用于cmc涡轮叶片中的集成式平台和阻尼器固持结构的层片架构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实施方式总地涉及用于燃气涡轮发动机的转子叶片。更具体地说，但不作为限制，本实施方式涉及陶瓷基质复合层片(ply)架构，其用于与转子叶片整体成形的平台和阻尼器(damper)固持结构。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中进行压缩，并在燃烧器中与燃料进行混合，以用于产生热的燃烧气体，热的燃烧气体向下游流过涡轮级。这些涡轮级从燃烧气体中提取能量。高压涡轮包括第一级喷嘴和转子组件，转子组件具有圆盘和多个涡轮叶片。高压涡轮首先从燃烧器中接收热的燃烧气体，并包括第一级定子喷嘴，其引导燃烧气体向下游穿过一排高压涡轮转子叶片，高压涡轮转子叶片从第一转子盘沿径向向外延伸。在多级涡轮中，第二级定子喷嘴定位在第一级叶片的下游，之后为一排第二级转子叶片，其从第二转子盘沿径向向外延伸。定子喷嘴以某种方式引导热的燃烧气体，从而在附近的下游涡轮叶片处最大限度地增加提取作用。
[0003]高压转子盘通过相对应的高压轴连接到压缩机转子上，用于在操作期间为压缩机提供功率。在典型的涡轮风扇航空发动机配置中，多级低压涡轮跟随在多级高压涡轮之后，并且通常通过低压轴连接到低压压缩机和风扇上，风扇设置在低压压缩机的上游。
[0004]当燃烧气体向下游流过涡轮级时，从中提取能量，并且减少了燃烧气体的压力。燃烧气体用于为压缩机以及涡轮输出轴提供功率。通过这种方式，燃料能量被转换成旋转轴的机械能量，以便为压缩机提供功率，并供给该过程所需要的压缩空气。
[0005]涡轮转子组件通常包括至少一排沿周向间隔开的转子叶片。各个转子叶片包括翼型件，其具有在前缘和后缘连接在一起的压力侧和吸力侧。各个翼型件从转子叶片平台沿径向向外延伸。各个转子叶片还可包括鸠尾榫，其从柄部沿径向向内延伸，柄部在平台和鸠尾榫之间延伸。鸠尾榫用于将转子组件中的转子叶片安装到转子盘或卷轴上。已知的叶片是空心的，使得内部冷却空腔至少部分地被翼型件、平台、柄部和鸠尾榫所限定。
[0006]这些现有技术的转子叶片是由金属材料形成的。然而日益增加的性能目标导致了利用替代材料以容许更高的涡轮入口温度的目的。改善的温度能力通过在燃气涡轮发动机构件中使用陶瓷基质复合材料来实现。然而，金属或其它材料构件与陶瓷基质复合构件的集成是有问题的。例如，相对于转子叶片而言，在所有操作状态期间需要以决定性的耐用方式固持金属片阻尼器，以及制成与CMC转子叶片集成的任何阻尼器固持结构。
[0007]从前面可以看出，需要克服这些以及其它缺陷，从而容许CMC叶片组件具有集成式平台和阻尼器固持结构。
【发明内容】
[0008]根据示例性的实施方式，提供了各种层叠式层片架构用于形成涡轮叶片，涡轮叶片具有集成式平台和阻尼器固持结构。需要利用连续的纤维最大限度地增加陶瓷基质复合的(CMC)构件的结构能力。考虑到这一点，提供了实施方式，使得预浸渍的层片是长的，连续的，且生根于支撑结构(如鸠尾榫)中，从而提供优化结构。这些实施方式可利用连续纤维层叠式层片，其从根部和/或柄部延伸，并可在径向方向分裂开，从而形成阻尼器固持腔。某些实施方式可包括在向前和向后的方向上连续延伸的层片，以便密封表面，从而限定可形成阻尼器固持结构(例如凹腔)的区域。这些层片可集成到天使翅或密封重叠部分中。根据某些其它实施方式，附加的结构支撑可包括在天使翅的内部平面中层叠起来的层片，其进一步延伸到柄部中，用于改善结构支撑。根据某些实施方式，叶片可包括连续纤维CMC层片，其在阻尼器凹腔的上面和下面延伸，并具有在叶片的压力侧和吸力侧的前缘和后缘处成形的阻尼器固持头(tab)。
[0009]根据某些示例性的实施方式，用于燃气涡轮发动机的转子叶片组件包括:由层叠式陶瓷基质复合(CMC)材料形成的叶片部分，其具有前缘和后缘、在前缘和后缘之间延伸的压力侧、与压力侧相反的吸力侧，吸力侧在前缘和后缘之间延伸；由层叠式CMC材料形成的根部，其在径向内端处具有鸠尾榫；由所述层叠式CMC材料形成并与根部整体成形的柄部，柄部从根部延伸；以及从柄部沿周向延伸的平台。CMC材料形成的多个连续纤维阻尼器固持层片从根部延伸至平台。多个连续纤维阻尼器固持层片分裂开，从而在前缘和后缘附近限定上边至少一个层片和下边至少一个层片。上边至少一个层片从前缘延伸至后缘。下边至少一个层片设置在前缘和后缘上，与上边至少一个层片相反，下边至少一个层片形成从柄部延伸的阻尼器固持头，并在前缘和后缘附近限定阻尼器凹腔。金属片阻尼器设置在阻尼器凹腔中。
[0010]可选地，下边至少一个层片从前缘连续地延伸至后缘。下边至少一个层片可能在前缘和后缘之间是不连续的。阻尼器凹腔可接收机械加工原料。转子叶片组件，其中机械加工原料由树脂、基质、切碎的纤维、复合堆叠的增强的纤维层片和层压增强的纤维或纤维堆叠中的至少其中一种形成。
[0011]根据其它实施方式，用于燃气涡轮发动机的转子叶片组件包括由层叠式陶瓷基质复合(CMC)材料形成的叶片部分，其具有前缘和后缘、在前缘和后缘之间延伸的压力侧、与压力侧相反的吸力侧、以及由层叠式CMC材料形成的根部，吸力侧在前缘和后缘之间延伸，并且根部在径向内端处具有鸠尾榫。柄部由层叠式CMC材料形成，并与根部构成整体，柄部从根部延伸，并且平台从柄部沿周向延伸。平台由多个连续纤维CMC流道层片来限定，平台从前缘的前面延伸至后缘的后部。天使翅由连续纤维CMC天使翅层片形成。天使翅层片在前缘和后缘处设置在多个阻尼器固持层片的下面，天使翅在周向方向和轴向方向上延伸。至少一个支撑层片在前缘和后缘处设置在流道层片和天使翅层片之间，并在其之间沿轴向延伸，从而在流道层片和至少一个支撑层片之间限定阻尼器凹腔。金属片阻尼器设置在所述阻尼器凹腔中。
[0012]可选地，至少一个支撑层片的转子叶片组件相对发动机轴线以某一角度延伸。至少一个支撑层片的转子叶片组件具有末端，其是曲线型的，从而容许定位在流道层片和所述天使翅层片之间。
[0013]根据又一实施方式，用于燃气涡轮发动机的转子叶片组件包括由层叠式陶瓷基质复合(CMC)材料形成的叶片部分，其具有前缘和后缘、在前缘和后缘之间延伸的压力侧、与压力侧相反的吸力侧、以及由层叠式陶瓷基质复合(CMC)材料形成的根部，吸力侧在前缘和后缘之间延伸，并且根部在径向内端处具有鸠尾榫。柄部由层叠式CMC材料形成，并与根部构成整体，柄部从根部延伸，并且平台从柄部沿周向延伸。CMC材料形成的多个连续纤维阻尼器固持层片从根部延伸至平台，多个连续纤维阻尼器固持层片向上延伸并在周向方向上向外翻转。天使翅由层叠式连续纤维CMC天使翅层片形成，所述天使翅层片在前缘和后缘处设置在多个阻尼器固持层片的下面并进入到阻尼器固持层片中，天使翅在周向方向和轴向方向上延伸。固持头由成形于压力侧和吸力侧的前缘和后缘附近的多个层叠式CMC固持头层片形成，固持头沿轴向定位在天使翅的内部。固持头还包括多个层叠式CMC固持头层片，其在朝前缘的方向和朝后缘的方向上延伸。阻尼器固持层片的上端和固持头在前缘和后缘附近形成阻尼器凹腔。金属片阻尼器设置在阻尼器凹腔中。
[0014]根据又一实施方式，转子叶片组件包括由层叠式陶瓷基质复合(CMC)材料形成的叶片部分，其具有前缘和后缘、在前缘和后缘之间延伸的压力侧、与压力侧相反的吸力侧，吸力侧在前缘和后缘之间延伸。根部由层叠式CMC材料形成，其在径向内端处具有鸠尾榫。柄部由层叠式CMC材料形成，并与根部构成整体，柄部从根部延伸，并且平台从柄部沿周向延伸。CMC材料形成的多个连续纤维阻尼器固持层片，多个阻尼器固持层片从根部延伸至平台，多个连续纤维阻尼器固持层片分裂开，从而在前缘和后缘附近限定上边至少一个层片和下边至少一个层片。上边至少一个层片从前缘延伸至后缘。下边至少一个层片在前缘和后缘之间延伸，与上边至少一个层片相反，并在前缘和后缘附近限定阻尼器凹腔。至少一个C形层片定位在阻尼器凹腔中，位于上边至少一个层片和下边至少一个层之间。金属片阻尼器设置在阻尼器凹腔中，并位于至少一个C形层片的末端之间。
[0015]所有上述特征应被理解为仅仅是示例，并且从这里的公开中可明晰层片架构的许多更多的特征和宗旨。因此，在没有进一步阅读整个说明书、权利要求和所包含的附图的条件下，这个综述应无限制地进行理解。
【附图说明】
[0016]通过参考结合附图所做的以下实施方式的描述，这些实施方式的上述特征和优势以及其它特征和优势，以及实现它们的方式将变得更为清晰，并且用于集成的平台和阻尼器固持结构的CMC层片架构将获得更好的理解，其中:
图1是一种示例性的燃气涡轮发动机的示意性的侧视截面图；
图2是可供图1中所示的燃气涡轮使用的示例性陶瓷基质复合(CMC)转子叶片组件的透视图；
图3是具有第一示例性CMC层片架构的叶片侧面的等距视图；
图4是图3实施方式的相反的侧面的