用于cmc涡轮叶片的自夹紧紧固件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮发动机领域，并且更具体地涉及这些涡轮发动机的涡轮叶片的领域。
【背景技术】
[0002]用于飞行器的涡轮发动机通常沿气体的流动方向从上游到下游包括风扇、一个或多个压缩机级(例如低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一个或多个涡轮级(例如高压涡轮和低压涡轮)以及气体排放管。涡轮可以与每个压缩机相对应，涡轮和压缩机通过轴连接，由此形成例如高压(HP)体和低压(LP)体。
[0003]涡轮叶片为受到非常高的温度以及高等级机械应力(由于施加到涡轮叶片上的离心力)的部件。具体地，现代发动机的性能要求高压涡轮叶片所受到的温度要尽可能高。为此，这些叶片通常由金属材料制成，但由复合材料并且具体地由陶瓷基质复合(CMC)材料制成这些叶片是有吸引力的。由CMC制成的部件的优点是其低的密度和其优良的耐热性。另一方面，这些部件的主要缺点在于对应力的低耐受性以及易于塑性变形，这使得难以将这些部件用于涡轮叶片。
[0004]初步地展开了工作以便将这种材料用于设计LP涡轮叶片，如例如在申请人的专利申请FR 2943942中，因为LP涡轮叶片所受到的温度相对较低，但同样将这种技术用于HP涡轮叶片会是有吸引力的。
[0005]然而，在将CMC技术应用于制造涡轮叶片时所遇到的一个问题在于难以设计将这些叶片紧固到相应的涡轮盘体上的装置，因为这些紧固件中的应力等级是非常高的，特别是从CMC材料的特性的观点考虑。
[0006]对CMC制成的紧固件(具有设置到盘体的齿中的楔形或球形的常规形状)的研宄突出了与该构型相关联的许多难度。首先，因为在这种楔形的情况下尺寸极大地受到在叶片之间可获得的空间的限制，所述叶片受到高等级的变形应力(对于CMC而言是太高的)。此外，这样的装置呈现为难以通过CMC制造的形状(因为形状很复杂)。需要通常通过将这些纤维分开以便在纤维之间插入增强物来生产球体。并且弯曲应力由于应力集中因素(因这些形状的复杂性导致)更为恶化。最后，为了使这样的楔形装置工作，这此部件的制造公差必须受到限制，目前，这对于由CMC制成的部件而言也是难以实现的。
[0007]然而，对于由复合材料制成的高压叶片而言已知各种构型，例如在申请人的专利申请FR 2608674中描述的那些，或还在专利US 2727716、JP H07 332006或GB 914548中描述的那些。
[0008]然而，这些构型具有的缺点是它们难以装配到盘体中，因为这些构型需要多个操作，需要安装辅助部件。具体地，无法从盘体的外表面对它们进行装配，从外表面进行装配针对用于为HP涡轮机叶轮装配叶片所用的时间体现出了重要的优点。本发明的目的是通过提出一种用于紧固涡轮叶片的装置来弥补这些缺点，该涡轮叶片适用于通过CMC生产叶片并且相对较容易和快速地安装到盘体上。
【发明内容】
[0009]为此，本发明的主题为一种涡轮叶片，所述涡轮叶片包括在平台上方延伸的轮叶和在所述平台下方延伸的根部，所述叶片的根部呈径向延伸的臂的形式、由复合材料制成并且具有轴向定向的至少第一平面或第一柱面，其母线的方向被定向成朝向所述平台，以便允许夹紧件在离心力的作用下在所述平面或所述柱面上滑动，在涡轮发动机运行期间离心力施加到所述叶片上，其特征在于，所述臂在其下端部处具有形成径向支承点的突出部，以便与用于将所述叶片保持在涡轮盘体上的元件配合，并且所述根部相对于所述第一面完全位于所述突出部一侧。
[0010]为叶片根部提供的形状允许叶片通过夹紧件被固定到盘体，该夹紧件抵靠定位在盘体上的相配合的壁将叶片楔紧。由此，可以为叶片提供简单的形状同时确保叶片被保持在盘体上。所获得的形状的简单性提供了通过陶瓷基质复合材料制造叶片的可能性。此外，在叶片的下部出现的突出部允许提供径向支撑，径向支撑确保了叶片被保持。最后，叶片相对于夹紧件滑动的面完全位于与该突出部相同的一侧允许叶片从盘体的外表面被装配并且由此极大地有利于叶片的装配。
[0011]有利地，所述第一面被定向成与所述径向方向成小于或等于30°的角度。该角度提供了叶片的根部上的高度夹紧压力与夹紧件的低等级的径向移位相结合的良好的折中。
[0012]优选地，所述臂包括第二平面或第二柱面，其母线的方向被定向成朝向径向定向的所述平台，所述突出部沿与所述第一面相反的方向从所述第二平面或所述第二柱面延伸。由此，叶片的根部在其形状的简单性方面呈最佳的形状，并且有利于通过复合材料制造该部件。
[0013]本发明还涉及一种用于涡轮发动机的涡轮盘体，所述涡轮盘体在其外周处具有用于夹持涡轮叶片的装置，所述夹持装置具有轴向定向的第一平面或第一柱面，其母线的方向被定向在径向平面中并且相对于径向方向形成小于45°的角度，以便允许夹紧件在离心力的作用下在所述第一面上滑动，在涡轮发动机运行期间离心力施加到所述叶片上，其特征在于，所述夹持装置呈翼梁的形式，所述翼梁在两个径向盘体半部之间轴向延伸，所述翼梁径向向内延伸以便形成用于径向保持涡轮叶片的元件。
[0014]这样的角度被认为是充分小的而足以允许夹紧件具有适合的形状，以便在离心力的作用下在夹持装置的倾斜柱面上滑动，在涡轮发动机运行期间离心力施加到所述叶片上。需要指出的是，为了有利于所述夹紧运动，可以在这些部件之间的界面处引入滚动元件或可变形条带，以便消除任何摩擦作用。
[0015]有利地，所述夹持装置具有两个轴向定向的平面或柱面，其母线的方向以小于或等于45°的角度朝向所述盘体的内部彼此会聚，一个平面或柱面形成用于所述夹紧件进行滑动的支撑面，并且另一平面或柱面在其下部处被定形成形成用于径向保持叶片的元件。
[0016]在优选实施例中，两个面都是平面，第一面径向定向并且第二面与径向方向形成小于或等于30°的角度。优选地，涡轮盘体还具有夹紧件，所述夹紧件具有两个平面或两个柱面，其母线的方向被定向成分别平行于所述夹持装置的所述两个柱面中的每一个，所述夹紧件被定位成使得所述夹紧件抵靠所述夹持装置的平面或柱面中的一个面。
[0017]优选地，所述夹紧件为具有两个平面的楔块，一个平面与另一平面形成小于或等于30°的角度。
[0018]最后，本发明涉及一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括至少一个这样的涡轮盘体，并且所述涡轮发动机装配有如上所述的叶片。
【附图说明】
[0019]在伴随着本发明的单纯示例性以及非限制性的示例的实施例的详细的说明性描述的过程中并且参照示意性附图，本发明将得到更好地理解，并且本发明的其它目的、细节、特征和优点将变得更加明显。
[0020]在这些附图中:
[0021]-图1为配备有由CMC制成并且通过根据本发明的实施例的紧固件保持的叶片的涡轮盘体的立体图；以及
[0022]-图2为图1的细节的视图。
【具体实施方式】
[0023]参照图1，能够看到涡轮盘体I的上部部分，该涡轮盘体I分为两个盘体半部，按照气体在涡轮发动机的流动路径中的流通方向，上游处的盘体半部的附图标记为la，下游处的盘体半部的附图标记为lb。为了使图清楚明了，仅示出了下游处的盘体半部Ib的上部轮廓。在这两个盘体半部的上部部分之间轴向地延伸有一些连接件形式的翼梁2，翼梁2将两个盘体半部的径向面彼此连接并且翼梁2将装配至涡轮盘体I的涡轮叶片的保持力传递至这两个盘体半部。翼梁2的个数与装配至涡轮盘体的叶片3的个数相等，每个叶片占据两个连续的翼梁2之间的位置。这些翼梁的径向横截面呈H形，不过其形状不是最重要的；而最重要的特征在于其形状具有两个侧向面，下面将参照图2更详细地描述所述两个侧向面的具体定向。
[0024]涡轮叶片具有轮叶31，轮叶31在靠置在所述盘体半部Ia和Ib的外缘上的平台32上方径向延伸。此外，轮叶通过根部33在该平台下方延伸，其中根部33由CMC类型的复合材料制成，根部33的形式为径向延伸(换言之，垂直于平台32)的壁部，并且根部33定向在轴向平面中(换言之，沿着所述平台的侧面中的一个定向)。该壁部的径向横截面呈大写字母J形，其主臂径向延伸直到该主臂延伸超过翼梁2的径向跨度范围；该壁部以突出部的形式结束，从而形成钩状部，钩状部用于在该翼梁下方穿过以便抵靠在翼梁上并且使叶片相对于盘体准确定位。
[0025]图2在径向横截面中示出了帮助将叶片3保持在涡轮盘体I上的不同元件的设置。翼梁2沿周向方向在第一侧上包括大致径向面24，根部33的径向壁34抵靠着径向面24，并且形成根部33的端部的钩状部35在径向面24下方就位。在相反侧上，翼梁包括面25，面25沿轴向平面对准但是面25相对于径向平面倾斜大约30°的角度，以便形成用于夹紧件5的斜坡。夹紧件的形状设定成楔块，该楔块插入在叶片根部的径向壁34与翼梁2的倾斜面25之间，并且该楔块的顶点定向成朝向平台32。因此，楔块在一侧上具有径向定向的平面，该