專利名稱：用于沖擊區(qū)域增強(qiáng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和易受沖擊影響的構(gòu)件。更特別地，本文公開的 主題涉及沖擊區(qū)域增強(qiáng)。
背景技術(shù)：
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、飛機(jī)以及其它系統(tǒng)易受由外物造成的可能沖擊的影響。例 如，飛機(jī)上的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行或在跑道上期間可能易受由雨水、冰雹、鳥類、昆蟲以 及其它碎片造成的沖擊的影響。不幸的是，沖擊會(huì)對(duì)靜止或移動(dòng)部件的前緣造成明顯的損 傷。例如，碎片會(huì)損傷燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中壓縮機(jī)級(jí)或渦輪級(jí)的旋轉(zhuǎn)葉片的前緣。所導(dǎo)致的 損傷會(huì)造成燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能下降、壽命減短以及停機(jī)時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
以下概述了在范圍上與最初要求保護(hù)的發(fā)明相稱的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例不意 圖限制所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，相反這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概 述。事實(shí)上，本發(fā)明可包括可與以下詳述的實(shí)施例相似或相異的多種形式。在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括具有前緣和纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的結(jié)構(gòu)，該纖維 增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋具有保護(hù)部分和保持部分。保持部分圍繞該結(jié)構(gòu)延伸以沿前緣自我保持該 保護(hù)部分。該保護(hù)部分不同于該保持部分。在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括具有保護(hù)部分和保持部分的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩 蓋。該保持部分具有構(gòu)造成圍繞一結(jié)構(gòu)自我保持該纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的至少一個(gè)環(huán)狀 件。該保護(hù)部分不同于該保持部分，且該保護(hù)部分具有第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物。在第三實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括具有旋轉(zhuǎn)葉片的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該旋轉(zhuǎn)葉片具有邊 緣和纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋，該纖維復(fù)合物罩蓋具有保護(hù)部分和限定至少一個(gè)環(huán)狀物的保持 部分。該至少一個(gè)環(huán)狀物圍繞該旋轉(zhuǎn)葉片延伸，以沿著該邊緣自我保持并自我順應(yīng)該保護(hù) 部分。該保護(hù)部分具有第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物。該保護(hù)部分和保持部分相對(duì)于彼此具有不同 的材料、不同的厚度、不同的硬度或不同的密度。


當(dāng)參考附圖閱讀以下具體實(shí)施方式
時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點(diǎn) 將變得更好理解，其中貫穿附圖，相似的標(biāo)號(hào)代表相似的部件，其中圖1是渦輪機(jī)系統(tǒng)的方塊圖，該渦輪機(jī)系統(tǒng)具有制造成帶有根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí) 施例的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的各種構(gòu)件；圖2是如圖1中所示的渦輪機(jī)的前視圖，具有制造成帶有根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施 例的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的各種構(gòu)件；圖3是如圖2中所示的渦輪葉片的橫截面視圖，圖示了帶有保護(hù)和增強(qiáng)部分的纖 維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的一個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)和增強(qiáng)部分具有不同的厚度；
3
圖4是如圖2中所示的渦輪葉片的橫截面視圖，圖示了帶有保護(hù)和增強(qiáng)部分的纖 維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的一個(gè)實(shí)施例，該保護(hù)和增強(qiáng)部分具有相同的厚度；圖5是如圖2中所示的渦輪葉片的橫截面視圖，圖示了具有三層纖維增強(qiáng)復(fù)合物 罩蓋的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的一個(gè)實(shí)施例；圖6是如圖2中所示的渦輪葉片的部分透視圖，圖示了在安裝在渦輪葉片上之前 的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋套筒的一個(gè)實(shí)施例；圖7是如圖2中所示的渦輪葉片的部分透視圖，圖示了在安裝在渦輪葉片上之前 的帶有環(huán)狀物的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的一個(gè)實(shí)施例；圖8是如圖2中所示的渦輪葉片的側(cè)視圖，圖示了在安裝在渦輪葉片上之后的帶 有環(huán)狀物的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的一個(gè)實(shí)施例；以及圖9是如圖2中所示的渦輪葉片的側(cè)視圖，圖示了在安裝在渦輪葉片上之后的帶 有重疊環(huán)狀物的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的一個(gè)實(shí)施例。部件列表
10渦輪機(jī)系統(tǒng)
12渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)
14負(fù)載
16空氣入口
18壓縮機(jī)
20燃料噴嘴
22燃燒器
24渦輪
26排氣
28空氣
30壓縮空氣
32燃料
34燃燒區(qū)
36軸
40轉(zhuǎn)子組件
42渦輪葉片
46燃燒氣體的下游方向
48前緣
60復(fù)合物增強(qiáng)的渦輪葉片
62渦輪葉片
64纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋
66保護(hù)部分
68保持部分
70保護(hù)部分的厚度
72保持部分的厚度
74界面
76 上表面
78 下表面
80 前緣
82 后緣
84 氣體
100 復(fù)合物增強(qiáng)的渦輪葉片
102 渦輪葉片
104 纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋
106保護(hù)部分
108保持部分
110 保護(hù)部分和保持部分的厚度
112 界面
114 上表面
116 下表面
118 前緣
120 后緣
122 氣體
140 復(fù)合物增強(qiáng)的渦輪葉片
142 渦輪葉片
144 內(nèi)罩蓋
146 中間罩蓋
148外罩蓋
150保護(hù)部分
152保持部分
154 保護(hù)部分的厚度
155 中間層的厚度
156 保持部分的厚度
157 內(nèi)層的厚度
158 界面
160 上表面
162 下表面
164 前緣
166 后緣
168 氣體
180 復(fù)合物增強(qiáng)的渦輪葉片
182 渦輪葉片
184 纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋
186 保護(hù)部分
188 保持部分
190保護(hù)部分的厚度
192保持部分的厚度
194界面
196上表面
198下表面
200前緣
202后緣
204運(yùn)動(dòng)方向
206輪轂連接部
208葉片末梢
210內(nèi)表面
212外表面
214輪轂側(cè)開口
216末梢側(cè)開口
230復(fù)合物增強(qiáng)的渦輪葉片
232渦輪葉片
234纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋
236保護(hù)部分
238保持部分
240保護(hù)部分的厚度
242保持部分的厚度
244界面
246上表面
248下表面
250前緣
252后緣
254運(yùn)動(dòng)方向
256輪轂連接部
258葉片末梢
260開口
262多個(gè)環(huán)狀物
264輪轂側(cè)環(huán)狀物
266末梢側(cè)環(huán)狀物
280復(fù)合物增強(qiáng)的渦輪葉片
282渦輪葉片
284纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋
286保護(hù)部分
288保持部分
290界面
292上表面
294下表面
296前緣
298后緣
300運(yùn)動(dòng)方向
302輪轂連接部
304葉片末梢
320復(fù)合物增強(qiáng)的渦輪葉片
322渦輪葉片
324纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋
326保護(hù)部分
328保持部分
330界面
332上表面
334下表面
336前緣
338后緣
340運(yùn)動(dòng)方向
342輪轂連接部
344葉片末梢
具體實(shí)施例方式以下將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例。為了提供對(duì)這些實(shí)施例的簡要描 述，在本說明書中可能不描述實(shí)際實(shí)施方式的全部特征。應(yīng)該理解的是，在任何此類實(shí)際實(shí) 施方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中一樣，必須做出許多實(shí)施方式特定的決定來 達(dá)成開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如遵循系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這可能從一個(gè)實(shí)施方式到 另一個(gè)實(shí)施方式而不同。而且，應(yīng)該理解的是，此類開發(fā)努力可能是復(fù)雜而耗時(shí)的，但對(duì)于 那些受惠于本發(fā)明公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員仍將成為設(shè)計(jì)、制造以及生產(chǎn)中的日常工作。當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的要件時(shí)，用詞“一”、“一個(gè)”、“該”以及“所述”意在 指存在一個(gè)或多個(gè)要件。用詞“包括”、“包含”以及“具有”意在為包括性的，并且表示除了 所列舉的要件之外可能還有另外的要件。如以下詳細(xì)討論的，所公開的實(shí)施例包括沿易受由流體流(例如液體或氣體)中 的外物的潛在沖擊影響的結(jié)構(gòu)的前緣設(shè)置的自我保持、自我順應(yīng)的復(fù)合物罩蓋。該結(jié)構(gòu)可 包括機(jī)器、交通工具或移動(dòng)部件。例如，該結(jié)構(gòu)可包括渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)葉片或推進(jìn)器(例 如壓縮機(jī)、渦輪或泵)、靜止導(dǎo)葉(例如壓縮機(jī)、渦輪或泵)、翼型件或空氣動(dòng)力學(xué)表面、飛 機(jī)、船舶、自動(dòng)車等等。復(fù)合材料是由具有不同特性的兩種或更多組成材料制成的工程材 料。例如，復(fù)合材料可包括支承并環(huán)繞增強(qiáng)材料的基質(zhì)材料。復(fù)合材料可具有在組成材料 中不存在的特性，例如增加的強(qiáng)度，耐沖擊性，或耐熱性。在某些實(shí)施例中，纖維增強(qiáng)復(fù)合物 罩蓋可設(shè)置在結(jié)構(gòu)的周圍，其中該復(fù)合材料包括分布在基質(zhì)材料中的纖維。例如，纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋可包括聯(lián)接到保持部分上的保護(hù)部分，以圍繞該結(jié)構(gòu)限定整體環(huán)狀物。保護(hù)部分和保持部分可具有相似或不同的材料成分、厚度、硬度、纖維體積(fiber volume)以及其它特性。例如，保護(hù)部分可由第一材料制成而保持部分可由第二材料制成。 在一些實(shí)施例中，第一和第二材料可由相似或不同的復(fù)合材料制成，例如纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料。在其它實(shí)施例中，第一材料可由復(fù)合材料制成(例如，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)，而第二材料 不是復(fù)合材料。作為進(jìn)一步示例，第一材料科具有第二材料數(shù)倍(或比其大一個(gè)百分?jǐn)?shù)) 的硬度、耐沖擊性、纖維體積、厚度、耐化學(xué)性、耐磨性或總體的保護(hù)性特性。該倍數(shù)可在大 約1. 1到50，1. 1到25，1. 1到10或1. 1到5之間變化，或任何其它合適的倍數(shù)。第二材料 也可具有第一材料數(shù)倍(或比其大一個(gè)百分?jǐn)?shù))的密度、彈力、彈性或撓性。該倍數(shù)可在大 約1. 1到4，1. 1到3或1. 1到2之間變化，或任何其它合適的倍數(shù)。纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的保護(hù)部分可包括具有高強(qiáng)度和/或高耐沖擊性的材料， 以減少由外物撞擊導(dǎo)致的損傷的可能性?？捎迷谠摫Ｗo(hù)部分中的纖維的示例包括但不限 于對(duì)位芳綸纖維(例如，聚對(duì)苯二甲酰)，其它聚合物纖維，金屬纖維，陶瓷纖維，碳纖維， 玻璃纖維或它們的組合。更通常地，保護(hù)部分可包括具有設(shè)置在基質(zhì)材料中的多條纖維 的任何纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，基質(zhì)材料例如環(huán)氧樹脂、金屬粉末或陶瓷粉末?？墒褂妙A(yù)浸漬 ("pre-preg")的纖維來安裝纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，或者在應(yīng)用纖維后單獨(dú)施加基質(zhì)材料，或 者任何其它合適的技術(shù)。保持部分可不同于保護(hù)部分，因?yàn)楸３植糠志哂性诨|(zhì)材料凝固時(shí)無需外部緊固 件或協(xié)助而將保護(hù)部分緊密地保持就位(即，其是自我保持的)的功能，而不是保護(hù)該結(jié)構(gòu) 的功能。換句話說，保持部分給纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋添加了自我保持特性，從而消除了在基 質(zhì)材料凝固時(shí)對(duì)于外部或單獨(dú)保持件、緊固件或由人手動(dòng)保持的需要?？捎迷诒３植糠种?的纖維的示例不同于用在保護(hù)部分中的那些纖維，包括但不限于，聚合物纖維、碳纖維、玻 璃纖維、天然橡膠、三元乙丙橡膠(EPDM)、聚亞安酯或它們的組合。保持部分在凝固過程期 間不可能損傷保護(hù)部分，因?yàn)橹虚g界面一體地將兩個(gè)部分結(jié)合在一起，而不需要在保護(hù)部 分上延伸。因此，保護(hù)部分通常不會(huì)遭受不均勻的外力。保持部分可比保護(hù)部分具有更大 的彈性，以幫助將保護(hù)部分更緊密地保持壓靠在結(jié)構(gòu)上，同時(shí)還減少當(dāng)基質(zhì)材料凝固時(shí)任 何不期望的移動(dòng)的可能性。彈性指的是材料在去除力之后恢復(fù)其原始尺寸和形狀的能力。 在某些實(shí)施例中，保護(hù)部分的楊氏模數(shù)(彈性材料的剛度的測量值)可在大約120到145 吉帕斯卡(GPa)之間，而保持部分的楊氏模數(shù)可在大約75到85GI^之間。例如，保護(hù)部分 的楊氏模量可為比保持部分的楊氏模量大大約25 %到150 %，25 %到100 %，25 %到75 %， 或25%到50%。此外，保持部分幫助保護(hù)部分緊密地順應(yīng)不規(guī)則成形或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輪廓， 例如渦輪葉片，而無需保護(hù)部分的任何折疊或扭結(jié)。在保護(hù)部分已經(jīng)安裝到結(jié)構(gòu)上之后，保 持部分的任何部件均可去除或修剪。如由保護(hù)部分和保持部分限定的整體環(huán)狀物在復(fù)合材料(例如，纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料)固化或變硬期間圍繞該結(jié)構(gòu)將纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋直接自我保持到該結(jié)構(gòu)上。因此， 整體環(huán)狀物的自我保持方面可消除在復(fù)合材料固化或變硬期間單獨(dú)的條帶、單獨(dú)的緊固 件、單獨(dú)的粘合劑的使用或由人進(jìn)行手動(dòng)保持。整體環(huán)狀物還使纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋對(duì)該 結(jié)構(gòu)的輪廓(例如，彎曲、傾斜、突出等)直接自我順應(yīng)，從而改善與該結(jié)構(gòu)的接觸并增加與 該結(jié)構(gòu)的粘合的連續(xù)性。換句話說，自我順應(yīng)方面可實(shí)質(zhì)性地減少或消除纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋和結(jié)構(gòu)之間的間隙，從而保持該結(jié)構(gòu)原始的輪廓，并改善總體連接。例如，整體環(huán)狀物 改善了到纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋上的力分布的均勻性，從而圍繞該結(jié)構(gòu)提供纖維增強(qiáng)復(fù)合物 罩蓋的更加均勻的按壓。圖1是渦輪機(jī)系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖，其可包括構(gòu)造成帶有如下所述的纖 維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的多種構(gòu)件(例如，旋轉(zhuǎn)葉片、靜止導(dǎo)葉等)。在圖示的實(shí)施例中，渦輪機(jī) 系統(tǒng)10包括聯(lián)接到負(fù)載14(例如發(fā)電機(jī))上的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)12。在一個(gè)實(shí)施例中，該渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)12可為由紐約州斯克內(nèi)克塔迪市通用電氣公司制造的7FA燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。該渦輪 發(fā)動(dòng)機(jī)12包括空氣進(jìn)口 16、壓縮機(jī)18、一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴20、燃燒器22、渦輪M以及排 氣口 26。如會(huì)意識(shí)到的，壓縮機(jī)18可包括可在護(hù)罩中旋轉(zhuǎn)的多個(gè)級(jí)(例如1到20個(gè)級(jí)) 的壓縮機(jī)葉片。同樣，渦輪M可包括可在護(hù)罩中旋轉(zhuǎn)的多個(gè)級(jí)(例如1到20個(gè)級(jí))的渦 輪葉片。燃燒器18還可包括單個(gè)燃燒器或多個(gè)燃燒器(例如2到10個(gè))。在運(yùn)行中，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)12導(dǎo)引空氣28通過空氣進(jìn)口 16和壓縮機(jī)18，其產(chǎn)生用于 燃燒以及冷卻流的壓縮空氣30。在圖示的實(shí)施例中，燃料噴嘴20接收壓縮空氣30和燃料 32的至少一部分，其然后如箭頭34所示被引入燃燒器22的燃燒區(qū)。壓縮空氣30的一部分 還可沿燃燒器22和/或渦輪M流動(dòng)用于冷卻目的。在燃燒器22內(nèi)，空氣30和燃料32混 合并燃燒以產(chǎn)生熱的燃燒產(chǎn)物，該熱的燃燒產(chǎn)物然后流入并通過渦輪M和排氣口 26。這些 燃燒氣體驅(qū)動(dòng)渦輪葉片在渦輪M內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)軸36來轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮機(jī)18以及負(fù)載14。圖2是圖1的渦輪M的轉(zhuǎn)子組件40的一個(gè)實(shí)施例的前視圖。在圖示的實(shí)施例中， 轉(zhuǎn)子組件40包括以周向布置圍繞軸36安裝的多個(gè)渦輪葉片42。方向箭頭46指示朝向渦 輪葉片42的燃燒氣體的下游方向。在運(yùn)行中，各渦輪葉片42的前緣48易于遭受潛在地帶 進(jìn)渦輪M的外物造成的損傷。在某些實(shí)施例中，復(fù)合材料可增強(qiáng)渦輪葉片42的前緣48以 及渦輪M和/或壓縮機(jī)18的各種其它移動(dòng)或靜止部件，或易受外物損傷的渦輪機(jī)系統(tǒng)10 的任何其它部件。圖3是具有圍繞渦輪葉片62的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋64的復(fù)合物增強(qiáng)渦輪葉片60 的一個(gè)實(shí)施例的橫截面視圖。在圖示的實(shí)施例中，罩蓋64包括保護(hù)部分66和保持部分68， 它們?cè)谀承┓矫娌煌?。例如，在某些?shí)施例中，兩個(gè)部分66和68的厚度可不同，如所圖示 的，保護(hù)部分66的厚度70比保持部分68的厚度72大。在某些實(shí)施例中，保護(hù)部分66的厚 度70可在大約3到9毫米(mm)每層之間，且總的組件厚度在20到90mm之間，而保持部分 68的厚度72可在大約3到7mm之間。例如，保護(hù)部分66的厚度70可比保持部分68的厚 度 72 大大約 100%至Ij 3000%, 100%IlJ 1500%，100%至Ij 1000%，或 100%至Ij 500%。保護(hù)部 分66的增加的厚度70可幫助使得其更能抵抗來自外物的潛在撞擊的影響。此外，保護(hù)部 分66可包括第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物，而保持部分68可包括或可不包括纖維增強(qiáng)復(fù)合物。例 如，保持部分68可包括不同的纖維增強(qiáng)復(fù)合物或僅用于保持的材料。界面74將兩部分66 和68連接在一起。渦輪葉片62包括上表面76和下表面78。纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋64圍繞上表面76 和下表面78兩者，使得罩蓋64完全圍繞渦輪葉片62延伸。換句話說，罩蓋64圍繞上表面 76和下表面78連續(xù)360度地包圍渦輪葉片62。例如，保護(hù)部分66和保持部分68在界面 74處聯(lián)接，以限定圍繞渦輪葉片62的周圍的完整環(huán)狀物或圈。如以下所討論的，由保護(hù)部 分66和保持部分68限定的環(huán)狀物構(gòu)造成在復(fù)合物固化期間將罩蓋64自我保持在渦輪葉片62上，而無需外部或單獨(dú)的緊固件或由人手動(dòng)保持。相對(duì)于向下游流到渦輪葉片62上 的氣體84，葉片62包括前緣80和后緣82。保護(hù)部分66覆蓋前緣80。保持部分68覆蓋渦 輪葉片62的其余部分，其包括后緣82，以便沿前緣80自我保持保護(hù)部分66。圖4是具有包圍渦輪葉片102的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋104的復(fù)合物增強(qiáng)渦輪葉片 100的另一個(gè)實(shí)施例的橫截面視圖。在圖示的實(shí)施例中，罩蓋104包括保護(hù)部分106和保持 部分108，它們?cè)谀承┓矫娌煌＠?，在某些?shí)施例中，保護(hù)部分106可包括第一纖維增 強(qiáng)復(fù)合物，其比用于保持部分108的第二纖維增強(qiáng)復(fù)合物更加能夠抵抗來自外物的潛在撞 擊的影響。為此，第一和第二纖維增強(qiáng)復(fù)合物可包括彼此不同的材料，第一復(fù)合物可具有比 第二復(fù)合物更大的纖維體積或硬度，或者第二復(fù)合物可具有比第一復(fù)合物更大的密度。纖 維體積指的是復(fù)合材料的每單位體積纖維的百分比，硬度指如由其硬度計(jì)測量的材料對(duì)于 永久性凹進(jìn)的抵抗性，而密度指的是每單位體積的質(zhì)量。在某些實(shí)施例中，保護(hù)部分106的 纖維體積可在大約40%到70%纖維體積之間，而保持部分108的纖維體積可在大約15% 到30%纖維體積之間。例如，保護(hù)部分106的纖維體積可比保持部分108的纖維體積大大 約25%到400%,25%到200%,25%到100%，或25%到50%。在某些實(shí)施例中，保護(hù)部分 106的硬度可在大約肖氏D 75到85之間，而保持部分108的硬度可在大約肖氏A 50到75 之間。如將會(huì)理會(huì)的，肖氏D用于比肖氏A更硬的材料。在某些實(shí)施例中，保護(hù)部分106的 密度可在大約1. 3到1. 5克每立方厘米(g/cm3)之間，而保持部分108的密度可在大約2 到3g/cm3之間。例如，保持部分108的密度可比保護(hù)部分106的密度大大約25%到150%， 25%到100%，或25%到50%。此外，保護(hù)部分106可包括第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物，而保持部 分108可包括或可不包括纖維增強(qiáng)復(fù)合物。例如，保持部分106可包括不同的纖維增強(qiáng)復(fù) 合物或僅用于保持的材料。在圖示的實(shí)施例中，兩部分106和108的厚度是相同的如圖示 的厚度110。界面112將兩部分106和108連接在一起。渦輪葉片102包括上表面114和下表面116。纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋104包圍上表 面114和下表面116兩者，使得罩蓋104完全圍繞渦輪葉片102延伸。換句話說，罩蓋104 圍繞上表面114和下表面116連續(xù)360度地包圍渦輪葉片102。例如，保護(hù)部分106和保 持部分108在界面112處聯(lián)接，以限定圍繞渦輪葉片102的周圍的完整環(huán)狀物或圈。如以 下所討論的，由保護(hù)部分106和保持部分108限定的環(huán)狀物構(gòu)造成在復(fù)合物固化期間將罩 蓋104自我保持在渦輪葉片102上，而無需外部或單獨(dú)的緊固件或由人手動(dòng)保持。相對(duì)于 向下游流到渦輪葉片102上的氣體122，葉片102包括前緣118和后緣120。保護(hù)部分106 覆蓋前緣118。保持部分108覆蓋渦輪葉片102的其余部分，其包括后緣120，以便沿前緣 118自我保持保護(hù)部分106。圖5是具有包圍渦輪葉片142的三個(gè)纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋的復(fù)合物增強(qiáng)渦輪葉片 140的另一個(gè)實(shí)施例的橫截面視圖內(nèi)罩蓋144，中間罩蓋146以及外罩蓋148。通過使用 多個(gè)罩蓋144，146和148 (其限定沿渦輪葉片142的前緣164的多個(gè)層)，制造商可定制保 護(hù)的數(shù)量。在圖示的實(shí)施例中，各罩蓋144、146和148包括保護(hù)部分150和保持部分152， 它們?cè)谀承┓矫娌煌Ｔ谀承?shí)施例中，兩個(gè)部分150和152的厚度可不同，如所圖示的， 外層148的保護(hù)部分150的厚度154比保持部分152的厚度156大。在某些實(shí)施例中，保 護(hù)部分150的厚度154可在大約3到9毫米(mm)每層之間，且總的組件厚度在20到90mm 之間，而保持部分152的厚度156可在大約3到7mm之間。例如，保護(hù)部分150的厚度IM可比保持部分152的厚度156大大約10%到2000%,10%到1000%,10%到250%，或10% 到100%。保護(hù)部分150的增加的厚度IM可幫助使得其更能抵抗來自外物的潛在撞擊的 影響。在其它實(shí)施例中，對(duì)于特定的層兩個(gè)部分150和152的厚度可以是相同的，如所圖示 的中間層146的厚度155以及內(nèi)層144的厚度157。在又其它的實(shí)施例中，保護(hù)部分150可包括第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物，其比用于保持 部分152的第二纖維增強(qiáng)復(fù)合物更加能夠抵抗來自外物的撞擊的影響。為此，第一和第二 纖維增強(qiáng)復(fù)合物可包括彼此不同的材料，第一復(fù)合物可具有比第二復(fù)合物更大的纖維體積 或硬度，或者第二復(fù)合物可具有比第一復(fù)合物更大的密度。以上關(guān)于圖4討論了第一和第 二纖維增強(qiáng)復(fù)合物的特性的具體示例。此外，保護(hù)部分150可包括第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物，而 保持部分152可包括或可不包括纖維增強(qiáng)復(fù)合物。例如，保持部分150可包括不同的纖維 增強(qiáng)復(fù)合物或僅用于保持的材料。界面158將兩部分150和152連接在一起。渦輪葉片142包括上表面160和下表面162。三層纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋144、146 和148包圍上表面160和下表面162兩者，使得罩蓋完全圍繞渦輪葉片142延伸。換句話 說，罩蓋144、146和148圍繞上表面160和下表面162連續(xù)360度地包圍渦輪葉片142。例 如，保護(hù)部分150和保持部分152在界面158處聯(lián)接，以限定圍繞渦輪葉片142的周圍的完 整環(huán)狀物或圈。如以下所討論的，由保護(hù)部分150和保持部分152限定的環(huán)狀物構(gòu)造成在 復(fù)合物固化期間將罩蓋144、146和148自我保持在渦輪葉片142上，而無需外部或單獨(dú)的 緊固件或由人手動(dòng)保持。相對(duì)于向下游流到渦輪葉片142上的氣體168，葉片142包括前 緣164和后緣166。保護(hù)部分150覆蓋前緣164。保持部分152覆蓋渦輪葉片142的其余 部分，其包括后緣166，以便沿前緣164自我保持保護(hù)部分150。圖6是在安裝到渦輪葉片182上之前的具有纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋184的復(fù)合物增 強(qiáng)渦輪葉片180的一個(gè)實(shí)施例的部分透視圖。在圖示的實(shí)施例中，罩蓋184包括由保護(hù)部 分186和保持部分188(它們?cè)谀承┓矫娌煌?限定的套筒(例如，伸長的環(huán)狀物)。例如， 在某些實(shí)施例中，兩個(gè)部分186和188的厚度可不同，如所圖示的，保護(hù)部分186的厚度190 比保持部分188的厚度192大。以上關(guān)于圖3討論了兩個(gè)部分186和188的厚度的具體示 例。界面194將兩部分186和188連接在一起。罩蓋184包括內(nèi)表面210和外表面212。 罩蓋184還包括輪轂側(cè)開口 214和末梢側(cè)開口 216。罩蓋184可為輪轂側(cè)開口 214和末梢 側(cè)開口 216之間沿著整個(gè)長度的完整的環(huán)狀物。渦輪葉片182包括上表面196和下表面198。罩蓋184圍繞上表面196和下表面 198兩者，使得罩蓋184完全圍繞渦輪葉片182延伸。換句話說，罩蓋184圍繞上表面196 和下表面198連續(xù)360度地包圍渦輪葉片182。例如，保護(hù)部分186和保持部分188在界面 194處聯(lián)接，以限定圍繞渦輪葉片182的周圍的完整環(huán)狀物或圈。如以下所討論的，由保護(hù) 部分186和保持部分188限定的環(huán)狀物構(gòu)造成在復(fù)合物固化期間將罩蓋184自我保持在渦 輪葉片182上，而無需外部或單獨(dú)的緊固件或由人手動(dòng)保持。關(guān)于渦輪葉片182的運(yùn)動(dòng)方向 204(例如旋轉(zhuǎn))，葉片包括前緣200和后緣202。渦輪葉片182還包括輪轂連接部206和葉 片末梢208。罩蓋184可通過使葉片側(cè)開口 216在輪轂連接部206上滑動(dòng)，直至開口 216到 達(dá)葉片末梢208而安裝在葉片182上。在安裝了罩蓋184后，保護(hù)部分186覆蓋前緣200。 保持部分188覆蓋渦輪葉片182的其余部分，其包括后緣202，以便沿前緣200自我保持保 護(hù)部分186。在罩蓋184自我保持在渦輪葉片182上后，保護(hù)部分186和(在一些實(shí)施例中)保持部分188可直接固化或硬化到渦輪葉片182上。因此，由保護(hù)部分186和保持部 分188限定的環(huán)狀物在固化期間自我保持罩蓋184，而無需任何外部的條帶、緊固件或由人 手動(dòng)協(xié)助。圖7是在安裝到渦輪葉片232上之前的具有另一纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋234的復(fù)合 物增強(qiáng)渦輪葉片230的一個(gè)實(shí)施例的部分透視圖。在圖示的實(shí)施例中，罩蓋234包括保護(hù)部 分236和保持部分238，它們?cè)谀承┓矫娌煌?。例如，在某些?shí)施例中，兩個(gè)部分236和238 的厚度可不同，如所圖示的，保護(hù)部分236的厚度MO比保持部分238的厚度242大。以上 關(guān)于圖3討論了兩個(gè)部分236和238的厚度的具體示例。界面244將兩部分236和238連 接在一起。罩蓋234包括多個(gè)環(huán)狀物沈2，各環(huán)狀物包括開口沈0、保護(hù)部分236以及保持 部分238。在某些實(shí)施例中，環(huán)狀物沈2的保持部分238限定第一 U形環(huán)狀物，且保護(hù)部分 236限定第二 U形環(huán)狀物。第一和第二 U形部分一起限定完整的一個(gè)或多個(gè)0形環(huán)。然而， 環(huán)狀物沈2的某些實(shí)施例是由與保護(hù)部分236重疊的保持部分238限定的0形環(huán)狀物。在 一些實(shí)施例中，罩蓋234可僅包括基于渦輪葉片232的尺寸或構(gòu)造的一個(gè)環(huán)狀物。罩蓋234 還包括輪轂側(cè)環(huán)狀物264和末梢側(cè)環(huán)狀物沈6。渦輪葉片232包括上表面246和下表面248。罩蓋234圍繞上表面246和下表面 248兩者，使得罩蓋234完全圍繞渦輪葉片232延伸。換句話說，罩蓋234圍繞上表面246 和下表面248連續(xù)360度地包圍渦輪葉片232。例如，保護(hù)部分236和保持部分238在界面 244處聯(lián)接，以限定圍繞渦輪葉片232的周圍的完整環(huán)狀物或圈。如以下所討論的，由保護(hù) 部分236和保持部分238限定的環(huán)狀物構(gòu)造成在復(fù)合物固化期間將罩蓋234自我保持在渦 輪葉片232上，而無需外部或單獨(dú)的緊固件或由人手動(dòng)保持。關(guān)于渦輪葉片232的運(yùn)動(dòng)方 向254(例如旋轉(zhuǎn))，葉片232包括前緣250和后緣252。渦輪葉片232還包括輪轂連接部 256和葉片末梢258。罩蓋234可通過使葉片側(cè)環(huán)狀物266在輪轂連接部256上滑動(dòng)，直至 環(huán)狀物266到達(dá)葉片末梢258而安裝在葉片232上。在安裝了罩蓋234后，保護(hù)部分236 覆蓋前緣250。此外，保持部分238覆蓋渦輪葉片232的其余部分，其包括后緣252，以便沿 前緣250自我保持保護(hù)部分236。在罩蓋234自我保持在渦輪葉片232上后，保護(hù)部分236 和(在一些實(shí)施例中)保持部分238可直接固化或硬化到渦輪葉片232上。因此，由保護(hù) 部分236和保持部分238限定的環(huán)狀物在固化期間自我保持罩蓋234，而無需任何外部的條 帶、緊固件或由人手動(dòng)協(xié)助。圖8是與圖7中所示類似的在安裝到渦輪葉片282上之后的具有纖維增強(qiáng)復(fù)合物 罩蓋284的復(fù)合物增強(qiáng)渦輪葉片280的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。在圖示的實(shí)施例中，罩蓋284 包括保護(hù)部分286和保持部分觀8，它們聯(lián)接以限定多個(gè)整體的環(huán)狀物。在此實(shí)施例中，環(huán) 狀物的保持部分288從保護(hù)部分286直向后延伸，而沒有重疊。界面290將兩部分286和 288連接在一起。渦輪葉片282包括上表面292和下表面四4。罩蓋觀4圍繞上表面四2 和下表面294兩者，使得罩蓋284完全圍繞渦輪葉片282延伸。關(guān)于渦輪葉片282的運(yùn)動(dòng) 方向300 (例如旋轉(zhuǎn))，葉片包括前緣296和后緣四8。渦輪葉片282還包括輪轂連接部302 和葉片末梢304。保持部分286覆蓋渦輪葉片282的前緣296而保持部分298覆蓋渦輪葉 片觀2的其余部分，其包括后緣四8，以便沿前緣四6自我保持保護(hù)部分觀6。在罩蓋觀4 自我保持在渦輪葉片282上后，保護(hù)部分286和(在一些實(shí)施例中)保持部分288可直接 固化或硬化到渦輪葉片282上。因此，由保護(hù)部分286和保持部分觀8限定的環(huán)狀物在固化期間自我保持罩蓋觀4，而無需任何外部的條帶、緊固件或由人手動(dòng)協(xié)助。圖9是在安裝到渦輪葉片322上之后的具有另一纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋3M的復(fù)合 物增強(qiáng)渦輪葉片320的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。在圖示的實(shí)施例中，罩蓋3M包括保護(hù)部分 326和保持部分328，它們聯(lián)接以限定多個(gè)整體的環(huán)狀物。在此實(shí)施例中，環(huán)狀物的保持部 分3 彼此重疊(例如，十字形圖案)以便于將保護(hù)部分3 緊密地裝配到渦輪葉片322 上，并防止任何不期望的運(yùn)動(dòng)的可能性。界面330將兩部分3 和3 連接在一起。渦輪 葉片322包括上表面332和下表面334。罩蓋324圍繞上表面332和下表面334兩者，使 得罩蓋3M完全圍繞渦輪葉片322延伸。關(guān)于渦輪葉片322的運(yùn)動(dòng)方向340(例如旋轉(zhuǎn))， 葉片包括前緣336和后緣338。渦輪葉片322還包括輪轂連接部342和葉片末梢344。保 護(hù)部分3 覆蓋渦輪葉片322的前緣336而保持部分338覆蓋渦輪葉片322的其余部分， 其包括后緣336，以便沿前緣336自我保持保護(hù)部分326。在罩蓋324自我保持在渦輪葉片 322上后，保護(hù)部分3 和(在一些實(shí)施例中)保持部分3 可直接固化或硬化到渦輪葉 片322上。因此，由保護(hù)部分3 和保持部分328限定的環(huán)狀物在固化期間自我保持罩蓋 324，而無需任何外部的條帶、緊固件或由人手動(dòng)協(xié)助。本書面說明書使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人 員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可授 予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類 其它示例具有無異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)性元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求 書的字面語言并無實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等價(jià)結(jié)構(gòu)性元件，則此類其它示例意在處在權(quán)利要求書的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括具有前緣(80)的結(jié)構(gòu)；以及包括保護(hù)部分(66)和保持部分(68)的纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋(64)，其中所述保持部分 (68)圍繞所述結(jié)構(gòu)延伸，以沿著所述前緣(80)自我保持所述保護(hù)部分(66)，且所述保護(hù)部 分(66)不同于所述保持部分(68)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)部分(66)包括第一纖維增強(qiáng)復(fù) 合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保持部分(68)包括第二纖維增強(qiáng)復(fù) 合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物和所述第二纖 維增強(qiáng)復(fù)合物包括彼此不同的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物具有的厚度 (70)大于所述第二纖維增強(qiáng)復(fù)合物的厚度(72)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物具有的纖維體 積大于所述第二纖維增強(qiáng)復(fù)合物的纖維體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一纖維增強(qiáng)復(fù)合物或所述第二纖 維增強(qiáng)復(fù)合物或兩者包括設(shè)置在基質(zhì)材料中的對(duì)位芳綸纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋包括由所述保 護(hù)部分(66)和所述保持部分(68)限定的套筒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保持部分(68)包括聯(lián)接到所述保護(hù) 部分(66)上的多個(gè)環(huán)狀物062)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械的翼型件、旋轉(zhuǎn) 葉片、靜止導(dǎo)葉，或它們的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于沖擊區(qū)域增強(qiáng)的系統(tǒng)，具體而言，一種系統(tǒng)可包括具有前緣(80)和纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋(64)的結(jié)構(gòu)。纖維增強(qiáng)復(fù)合物罩蓋(64)包括保護(hù)部分(66)和保持部分(68)，其中該保持部分(68)圍繞該結(jié)構(gòu)延伸，以沿著該前緣(80)自我保持該保護(hù)部分(66)，且該保護(hù)部分(66)不同于該保持部分(68)。
文檔編號(hào)F01D9/02GK102116175SQ20111000565
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者H·C·羅伯茨 申請(qǐng)人:通用電氣公司