CN117514908A - 具有内部增强结构的翼型件组件 - Google Patents

Abstract

提供了一种翼型件组件及其制造方法，该翼型件组件限定翼展轴线、根端和尖端。该翼型件组件包括增强结构，该增强结构包括在根端和尖端之间围绕翼展轴线缠绕的第一螺旋支撑结构和在根端和尖端之间围绕翼展轴线缠绕的第二螺旋支撑结构；至少部分地围绕增强结构设置的聚合物基质材料；以及围绕增强结构和聚合物基质材料定位的外蒙皮。

Description

具有内部增强结构的翼型件组件

技术领域

本公开涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及翼型件组件及其制造方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括风扇组件和涡轮机。涡轮机通常包括入口、一个或多个压缩机、燃烧器和至少一个涡轮。压缩机压缩被输送到燃烧器的空气，在燃烧器中空气与燃料混合。然后点燃混合物以产生热燃烧气体。燃烧气体被输送到涡轮，涡轮从燃烧气体中提取能量，为压缩机提供动力，并产生有用功来推动飞行中的飞行器或为负载(例如发电机)提供动力。在涡轮风扇发动机中，风扇组件通常包括具有从中心轮毂和/或盘径向向外延伸的多个翼型件或风扇叶片的风扇。在某些操作期间，风扇叶片提供气流进入涡轮机并越过涡轮机以产生推力。

附图说明

针对本领域普通技术人员的本公开的完整且使能的公开，包括其最佳模式，在参考附图的说明书中阐述。

图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。

图2是根据本公开的示例性实施例的可与图1的示例性燃气涡轮发动机一起使用的翼型件组件的示意性横截面视图。

图3是根据本公开的示例性实施例的沿图2中的线3-3截取的图2的示例性翼型件组件的另一示意性横截面视图。

图4是根据本公开的示例性实施例的图2的示例性翼型件组件的局部立体视图。

图5是根据本公开的示例性实施例的图2的示例性翼型件组件的局部立体横截面视图。

图6是根据本公开的示例性实施例的可与图1的示例性燃气涡轮发动机一起使用的翼型件组件的示意性横截面视图。

图7提供了根据本公开的示例性实施例的制造翼型件组件的示例性方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似的部分。

如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且并不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“包括”旨在以类似于术语“包含”的方式包含在内。类似地，术语“或”通常旨在包含在内(即，“A或B”旨在表示“A或B或两者”)。在例如“A、B和C中的至少一个”的上下文中，术语“至少一个”是指仅A，仅B，仅C，或A、B和C的任意组合。另外，在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换。除非上下文或语言另有指示，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以独立地彼此组合。单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。

如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言可用于修饰可允许变化的任何定量表示，而不导致与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“一般”、“大约”、“近似”和“基本上”等术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度、或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在10％的裕度内，即，包括比规定值大或小10％以内的值。就此而言，例如，当在角度或方向的上下文中使用时，此类术语包括比所述角度或方向大或小十度以内。

本文使用的词语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。另外，对“实施例”或“一个实施例”的引用不一定指代相同的实施例，尽管它可以指代相同的实施例。本文中描述为“示例性”或“实施例”的任何实施方式不一定被解释为优选于或有益于其他实施方式。此外，提供每个示例是为了解释本公开，而不是限制本公开。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本公开进行各种修改和变型。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实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本公开旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

术语“前”和“后”指的是燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且指的是燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前指的是更靠近发动机入口的位置，而后指的是更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。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。

如本文所使用的，术语“第一流”或“自由流”是指在发动机入口外侧流动并经过风扇的流，该风扇是无管道式的。此外，第一流是自由流空气的空气流。如本文所使用的，术语“第二流”指的是流过发动机入口和管道式风扇并且还行进通过核心入口和核心管道的流。如本文所使用的，术语“第三流”或“中间风扇流”是指流过发动机入口和管道式风扇但不行进通过核心入口和核心管道的流。此外，第三流是吸入入口空气的空气流，而不是自由流空气。第三流穿过涡轮机的至少一级，例如管道式风扇。

因此，第三流是指能够增加流体能量以产生总推进系统推力的一小部分的非主空气流。第三流的压力比高于主推进流(例如，旁通或螺旋桨驱动的推进流)的压力比。推力可以通过专用喷嘴来产生或通过将通过第三流的气流与主推进流或核心空气流混合(例如进入公共喷嘴)来产生。

在某些示例性实施例中，通过第三流的气流的操作温度可以小于发动机的最大压缩机排出温度，并且更具体地可以小于350华氏度(例如小于300华氏度，例如小于250华氏度，例如小于200华氏度，并且至少与环境温度一样高)。在某些示例性实施例中，这些操作温度可以有利于通过第三流和单独的流体流向气流传递热或从气流传递热。此外，在某些示例性实施例中，在起飞条件下，或者更特别地在海平面、静态飞行速度、86华氏度环境温度操作条件下以额定起飞功率操作时，通过第三流的气流可以贡献小于发动机总推力的50％(例如至少为发动机总推力的2％)。在其他示例性实施例中，可以想到，在发动机操作条件下，通过第三流的气流可以贡献大于发动机总推力的50％(以及至少例如发动机总推力的2％)。在其他示例性实施例中，可以想到，在发动机操作条件下，通过第三流的气流可贡献发动机总推力的大约50％(以及至少例如发动机总推力的2％)。

此外，在某些示例性实施例中，通过第三流的气流的各方面(例如空气流、混合或排气特性)，以及由此对总推力的前述示例性百分比贡献，可以在发动机操作期间被动调整，或者通过使用发动机控制功能(例如燃料流量、电机功率、可变定子、可变入口导向轮叶、阀门、可变排气几何形状或流体特征)有目的地进行修改，以在广泛的潜在操作条件下调整或优化整体系统性能。

某些现代风扇叶片由复合材料形成以减轻风扇叶片的重量。然而，喷气发动机应用中使用的飞行器发动机部件，例如风扇叶片、机舱、导向轮叶等，容易受到异物冲击损坏或摄入事件，例如冰摄入或鸟击。此外，由复合材料形成的风扇叶片在这种事件下可能更容易受到损坏，例如，由于叶片断裂、部件分层、弯曲或变形损坏、或其他形式的叶片损坏。因此，用于解决一个或多个上述问题的改进翼型件设计将是有用的。更具体地，具有轻质且结构健全的设计、能够承受异物摄入事件的翼型件组件将是特别有益的。

因此，本主题的各方面涉及一种翼型件组件及其制造方法，以改进叶片性能、耐用性等。例如，翼型件组件可包括增强结构，该增强结构包括围绕翼型件组件的翼展轴线缠绕的两个或更多个螺旋支撑结构。这些螺旋支撑结构可以是同心的并且可以形成为具有不同的线材尺寸、不同的材料、不同的螺旋螺距等。另外，增强结构可包括机械地联接第一螺旋支撑结构和第二螺旋支撑结构的多个支柱以及至少部分地围绕增强结构定位的聚合物基质材料。外蒙皮可围绕增强结构和聚合物基质材料定位以形成翼型件组件。

这种复合叶片结构可以有利于提高叶片的耐用性，从而能够减轻风扇叶片的重量，同时最小化叶片变形、脱粘、故障或其他操作退化的可能性。此外，可以通过选择性地设计和定位各种螺旋、连接器支柱或增强结构的其他部分来修改和定制局部叶片刚度。此外，这种结构可以提高风扇叶片的稳定性以满足空气力学要求，可以导致由于冲击载荷引起的冲击波能量的耗散的改善，可以更好地控制叶片解扭行为以提高可操作性裕度，可以提高风扇叶片的耐用性等。

现在参照图1，提供了根据本公开的示例实施例的燃气涡轮发动机100的示意性横截面视图。特别地，图1提供了一种具有转子组件的发动机，该转子组件具有单级无管道式转子叶片。以这样的方式，转子组件在本文中可被称为“无管道式风扇”，或者整个燃气涡轮发动机100可被称为“无管道式发动机”，或者具有开式转子推进系统102的发动机。另外，图1的发动机包括从压缩机区段延伸到涡轮机上方的转子组件流动路径的中间风扇流，如将在下面更详细地解释的。还可以想到，在其他示例性实施例中，本公开与具有围绕无管道式风扇的管道的发动机兼容。还可以想到，在其他示例性实施例中，本公开与具有如本文所述的第三流的涡轮风扇发动机兼容。

作为参考，燃气涡轮发动机100限定轴向方向A、径向方向R和周向方向C。此外，燃气涡轮发动机100限定沿轴向方向A延伸的轴向中心线或纵向轴线112。一般而言，轴向方向A平行于纵向轴线112延伸，径向方向R在垂直于轴向方向A的方向上从纵向轴线112向外延伸和向内延伸到纵向轴线112，并且周向方向围绕纵向轴线112延伸三百六十度(360°)。燃气涡轮发动机100例如沿着轴向方向A在前端114和后端116之间延伸。

燃气涡轮发动机100包括涡轮机120(也称为燃气涡轮发动机100的核心)和定位在其上游的转子组件(也称为风扇区段150)。一般而言，涡轮机120按串联流动顺序包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。具体地，如图1所示，涡轮机120包括限定环形核心入口124的核心罩122。核心罩122还至少部分地包围低压系统和高压系统。例如，所示的核心罩122至少部分地包围并支撑增压器或低压(“LP”)压缩机126，用于对通过核心入口124进入涡轮机120的空气进行加压。高压(“HP”)多级轴流压缩机128接收来自LP压缩机126的加压空气并进一步增加空气的压力。加压空气流向下游流至燃烧区段的燃烧器130，在燃烧器130处，燃料被喷射到加压空气流中并被点燃以升高加压空气的温度和能量水平并产生高能燃烧产物。

应当理解，如本文所使用的，术语“高/低速”和“高/低压”相对于高压/高速系统和低压/低速系统可互换地使用。此外，应当理解，在同一上下文中使用术语“高”和“低”来区分两个系统，并且并不意味着暗示任何绝对速度和/或压力值。

高能燃烧产物从燃烧器130向下游流至高压涡轮132。高压涡轮132通过高压轴136驱动高压压缩机128。在这方面，高压涡轮132与高压压缩机128驱动地联接。然后高能燃烧产物流至低压涡轮134。低压涡轮134通过低压轴138驱动低压压缩机126和风扇区段150的部件。在这方面，低压涡轮134与低压压缩机126和风扇区段150的部件驱动地联接。在该示例性实施例中，LP轴138与HP轴136同轴。在驱动涡轮132、134中的每一个之后，燃烧产物通过核心或涡轮机排气喷嘴140离开涡轮机120。

因此，涡轮机120限定在核心入口124与涡轮机排气喷嘴140之间延伸的工作气体流动路径142。工作气体流动路径142是沿着径向方向R大致定位在核心罩122内侧的环形流动路径，并且延伸穿过涡轮机120。工作气体流动路径142在本文中也可以被称为第二流。

风扇区段150包括风扇152，其在该示例实施例中是主风扇。对于图1所示的实施例，风扇152是开式转子或无管道式风扇152。如图所示，风扇152包括风扇叶片154阵列(图1中仅示出一个)。风扇叶片154能够例如绕纵向轴线112旋转。如上所述，风扇152经由LP轴138与低压涡轮134驱动地联接。风扇152可以与LP轴138直接联接，例如在直接驱动配置中。然而，对于图1所示的实施例，风扇152经由减速齿轮箱155与LP轴138联接，例如，在间接驱动或齿轮驱动配置中。

此外，风扇叶片154可以绕纵向轴线112等间距布置。每个风扇叶片154具有根部和尖端以及在其间限定的翼展。每个风扇叶片154限定中心叶片轴线156。对于该实施例，风扇152的每个风扇叶片154能够绕其相应的中心叶片轴线156旋转，例如彼此一致地旋转。提供一个或多个致动器158以促进这种旋转，并因此可用于改变风扇叶片154绕其相应的中心叶片轴线156的螺距。

风扇区段150还包括风扇导向轮叶阵列160，其包括围绕纵向轴线112设置的风扇导向轮叶162(图1中仅示出一个)。对于该实施例，风扇导向轮叶162不能够绕纵向轴线112旋转。每个风扇导向轮叶162具有根部和尖端以及在其间限定的翼展。风扇导向轮叶162可以如图1所示未被遮盖，或者可选地，可以例如被环形护罩遮盖，该环形护罩沿着径向方向R从风扇导向轮叶162的尖端向外间隔开或者附接至风扇导向轮叶162。

每个风扇导向轮叶162限定中心叶片轴线164。对于该实施例，风扇导向轮叶阵列160的每个风扇导向轮叶162能够绕其相应的中心叶片轴线164旋转，例如彼此一致地旋转。提供一个或多个致动器166以促进这种旋转，并且因此可用于改变风扇导向轮叶162绕其相应的中心叶片轴线164的螺距。然而，在其他实施例中，每个风扇导向轮叶162可以是固定的或者不能够绕其中心叶片轴线164倾斜。风扇导向轮叶162安装至风扇罩170。

如图1所示，除了无管道式的风扇152之外，在风扇152的后面还包括管道式风扇184，使得燃气涡轮发动机100包括管道式风扇和无管道式风扇两者，两者都用于通过空气的运动产生推力，该空气不穿过涡轮机120的至少一部分(例如，所示实施例的HP压缩机128和燃烧区段)。管道式风扇184被示出为位于与风扇叶片154大约相同的轴向位置处，并且位于风扇叶片154的径向内侧。对于所示的实施例，管道式风扇184由低压涡轮134(例如，联接到LP轴138)驱动。

风扇罩170环形地包围核心罩122的至少一部分并且大体上沿着径向方向R定位在核心罩122的至少一部分的外侧。具体地，风扇罩170的下游区段在核心罩122的前部上方延伸以限定风扇流动路径172。风扇流动路径172可被称为燃气涡轮发动机100的第三流。

进入的空气可通过风扇管道入口176进入风扇流动路径172，并且可通过风扇排气喷嘴178排出以产生推进推力。风扇流动路径172是沿着径向方向R大致定位在工作气体流动路径142的外侧的环形管道。风扇罩170和核心罩122连接在一起并由多个基本径向延伸、周向间隔开的固定支柱174(图1中仅示出了一个)支撑。每个固定支柱174可具有空气动力学轮廓以引导空气由此流动。除了固定支柱174之外的其他支柱可用于连接和支撑风扇罩170和/或核心罩122。在许多实施例中，风扇流动路径172和工作气体流动路径142可以在核心罩122的相对侧(例如，相对径向侧)上至少部分地共同延伸(大体轴向地)。例如，风扇流动路径172和工作气体流动路径142可各自从核心罩122的前缘144直接延伸，并且可在核心罩的相对径向侧上大体轴向地部分地共同延伸。

燃气涡轮发动机100还限定或包括入口管道180。入口管道180在发动机入口182和核心入口124/风扇管道入口176之间延伸。发动机入口182大体上限定在风扇罩170的前端处并且沿着轴向方向A定位在风扇152与风扇导向轮叶阵列160之间。入口管道180是环形管道，其沿着径向方向R定位在风扇罩170的内侧。沿入口管道180向下游流动的空气被核心罩122的分流器或前缘144分流(不一定均匀)到工作气体流动路径142和风扇流动路径172中。入口管道180沿径向方向R比工作气体流动路径142宽。入口管道180沿径向方向R也比风扇流动路径172宽。

现在总体参照图2至图6，将根据本主题的示例性实施例描述可在燃气涡轮发动机中使用的翼型件组件200。具体地，图2至图5提供了翼型件组件200的示意图，该翼型件组件200包括可在燃气涡轮发动机100中使用的增强结构，例如作为风扇叶片154或作为风扇导向轮叶162。另外，图6提供了翼型件组件290的另一示例性配置，例如，类似于可在燃气涡轮发动机100中使用的翼型件组件，例如，其中中心翼梁(spar)包括增强结构，如下文更详细描述的。

值得注意的是，由于本文描述的实施例之间的相似性，相似的附图标记可以用于指代各个实施例之间的相同或类似的特征。尽管翼型件组件200在本文中被描述为与燃气涡轮发动机100一起使用，但是应当理解，本主题的各方面可适用于任何合适的燃气涡轮发动机的任何合适的叶片。实际上，本文描述的示例性叶片构造和特征可以在实施例之间互换以产生另外的示例性实施例。本文示出和描述的具体结构仅是示例性的并且不旨在以任何方式限制本主题的范围。

现在具体参照图2至图5，将根据示例性实施例描述翼型件组件200。值得注意的是，应当理解，这些附图可能并未示出翼型件组件200的所有特征，以简化对本主题的各方面的讨论和澄清。例如，如下文关于图6更详细描述的，翼型件组件290可包括各种附接结构、填充物、支撑结构等。

一般而言，翼型件组件200限定根端202并且可以从根端202沿着径向方向R朝向翼型件组件200的尖端204向外延伸，例如沿着翼型件组件200的翼展206。在这点上，翼型件组件200的翼展206可大体上限定为沿径向方向R测量的翼型件组件200的根端202和尖端204之间的距离。另外，术语“翼展轴线”(通常由附图标记208标识)可大体指代在垂直于径向方向R截取的每个横截面处延伸穿过翼型件组件200的几何中心的线或轴线。

另外，翼型件组件200包括增强结构210和叶片蒙皮212，叶片蒙皮212大体定位在增强结构210上或围绕增强结构210缠绕以限定翼型件214(例如，风扇叶片或翼型件的外轮廓)。叶片蒙皮212可以是聚合物基复合材料(PMC)、环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维、热塑性材料等。如本文所使用的，术语“翼型件”等一般可指翼型件组件200的外表面的形状或几何结构，例如与经过翼型件组件200的空气流相互作用的表面。一般而言，翼型件214具有在前缘220(例如，翼型件214的前端)和后缘222(例如，翼型件214的后端)之间沿轴向方向A延伸的压力侧216和吸力侧218。另外，弦线224可大体上定义为在前缘220与后缘222之间延伸的线，并且术语“弦向方向”大体上可指沿着弦线224的相对位置。

现在将根据本主题的示例性实施例更详细地描述增强结构210。一般而言，增强结构210通常可包括一个或多个螺旋支撑结构。例如，根据所示实施例，增强结构210包括第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232，每个都围绕翼展轴线208缠绕并且至少部分地在翼型件组件200的根端202和尖端204之间延伸。如下面将更详细地解释的，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232通常可以为翼型件214提供主结构支撑并且通常可以限定翼型件214的轮廓。

如本文所使用的，术语“螺旋”可用于大体描述第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232的几何形状。然而，应当理解，本公开并不需要完美的螺旋结构或形成圆形横截面的结构。在这方面，术语“螺旋”大体可用于指代任何螺旋形、旋塞形(corkscrew)或类似的几何形状，例如，诸如围绕翼展轴线208缠绕的任何曲线，并且如果其展开到单个平面中则将形成直线或连续线材。另外，根据图2至图6所示的实施例，翼展轴线208被示出为基本上直的，但应当理解，翼展轴线208可以具有遵循翼型件组件200的横截面中心的任何合适的弯曲轮廓。

值得注意的是，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232的尺寸、几何形状和取向可以根据需要而改变，以向翼型件组件200提供期望的结构特性。在这方面，根据所示实施例，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232是同心的，例如共享可对应于翼展轴线208的公共中心。另外，第二螺旋支撑结构232被示出为具有较小的覆盖区并且被定位在第一螺旋支撑结构230的内部，但是其他支撑配置是可能的并且在本主题的范围内。

另外，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232可绕翼展轴线208沿不同方向缠绕。例如，根据所示实施例，第一螺旋支撑结构230可沿顺时针方向围绕翼展轴线208缠绕，例如，当从尖端204向下看翼展轴线208并朝根端202看时。相比之下，第二螺旋支撑结构232可沿逆时针方向围绕翼展轴线208缠绕，例如，当从尖端204向下看翼展轴线208并朝根端202看时。根据替代实施例，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232可以沿相同方向缠绕(例如，均沿顺时针方向缠绕)。

根据所示实施例，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232中的每一个可由以螺旋方式绕翼展轴线208缠绕的单个细长线材形成。根据示例性实施例，第一螺旋支撑结构230可大体限定第一线材直径234，并且第二螺旋支撑结构232可大体限定第二线材直径236。应当理解，使用本文描述的制造技术，第一线材直径234和第二线材直径236可以根据需要在整个增强结构210中变化，以实现翼型件组件200的期望性能和结构特性。例如，第一线材直径234或第二线材直径236中的至少一个可以沿着翼展轴线208变化。另外，应当理解，第一线材直径234和第二线材直径236在沿着增强结构210的任何给定翼展方向位置处可以是不同的。

另外，根据所示实施例，第一螺旋支撑结构230可大体限定第一螺旋螺距238，并且第二螺旋支撑结构232可限定第二螺旋螺距240。根据示例性实施例，螺旋螺距238、240可根据应用根据需要而变化。例如，根据示例性实施例，第一螺旋螺距238或第二螺旋螺距240中的至少一个可沿翼展轴线208变化。就这一点而言，例如，螺旋螺距238、240在经受较高叶片应力的位置可较小，而在经受较低叶片应力的位置可较大。

仍然总体参照图2至图5，增强结构210还可以包括多个支柱250，用于将第一螺旋支撑结构230机械地联接至第二螺旋支撑结构232。在这方面，支柱250通常是在螺旋支撑结构的各个部分之间延伸的结构或机械支撑构件，以提高刚性、传递力等。尽管本文针对示出第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232的示例性实施例描述了示例性支柱250，但是应当理解，支柱250的数量、尺寸和配置可以根据应用根据需要而改变。根据所示实施例，支柱250是在螺旋支撑结构上的两点之间延伸的直构件，但是根据替代实施例，支柱可以采用任何其他形状。

如图所示，多个支柱250通常可以包括多个匝连接器252，其在相应螺旋支撑结构的相邻匝或通道之间延伸并且机械地联接相应螺旋支撑结构的相邻匝或通道。在这方面，匝连接器252在图2、图4和图5的左侧示出为连接相应螺旋支撑结构的相邻部分。在这方面，例如，第一组匝连接器252被示出为基本上沿着径向方向R延伸以联接第一螺旋支撑结构230的相邻通道。值得注意的是，这种连接还可以有助于稳定或固定第一螺旋螺距238。如图所示，第二螺旋支撑结构232可包括类似的匝连接器252。

另外，根据示例性实施例，多个支柱250还可以包括多个螺旋连接器254，其在两个或更多个螺旋支撑结构之间延伸并且机械地联接两个或更多个螺旋支撑结构。在这方面，如图2、图4和图5右侧最佳所示，螺旋连接器254可基本上沿着径向方向R穿过以连接第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232的彼此相邻的部分、通道或匝。

尽管支柱250大体被示出为连接第一螺旋支撑结构230和/或第二螺旋支撑结构232的相邻部分，应当理解，增强结构210可包括支柱250，支柱250连接一个或多个螺旋支撑结构的任何其他合适的部分或区域，以提高刚度或叶片性能。在这方面，例如，支柱250可以在除径向方向R或翼展方向之外的方向上延伸，例如，如图4的前景所示。根据其他实施例，支柱250可被设计成沿着翼型件214的弦向方向或沿着翼型件214的弦线224延伸。此外，应当理解的是，支柱250的尺寸、厚度、几何形状和间距可以根据应用根据需要而变化。例如，支柱250可绕第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232的周边间隔开。

一般而言，增强结构210和其中的所有部件可以以任何合适的方式由任何合适的材料制造。例如，第一螺旋支撑结构230、第二螺旋支撑结构232和/或支柱250可包括金属、金属纤维、形状记忆合金、碳材料、芳族聚酰胺、功能梯度材料(FGM)或碳纳米纤维中的至少一种。另外，应当理解，增强结构210的部分可以由不同的材料形成。在这方面，第一螺旋支撑结构230可以由与第二螺旋支撑结构232不同的材料形成，第二螺旋支撑结构232可以与支柱250等不同。

另外，任何合适的制造方法可以用于制造增强结构210。例如，每个螺旋支撑结构230、232可以单独形成，并且支柱250可以机械紧固、焊接或以其他方式接合以固化增强结构210。根据另外的实施例，增强结构210可以被增材制造为单个整体件。如本文所使用的，术语“增材制造”或“增材制造技术或处理”通常指的是制造处理，其中连续的材料层相互叠加以逐层“构建”三维部件。连续的层通常熔融在一起以形成整体部件，该整体部件可以具有多个整体子部件。

根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、例如通过喷墨和激光喷射的3D打印、立体光刻(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光工程净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔化(DSLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光熔化(DMLM)以及其他已知处理。

除了使用直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)处理(其中能量源用于选择性地烧结或熔化粉末层的部分)，应当理解，根据替代实施例，增材制造处理可以是“粘合剂喷射”处理。在这方面，粘合剂喷射涉及以与上述类似的方式连续沉积增材粉末层。然而，粘合剂喷射不是使用能源产生能量束来选择性地熔化或熔融增材粉末，而是涉及选择性地将液体粘合剂沉积到每层粉末上。液体粘合剂可以是例如光固化聚合物或另一种液体粘合剂。其他合适的增材制造方法和变型旨在落入本主题的范围内。

本文描述的增材制造处理可用于使用任何合适的材料形成部件。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是固体、液体、粉末、片材、线材或任何其他合适形式的任何其他合适材料。更具体地，根据本主题的示例性实施例，本文描述的增材制造部件可以部分地、全部地或以材料的某种组合形成，包括但不限于塑料、纯金属、金属合金(例如镍、铬、钛、铁、不锈钢等)、环氧树脂、复合材料或任何其他合适的聚合物、陶瓷或金属材料。这些材料是适合在本文描述的增材制造处理中使用的材料的示例并且通常可以被称为“增材材料”。

此外，本领域技术人员将理解，可以使用多种材料和用于粘合这些材料的方法，并且这些材料和方法被设想为在本公开的范围内。如本文所使用的，对“熔融”的提及可以指用于产生任何上述材料的粘合层的任何合适的处理。例如，如果物体由聚合物制成，则熔融可以指在聚合物材料之间形成热固性结合。如果物体是环氧树脂，则可以通过交联处理形成结合。如果材料是陶瓷，则可以通过烧结处理形成结合。如果材料是粉末金属，则可以通过熔化或烧结处理形成结合。本领域技术人员将理解，通过增材制造来熔合材料以制造部件的其他方法是可能的，并且当前公开的主题可以用那些方法来实践。

此外，本文公开的增材制造处理允许单个部件由多种材料形成。因此，本文描述的部件可以由上述材料的任何合适的混合物形成。例如，部件可以包括使用不同材料、处理和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、段或部分。以这种方式，可以构造具有不同材料和材料特性的部件以满足任何特定应用的需求。另外，虽然本文描述的部件完全通过增材制造处理构造，但是应当理解，在替代实施例中，这些部件的全部或一部分可以通过铸造、机加工和/或任何其他合适的制造处理形成。实际上，可以使用材料和制造方法的任何合适的组合来形成这些部件。

根据本主题的示例性实施例，翼型件组件200还可包括至少部分地围绕增强结构210定位的聚合物基质材料260。一般而言，聚合物基质材料260可大体配置成用于将增强结构210的各种部件固化或粘合在一起，还提供增强结构210与叶片蒙皮212之间的结合。聚合物基质材料260通常可以由任何合适的材料形成并且可以以任何合适的方式施加至增强结构210。叶片蒙皮212可围绕增强结构210和/或聚合物基质材料260的外表面缠绕或定位在增强结构210和/或聚合物基质材料260的外表面上。根据本主题的示例性实施例，聚合物基质材料260可完全包围或封装增强结构210并提供用于接收叶片蒙皮212的均匀结构或表面。

一般而言，聚合物基质材料260可包括用于将增强结构210和/或叶片蒙皮212的部分粘合或接合在一起的任何合适数量、类型和材料的组合。例如，聚合物基质材料260可包括聚合物浆料，其中嵌入有一种或多种结构增强纤维以提高刚性。另外，应当理解，根据示例性实施例，聚合物基质材料260可包括或涂覆有一种或多种粘合剂，以改善与增强结构210和/或叶片蒙皮212的接合。例如，粘合剂可包括环氧树脂、聚氨酯或本领域普通技术人员已知的任何其他类型的粘合剂。另外，根据示例实施例，聚合物基质材料260可在前缘220处包括更强的颗粒以提供抗冲击性。

根据所示实施例，翼型件组件200还可大体上限定一个或多个内腔264。根据示例性实施例，一个或多个内腔264可填充有泡沫266，并且可大体配置成用于提高刚性，而不会不必要地增加翼型件组件200的重量。根据示例性实施例，泡沫266通常可包括聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫或聚氨酯泡沫中的至少一种。另外或替代地，泡沫266还可以包括浇铸复合泡沫或膨胀复合泡沫，例如浇铸在树脂中的玻璃、碳或酚醛微球。其他合适的泡沫也是可能的并且在本主题的范围内。根据示例性实施例，泡沫266可包括任何合适数量和类型的泡沫增强结构。

值得注意的是，在图2至图5所示的实施例中，翼型件组件200包括增强结构210、聚合物基质材料260、叶片蒙皮212和填充翼型件组件200的一个或多个内腔264的泡沫266。以这种方式，翼型件组件200通常代表完整的翼型件，例如风扇叶片154和/或风扇导向轮叶162。然而，根据替代实施例，这些构造可用于形成翼型件组件200的其他部分。例如，如下文更详细地描述并如图6所示，提供了翼型件组件290，其包括使用增强结构210聚合物基质材料260的类似构造，并且外蒙皮280可用于形成翼型件组件200的中心翼梁282。

在这方面，如图6所示，翼型件290可包括沿径向方向R向外延伸的中心翼梁282，该径向方向R例如对应于当翼型件组件290安装在燃气涡轮发动机100中时的径向方向R。更具体地，如图所示，中心翼梁282可包括叶片附接结构284(例如，图示为燕尾榫)，用于将翼型件组件290固定至旋转中心轮毂(例如，或将翼型件组件290机械地联接至致动器158)。值得注意的是，传统的中心翼梁由实心刚性材料形成，以便承受在燃气涡轮发动机100的操作期间施加在翼型件组件290上的力。然而，上述复合结构可用于形成足够轻且刚性的中心翼梁282和/或翼型件组件290的其余部分。

在这方面，如图所示，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232可定位在外蒙皮280内以限定中心翼梁282的外边界。应当理解，第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232可形成为产生具有任何合适的尺寸、形状、几何形状等的中心翼梁282。另外，聚合物基质材料260可定位在第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232周围或封装第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232。外蒙皮280(例如，其可类似于叶片蒙皮212)可围绕第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232缠绕以限定中心翼梁282的外边界。如本文所使用的，术语“外蒙皮”等可用于指代叶片蒙皮212(例如，当增强结构210用于形成翼型件214时)或外蒙皮280(例如，当增强结构210用于形成中心翼梁282时)。根据示例性实施例，翼型件214可以以与上述相同的方式形成，并且可以以任何合适的方式附接到中心翼梁282以完成翼型件组件290的形成。

现在参照图7，将根据本主题的示例性实施例描述用于构造翼型件组件的示例性方法300。例如，方法300可用于构造如上所述的翼型件组件200。然而，应当理解，方法300的各方面可以应用于任何其他合适的翼型件的构造。另外，应当理解，可以对方法300进行替换和修改，同时保持在本主题的范围内。

方法300可以包括，在步骤310处，铺设增强结构，该增强结构包括在根端和尖端之间围绕翼型件组件的翼展轴线缠绕的第一螺旋支撑结构和在根端和尖端之间围绕翼展轴线缠绕的第二螺旋支撑结构。在这方面，继续上面的示例，步骤310可以包括使用第一螺旋支撑结构230和第二螺旋支撑结构232形成增强结构210。步骤320可包括利用多个支柱将第一螺旋支撑结构和第二螺旋支撑结构机械地联接。如上所述，这些支柱可以包括匝连接器和/或螺旋连接器。应当理解，上述增强结构可以以任何合适的方式制造，例如通过增材制造。

步骤330通常可包括施加至少部分地围绕增强结构的聚合物基质材料，并且步骤340可包括围绕增强结构和聚合物基质材料定位外蒙皮以形成翼型件组件(或中心翼梁)。如上所述，步骤310至340可用于形成翼型件组件200的全部或任何部分。例如，增强结构210、聚合物基质材料260和外蒙皮280可用于形成翼型件组件200的中心翼梁282。另外或替代地，增强结构210、聚合物基质材料260和叶片蒙皮212可用于形成翼型件组件200的翼型件214。

一般而言，方法300可包括用于改进翼型件组件的刚性或性能的附加步骤。例如，方法300可包括在制造过程的一个或多个阶段施加粘合剂，可包括形成任何其他合适数量的螺旋支撑结构或支撑支柱等。对翼型件组件200和形成翼型件组件200的方法300的其他变化和修改是可能的并且在本主题的范围内。

图7描绘了出于说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，本文讨论的任何方法的步骤可以以各种方式进行调整、重新安排、扩展、省略或修改，而不偏离本公开的范围。此外，虽然使用翼型件组件200作为示例来解释方法300的各方面，但是应当理解，该方法可以应用于任何其他合适的应用的任何其他合适的翼型件的构造。

进一步的方面由以下条项的主题提供：

一种翼型件组件，所述翼型件组件限定翼展轴线、根端和尖端，所述翼型件组件包括：增强结构，所述增强结构包括在所述根端和所述尖端之间围绕所述翼展轴线缠绕的第一螺旋支撑结构和在所述根端和所述尖端之间围绕所述翼展轴线缠绕的第二螺旋支撑结构；聚合物基质材料，所述聚合物基质材料至少部分地围绕所述增强结构定位；和外蒙皮，所述外蒙皮围绕所述增强结构和所述聚合物基质材料定位。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述增强结构进一步包括：多个支柱，所述多个支柱将所述第一螺旋支撑结构机械地联接到所述第二螺旋支撑结构。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述多个支柱包括：多个匝连接器，所述多个匝连接器在所述第一螺旋支撑结构或所述第二螺旋支撑结构的相邻匝之间延伸并且机械地联接所述第一螺旋支撑结构或所述第二螺旋支撑结构的相邻匝。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述多个支柱包括：多个螺旋连接器，所述多个螺旋连接器在所述第一螺旋支撑结构到所述第二螺旋支撑结构之间延伸并且将所述第一螺旋支撑结构机械地联接到所述第二螺旋支撑结构。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述多个支柱基本上沿着所述翼展轴线或者基本上沿着弦向方向延伸。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述多个支柱绕所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构的周边间隔开。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述第一螺旋支撑结构限定第一线材直径并且所述第二螺旋支撑结构限定第二线材直径，并且其中所述第一线材直径或所述第二线材直径中的至少一个沿着所述翼展轴线变化。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述第一螺旋支撑结构限定第一螺旋螺距并且所述第二螺旋支撑结构限定第二螺旋螺距，并且其中所述第一螺旋螺距或所述第二螺旋螺距中的至少一个沿着所述翼展轴线变化。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述第一螺旋支撑结构围绕所述翼展轴线顺时针缠绕，并且所述第二螺旋支撑结构围绕所述翼展轴线逆时针缠绕。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构是同心的。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述聚合物基质材料封装所述增强结构并将所述增强结构结合到所述外蒙皮。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构包括金属、金属纤维、形状记忆合金、碳材料、芳族聚酰胺、功能梯度材料(FGM)或碳纳米纤维中的至少一种。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构由不同材料形成。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构被增材制造为单个整体件。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述增强结构、所述聚合物基质材料和所述外蒙皮形成所述翼型件组件的中心翼梁。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述外蒙皮是限定翼型件的叶片蒙皮，所述翼型件具有压力侧和吸力侧。

根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述增强结构限定内腔，并且其中所述翼型件组件进一步包括：填充所述内腔的泡沫，所述泡沫包括聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、聚氨酯泡沫或浇铸复合泡沫中的至少一种。

一种制造翼型件组件的方法，所述翼型件组件限定翼展轴线、根端和尖端，所述方法包括：铺设增强结构，所述增强结构包括在所述根端和所述尖端之间围绕所述翼展轴线缠绕的第一螺旋支撑结构和在所述根端和所述尖端之间围绕所述翼展轴线缠绕的第二螺旋支撑结构；至少部分地围绕所述增强结构施加聚合物基质材料；和围绕所述增强结构和所述聚合物基质材料定位外蒙皮以形成所述翼型件组件。

根据任一前述条项所述的方法，进一步包括：利用多个支柱将所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构机械地联接。

根据任一前述条项所述的方法，其特征在于，其中所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构被增材制造为单个整体件。

本书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，其中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。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种翼型件组件，所述翼型件组件限定翼展轴线、根端和尖端，其特征在于，所述翼型件组件包括：

增强结构，所述增强结构包括在所述根端和所述尖端之间围绕所述翼展轴线缠绕的第一螺旋支撑结构和在所述根端和所述尖端之间围绕所述翼展轴线缠绕的第二螺旋支撑结构；

聚合物基质材料，所述聚合物基质材料至少部分地围绕所述增强结构定位；和

外蒙皮，所述外蒙皮围绕所述增强结构和所述聚合物基质材料定位。

2.根据权利要求1所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述增强结构进一步包括：

多个支柱，所述多个支柱将所述第一螺旋支撑结构机械地联接到所述第二螺旋支撑结构。

3.根据权利要求2所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述多个支柱包括：

多个匝连接器，所述多个匝连接器在所述第一螺旋支撑结构或所述第二螺旋支撑结构的相邻匝之间延伸并且机械地联接所述第一螺旋支撑结构或所述第二螺旋支撑结构的相邻匝。

4.根据权利要求2所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述多个支柱包括：

多个螺旋连接器，所述多个螺旋连接器在所述第一螺旋支撑结构到所述第二螺旋支撑结构之间延伸并且将所述第一螺旋支撑结构机械地联接到所述第二螺旋支撑结构。

5.根据权利要求2所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述多个支柱基本上沿着所述翼展轴线或者基本上沿着弦向方向延伸。

6.根据权利要求2所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述多个支柱绕所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构的周边间隔开。

7.根据权利要求1所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述第一螺旋支撑结构限定第一线材直径并且所述第二螺旋支撑结构限定第二线材直径，并且其中所述第一线材直径或所述第二线材直径中的至少一个沿着所述翼展轴线变化。

8.根据权利要求1所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述第一螺旋支撑结构限定第一螺旋螺距并且所述第二螺旋支撑结构限定第二螺旋螺距，并且其中所述第一螺旋螺距或所述第二螺旋螺距中的至少一个沿着所述翼展轴线变化。

9.根据权利要求1所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述第一螺旋支撑结构围绕所述翼展轴线顺时针缠绕，并且所述第二螺旋支撑结构围绕所述翼展轴线逆时针缠绕。

10.根据权利要求1所述的翼型件组件，其特征在于，其中所述第一螺旋支撑结构和所述第二螺旋支撑结构是同心的。