[发明专利]具有一体式翼型件的复合转子和导叶组件

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机转子和导叶组件，并且更具体地涉及用于飞行器燃气涡轮发动机的具有一体式翼型件的复合转子和定子。

背景技术

通常称为(BLISKS)的一体式带叶片转子(IBR)或带叶片盘在本领域中已知用于燃气涡轮发动机中。涡扇燃气涡轮发动机大体上包括前风扇和增压压缩机、中间核心发动机和后低压动力涡轮。BLISKS由金属材料通常制造为由实心金属坯料加工的单个物件，或制造为焊接在一起的若干元件。金属BLISKS为相对重的。相比于复合材料，金属具有较低的比强度，并且具有非常小的固有阻尼。

用于在燃气涡轮发动机中使用的复合一体式带叶片转子已经在若干篇专利中公开，诸如，美国专利第4,747,900号、第4,786,347号和第7,491,032号。复合一体式带叶片转子经受转子构造的设计中必须考虑以保存其完整性的较大力。在转子盘中，主要的力沿周向方向施加，所以吸收环向应力的能力为重要的，而在翼型叶片中，沿径向施加的力占主导。在此类转子中使用的复合材料典型地包括树脂(诸如，环氧树脂)，其具有较低的固有强度。由于包括嵌入在复合材料基质中的一般相同的材料的纤维，故复合材料具有高于金属的比强度。纤维已知的是在拉伸中最强，所以成品构件中的力的方向将至少部分地确定其强度。在一些情况中，构件的结构设计已经被纤维定向的需要影响。

复合基质的一体式带叶片的转子、盘、导叶，以及制造它们的方法是劳动密集型、耗时且非常昂贵的。非常合乎需要的是具有远非劳动密集型、不耗时且廉价的用于制造复合基质的一体式带叶片的转子、盘和导叶的设计及方法。非常合乎需要的是具有用于制造复合基质的一体式带叶片的转子、盘和导叶的设计和方法，它们较强，允许中心孔口，但制造相对快速且容易。

发明内容

一种复合燃气涡轮发动机结构包括绕着中心线轴线外接的环形复合固持环，以及安装在固持环上并且与固持环集成并且远离固持环沿径向延伸的复合翼型件。固持环包括环形复合板层和沿周向分段的翼型件环，其包括围绕固持环的外圆周和内圆周中的一个设置的翼型件环节段。翼型件环节段中的各个包括环形底座，以及环形底座的顺时针端部和逆时针端部处的沿径向延伸的顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段。复合翼型件中的各个包括顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段中的沿周向相邻的节段。流动通路外壳围绕分段的翼型件环沿周向设置，并且将环形底座捕获在流动通路外壳与固持环之间。复合翼型件延伸穿过流动通路外壳中的内翼型件槽口。槽口可沿顺时针方向或逆时针方向沿周向成角或倾斜。

环形复合板层可以以由连续复合带制成的单个螺旋件包裹。固持环、复合翼型件以及内流动通路外壳或外流动通路外壳可至少部分地由碳纤维织造材料制成。

顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段中的沿周向相邻的节段可缝合在一起。

复合燃气涡轮发动机结构的另一个实施例包括沿径向间隔开并且在绕着中心线轴线外接的环形复合护罩内侧的环形固持环，以及与固持环和护罩集成并且在固持环与护罩之间沿径向延伸的复合翼型件。固持环和护罩包括环形复合板层，以及沿周向分段的复合翼型件环，该复合翼型件环包括围绕固持环的外圆周设置的翼型件环节段。翼型件环节段中的各个包括环形底座，以及环形底座的顺时针端部和逆时针端部处的沿径向延伸的顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段。复合翼型件中的各个包括顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段中的沿周向相邻的节段。内流动通路外壳围绕分段的翼型件环沿周向设置，将环形底座捕获在内流动通路外壳与固持环之间。复合翼型件以及顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段延伸穿过内流动通路外壳中的内槽口。

环形复合护罩的示例性实施例包括围绕外流动通路外壳沿周向设置并且与外流动通路外壳沿径向向外间隔开的外流动通路外壳。顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段沿径向向外延伸穿过外流动通路外壳中的沿轴向延伸的外翼型件槽口，并且顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段分别沿外流动通路外壳和围绕外流动通路外壳从顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段沿周向逆时针和顺时针延伸。

环形复合板层可在固持环和环形复合护罩中的各个中以单个螺旋件包裹，并且环形复合板层和单个螺旋件可由连续复合带制成。固持环、环形复合护罩和复合翼型件可至少部分地由碳纤维织造材料制成。顺时针翼型件节段和逆时针翼型件节段中的沿周向相邻的节段可缝合在一起。