[发明专利]近净形板及其方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月16日提交的美国临时申请No.61/524,205的权益，其内容通过引用结合到本说明书中。

背景技术

本发明大体涉及适于由预制件产生部件的材料和方法。更具体地，本发明涉及预制件通过其经历压缩、模制、和固化以产生板的材料和方法，例如适于用作燃气涡轮发动机的风扇部段中的耐磨密封件的耐磨板。

燃气涡轮发动机通常以在发动机的压缩机部段内压缩空气、并且随后将压缩空气输送至发动机的燃烧器部段（在燃烧器部段处，燃料被增加到空气并且点燃所获得的空气/燃料混合物）的原理进行操作。之后，所获得的燃烧气体被输送至发动机的涡轮部段，在涡轮部段处，由涡轮转子提取一部分燃烧过程所产生的能量以驱动发动机的压缩机部段。

涡扇发动机具有位于发动机的前部处的风扇，该风扇压缩进入空气。一部分压缩空气通过压缩机部段被输送至燃烧器部段，同时其余部分绕过压缩机和燃烧部段并且相反地通过旁路管道被输送至发动机的后部，在后部处，绕过的空气通过风扇出口喷嘴离开以产生额外的推力。在属于广泛用于以亚音速操作的大型飞机操作中的类型的高旁通涡扇发动机中（包括商业航空公司所使用的那些高旁通涡扇发动机），该风扇相对大型并且较大部分的压缩空气流过旁路管道以产生由发动机产生的大部分推力。因此，风扇的操作对高旁通涡扇发动机的推力和燃油消耗率（SFC）具有显著影响。为了降低航空公司操作成本的目的，降低SFC是重要的。

在大多数涡扇发动机中，风扇由风扇外壳容纳，该风扇外壳装配有护罩。该护罩限制风扇并且紧邻风扇叶片的尖端，使得该护罩用于引导进入空气通过风扇从而使得进入发动机的大部分空气将由风扇压缩。然而，小部分进入空气能够通过存在于风扇叶片的尖端与护罩之间的径向间隙绕过风扇叶片。在飞机涡扇发动机并且特别是高旁通涡扇发动机中，SFC能够受到通过该间隙绕过风扇叶片的有限量的空气的显著影响。

在飞机涡扇发动机的正常操作期间，风扇叶片的尖端很有可能摩擦护罩。风扇叶片尖端与护罩之间的摩擦接触倾向于使护罩与风扇叶片尖端之间的径向间隙增大，由此降低发动机效率。为了减轻由于遇到摩擦而对叶片尖端造成的损坏，邻近风扇叶片尖端的护罩的部分通常覆盖有能够在被叶片尖端摩擦时牺牲地磨掉的耐磨材料。耐磨材料通常设置成安装于护罩的弓状板或扇形部的形式，以限定限制风扇叶片的连续的耐磨密封件。用于涡扇发动机的风扇部段的常见耐磨材料包含可膨胀材料，在对可膨胀材料进行处理以形成耐磨材料期间，可膨胀材料膨胀以具有基本恒定的横截面厚度（“径向厚度”）。如美国专利No.5,388,959中所描述的，已知的耐磨材料包括低密度复合泡沫材料，该低密度复合泡沫材料含有环氧树脂、微球（micro-balloon）和增强材料（例如，截断玻璃纤维（chopped fiberglass fiber）。

风扇部段、护罩和耐磨板被制造为实现使风扇叶片尖端与由耐磨板形成的耐磨密封件的表面之间的初始径向间隙最小化的公差。在一些情况下，这些公差旨在避免叶片尖端与耐磨材料之间的任何显著摩擦。例如，可以通过减少风扇叶片的长度的变化、风扇盘的径向位置的变化、或风扇外壳直径的变化来实现最小径向间隙。此外，耐磨板的内表面必须被典型地加工成实现护罩组件所需的直径尺寸，特别是如果耐磨材料属于在固化期间膨胀的上述类型时。

除了直径公差，为了保持与小径向间隙相关联的期望的气动效率，耐磨板通常通过产生与风扇叶片尖端的外形非常匹配的表面外形来形成，以实现期望的流动路径几何形状。例如，每一个耐磨板都可以形成为具有轴向轮廓，使得当组装在护罩内时，由直接包绕风扇叶片的板的径向向内表面限定的直径沿发动机的向后方向减小。然而，如果耐磨材料由属于上述类型的可膨胀泡沫塑料材料形成，使得耐磨材料首先具有基本恒定的横截面厚度，那么必须执行磨削或者其它合适的加工操作，以在耐磨板的表面上产生期望的表面外形。固有地，该操作产生废料、使原材料成本增加、并且使人工成本增加。传统的可膨胀泡沫材料的另一个缺点在于膨胀过程典型地产生贯穿耐磨材料的大体恒定的密度，这对于用于涡扇发动机的风扇部段中的耐磨板而言可能是不期望的。

鉴于上述，应当领会，不断寻求用于风扇叶片护罩的耐磨板的改进性能，以改进涡扇发动机的SFC、以及降低材料和人工成本。然而，持续存在的挑战是实现这种改进的能力，其中耐磨板的几何形状必须一致地产生，从而具有相对复杂的轴向轮廓（profile）。

发明内容