風機軌道襯墊的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種用于渦輪風扇發(fā)動機的風機葉片包容裝置。
【背景技術】
[0002]渦輪風扇發(fā)動機通常具有風機，風機包括朝向它們的上游端的多個風機葉片。每個風機葉片連接到中央風機盤上。在使用中，風機通過發(fā)動機的渦輪級的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。風機的轉(zhuǎn)動速度向每個風機葉片施加大的離心荷載。在小概率事件中，部分或全部的風機葉片例如在受到外來物的撞擊后會從風機盤上脫落，葉片的動量使其高速地徑向向外運動。這就是所謂的風機葉片脫落事件。
[0003]風機葉片具有設計成將空氣吸入到發(fā)動機內(nèi)的符合空氣動力學的輪廓。每個葉片上的空氣動力可使其在脫離風機盤時向發(fā)動機的前方運動。
[0004]出于安全原因，需要防止風機葉片材料從渦輪風扇發(fā)動機的側(cè)邊或前方離開。因此，渦輪風扇發(fā)動機通常具有繞著風機周向布置的風機葉片包容裝置。
[0005]公知的包容裝置包括外殼體以及蜂窩狀的風機軌道襯墊(liner)。在風機葉片脫落事件期間，脫落的風機葉片或風機葉片的脫落部分會沖撞蜂窩狀的風機軌道襯墊，其由于吸收了沖撞的葉片的能量而被壓縮和/或壓碎。風機的一個或更多個其他的葉片可能與脫落的葉片發(fā)生碰撞，這會導致其他的葉片破碎和/或脫落。來自風機葉片脫落事件中的風機葉片材料可在其自身的動量下和/或通過撞擊風機葉片材料的其他風機葉片而繞著包容裝置來回掠過。風機葉片材料可能從發(fā)動機的前方射出，這會使飛機受到危害。
[0006]渦輪風扇發(fā)動機在發(fā)生風機葉片脫落事件之后通常是高度不平衡的，而且這會引入作用在發(fā)動機上且進入其支撐結(jié)構(gòu)(即飛機的機翼)中橫向荷載，這會損壞結(jié)構(gòu)并且使飛機受到進一步的危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的包容裝置，該包容裝置包括:徑向外側(cè)環(huán)形殼體;位于殼體的徑向內(nèi)側(cè)的風機軌道襯墊，其包括:撞擊區(qū)域，包括具有第一壓縮強度的微孔材料;至少一個狹長的脊狀部分，其在具有軸向分量的方向上延伸穿過該沖擊區(qū)域，該脊狀部分具有高于第一壓縮強度的第二壓縮強度；以及氣洗層，位于風機軌道襯墊的徑向內(nèi)側(cè)。
[0008]沖擊區(qū)域可包括兩層微孔材料，其包括徑向外側(cè)層以及徑向內(nèi)側(cè)層，徑向外側(cè)層包括具有第一壓縮強度的微孔材料，徑向內(nèi)側(cè)層包括具有第三壓縮強度的微孔材料，第三壓縮強度小于第一壓縮強度?？梢杂卸嘤趦蓪拥奈⒖撞牧?。
[0009]包容裝置還可包括布置于撞擊區(qū)域的徑向外側(cè)層和徑向內(nèi)側(cè)層之間的隔層。該隔層可具有介于1mm和10mm之間的徑向長度。該隔層可包括復合材料，例如玻璃纖維增強塑料(GFRP)或碳纖維增強塑料(CFRP)。復合材料一般包括具有不同材料特性(例如強度和延展性)的兩種或更多種的組分材料。復合材料可包括基體材料以及纖維增強材料。
[0010]氣洗層可以是耐磨層。該耐磨層可具有介于2mm和10mm之間的徑向長度。耐磨層可包括微孔材料。耐磨層的微孔材料可包括膨脹的(expanded)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)。該微孔材料可包括鋁、鋁合金、鈦、鈦合金或塑性材料。耐磨層的微孔材料可包括環(huán)氧樹脂或其他塑性材料。例如，微孔材料中的空隙可以至少部分地填充有環(huán)氧樹脂或其他塑性材料，它們可以是顆粒狀的。塑性材料或環(huán)氧樹脂材料可使耐磨層具有例如對冰和沙子的改進的低耐沖擊性和耐磨性。
[0011]脊狀部分可以是不連續(xù)的。脊狀部分可包括離散的脊狀元件，其可彼此軸向地間隔開。備選地，脊狀部分可以是連續(xù)的。
[0012]脊狀部分的橫截面可具有任何適合的形狀。在一個實施例中，該橫截面大體上是三角形的。在其他的實施例中，脊狀部分的橫截面可大體上是半圓柱形的或大體上是立方形的。脊狀部分可具有截頂?shù)男螤钜援a(chǎn)生平坦的徑向內(nèi)表面。脊狀部分可在其一側(cè)或兩側(cè)具有斜坡部分。
[0013]脊狀部分的軸向長度可大體上等于或小于風機軌道襯墊的軸向長度。脊狀部分可大體上軸向地延伸，但是在一些實施例中，脊狀部分可以傾斜于殼體的軸線，例如其可具有掃掠過式構(gòu)型或螺旋形的構(gòu)型。
[0014]風機軌道襯墊可包括多塊板，每塊板均形成所述撞擊區(qū)域的撞擊部分。每塊板均可包括具有第一壓縮強度的微孔材料。每塊板均可包括兩層微孔材料，其包括徑向外側(cè)層以及徑向內(nèi)側(cè)層，徑向外側(cè)層包括具有第一壓縮強度的微孔材料，徑向內(nèi)側(cè)層包括具有第三壓縮強度的微孔材料，第三壓縮強度小于第一壓縮強度。每塊板均可包括多于兩層的微孔材料。
[0015]脊狀部分可布置于兩塊相鄰的板之間。脊狀部分可以至少部分地布置于在其中一塊板的撞擊部分內(nèi)形成的凹部中。兩塊相鄰的板可具有在其間限定出空隙的邊緣凹部，該空隙容納所述脊狀部分。備選地，脊狀部分可以完全地布置于形成在其中一塊板的撞擊部分內(nèi)的凹部中。
[0016]脊狀部分可具有位于撞擊區(qū)域的徑向內(nèi)表面的徑向外側(cè)的徑向內(nèi)側(cè)邊緣。
[0017]風機軌道襯墊板的撞擊區(qū)域和/或撞擊部分可具有介于20mm和50mm之間、介于25mm和40mm之間或介于30mm和35mm之間的徑向長度。
[0018]脊狀部分可具有介于10mm和40mm之間、介于15mm和30mm之間或介于20mm和25mm之間的徑向長度。脊狀部分可具有介于10mm和50mm之間、介于15mm和35mm之間或介于20mm和30mm之間的周向長度。
[0019]撞擊區(qū)域的微孔材料可包括膨脹的、擠塑式和/或蜂窩狀的結(jié)構(gòu)。微孔材料可包括鋁、鋁合金、鈦或鈦合金。
[0020]脊狀部分可包括微孔材料。撞擊區(qū)域的微孔材料可包括膨脹的、擠塑式和/或蜂窩狀的結(jié)構(gòu)。脊狀部分的微孔材料可包括膨脹的、擠塑式和/或蜂窩狀的結(jié)構(gòu)。微孔材料可包括鋁、鋁合金、鈦或鈦合金。
[0021]風機軌道襯墊可包括周向地間隔開的多個脊狀部分。在一個實施例中，可以有四個脊狀部分，但是在其他的實施例中，可以有多于四個，例如多達十二個的脊狀部分。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種燃氣渦輪發(fā)動機，其包括:包括多個風機葉片的風機;以及依照本發(fā)明的第一個方面的包容裝置，其圍繞風機葉片延伸。
[0023]每個風機葉片均可包括復合材料。每個復合風機葉片可具有前緣、后緣和/或尖端金屬件。
[0024]每個風機葉片均可由金屬組成。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供一種用于依照本發(fā)明的第二個方面的燃氣渦輪發(fā)動機的風扇葉片包容方法，其中發(fā)生了風機葉片脫落事件，在該方法中:(a)脫落的葉片或葉片碎片在撞擊區(qū)域中被捕獲；(b)葉片或葉片碎片在撞擊區(qū)域中的周向移動挖掘出撞擊區(qū)域的材料；(c)包括葉片或葉片碎片以及所挖掘出的撞擊區(qū)域材料的碎片的周向移動被脊狀部分所阻止；(d)碎片進到未脫落的風機葉片的路徑中；以及(e)未脫落的風機葉片與進出的碎片撞擊，并且因此變短。
[0026]在風機葉片材料包括復合材料并且還包括尖端金屬件時，當風機葉片撞擊碎片時，每個風機葉片的尖端金屬件可能會從各自的風機葉片上脫落。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，提供一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的包容裝置的環(huán)形風機軌道襯墊的風機軌道襯墊板，該風機軌道襯墊板沿周向地和軸向地延伸，并且包括微孔材料，風機軌道襯墊板設置有在具有軸線分量的方向上延伸的狹