导向叶片，相关的涡轮机以及相关的制造方法与流程

本发明涉及飞行器的双流式涡轮机的领域，特别地涉及被布置在涡轮机的风扇的全部或部分空气流中的导向叶片的设计。

这些叶片优选地是被设置成在风扇的出口处对空气流进行整流的出口导向叶片(outletguidevane，ogv)。可替代地或同时地，导向叶片可以被设置在风扇的入口处。导向叶片通常被布置在涡轮机的次级路径中。

本发明优选地涉及一种配备有这种出口导向叶片的飞行器的涡轮喷气发动机。本发明还涉及一种用于制造这种叶片的方法。

背景技术：

在一些双流式涡轮机上，已知的是在风扇的下游处设置出口导向叶片，以对从风扇处排出的气流进行整流，并且还可以提供结构功能。后一种功能实际上旨在使得负载能够从涡轮机的中心切换到从风扇壳体延伸的外壳。在这种情况下，发动机支架通常被布置在该外壳上或附近，以确保涡轮机与飞行器的发动机支架结构之间的附接。

最近，还建议为出口导向叶片分配附加功能。这是在通过一圈出口导向叶片的周围空气与在这些叶片内部进行循环的润滑剂之间进行热交换的功能。例如从文献us8616834或者甚至文献fr2989110中已知这种热交换功能。

用于通过出口导向叶片进行冷却的润滑剂可以来自涡轮机的不同区域。实际上，这种润滑剂可以是通过支撑发动机轴和/或风扇毂部的滚动轴承的润滑封壳进行循环的润滑剂，或者甚至是专用于对附件齿轮箱(accessorygearedbox，agb)的机械传动元件进行润滑的润滑剂。最后，当这种减速器设置在涡轮机上以便降低该涡轮机的风扇的转速时，该润滑剂可用于对风扇驱动减速器进行润滑。

对润滑剂不断增长的需求要求相应地调整散热能力，这与用于冷却润滑剂的交换器有关。如上述两个文献的解决方案中那样，将热交换器的作用分配给出口导向叶片，使得能够特别地减少甚至是移除空冷式油冷却器(aircooledoilcooler，acoc)类型的传统交换器。由于这些acoc交换器通常被布置在次级路径中，因此它们的减少/移除使得能够限制次级流动干扰，从而提高涡轮机的整体效率。

在润滑剂冷却内部通道内，可以设置用于干扰润滑剂流动并且增加湿表面的螺柱，从而确保更好的热交换。然而，可以证明这些螺柱的制造是冗长的和/或昂贵的。已经设想多种技术，例如使用常规刀具(例如直径为5mm)的传统加工。通过使用所谓的“倒圆”刀具这种技术，待移除的物体的体积非常大(例如每个叶片约为1.5kg)，这代表了大量的加工时间并且意味着高昂的制造成本。

另一种可设想的技术是放电加工(electricaldischargemachining，edm)。然而，这种技术的实施意味着显著的加工成本。

因此，仍然需要一种有利于制造这种具有集成的交换器的叶片的设计。

技术实现要素：

为了至少部分地满足这种需求，本发明的第一目的在于提出一种导向叶片，该导向叶片被布置在飞行器的双流式涡轮机的风扇的全部或部分空气流中，导向叶片包括根部、边缘以及被布置在叶片的根部与边缘之间的气流整流空气动力学部件，所述叶片的空气动力学部件包括由叶片的前侧壁与后侧壁部分地界定的至少一个润滑剂冷却内部通道，扰流螺柱与穿过所述通道的前侧壁和后侧壁中的一个侧壁制成一体件。

根据本发明，在正交地穿过螺柱的任何截面中，在这些螺柱之间限定的空间具有仅由具有相同尺寸的一组环限定的几何形状，这些环彼此部分地覆盖并且每个环部分地界定这些螺柱中的至少两个。

本发明的另一个目的在于提出一种用于制造导向叶片的方法，该导向叶片被布置在飞行器的双流式涡轮机的风扇的全部或部分空气流中，导向叶片包括根部、边缘以及被布置在叶片的根部与边缘之间的气流整流空气动力学部件，所述叶片的空气动力学部件包括由叶片的前侧壁与后侧壁部分地界定的至少一个润滑剂冷却内部通道，扰流螺柱与穿过所述通道的前侧壁和后侧壁中的一个侧壁制成一体件。

根据本发明，该方法包括以下步骤：通过使用倒角刀具对前侧壁和后侧壁中的所述一个侧壁进行重复加工来制造螺柱，该步骤被实施成使得未被所述倒角刀具加工的其余部分形成所述螺柱。

因此，本发明合理地提供了使用特定的切割工具(即倒角刀具)进行加工，这使得在进行重复加工之后形成扰流螺柱的突出部件能够保留在润滑剂冷却内部通道中。因此，有利于叶片的制造并且显著降低了制造成本。

本发明优选地提供了以下独立或组合使用的可选特征中的至少任何一个特征。

在所述截面中，每个螺柱由四个侧部界定，每个侧部具有圆弧形状。可替代地，一些螺柱可以由两个或三个侧部界定，每个侧部具有圆弧形状。

所述一组环通过使第一排环和第二排环进行交替而制成，该第一排环和第二排环沿着叶片的翼展方向彼此部分地重叠并且彼此接连，每个第一排优选地包括数量为n的环，并且每个第二排优选地包括数量为n-1的环，这些环的中心以交错的方式进行设置，以便限定交替的第一排螺柱和第二排螺柱，该第一排螺柱中的每一排包括数量为n+1的螺柱，该第二排螺柱中的每一排包括数量为n的螺柱。优选地，数量n介于2至5之间。

在这方面，应当注意，每一排的环的数量主要取决于叶片弦线、倒角刀具的内径和外径以及该刀具的两个接连通道之间的中心到中心的距离。

该组中的环具有介于20mm至50mm之间的外径以及介于5mm至20mm之间的内径。

配备有螺柱的、前侧壁和后侧壁中的所述一个侧壁是叶片的主体的一部分，或者是用于封闭该主体的盖。

来自前侧壁和后侧壁中的另一个侧壁的元件与附加的扰流螺柱制成一体件。此外，在正交地穿过附加的螺柱的任何截面中，在这些附加的螺柱之间限定的空间具有仅由具有相同尺寸的一组附加的环限定的几何形状，这些附加的环彼此部分地覆盖并且每个附加的环部分地界定这些附加的螺柱中的至少两个。

附加的螺柱穿过在螺柱之间限定的空间，并且螺柱穿过在附加的螺柱之间限定的空间。

使用倒角刀具进行的重复加工沿着平行的加工轴进行，该加工轴优选地以交错的方式进行布置。然而，可以在这些加工轴之间设置小角度，特别是当利用与扭曲叶片的平均表面局部正交的轴来进行重复加工时，该扭曲叶片优选地在通道处具有基本上不变的厚度。

最后，本发明的另一个目的在于提出一种飞行器的涡轮机、优选地是涡轮喷气发动机，该涡轮机包括如上所述的多个导向叶片，该多个导向叶片被布置在涡轮机的风扇的下游或上游。

本发明的另外的优点和特征将出现在下文的详细的非限制性描述中。

附图说明

本说明将参考附图来作出，在附图中；

-图1示出了根据本发明的涡轮喷气发动机的侧视示意图；

-图2示出了根据本发明的第一优选实施例的在上图中示出的涡轮喷气发动机的出口导向叶片的更详细的放大图；

-图2a是沿图2的线iia-iia截取的横截面视图；

-图3是上图中所示的出口导向叶片的一部分的透视性放大图；

-图4对应于沿图3的线iv-iv截取的横截面视图；

-图5示出了沿图4的正交地穿过扰流螺柱的平面v的横截面局部视图；

-图6和图7是描绘用于形成图5中所示的螺柱的重复加工的透视图；

-图8是描绘使得能够获得图5中所示的螺柱的整个重复加工的视图；

-图9是根据本发明的另一优选实施例的叶片空气动力学部件的盖的一部分的透视图；以及

-图10是示出了将螺柱嵌套在润滑剂冷却内部通道内的透视性局部视图。

具体实施方式

参考图1，示出了具有高稀释率的双流式双转子涡轮喷气发动机1。涡轮喷气发动机1通常包括气体发生器2，在该气体发生器的任一侧上布置有低压压缩机4和低压涡轮12，该气体发生器2包括高压压缩机6、燃烧室8和高压涡轮10。在下文中，术语“前”和“后”是沿着与气体在涡轮喷气发动机内的主要流动方向相反的方向14来考虑的，该方向14平行于该涡轮喷气发动机的纵向轴线3。另一方面，术语“上游”和“下游”是沿着气体在涡轮喷气发动机内的主要流动方向来考虑的。

低压压缩机4和低压涡轮12形成低压体并且通过以轴线3为中心的低压轴11彼此连接。同样地，高压压缩机6和高压涡轮10形成高压体并且通过以轴线3为中心并围绕低压轴11布置的高压轴13彼此连接。轴由滚动轴承19支撑，该滚动轴承通过被布置在油箱中而被润滑。风扇毂部17也是如此，也由滚动轴承19支撑。

另一方面，涡轮喷气发动机1在气体发生器2和低压压缩机4的前部处包括单个风扇15，该风扇在此被直接布置在发动机的进气椎体的后部处。风扇15可围绕轴线3旋转并且被风扇壳体9包围。在图1中，该风扇不是由低压轴11直接驱动，而是仅由该轴经由减速器20间接驱动，这使得该风扇能够以较低的速度进行旋转。然而，具有用于风扇15的直接驱动装置(例如低压轴11)的解决方案落入本发明的范围内。

另外，涡轮喷气发动机1限定了主流通过的主路径16以及次级路径18，相对于主流径向向外定位的次级流通过该次级路径，因此使风扇流分开。如本领域技术人员已知的，次级路径18部分地由优选地金属外壳23径向向外地界定，该金属外壳从风扇壳体9向后延伸。

尽管未显示，涡轮喷气发动机1配备有一组设备，例如一组燃料泵、液压泵、交流(ac)发电机、起动机、可变定子叶片(vsv)致动器、可变旁通阀致动器或者甚至是电力发电机类型。这组设备特别是用于对减速器20进行润滑的设备。这些设备由也被润滑的附件齿轮箱或agb(未示出)驱动。

在此为出口导向叶片(ogv)24的一圈导向叶片被设置在风扇15下游处的次级路径18中。这些定子叶片24将外壳23连接到包围低压压缩机4的壳体26。这些叶片在周向上彼此间隔开并且使得次级流在通过风扇15之后能够被整流。另外，这些叶片24也可以提供结构功能，如在当前描述的示例性实施例中的情况那样。这些叶片确保将负载从减速器以及发动机轴和风扇毂部的滚动轴承19传递到外壳23。然后，这些负载可以通过发动机支架30，该发动机支架附接到外壳23并且将涡轮喷气发动机连接到飞行器的安装结构(未示出)。

最后，在当前描述的示例性实施例中，出口导向叶片24确保了在通过一圈叶片的次级空气流与在这些叶片24内部进行循环的润滑剂之间的第三种热交换功能。由出口导向叶片24进行冷却的润滑剂是用于对滚动轴承19和/或涡轮喷气发动机的设备和/或附件齿轮箱和/或减速器20进行润滑的润滑剂。因此，这些叶片24是一个或多个流体回路的一部分，润滑剂在该一个或多个流体回路中进行循环以依次对一个或多个相关元件进行润滑，然后对该润滑剂进行冷却。

现在参考图2至图5，将描述根据本发明的第一优选实施例的出口导向叶片24之一。在这方面，应当注意，由于将参考图2至图5描述本发明，因此本发明可以适用于以轴线3为中心的定子环的所有叶片24或者仅适用于这些叶片中的一些叶片。

叶片24可以具有如图1中所示的严格的径向取向，或者如图2中所示的那样略微轴向地倾斜。在任何情况下，优选地，该叶片通过沿着翼展方向25延伸而在如图2中所示的侧视图中是笔直的。

出口导向叶片24包括空气动力学部件32，该空气动力学部件对应于该出口导向叶片的中心部分，即暴露于次级流。在用于对离开风扇的气流进行整流的该空气动力学部件32的任一侧上，叶片24分别包括根部34和边缘36。

根部34用于将叶片24附接到低压压缩机的壳体，而边缘用于将相同的叶片附接到从风扇壳体延伸的外壳上。此外，叶片24在其根部和其边缘处包括平台40，该平台用于在周向方向上在叶片24之间重建次级路径。

叶片的空气动力学部件32优选地被制成两个不同部件，然后这两个部件被彼此牢固地固定在一起。一个部件是叶片的主体32a，该主体不仅包括空气动力学部件32的大部分，还包括根部34、边缘36和平台40。该主体32a被制成一体件。另一个部件由封闭主体的盖32b形成，并且该盖通过常规技术(诸如焊接、铜焊或者甚至是粘合)附接到该主体。

在本发明的该第一优选实施例中，空气动力学部件32配备有基本上彼此平行并且平行于翼展方向25的两个内部通道50a、50b。更确切地说，该内部通道是沿着第一主要润滑剂流动方向52a延伸的第一润滑剂冷却内部通道50a。该方向52a基本上平行于翼展方向25并且具有从根部34到边缘36的方向。类似地，提供了用于对润滑剂进行冷却的第二内部通道50b，该第二内部通道在该通道内沿着第二主要润滑剂流动方向52b延伸。该方向52b也基本上平行于翼展方向25并且具有从边缘36到根部34的相反方向。因此，第一通道50a被设想成使得润滑剂径向向外通过该第一通道，而第二通道50b被设想成使得润滑剂径向向内通过该第二通道。为了确保从一个通道到另一个通道，在边缘36附近，两个通道50a、50b的外部径向端部通过180°的弯曲部54进行流体连接，该弯曲部对应于空气动力学部件32中制成的槽。可替代地，通道50a、50b不在叶片24的空气动力学部件32内进行连接，而是每个通道单独地在空气动力学部件32的整个长度上延伸。为了使通道在叶片24外部彼此进行流体连接，例如提供了相对于叶片边缘36径向向外布置的、例如抵靠该边缘的连接弯曲部。

两个通道50a、50b的内部径向端部继而连接到润滑剂回路56，该润滑剂回路通过图2中的元件56示出。该回路56特别地包括泵(未示出)，从而使得能够在通道50a、50b内沿期望的循环方向施加润滑剂，即通过第一通道50a的内部径向端部引入润滑剂，并且通过第二通道50b的内部径向端部取出润滑剂。连接件66确保通道50a、50b的内部径向端部与回路56之间的流体连通，这些连接件66穿过根部34。

通道50a、50b以及弯曲部54共同具有大致u形的形状，其中第一通道50a和第二通道50b沿着叶片的基本上正交于翼展方向25的横向方向60彼此偏移。为了最佳地优化热交换，第一通道50a位于叶片24的后缘62的一侧上，而第二通道50b位于前缘64的一侧上。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可以是相反的情况。还应当注意，本发明可以提供具有单个冷却内部通道的空气动力学部件32，而不脱离本发明的范围。在这种情况下，润滑剂将从内部到外部通过一些叶片，而该润滑剂将沿相反的方向通过其他叶片。

出口导向叶片24的空气动力学部件32包括前侧壁70、后侧壁72、在后缘62附近连接两个壁70、72的实心区域74、在前缘64附近连接两个壁70、72的实心区域76以及中心实心区域78。后一个区域78沿着叶片的弦线方向在其基本上中心部分处连接两个壁70、72。该实心区域78也用作结构加强件并且从根部34延伸到弯曲部54，而实心区域74、76沿着翼展方向25基本上在部件32的整个长度上延伸。第一通道50a形成在壁70、72之间以及实心区域74、78之间，而第二通道50b形成在壁70、72之间以及实心区域76、78之间。前侧壁70和后侧壁72相对于它们界定的通道50a、50b具有基本上不变的厚度。另一方面，通道50a、50b通过在两个壁70、72之间具有可变厚度而沿着方向60横向地延伸。这些通道的最大厚度可以约为几毫米。可替代地，通道50a、50b可以具有不变的厚度，但是在这种情况下，两个壁70、72将因此具有可变的厚度，以获得叶片的空气动力学轮廓。

应当注意，后侧壁72被集成到叶片的主体32a，而前侧壁70被集成到盖32b，该盖在其部分形成的实心区域74、76之间延伸。

两个内部润滑剂冷却通道50a、50b具有集成扰流螺柱的特征。在第一优选实施例中，这些螺柱80在叶片的主体32a中与后侧壁72制成一体件。这些螺柱80被制成朝向前侧壁70突出，并且为每个内部通道50a、50b配备这些螺柱。螺柱80在两个通道50a、50b中的布置和形状基本上相同或相似。螺柱也被设有相同的密度，但是在不脱离本发明的范围的情况下也可以是其他方式。因此，仅已知描述了第一内部通道50a的螺柱80，但是应当理解，该描述也可类似地适用于第二内部通道50b的螺柱。另一方面，应当注意，弯曲部54限定了内部空间，该内部空间优选地不具有螺柱。

第一通道50a中的螺柱80基本上正交于方向52a。沿相同方向的螺柱高度例如约为一毫米或几毫米，而螺柱的厚度的值优选地在0.5mm至3mm之间变化。在通道50a的至少一个区域中，并且优选地在该通道的整个区域中，例如以大约3个螺柱/平方厘米的密度来设置螺柱80。更一般地，密度例如平均为大约1个螺柱/平方厘米至5个螺柱/平方厘米之间。在这方面，应当注意，螺柱密度取决于倒角刀具的几何形状及其内径和外径的特征。目的是具有尽可能低的直径比以及尽可能低的外径值，以便增加螺柱密度。在附图中，所获得的螺柱密度大约为2个螺柱/平方厘米。

更具体地参考图5，螺柱80分布成沿第一方向52a交替地接连的多排螺柱rp1、rp2，每排螺柱基本上是笔直的并且平行于横向方向60。在通道50a中，这些螺柱是沿第一方向52a彼此接连的几十排翅片。另外，在每一排内，螺柱80沿方向60被相当均匀地彼此间隔开。

第一排螺柱rp1各自包括四个螺柱80，而第二排螺柱rp2各自包括三个螺柱80。所有这些螺柱以交错的方式进行布置，以获得更好的润滑剂流动干扰和增强的热交换。

本发明的另一特征在于通过使用倒角刀具对后侧壁72进行加工来制造这些螺柱80。因此，在正交于诸如图5的螺柱80的任何横截面中，每个螺柱80在此由四个侧部82限定，每个侧部具有圆弧形状。所有螺柱的四个圆弧仅具有两个不同的直径，即第一直径和第二直径，该第一直径对应于用于进行重复加工的倒角刀具的外径，该第二直径对应于倒角刀具的内径。

在图6和图7中示出了这种倒角刀具，图6和图7描绘了用于制造根据优选实施例的叶片的方法的一部分。

在图6中，示出了第一次加工84a，该第一次加工利用倒角刀具86沿着正交于翼展方向25的第一加工轴88a进行。在叶片的主体32a内仍处于原材料状态的后侧壁72中进行的该第一次加工显露出具有圆形横截面的第一突出部90a。在通过加工制造螺柱的步骤结束时，提供该突出部以构成两个不同的螺柱80。如图7中所示，实际上利用相同的倒角刀具86沿着与第一轴88a不同且平行的第二加工轴88b进行的第二次加工84b来使该步骤继续进行。在后侧壁72中进行的该第二次加工显露出具有圆形横截面并且源自第一突出部90a的两个第二突出部90b。在制造螺柱的步骤结束时，分别提供这些突出部以构成两个不同的螺柱80。

因此，利用相同的倒角刀具86沿彼此偏移的平行的加工轴重复进行加工。如先前所讨论的，当利用局部正交于扭曲叶片的平均表面的轴进行重复加工时，可以在这些加工轴之间设置小角度。每次加工都在后侧壁72中形成环面形状的指印，这些指印彼此部分地重叠，以形成螺柱80的期望的构造。于是，每个指印具有对应于倒角刀具86的内径“di”的内径以及对应于该刀具的外径“de”的外径。

图8示出了以交错的方式制成的加工轴88的横截面。在正交于螺柱80的该横截面视图中以点表示的这些轴88也形成环92的中心，该环对应于由倒角刀具进行重复加工得来的组合指印。在这方面，应当注意，在内部通过50a中，在其余螺柱80之间限定空间94。因此，在正交于螺柱80的任何平面中的横截面中，该空间94具有仅由彼此部分地覆盖的一组环92限定的几何形状，该环的中心88以交错的方式进行布置。当然，这些环92中的每一个具有对应于刀具86的内径和外径的内径“di”和外径“de”。另外，应当注意，外径“de”优选地介于20mm至50mm之间，而内径“di”优选地介于5mm至20mm之间。

更确切地说，环92分布成沿第一方向52a彼此交替地接连的多排环ra1、ra2，每排环基本上是笔直的并且平行于横向方向60。因此，在通道50a中，这些环是沿第一方向52a彼此接连的几十排环。

为了获得螺柱80的期望的构造，第一排环ra1各自包括四个环92，而第二排环ra2各自包括三个环92。然而，这些排的几何形状可以不同，这取决于如螺柱的尺寸、润滑剂通道的横截面等的期望的参数。

返回到图2，在发动机运行期间，通过回路56进行循环的润滑剂沿径向向外定向的第一方向52a被引入第一内部通道50a中。在这阶段，润滑剂具有高的温度。因此，在配合第一通道50a的螺柱80的该润滑剂与配合前侧壁和后侧壁的外表面的次级流之间进行热交换。在润滑剂已经通过弯曲部54被重新引导到第二通道50b中之后，该润滑剂仍然通过与次级空气流进行热交换并且沿第二主要流动方向52b进行循环而在该第二通道中经受类似的冷却。然后，将冷却的润滑剂从叶片24中取出，并且通过闭合回路56重新引导到待润滑的元件和/或润滑剂箱，冷却的润滑剂从该润滑剂箱中被泵出以对元件进行润滑。

应当注意，在本发明的另一优选实施例中，螺柱80可以位于盖32b上，而不仅位于叶片主体32a上。仍然根据图9和图10中所示的另一优选实施例，螺柱可以被相同或类似地设置在盖32b和叶片主体32a上。更确切地说，如先前已经描述的，螺柱80被设置在叶片主体32a上，并且附加的螺柱80’被相同或类似地设置在封闭主体的盖32b上。因此，在附加的螺柱80’之间，空间具有也是由一组附加的环(未示出)组合而成的几何形状。

为了增加湿表面，优选地提供了：主体32a的螺柱80穿过在附加的螺柱80’之间限定的空间94’，相反地，盖32b的附加的螺柱80’穿过在螺柱80之间限定的空间94。可替代地，每两个螺柱80和附加的螺柱可以面向彼此并且可能在它们的相面对的端部处彼此附接。

当然，本领域技术人员可以对上文仅以非限制性示例的方式描述的本发明提供各种修改。特别地，可以将上述每个实施例特有的技术特征彼此组合，而不脱离本发明的范围。最后，应当注意，在未示出的对风扇上游的空气流进行整流的入口导向叶片的情况下，这些叶片以围绕非旋转的进气椎体的方式被布置在风扇的整个空气流中，叶片的根部因此连接到该固定的进气椎体。