定子叶片的制作方法

根据第一方面，本发明涉及一种涡轮发动机的低压压气机的定子叶片(或定子桨叶)。

更准确地，本发明涉及一种为航空器涡轮发动机的低压压气机的定子设计的定子叶片。根据第二方面，本发明涉及一种用于从涡轮发动机的低压压气机的定子的定子叶片脱冰的方法。

背景技术：

文件us2011/0318181a1公开了在涡轮发动机空气动力叶型(profile)中使用粘弹性的材料。当冰在空气动力叶型上累积时，由此引起的稳定性方面的不平衡导致叶型的振动。粘弹性材料阻抑该振动，并且这种阻抑引起发热，该发热使得冰融化。

然而，如果冰是以结块的形式，则由于阻抑产生的发热不能够使冰融化。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明的目的之一是提供一种定子叶片，尤其当冰以结块的形式存在时，该定子叶片能够更有效地使存在于其上的冰脱离。为此，本发明提出了一种为涡轮发动机定子设计的定子叶片，叶片包括至少一个由适合于超弹性的材料制成的部分，该定子叶片的特征在于，至少一个由适合于超弹性的材料制成的部分被布置为：在涡轮发动机的预定的速度下开始共振。

凭借共振，由适合于超弹性的材料制成的部分开始振动，这意味着即使冰是以结块的形式，冰仍变得从该部分脱离。优选地，当冰脱离时，根据本发明的叶片返回到常规状态(无共振)。

另外，振动使得冰的形成降低到最小限度。

优选地，整个叶片由适合于超弹性的形状记忆材料构成，并且该叶片被布置为：在涡轮发动机的预定的速度下开始共振。

本发明所使用的物理效应不同于文件us2011/0318181a1所提出的效应，因为后者利用了对振动进行的阻抑，而本发明利用了振动的幅度，该幅度在共振中尤其地大。在文件us2011/0318181a1中描述的叶片中没有共振，因为在该叶片中呈现对振动的阻抑，该阻抑是与共振现象相反的物理效应。本发明对叶片进行的布置(该叶片的一部分被设计为共振)因此不同于在文件us2011/0318181a1中所描述的对叶片进行的布置。

共振引起了由适合于超弹性的材料制成的叶片部分的振动增大。因此，振动增幅了一定的最大幅度，优选地，该最大幅度为由适合于弹性的材料制成的叶片部分的尺寸的10％，更优选地最大幅度为尺寸的5％，更加优选地最大幅度为尺寸的2％。

所关注的是注意到，本发明与本领域技术人员的事先形成的构思背道而驰，根据该构思，定子叶片的一部分开始共振是不利的，因为由于共振产生的振动有使所讨论的部分损坏的风险。在本发明的上下文中，部分的超弹性使得能够解决该问题，因为这种类型的材料的特性使得所讨论的部分能够不被由于共振产生的振动所损坏。

在本文件的上下文中，“共振”是在具有接近于振动频率的频率的周期性脉动的影响下，振动的幅度增大。

对由适合于超弹性的材料制成的部分进行布置意指设计一个或多个下述的特征，以使得由适合于超弹性的材料制成的部分在涡轮发动机的预定的速度下开始共振：部分的形状、叶片的形状、部分的尺寸、部分的杨氏模量、叶片的尺寸、部分在叶片中的位置、部分的质量和叶片的质量、以及冰存在于叶片上或在由形状记忆材料制成的部分上。

在本文件中，涡轮发动机的“预定的速度”可对应于涡轮发动机每单位时间进行的旋转数的范围、涡轮发动机的全开进气的比例的范围、涡轮发动机所推动的航空器的速度的范围、涡轮发动机所推动的航空器的飞行高度的范围或涡轮发动机所推动的航空器的飞行阶段(诸如起飞、巡航或着陆)。

例如，旋转数的范围所对应的确定的速度可介于5000到20000转每分钟之间，优选地，介于7000到12000转每分钟之间。

例如，涡轮发动机的全开进气的比例的范围可介于全开进气的65％到90％之间，优选地，介于75％到85％之间。

例如，涡轮发动机所推动的航空器的速度的范围可介于300到1200km/h之间，优选地，介于500到800km/h之间。

例如，涡轮发动机所推动的航空器的飞行高度的范围可介于6000到15000m之间，优选地，介于8000到12000m之间。

在本发明的一个实施例中，涡轮发动机的预定的速度对应于包括涡轮发动机的航空器的巡航速度。

优选地，由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分被布置为：在零下温度的温度范围中处于超弹性状态。

尤其有利的是，在例如巡航飞行的飞行阶段期间，经过定子叶片周围的空气的温度为零下，涡轮发动机运行在引起由适合于超弹性的材料制成的部分进行共振的速度并且适合于超弹性的材料处于超弹性状态，因为当温度为零下时，在叶片上有形成冰的风险。特别地，在包括涡轮发动机的航空器的巡航速度下，包围航空器的空气可具有-60℃到-20℃的温度，特别地从-57℃到-40℃，更为特别地从-57℃到-30℃。

当进入涡轮发动机的空气穿过时，该空气可在该涡轮发动机中被加热。因此，尤其对由适合于超弹性的材料制成的与被加热的空气接触的部分而言，在巡航速度下在与该部分接触的空气的典型温度范围内具有超弹性状态可能是有利的，该典型温度范围可以是高于巡航速度的典型大气温度的温度的范围。

根据本发明的可被共同地或者单独地采用的各个实施例：

-由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分被布置为：在温度从-57℃到-30℃的范围中处于超弹性状态，

-适合于超弹性的材料为形状记忆材料，

-由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分被设置在叶片的抽吸面上，

-由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分被设置在叶片的压力面上，

-由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分被设置在叶片的前缘上，

-由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分被设置在叶片的后缘上，

-由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分位于定子的内衬圈与外衬圈之间的中间高度处。

本发明进一步涉及一种包括定子的涡轮发动机和包括所述涡轮发动机的航空器，该定子具有根据本发明的定子叶片。

根据第二方面，本发明的目的之一是提供一种用于有效地从涡轮发动机的定子叶片脱冰的方法。为此，本发明提出了一种用于从涡轮发动机的低压压气机的定子叶片脱冰的方法，该方法包括以下步骤：

·提供包括低压压气机的涡轮发动机，该低压压气机具有定子，该定子具有定子叶片，该定子叶片包括至少一个由适合于超弹性的材料制成的部分，该至少一个部分被布置为：在零下温度的温度范围中处于超弹性状态，

·使定子叶片暴露于零下的温度，以将由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分置于超弹性状态中，并且，使至少一个部分遭受潮湿状态，以使得冰能够沉积在至少一个部分上，以及

·使涡轮发动机处于如下所述的速度：使得由适合于超弹性的材料制成的至少一个部分开始共振。

提及的对设备而言的优点加以必要的修改也适用于方法。

附图说明

通过阅读以下详细说明并且为了理解该说明对附图进行参照，本发明的其它特征和优点将显现，在附图中：

图1示出了在本发明的一个实施例中构成部分定子的叶片和套筒；

图2a、图2b、图2c、图2d每个均示出了具有由适合于超弹性的材料制成的部分的叶片的截面，该部分被置于叶片上的各个点处，以及

图3示出了本发明的实施例，在该实施例中，由适合于超弹性的材料制成的部分在内衬圈与外衬圈之间的中间高度处。

具体实施方式

以特定的实施例并且参照附图对本发明进行说明，但是本发明不限于这些实施例或附图。所描述的绘图或附图仅为示意性的并且不是限制性的。

在本文件的上下文中，术语“第一”和“第二”仅用作为区分各个元件并且不暗指这些元件之间的任何顺序。

在附图中，相同或相似的元件可带有相同的标记。

图1示出了在本发明的一个实施例中的定子叶片1以及构成部分定子的一部分内衬圈2和一部分外衬圈7，定子叶片1处于第一构型。叶片1被固定到衬圈2、7，使得叶片1可相对于衬圈2、7变形。叶片1具有前缘线3、后缘线4、压力表面5和抽吸表面6。压力表面5为叶片1的凹形表面，抽吸表面6为叶片1的凸形表面。

在本发明的一个实施例中，根据本发明的定子叶片1被固定到单个衬圈。在本发明的一个实施例中，衬圈中的至少一个由平台构成。优选地，外衬圈7被固定到壳体。

优选地，定子包括根据本发明的定子叶片1的环形列。优选地，根据本发明的定子叶片1被用在用于航空器涡轮发动机的压气机的导向叶片组件中。

根据本发明的叶片1包括由能够采用超弹性状态的材料(即，适合于超弹性的材料)制成的部分。

优选地，根据本发明的叶片1包括用于维持由适合于超弹性的材料制成的叶片部分的振动幅度的装置，该装置将该振动幅度维持在由适合于超弹性的材料制成的叶片部分的尺寸的-10％到10％之间的范围内。更优选地，根据本发明的叶片1包括用于维持由适合于超弹性的材料制成的叶片部分的振动幅度的装置，该装置将该振动幅度维持在由适合于超弹性的材料制成的叶片部分的尺寸的-5％到5％之间的范围内。更加优选地，根据本发明的叶片1包括用于维持由适合于超弹性的材料制成的叶片部分的振动幅度的装置，该装置将该振动幅度维持在由适合于超弹性的材料制成的叶片部分的尺寸的-2％到2％之间的范围内。

根据本发明的定子叶片1特别适合于涡轮发动机，尤其适合于航空器涡轮发动机，以及尤其适合于涡轮发动机中的低压压气机。

由适合于超弹性的材料制成的部分被布置为在其共振期间以足够的幅度进行振动，以使存在于该部分上的冰脱离。在本文件的上下文中，冰可以是霜。

优选地，由适合于超弹性的材料制成的部分被布置成：在冰有在该部分上形成的风险的温度范围内，尤其在零下温度的温度范围内，处于超弹性状态。

由适合于超弹性的材料制成的部分被布置为当包括根据本发明的定子叶片1的涡轮发动机进入预定的速度时，该部分开始共振。该速度例如可以是包括涡轮发动机的航空器的巡航速度，因为通常在航空器的对应于该速度的飞行阶段期间，叶片1遭受在叶片1上产生冰的风险的零下的温度。

特别地，适合于超弹性的材料可以为形状记忆材料。优选地，形状记忆材料为形状记忆合金，例如为镍-钛、铜-铝-锌、铜-镍、铜-锌-镍或铜-镍-铝。记忆材料可根据其温度和/或其承受的机械应力从奥氏体相到马氏体相变化。

优选地，在叶片1被安装在涡轮发动机中之前，适合于超弹性的材料制成的部分经受锻炼(education)。锻炼包括在第一组参数值与第二组参数值之间重复进行循环，优选地，参数为温度和材料所承受的机械应力。

在本发明的一个实施例中，整个叶片1由适合于超弹性的材料制成。在本发明的其它实施例中，叶片1的一部分(由适合于弹性的材料制成的部分)由适合于超弹性的材料制成。在本发明的其它实施例中，叶片1的多个部分由形状记忆材料制成，即，叶片1包括多个由适合于超弹性的材料制成的部分。

图2a示出了本发明的实施例中的叶片1的横截面，在该横截面中，由适合于超弹性的材料制成的部分10a被设置在抽吸表面6上。

图2b示出了本发明的实施例中的叶片1的横截面，在该横截面中，由适合于超弹性的材料制成的部分10b被设置在压力表面5上。

图2c示出了本发明的实施例中的叶片1的横截面，在该横截面中，由适合于超弹性的材料制成的部分10c被设置在前缘3上。

图2d示出了本发明的实施例中的叶片1的横截面，在该横截面中，由适合于超弹性的材料制成的部分10d被设置在后缘4上。

图3示出了本发明的实施例，在该实施例中，由适合于超弹性的材料制成的部分10e在内衬圈2与外衬圈7之间的中间高度处。

图2a、图2b、图2c、图2d和图3中的实施例可结合在一起，例如在本发明的实施例中，由适合于超弹性的材料制成的部分10在内衬圈2与外衬圈7之间的中间高度处并且仅靠近于前缘3。

换言之，本发明涉及一种定子叶片1，该定子叶片包括由适合于超弹性的材料制成的部分10。由适合于超弹性的材料制成的部分10被布置为：在涡轮发动机的预定速度下，尤其是在航空器的巡航阶段的涡轮发动机的典型速度期间进行共振。此外，适合于超弹性的材料被布置为：当冰有在该材料上形成的风险时，尤其在航空器巡航阶段的典型温度下，该材料处于超弹性状态。因此，在巡航阶段期间，冰有在由适合于超弹性的材料制成的部分10上形成的风险，由于共振产生的振动防止冰的形成，尤其防止冰的结块，并且由适合于超弹性的材料制成的部分10的超弹性使得该部分不会被所述振动损坏。

可使用定子桨叶替代定子叶片来对本发明进行说明。

已关于具体的实施例对本发明进行了说明，该实施例具有完全为说明性的价值并且不可被理解为是限制性的。一般来说，本发明不限于上文所说明的和/或所描述的示例。使用动词“包括”、“包含”、“具有”或任何其它的变型以及其结合决不可排除除了提及的那些元件之外的元件的存在。使用不定冠词“一”或“一个”或者定冠词“这”以引入元件不排除多个这些元件的存在。权利要求中的参考标记不限制该权利要求的范围。