮。
一般而言,本主题设计用于燃气涡轮发动机的转子叶片。如下文将描述的,所公开的转子叶片可结合到燃气涡轮发动机的风扇、压缩机或涡轮中。更具体地,转子叶片包括翼型件区段和根部区段。根部区段又沿着纵向方向在上游表面和下游表面之间延伸。此外,根部区段沿着径向方向在位于内端的内表面和联接到翼型件区段的外端之间延伸。在这方面,根部区段限定纵向中心线,该纵向中心线沿着纵向方向延伸,并且在径向方向上与内表面和外端等距定位。
转子叶片的根部区段由复合材料和金属材料的组合形成。具体地,在若干实施例中,根部区段包括由复合材料(例如陶瓷基复合材料(CMC))形成的一个或多个部分。此外,在这些实施例中,根部区段包括由金属材料形成的一个或多个部分,例如钛基合金、铝基合金和/或镍基合金。此外,根部区段的纵向中心线延伸穿过金属部分。在一些实施例中,金属部分形成根部区段的外表面的部分。然而,在其他实施例中,复合物部分形成根部区段的外表面(即,金属部分可包封在复合物部分内)。
使用具有复合物部分和金属部分的转子叶片根部区段,根部区段的纵向中心线延伸穿过金属部分,这提供了各种技术优点。例如,一个或多个金属电缆可定位在转子叶片内。每个金属电缆的一端联接到根部区段的金属部分(例如,嵌入其中),从而提供比将电缆联接到完全复合的根部区段更安全的连接。另外,在转子叶片内包括复合物部分(与完全金属的根部区段相反)减小了转子叶片的重量并增加了转子叶片的操作温度范围。
现在参考附图,图1是燃气涡轮发动机10的一个实施例的示意性横截面图。在所示的实施例中,发动机10被构造为开放式转子或无导管式涡轮风扇发动机。然而,在替代实施例中,发动机10可被构造为封闭式转子或导管式涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴燃气涡轮发动机或任何其他合适类型的燃气涡轮发动机。
通常,发动机10包括风扇12和沿轴向中心线16延伸的核心发动机14。更具体地,风扇12可以包括风扇转子18和联接至风扇转子18的多个风扇转子叶片20(示出一个)。在此方面,风扇转子叶片20沿着风扇转子18的周向彼此间隔开,并从转子18向外延伸。此外,核心发动机14可以沿着轴向中心线16定位在风扇12的下游。如图所示,核心发动机14经由低压(LP)轴22可旋转地联接至风扇转子18,从而允许核心发动机14旋转风扇12。
在若干实施例中,发动机10还包括围绕核心发动机14的各种部件的机舱或外壳24。更具体地,机舱24通常以串行流动顺序包围或包封压缩机区段26、燃烧区段28、涡轮区段30和排气区段32。例如,在一些实施例中,压缩机区段26可以包括低压(LP)压缩机34和高压(HP)压缩机36,高压压缩机36沿着轴向中心线12定位在LP压缩机34的下游。每个压缩机34、36又可包括与一排或多排压缩机转子叶片40交错的一排或多排定子轮叶38。此外,在一些实施例中,涡轮区段30包括高压(HP)涡轮42和低压(LP)涡轮44,低压(LP)涡轮44沿轴向中心线12定位在HP涡轮42的下游。每个涡轮42、44又可包括与一排或多排涡轮转子叶片48交错的一排或多排定子轮叶46。
另外,发动机10包括低压(LP)轴22和围绕LP轴22同心定位的高压(HP)轴50。在这样的实施例中,HP轴50可旋转地联接HP涡轮42的转子叶片48和HP压缩机36的转子叶片40,使得HP涡轮转子叶片48的旋转可旋转地驱动HP压缩机转子叶片40。如图所示,LP轴22直接联接到LP涡轮44的转子叶片48和LP压缩机34的转子叶片40。此外,LP轴22经由齿轮箱52联接到风扇12。在这方面,LP涡轮转子叶片48的旋转可旋转地驱动LP压缩机转子叶片40和风扇叶片20。
在若干实施例中,发动机10可产生推力以推动飞行器。更具体地,在发动机10的操作期间,风扇12对进入的空气(由箭头54指示)加压。在这方面,加压空气54的第一部分(由箭头56指示)围绕机舱24(即,机舱24的外部)朝向发动机10的后部流动。相反,空气54的第二部分(由箭头58指示)被引导到核心发动机14的压缩机区段26中。空气54的第二部分58首先流过LP压缩机34,其中转子叶片40逐渐压缩空气54的第二部分58。接着,空气54的第二部分58流过HP压缩机36,其中转子叶片40继续逐渐压缩空气54的第二部分58。空气54的压缩的第二部分58随后被输送到燃烧区段28。在燃烧区段28中,空气54的第二部分58与燃料混合并燃烧以产生高温和高压燃烧气体60。此后,燃烧气体60流过HP涡轮42,其中HP涡轮转子叶片48从中提取第一部分动能和/或热能。这种能量提取使HP轴50旋转,从而驱动HP压缩机36。然后,燃烧气体60流过LP涡轮44,其中LP涡轮转子叶片48从中提取第二部分的动力和/或热能。这种能量提取使LP轴22旋转,从而经由齿轮箱52驱动LP压缩机40和风扇12。然后燃烧气体60通过排气区段32离开核心发动机14。
上述和图1中所示的燃气涡轮发动机10的构造仅提供为将本主题放置在示例性使用领域中。因此,本主题可以容易地适应任何方式的燃气涡轮发动机构造,包括其他类型的基于航空的燃气涡轮发动机、基于船舶的燃气涡轮发动机和/或基于陆上/工业的燃气涡轮发动机。
图2是转子叶片100的一个实施例的侧视图,转子叶片100可以代替风扇转子叶片20、压缩机转子叶片40和/或涡轮转子叶片48中的任何一个结合到发动机中。如图所示,转子叶片100限定纵向方向L、径向方向R和周向方向C。通常,纵向方向L平行于发动机的轴向中心线16延伸,径向方向R大致正交于轴向中心线16延伸,并且周向方向C大致围绕轴向中心线16同心地延伸。
在一些实施例中,转子叶片100包括翼型件区段102和根部区段104。更具体地,在这些实施例中,翼型件区段102沿着径向方向R从根部区段102向外延伸到尖端106。此外,翼型件102包括压力侧表面108和相对的吸入侧表面(未示出)。在这方面,压力侧表面108和吸入侧表面在翼型件102的前缘110和翼型件102的后缘表面112处接合在一起或互连。另外,如下面将描述的,根部区段104将转子叶片100固定到转子盘(未示出),该转子盘联接到LP轴22(图1)或HP轴50(图1)。然而,在替代实施例中,转子叶片100可以具有任何其他合适的构造。例如,在一个实施例中,转子叶片100可以包括沿着径向方向R定位在翼型件区段102和根部区段104之间的平台。
图3-5是转子叶片100的根部区段104的一个实施例的各种视图。具体地,图3是根部区段104的局部立体图。此外,图4是大致沿图4中的线4-4截取的根部区段104的横截面图。此外,图5是大致沿图4中的线5-5截取的根部区段104的横截面图。
如图3-5所示,根部区段104沿着纵向方向L、径向方向R和周向方向C延伸。更具体地,根部区段104沿着纵向方向L在根部区段104的上游表面114和下游表面116之间延伸。此外,根部区段104沿着径向方向R在根部区段104的内端118和根部区段104的外端120之间延伸,根部区段104的内表面122位于内端118处。根部区段104的外端120又联接到翼型件区段102的内端124。另外,根部区段104沿着周向方向C在第一侧表面126和第二侧表面128之间延伸。此外,如图4最佳所示,根部区段104限定沿纵向方向L延伸的纵向中心线130,该纵向中心线130在径向方向R上与根部区段104的内表面122和根部区段104的外端120等距定位。
在一些实施例中,根部区段104可以具有燕尾形构造。更具体地,如图3和5所示,在这些实施例中,当根部区段104沿着径向方向R从其外端120向内延伸到沿着径向方向R位于内端118和外端120之间的位置132时,侧表面126、128在周向方向C上向外(即,远离纵向中心线130)延伸。此外,当根部区段104沿着径向方向R从位置132向内延伸到其内端118时,侧表面126、128在周向方向C上向内(即,朝向纵向中心线130)延伸。因此,侧表面126、128可限定V形形状,该V形形状为根部区段104提供燕尾形构造。然而,在替代实施例中,根部区段104可具有任何其它合适的构造,例如夹头或杉树构造。
另外,如图3-5所示,一个或多个金属电缆134可以联接到另外部分地定位在根部区段104内。具体地,当燃气涡轮发动机(例如,发动机10)具有开放式转子构造时,可能需要将一个或多个金属电缆134与相关的风扇区段(例如,风扇区段12)的转子叶片100一起定位。这样,在若干实施例中,金属电缆134可以部分地定位在翼型件区段102内并且部分地定位在根部区段104内。例如,每个金属电缆134可从位于根部区段104内的第一端136延伸到位于翼型件区段102内的第二端(未示出)。如下文将描述的,每个金属电缆134的第一端136可联接到根部区段104的一部分。此外,金属电缆134可以由任何合适的金属材料形成,例如钛基合金、铝基合金或镍基合金。
此外,根部区段104包括由复合材料形成的一个或多个部分138和由金属材料形成的一个或多个部分140。具体地,在若干实施例中,复合物部分138可定位在金属部分140之间。例如,如图3和4所示,在所示实施例中,根部区段104包括第一复合物部分138A、第二复合物部分138B和第三复合物部分138C以及第一金属部分140A和第二金属部分140B。在这方面,第一金属部分140A沿着纵向方向L定位在第一复合物部分138A和第二复合物部分138B之间。类似地,第二金属部分140B沿着纵向方向L定位在第二复合物部分138B和第三复合物部分138C之间。在这方面,第一复合物部分138A形成根部区段104的上游表面114,而第三复合物部分138C形成根部区段104的下游表面116。然而,在替代实施例中,根部区段104可包括任何其他适当数量的复合物部分138和/或金属部分140。此外,复合物部分138和/或金属部分140可以以任何其他合适的方式定位或布置在根部区段104内。
此外,根部区段104的复合物部分138可以由任何合适的复合材料形成。例如,复合材料可以选自但不限于由陶瓷基复合物(CMC)、聚合物基复合物(PMC)、金属基复合物(MMC)或其组合组成的组。用于CMC基体的基体材料的合适示例是陶瓷粉末,包括但不限于碳化硅、氧化铝、氧化硅及其组合。用于PMC的基体材料的合适示例包括但不限于环氧基基体、聚酯基基体及其组合。MMC基体材料的合适示例包括但不限于粉末金属,例如但不限于铝或钛,粉末金属能够熔化成连续熔融的液态金属,连续熔融的液态金属能够在冷却成具有内嵌纤维的固体锭之前封装存在于组件中的纤维。所得到的MMC是一种具有增加的刚度的金属制品,并且金属部分(基体)是主要的载荷护理元件。
此外,根部区段104的金属部分140可以由任何合适的金属材料形成。在若干实施例中,金属部分可以由与金属电缆相同的金属材料形成,以便于它们之间的安全连接。例如,金属部分可以形成钛基合金、铝基合金或镍基合金。
由一个或多个复合物部分138和一个或多个金属部分140形成根部区段104提供了各种技术优势。更具体地,如图4所示,根部区段104的纵向中心线130延伸穿过每个金属部分140。即,每个金属部分140的区域位于根部区段104的径向中心。此外,在若干实施例中,每个金属电缆134的第一端136联接到金属部分140中的一个。例如,如图4和5所示,在所示实施例中,金属电缆134中的一个的第一端136嵌入或以其它方式包封在第一金属部分140A内,而另一个金属电缆134的第一端136嵌入或以其它方式包封在第二金属部分140B内。在这方面,将金属电缆134的第一端136联接到根部区段104的金属部分提供了比将电缆联接到完全复合的根部区段更安全的连接。即,金属到金属的连接比金属到复合物的连接更强。此外,将金属部分定位在根部区段的径向中心进一步增加了电缆/根部联接的强度。另外,在根部区段104内包括复合物部分(与完全金属的根部区段相反)减少了转子叶片100的重量并增加了转子叶片100的操作温度范围。
根部区段104的金属部分140可以暴露或由复合物部分138包封。具体地,在一些实施例中,可以暴露金属部分140,使得金属部分140形成根部区段104的一个或多个表面的区域。例如,在图3-5中所示的根部区段104的实施例中,金属部分140形成内表面122、第一侧表面126和第二侧表面128的区域。在其它实施例中,金属部分140可被包封在复合物部分138内或以其它方式被复合物部分138封闭。在这些实施例中,复合物部分138形成根部区段104的整个表面。例如,在图6所示的实施例中,金属部分140被复合物部分138包围,使得复合物部分138限定上游表面114、下游表面116、内表面122、第一侧表面126和第二侧表面128。
如图4和5所示。在若干实施例中,金属部分140可从翼型件102的内端124沿径向方向R向内定位。在这些实施例中,金属部分140可以不沿径向方向R延伸超过根部区段104的外端120。然而,如图7所示,在其他实施例中,金属部分140可以沿着径向方向R延伸超过翼型件102的内端124。在这样的实施例中,金属部分140的区域可以在径向方向R上从翼型件区段102的内端124向外定位。
此外,根部区段104的复合物部分138和金属部分140可以具有任何合适的横截面形状。具体地,在若干实施例中,金属部分140可以具有与复合物部分138和/或整个根部区段104相同的横截面形状(即,在由径向方向R和周向方向C限定的平面中)。例如,在图5和6中所示的实施例中,金属部分140具有与复合物部分138和整个根部区段104相同的燕尾形横截面形状。在其他实施例中,金属部分140可具有与复合物部分138和/或整个根部区段104不同的横截面形状(即,在由径向方向R和周向方向C限定的平面中)。例如,在图8所示的实施例中,金属部分140具有矩形横截面形状,而复合物部分138和整个根部区段104具有燕尾形横截面形状。
该书面描述使用实例来公开本发明,包括最佳模式,并且还使得本领域技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求书限定,并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其它示例包括与权利要求书的文字语言没有区别的结构元件,或者如果它们包括与权利要求书的文字语言具有不大区别的等效结构元件,则这些其它示例旨在在权利要求书的范围内。
本发明的其它方面由以下条款的主题提供:
一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片,其特征在于,所述转子叶片包括:翼型件区段;和根部区段,所述根部区段沿着纵向方向在所述根部区段的上游表面和所述根部区段的下游表面之间延伸,所述根部区段进一步沿着径向方向在位于所述根部区段的内端处的内表面和联接到所述翼型件区段的外端之间延伸,所述根部区段进一步沿着周向方向在第一侧表面和第二侧表面之间延伸,所述根部区段限定纵向中心线,所述纵向中心线沿着所述纵向方向延伸,并且在所述径向方向上与所述内表面和所述外端等距定位,所述根部区段包括由复合材料形成的第一部分和由金属材料形成的第二部分,其中,所述纵向中心线延伸穿过所述根部区段的所述第二部分。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,进一步包括:金属电缆,所述金属电缆部分地定位在所述翼型件区段内并且部分地定位在所述根部区段内,所述金属电缆包括联接到所述根部区段的所述第二部分的端部。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中,所述金属电缆的所述端部嵌入在所述根部区段的所述第二部分内。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中所述根部区段的所述第一部分形成所述上游表面、所述下游表面、所述内表面、所述第一侧表面和所述第二侧表面。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中,所述根部区段的所述第二部分形成所述内表面、所述第一侧表面或所述第二侧表面中的至少一个的一部分。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中所述根部区段的所述第二部分形成所述内表面、所述第一侧表面和所述第二侧表面的一部分。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中,所述根部区段进一步包括由所述金属材料形成的第三部分,所述根部区段的所述第三部分在所述纵向方向上与所述根部区段的所述第二部分间隔开。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中所述根部区段的所述第一部分沿着所述纵向方向定位在所述根部区段的所述第二部分和所述根部区段的所述第三部分之间。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,进一步包括:第一金属电缆,所述第一金属电缆联接到所述根部区段的所述第二部分;和第二金属电缆,所述第二金属电缆联接到所述根部区段的所述第三部分。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中所述根部区段限定燕尾形横截面形状。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中,所述根部区段的所述第一部分和所述根部区段的所述第二部分限定相同的横截面形状。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中,所述根部区段的所述第一部分和所述根部区段的所述第二部分限定不同的横截面形状。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中所述根部区段的所述第二部分沿着所述径向方向向外延伸超过所述翼型件区段的内端。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中所述复合材料包括陶瓷基复合物或聚合物基复合物。
根据这些条款中的一个或多个条款的转子叶片,其中所述金属材料包括钛、铝或镍中的至少一种。
一种燃气涡轮发动机,包括:风扇;压缩机区段;涡轮区段;和转子叶片,所述转子叶片定位在所述风扇、所述压缩机区段或所述涡轮区段中的一个内,所述转子叶片包括:翼型件区段;和根部区段,所述根部区段沿着纵向方向在所述根部区段的上游表面和所述根部区段的下游表面之间延伸,所述根部区段进一步沿着径向方向在位于所述根部区段的内端处的内表面和联接到所述翼型件区段的外端之间延伸,所述根部区段进一步沿着周向方向在第一侧表面和第二侧表面之间延伸,所述根部区段限定纵向中心线,所述纵向中心线沿着所述纵向方向延伸,并且在所述径向方向上与所述内表面和所述外端等距定位,所述根部区段包括由复合材料形成的第一部分和由金属材料形成的第二部分,其中,所述纵向中心线延伸穿过所述根部区段的所述第二部分。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机,进一步包括:金属电缆,所述金属电缆部分地定位在所述翼型件区段内并且部分地定位在所述根部区段内,所述金属电缆包括联接到所述根部区段的所述第二部分的端部。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机,其中,所述金属电缆的所述端部嵌入在所述根部区段的所述第二部分内。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机,其中所述根部区段的所述第一部分形成所述上游表面、所述下游表面、所述内表面、所述第一侧表面和所述第二侧表面。
根据这些条款中的一个或多个条款的燃气涡轮发动机,其中,所述根部区段的所述第二部分形成所述内表面、所述第一侧表面或所述第二侧表面中的至少一个的一部分。
Claims (10)
1.一种用于燃气涡轮发动机的转子叶片,其特征在于,所述转子叶片包括:
翼型件区段;和
根部区段,所述根部区段沿着纵向方向在所述根部区段的上游表面和所述根部区段的下游表面之间延伸,所述根部区段进一步沿着径向方向在位于所述根部区段的内端处的内表面和联接到所述翼型件区段的外端之间延伸,所述根部区段进一步沿着周向方向在第一侧表面和第二侧表面之间延伸,所述根部区段限定纵向中心线,所述纵向中心线沿着所述纵向方向延伸,并且在所述径向方向上与所述内表面和所述外端等距定位,所述根部区段包括由复合材料形成的第一部分和由金属材料形成的第二部分,
其中,所述纵向中心线延伸穿过所述根部区段的所述第二部分。
2.根据权利要求1所述的转子叶片,其特征在于,进一步包括:
金属电缆,所述金属电缆部分地定位在所述翼型件区段内并且部分地定位在所述根部区段内,所述金属电缆包括联接到所述根部区段的所述第二部分的端部。
3.根据权利要求2所述的转子叶片,其特征在于,其中,所述金属电缆的所述端部嵌入在所述根部区段的所述第二部分内。
4.根据权利要求1所述的转子叶片,其特征在于,其中所述根部区段的所述第一部分形成所述上游表面、所述下游表面、所述内表面、所述第一侧表面和所述第二侧表面。
5.根据权利要求1所述的转子叶片,其特征在于,其中,所述根部区段的所述第二部分形成所述内表面、所述第一侧表面或所述第二侧表面中的至少一个的一部分。
6.根据权利要求5所述的转子叶片,其特征在于,其中所述根部区段的所述第二部分形成所述内表面、所述第一侧表面和所述第二侧表面的一部分。
7.根据权利要求1所述的转子叶片,其特征在于,其中,所述根部区段进一步包括由所述金属材料形成的第三部分,所述根部区段的所述第三部分在所述纵向方向上与所述根部区段的所述第二部分间隔开。
8.根据权利要求7所述的转子叶片,其特征在于,其中所述根部区段的所述第一部分沿着所述纵向方向定位在所述根部区段的所述第二部分和所述根部区段的所述第三部分之间。
9.根据权利要求7所述的转子叶片,其特征在于,进一步包括:
第一金属电缆,所述第一金属电缆联接到所述根部区段的所述第二部分;和
第二金属电缆,所述第二金属电缆联接到所述根部区段的所述第三部分。
10.根据权利要求1所述的转子叶片,其特征在于,其中所述根部区段限定燕尾形横截面形状。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6041589A (en) * | 1998-01-09 | 2000-03-28 | General Electric Company | Asymmetric turboprop booster |
US8231354B2 (en) * | 2009-12-15 | 2012-07-31 | Siemens Energy, Inc. | Turbine engine airfoil and platform assembly |
CN103492724A (zh) * | 2010-07-02 | 2014-01-01 | 斯奈克玛 | 具有完整复合纵梁的叶片 |
US20160208615A1 (en) * | 2015-01-15 | 2016-07-21 | General Electric Company | Metal leading edge on composite blade airfoil and shank |
US20170326757A1 (en) * | 2014-10-30 | 2017-11-16 | Safran Aircraft Engines | Composite blade comprising a platform equipped with a stiffener |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2195255A5 (zh) | 1972-08-04 | 1974-03-01 | Snecma | |
DE3826378A1 (de) | 1988-08-03 | 1990-02-08 | Mtu Muenchen Gmbh | Fasertechnische propellerschaufeln |
US8075280B2 (en) | 2008-09-08 | 2011-12-13 | Siemens Energy, Inc. | Composite blade and method of manufacture |
US8871297B2 (en) | 2010-09-30 | 2014-10-28 | Barry Barnett | Method of applying a nanocrystalline coating to a gas turbine engine component |
US8475132B2 (en) | 2011-03-16 | 2013-07-02 | General Electric Company | Turbine blade assembly |
FR2990462B1 (fr) * | 2012-05-14 | 2014-05-30 | Snecma | Dispositif d'attache d'aubes sur un disque de rotor de turbomachine |
FR3005684B1 (fr) | 2013-05-17 | 2015-06-05 | Snecma | Pivot de pale d'helice |
US10125620B2 (en) | 2013-07-29 | 2018-11-13 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine CMC airfoil assembly |
EP2902588B1 (en) | 2014-01-31 | 2020-06-24 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Composite turbine blade for high-temperature applications |
-
2020
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-
2022
- 2022-08-19 US US17/891,312 patent/US11692444B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6041589A (en) * | 1998-01-09 | 2000-03-28 | General Electric Company | Asymmetric turboprop booster |
US8231354B2 (en) * | 2009-12-15 | 2012-07-31 | Siemens Energy, Inc. | Turbine engine airfoil and platform assembly |
CN103492724A (zh) * | 2010-07-02 | 2014-01-01 | 斯奈克玛 | 具有完整复合纵梁的叶片 |
US20170326757A1 (en) * | 2014-10-30 | 2017-11-16 | Safran Aircraft Engines | Composite blade comprising a platform equipped with a stiffener |
US20160208615A1 (en) * | 2015-01-15 | 2016-07-21 | General Electric Company | Metal leading edge on composite blade airfoil and shank |
CN105804804A (zh) * | 2015-01-15 | 2016-07-27 | 通用电气公司 | 复合叶片翼型件和柄部上的金属前缘 |
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