[发明专利]制造燃气轮机航空发动机的CMC流体混合器叶状结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由陶瓷基复合(CMC)材料制造用于旁路燃气轮机航空发动机(bypass gas turbine aeroengines)的流体混合器。 

背景技术

在旁路燃气轮机航空发动机中，通过风扇进入的进气流分成一级流体和二级流体或者风扇流体，所述一级流体穿过压缩机、燃烧室和涡轮机，所述二级流体或者风扇流体从旁路通过压缩机、燃烧室和涡轮机。在出口处，包含燃烧气体的“热”的一级流体与“冷”的风扇流体混合在一起。 

为了减小喷出的射流的噪音，众所周知的是使用促进流体间混合的叶状混合器(lobed mixer)。 

为了在保持良好机械特性的同时使叶状混合器的重量最小化，已经提出了使用CMC材料制造这样的叶状混合器的建议。CMC材料因其热结构性能而众所周知，该热结构性能即，使其能够充当结构部件的机械性能，并且具有在高温下保持这些性能的能力。典型的CMC材料包括由耐火纤维(碳纤维或者陶瓷纤维)制成的纤维加强物，其通过至少部分是陶瓷的基体致密化。 

在文件WO 2006/035186中对CMC叶状混合器进行了描述。在该文件中所描述的混合器由以扇形部的形式的多个叶状结构组成，其单独地由CMC材料制成，然后被组装在一起，并且所述混合器还具有内部加强环。 

发明内容

本发明的目的是提出一种能够获得非可展开的CMC叶状结构的特别的方法，该叶状结构构成叶状混合器的一个扇形部，其目的为：通过将多个扇形部组装在一起而制造完整的混合器，或者甚至构成一 体式CMC叶状混合器，即不是通过将多个CMC扇形部组装在一起而获得的混合器。 

这个目的通过制造用于燃气轮机流体混合器的叶状结构的方法而达到，该燃气轮机流体混合器具有通过形成多叶状裙状部分的一部分向下游延伸的环状上游部分，所述多叶状裙状部分具有围绕所述叶状结构的纵向轴线分布的多个叶片，所述方法包括： 

·由耐火纤维制造纤维预型件并且使所述纤维预型件的形状对应于将制造的所述叶状结构的形状，由多个纤维织构的组成元件组成所述纤维预型件，所述组成元件被组装在一起并且通过具有对应于将制造的叶状结构的形状的形状的工具成形，从而获得具有第一预型件部分和第二预型件部分的组装的纤维预型件，该第一预型件部分对应于所述叶状结构的环状部分，该第二预型件部分对应于所述叶状结构的多叶状裙状部分，所述纤维预型件的组成元件至少部分地沿着连接线被组装在一起，该连接线基本上沿穿过多叶状裙状部分的预型件部分的叶片的流体的流动方向延伸；并且 

·通过陶瓷的基体至少部分地致密化组装的并且成形的纤维预型件。 

在本文中使用的术语“环状部分”意味着环状部(所述纵向轴线是所述环状部的轴线)的扇形部或者完整的环状部。相似地，在本文中使用的术语“多叶状裙状部分”意味着完整的多叶状裙状部分的一个扇形部或者完整的多叶状裙状部分。 

因此，通过致密化所述预型件获得的所述纤维预型件和所述叶状结构可以具有对应于将制造的所述混合器的一个扇形部的形状，通过围绕所述混合器的轴线将多个叶状结构组装在一起获得所述混合器。 

在变体中，所述纤维预型件的形状可以对应于将制造的完整的混合器的形状，并且一旦所述预型件完成了致密化就获得了所述混合器，不需要将扇形部组装在一起。 

本发明是卓越的，特别是由于，虽然所述预型件具有不可展开的形状，但是通过沿着在所述流动方向上延伸的线组装所述叶片中的所述预型件的组成元件并且通过致密化组装的预型件而将叶状结构制造成单一部件，从而通过最小化穿过混合器的燃气流的扰动，因此限制 了空气动力学的头部损失(head loss)。 

所述纤维预型件的组成元件能够通过缝合或者通过嵌入纱线或者针沿着所述连接线被组装。 

所述连接线优选地沿所述叶片的侧面或者沿它们的外顶部延伸。 

所述纤维预型件的组成元件能够以其相邻边缘重叠的方式组装在一起，或者通过与它们的相邻边缘重叠的组件条板组装在一起。 

然后，所述组成元件能够选择性地在所述相邻边缘的重叠区域具有减小的厚度，从而避免具有极大的额外厚度，具有该额外厚度可能会扰乱燃气流。 

组成所述纤维预型件的所述纤维织构元件可以由三维编织或者多层编织制成，从而使它们具有良好的抗分层性能。