可变形转子叶片和包括其的涡轮发动机系统的制作方法

1.本主题总体上涉及涡轮发动机系统的部件，或者更具体地说，涉及转子叶片(例如风扇叶片)，该转子叶片包括可变形部分，使得转子叶片的形状发生变化。


背景技术：

2.涡轮机是通常在转子和流体之间传递能量的装置。一种类型的涡轮机是燃气涡轮发动机，它通常包括彼此流动连通地布置的风扇区段和核心发动机。此外，燃气涡轮发动机的核心发动机通常以串联流动顺序包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇区段提供到压缩机区段的入口，在压缩机区段，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合，并在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导向涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后通过排气区段，例如，流向大气。
3.一种类型的燃气涡轮发动机，涡轮风扇发动机，其工作原理是中央燃气涡轮核心驱动旁通风扇区段，风扇区段位于发动机的机舱和发动机核心之间的径向位置处。风扇叶片的旋转产生气流通过入口到核心发动机，以及核心发动机上的气流。另一种类型的燃气涡轮发动机，开式转子发动机，其工作原理反而是将旁通风扇区段置于发动机机舱的外部。这通常允许使用比涡轮风扇发动机更大的风扇叶片，能够作用于更大量的空气，从而与传统发动机设计相比，提高了推进效率。
4.此类风扇叶片组件通常包括具有连接到转子的根部部分的风扇叶片，使得转子响应于气体朝向风扇叶片被引导而旋转。通常，此类风扇叶片中使用的翼型的形状设计成在单个操作或飞行循环点产生最佳性能，在其他重要设计点可能非常低效。例如，这样的叶片设计在一个转速下相对于另一个转速可能更有效。
5.本领域将欢迎对涡轮机的转子叶片(例如燃气涡轮发动机系统的风扇叶片)进行改进。
附图说明
6.说明书中针对本领域的普通技术人员，对本公开进行了全面而有效的公开，包括其最佳模式，其参考了附图，其中：
7.图1是根据本主题的各种实施例的示例性管道燃气涡轮发动机系统的示意性横截面视图。
8.图2是根据本主题的各种实施例的示例性可变形转子叶片的示意性图形视图。
9.图3是根据本公开的另一示例性方面的可变形转子叶片的示意性图形视图。
10.图4是根据本公开的另一示例性方面的可变形转子叶片的示意性图形视图。
11.图5是根据本公开的示例性实施例的可变形部分的晶格结构段的示意图。
12.图6是根据本公开的另一示例性实施例的可变形部分的晶格结构段的示意图。
13.图7是根据本公开的另一示例性实施例的可变形部分的晶格结构的图形视图。
14.图8是根据本公开的示例性实施例的处于不同构造的图8的晶格结构的图形视图。
15.图9是根据本公开的另一示例性实施例的可变形部分的晶格结构的图形视图。
16.图10是根据本公开的示例性实施例的处于不同构造的图10的晶格结构的图形视图。
17.图11是根据本公开的另一示例性方面的可变形转子叶片的示意性图形视图。
18.图12是根据本公开的另一示例性方面的可变形转子叶片的示意性图形视图，特别示出了可变形转子叶片在相应尖端处的形状变化。
19.图13是根据本公开的示例性方面的图13中的可变形转子叶片的后缘的视图。
20.图14是根据本公开的另一示例性方面的可变形转子叶片的示意性图形视图，特别示出了叶片的相应尖端处两个可变形部分的形状变化。
21.本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本主题的相同或类似特征或元件。
具体实施方式
22.现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。
23.本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
24.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
25.术语“前”和“后”是指涡轮机、燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指涡轮机、燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
26.术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
27.除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接。
28.除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
29.如在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点、和/或端点之间的范围的裕度。
30.在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
31.在本公开的某些方面，提供了用于涡轮发动机系统的可变形转子叶片。转子叶片
通常包括根部部分和翼型部分。翼型部分包括具有晶格结构的可变形部分，该晶格结构包括可变形材料，例如形状记忆合金或压电材料。因此，可变形部分被构造为相对于翼型部分的不可变形的其余部分改变形状。
32.可变形部分相对于其余部分的形状变化允许在不同的操作循环点调整翼型形状，从而潜在地提高可变形转子叶片和/或关联转子组件的空气动力学效率，进而可以降低涡轮发动机的比燃料消耗。例如，这种转子叶片可构造为响应于燃气涡轮发动机的起飞条件驱动的刺激(例如转速、温度等)和/或响应于燃气涡轮发动机的巡航条件而改变形状。因此，本公开可以提供对转子叶片的形状的被动控制，例如对位于叶片的后缘和/或尖端附近的可变形部分的形状的被动控制。在本公开的各种其他方面，可变形转子叶片可包括主动控制，以改变可变形部分的形状，例如，使用加热元件、热交换器等进行温度控制或通过向可变形材料施加电流。
33.现在参考附图，图1显示了可以结合本公开的一个或多个发明方面的燃气涡轮发动机的示例性实施例的正横截面视图。图1中的示例性燃气涡轮发动机构造为单转子管道涡轮发动机系统10，其限定轴向方向a、径向方向r和周向方向(围绕轴向方向a延伸)。如图1所示，涡轮发动机系统10采用闭式转子推进系统的形式，并具有转子组件12(例如，风扇区段)，其包括围绕涡轮发动机系统10的中心纵向轴线14布置的多个翼型，更具体地，包括围绕涡轮发动机系统10的中心纵向轴线14布置的多个转子叶片16。此外，如下文将更详细地解释地，涡轮发动机系统10还包括定位在转子组件12后方的固定或静止出口导向轮叶组件18(即，相对于中心纵向轴线14不旋转)，其包括也围绕中心纵向轴线14设置的多个翼型，并且更具体地，包括围绕中心纵向轴线14设置的多个轮叶20(例如，出口导向轮叶)。
34.转子叶片16围绕中心纵向轴线14以典型的等间距关系布置，并且每个叶片具有根部22和尖端24，以及在两者之间限定的跨度。同样，出口导向轮叶20也围绕中心纵向轴线14以典型的等间距关系布置，并且每个出口导向轮叶20具有根部和尖端，以及在两者之间限定的跨度。转子组件12还包括位于多个转子叶片16前方的毂43。
35.此外，涡轮发动机系统10包括涡轮机核心发动机30，在示例性实施例中，其包括低速系统31和高速系统32。核心发动机30的高速系统32通常包括高速压缩机34、高速涡轮36和在两者之间延伸并且连接高速压缩机34和高速涡轮36的高速轴38。高速压缩机34(或至少其旋转部件)、高速涡轮36(或至少其旋转部件)和高速轴38可以统称为发动机的高速线轴35。此外，燃烧区段40位于高速压缩机34和高速涡轮36之间。燃烧区段40可以包括一个或多个构造，用于接收燃料和空气的混合物，并将燃烧气体流提供通过高速涡轮36，以驱动高速线轴35。
36.低速系统31类似地包括低速涡轮42、低速压缩机44(或增压器)和低速轴46，低速轴46在低速压缩机44和低速涡轮42之间延伸并连接低速压缩机44和低速涡轮42。低速压缩机44(或至少其旋转部件)、低速涡轮42(或至少其旋转部件)和低速轴46可以统称为涡轮发动机系统10的低速线轴45。
37.尽管涡轮发动机系统10所示为低速压缩机44位于高速压缩机34前方，但在某些实施例中，压缩机34、44可以呈叉指布置。此外，或替代地，尽管涡轮发动机系统10所示为高速涡轮36位于低速涡轮42前方，但在某些实施例中，涡轮36、42也可以类似地呈叉指布置。
38.仍然参考图1，核心发动机30可以被包围在罩48中。此外，可以理解的是，罩48至少
部分地限定入口50和喷射排气喷嘴区段52，并且包括在入口50和喷射排气喷嘴区段52之间延伸的核心流动路径54。对于所示实施例，入口50是位于转子组件12和固定或静止出口导向轮叶组件18之间的环形或轴对称360度入口50，并且为进入的大气空气沿着径向方向r在出口导向轮叶20的内侧进入核心流动路径54(以及压缩机44、34、燃烧区段40和涡轮36、42)提供路径。由于各种原因(包括结冰性能管理以及保护入口50免受操作中可能遇到的各种物体和材料的影响)，这种位置可能是有利的。然而，在其他实施例中，入口50可以位于任何其他合适的位置，例如，轮叶组件18的后方，以非轴对称方式布置等。
39.如上所述，涡轮发动机系统10包括轮叶组件18。轮叶组件18从罩48延伸，并且位于转子组件12的后方。轮叶组件18的出口导向轮叶20可安装到静止框架或其他安装结构，并且不相对于中心纵向轴线14旋转。为了便于参考，图1还用箭头f描述了向前方向，这进而限定了系统的前部分和后部分。如图1所示，转子组件12以“拉拔器(puller)”构造位于核心发动机30的前方，并且喷射排气喷嘴区段52位于出口导向轮叶20的后方。如将理解地，轮叶组件18的出口导向轮叶20可构造为使来自转子组件12的气流变直(例如，减少气流中的旋流)，以提高涡轮发动机系统10的效率。例如，出口导向轮叶20的尺寸、形状和构造可以对来自转子叶片16的气流施加抵消旋流，以便在两排翼型(例如，转子叶片16、出口导向轮叶20)后方的下游方向上，气流具有大大降低的旋流程度，这可以转化为诱导效率水平的提高。此外，出口导向轮叶20可以相对于彼此支撑核心发动机30、罩48或机舱80(目前已描述)中的一个或多个，支撑涡轮发动机系统10或关联的地基、运载器等的框架或其他固定结构。
40.仍然参考图1，转子叶片16、出口导向轮叶20或两者都可以包含变桨机构，以便翼型(例如，转子叶片16、出口导向轮叶20等)可以相对于桨距旋转轴线独立或相互结合地旋转。这种变桨可用于在各种操作条件下改变推力和/或旋流效应，包括调整转子叶片16处产生的推力大小或方向，或提供推力反转功能，这在某些操作条件下可能有用，例如在飞行器着陆时，或期望地调整至少部分地由转子叶片16、出口导向轮叶20产生的声学噪声，或转子叶片16相对于出口导向轮叶20的空气动力学相互作用。更具体地，对于图1的实施例，转子组件12描绘为具有变桨机构58，用于使转子叶片16围绕他们各自的桨距轴线60旋转，并且轮叶组件18描绘为具有变桨机构26，用于使出口导向轮叶20围绕他们各自的桨距轴线64旋转。
41.如图所示，转子组件12由核心发动机30驱动，并且更具体地，由低速线轴45驱动。更具体地，图1所示实施例中的涡轮发动机系统10包括动力变速箱56，并且转子组件12由核心发动机30的低速线轴45跨动力变速箱56驱动。动力变速箱56可以包括齿轮组，用于降低低速线轴45相对于低速涡轮42的转速，使得转子组件12可以以比低速线轴45更慢的转速旋转。以这种方式，转子组件12的旋转转子叶片16可以围绕中心纵向轴线14旋转，并产生推力，以在向前方向f上推动涡轮发动机系统10，并因此推动与其相关联的飞行器。如图1进一步所示，示例性涡轮发动机系统10包括机舱80，机舱80至少部分地周向围绕转子组件12和核心发动机30，在两者之间形成旁通气流通道82。
42.在管道涡轮发动机系统10的操作期间，一定量的空气59通过机舱80和/或转子组件12的关联入口51进入涡轮发动机系统10。当一定量的空气59穿过转子叶片16时，箭头62所示的空气59的第一部分被引导或导向至旁通气流通道82，并且箭头65所示的空气59的第二部分被引导或导向至核心流动路径54，或者更具体地，被引导或导向至低速压缩机44。空
气的第一部分62和空气的第二部分65之间的比率通常称为旁通比。空气的第二部分65的压力随后在其被导向通过高速压缩机34并进入燃烧区段40时增加，在燃烧区段40处，其与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
43.燃烧气体66被导向通过高速涡轮36，在高速涡轮36处，来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由高速涡轮定子轮叶和联接到高速线轴35的高速涡轮转子叶片的连续级被提取，从而使高速线轴35旋转，从而支持高速压缩机34的操作。然后，燃烧气体66被导向通过低速涡轮42，在低速涡轮42处，经由低压涡轮定子轮叶和联接到低速线轴45的低速涡轮转子叶片的连续级从燃烧气体66中提取第二部分热能和动能，从而使低速线轴45旋转，从而支持低速压缩机44的操作和/或转子组件12的旋转。
44.燃烧气体66随后被导向通过核心发动机30的喷射排气喷嘴区段52，以提供推进推力。同时，随着空气的第一部分62在从管道涡轮发动机系统10的喷嘴排气区段76排出之前被导向通过旁通气流通道82，空气的第一部分62的压力显著增加，也提供推进推力。高速涡轮36、低速涡轮42和喷射排气喷嘴区段52至少部分地限定热气路径55，用于将燃烧气体66导向通过核心发动机30。
45.然而，应该认识到，图1所示的示例性单转子管道发动机仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，涡轮发动机系统10可以具有任何其他合适的构造，包括例如任何其他合适数量的轴或线轴、涡轮、压缩机等。此外，或替代地，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的燃气涡轮发动机。例如，在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机可以是非管道式发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。
46.现在参考图2-4，根据本公开的各个方面，图示了构造为可变形转子叶片100的示例性转子叶片的图形视图。例如，在各种实施例中，图2-4中的可变形转子叶片100可以构造为用于燃气涡轮发动机，例如管道燃气涡轮发动机，这样的发动机构造为与图1中的管道涡轮发动机系统10相同或类似，例如涡轮风扇发动机。在各种实施例中，可变形转子叶片100可构造为管道燃气涡轮发动机的风扇叶片。应当理解，以下描述同样适用于其他适当构造的级和关联转子组件。例如，在附加或替代实施例中，图2-4所示的每个示例性可变形转子叶片可构造为用于非管道式燃气涡轮发动机。因此，在各种实施例中，可变形转子叶片100中的每一个可构造为管道燃气涡轮发动机的风扇叶片。
47.应该认识到，本公开同样适用于涡轮机的适当构造的转子级内的任何转子叶片。例如，此类可变形转子叶片100可包括但不限于风扇叶片、压缩机转子叶片、涡轮转子叶片等。因此，所示可变形转子叶片100通常可用于任何适当构造的转子组件中，该任何适当构造的转子组件用于任何适当构造的涡轮发动机系统或涡轮机，例如，开式螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、发电燃气涡轮发动机、船用发动机等。此外，至少一个可变形转子叶片100通常可构造为包含在涡轮机的转子组件的转子级内。通常，转子组件(例如，诸如图1中的转子组件12)由涡轮机的旋转线轴驱动，诸如参考图1描述的低速线轴45或类似构造的旋转线轴。
48.更具体地，所描绘的任何可变形转子叶片100可构造为燃气涡轮发动机的风扇区段的风扇叶片，诸如图1中的管道涡轮发动机系统10或类似构造的管道燃气涡轮发动机的风扇区段的风扇叶片。此外，或替代地，所示可变形转子叶片100可以构造为非管道式燃气涡轮发动机或类似构造的非管道式燃气涡轮发动机的转子组件的转子叶片。此外，应该认
识到，任何合适的转子组件的级内的一个或多个转子叶片可以构造为与图2-4中的任何可变形转子叶片100相同或类似。例如，转子组件的级内的所有转子叶片可以构造为与图2-4中的任何可变形转子叶片100相同或类似。此外，或替代地，转子组件的转子级可以包括具有可变形转子叶片100的不同合适构造的两个或更多个转子叶片。
49.大体上仍参考图2-4，根据本公开的示例性方面，图示了多个可变形转子叶片100。每个可变形转子叶片100通常包括前缘102和后缘104。如本领域普通技术人员将理解的，前缘102在叶片旋转时位于叶片的最前部分处，而后缘104位于最后点。每个可变形转子叶片100还可以包括根部部分106和翼型部分108。根部部分106可构造为(例如，形状和尺寸构造为)被接收在合适的转子盘的腔中，以允许将各个可变形转子叶片100连接到转子。中弦区域111可以位于根部部分106和尖端112之间的大约中间，如对于每个所示实施例所描绘的。
50.每个示例性实施例包括翼型部分的可变形部分114和不可变形的其余部分(其余部分116)，可变形部分114构造为响应于刺激而改变形状。可变形部分114相对于其余部分116的形状变化可允许在两个或更多个操作循环点调整翼型形状，从而提高可变形转子叶片100和/或关联转子组件(例如，诸如转子组件级中的多个转子叶片，诸如转子组件级中的所有转子叶片)的空气动力学效率，这进而可以降低燃气涡轮发动机的比燃料消耗。例如，可变形部分114可以构造为具有低速或巡航速度下的初始形状和更高速下的变化形状。例如，在弦向横截面中，初始形状可以是曲率相对较高的单弯曲(singly curved)，而变形后的形状是曲率相对较低的单弯曲。
51.在一些实施例中，相应的可变形部分114通常可以包括由可变形材料形成的一个或多个晶格结构，如下面关于图5-10更详细描述的。在一个实施例中，可变形区域114可以包括这样的晶格结构，该晶格结构在可变形部分114内延伸由可变形转子叶片100限定的整个厚度、跨度和/或弦。例如，可变形区域114可以由这种晶格结构形成。此外，或者替代地，可以在可变形区域内嵌入合适的晶格结构。在附加或替代实施例中，根据本公开的可变形区域114可以包括包括这种晶格结构的一个或多个片材。例如，一个或多个这样的片材可以嵌入可变形区域内。此外，或替代地，在复合叠层过程中，一个或多个这样的片材可以放置在纤维铺层或纤维层之间。因此，在几个实施例中，应该认识到，这样的片材可以定向成使得片材的平面大体与可变形转子叶片100的跨度和弦对齐。在附加或替代实施例中，可变形部分114可以包括这样的片材，该片材包裹、联接到可变形区域114内的翼型部分108的外表面或与可变形区域114内的翼型部分108的外表面一起形成。
52.现在特别参考图2，图示的可变形转子叶片100包括在尖端112处或附近位于翼型部分108的后缘104上的可变形部分114。此外，或替代地，可变形部分114可以部分或全部地从后缘104延伸到前缘102(例如，沿着图示的可变形转子叶片100的弦)。例如，可变形部分114可以沿着弦的至少10％延伸，例如沿着弦的至少20％延伸，例如沿着弦的至少40％延伸，例如沿着弦的至少75％延伸。在一个或多个实施例中，可变形部分114可在翼型部分108的尖端112处沿着弦的全长延伸。此外，或替代地，可变形部分114可以部分或全部地从尖端112延伸到根部部分106(例如，沿着图示的可变形转子叶片100的跨度)。例如，可变形部分114可以沿着跨度的至少10％延伸，例如沿着跨度的至少20％延伸，例如沿着跨度的至少40％延伸，例如沿着跨度的至少75％延伸。
53.此外，或替代地，为了引起形状的改变，例如在后缘区域中从较弯曲的c形到不太
弯曲的c形，可变形部分114可以在弦方向上从尖端112处的后缘104朝向中弦区域延伸，但不到达中弦区域。在这样的实施例中，可变形部分114可以在跨度方向上沿后缘104从尖端112朝向中跨区域延伸，但不到达中跨区域。
54.现在参考图3，图示的可变形转子叶片100包括可变形部分114，可变形部分114在尖端112处或附近位于翼型部分108的前缘102上。此外，或替代地，可变形部分114可以部分或全部地从前缘102延伸到后缘104(例如，沿着图示的可变形转子叶片100的弦)。例如，可变形部分114可以沿着弦的至少10％延伸，例如沿着弦的至少20％延伸，例如沿着弦的至少40％延伸，例如沿着弦的至少75％延伸。此外，或替代地，可变形部分114可以部分或全部地从尖端112延伸到根部部分106(例如，沿着图示的可变形转子叶片100的跨度)。例如，可变形部分114可以沿着跨度的至少10％延伸，例如沿着跨度的至少20％延伸，例如沿着跨度的至少40％延伸，例如沿着跨度的至少75％延伸。
55.现在参考图4，图示的可变形转子叶片100包括可变形部分114，可变形部分114在尖端112处或附近位于翼型部分108的中弦区域。此外，或替代地，可变形部分114可部分地延伸至前缘102、后缘104或两者(例如，沿图示的可变形转子叶片100的弦)。例如，可变形部分114可以沿着弦的至少10％延伸，例如沿着弦的至少20％延伸，例如沿着弦的至少40％延伸，例如沿着至少弦的75％延伸。此外，或替代地，可变形部分114可以部分或全部地从尖端112延伸到根部部分106(例如，沿着图示的可变形转子叶片100的跨度)。例如，可变形部分114可以沿着跨度的至少10％延伸，例如沿着跨度的至少20％延伸，例如沿着跨度的至少40％延伸，例如沿着跨度的至少75％延伸。
56.本领域普通技术人员应当理解，可变形转子叶片100可以包括在各种位置处的可变形部分(例如，可变形部分114)，包括叶片的前缘和后缘，相对于可连接到转子组件的转子的根部的各种径向位置。在附加或替代实施例中，可变形转子叶片100可以包括可变形部分(例如，可变形部分114)，其位于转子叶片的本体内的各种位置，并且在不同径向位置和/或在沿弦的各种位置从后缘104、前缘102和尖端112中的每一个移位。
57.现在参考图5，根据本公开的示例性实施例，显示了可变形部分114的晶格结构118(构造为二维晶格结构)的段的示意图。图5中的晶格结构118可构造为与包括可变形部分114的任何适当构造的转子叶片(例如，图2-4中的任何可变形转子叶片100或类似构造的转子叶片)一起使用。所示晶格结构118包括若干互连构件120。构件120(例如两个或更多个构件120)通常可以在多个节点122处联接或形成在一起。
58.为了便于讨论，图5中的晶格结构118已相对于限定示例性二维晶格结构的平面的局部x轴和y轴被限定。在一个实施例中，x轴和/或y轴可以被定向为与关联转子组件的轴向方向和/或径向方向对齐。此外，或替代地，x轴和/或y轴可以被定向为沿着关联可变形转子叶片的弦和/或跨度对齐。然而，应该认识到，局部x轴、y轴或两者都可以限定相对于这样的轴向方向、径向方向、弦和/或跨度的不同取向。此外，虽然图5的示例性晶格结构118被构造为网格，但本领域普通技术人员将理解，附加或替代二维晶格结构可以包括限定两个或更多个不同长度的构件120。此外，构件120可以相对于y轴和/或x轴以不同角度延伸。此外，或替代地，一个或多个构件120可以弯曲，或者限定具有不同取向、厚度、曲率半径等的一个或多个段。例如，图5的示例性实施例包括直构件或近似直构件120，每个构件限定相同或近似相同的长度。更具体地，所描绘的实施例包括定向为沿局部x轴延伸的若干第一构件124和
定向为沿局部y轴延伸的若干第二构件126。因此，本领域普通技术人员将理解，本公开同样适用于替代构造的晶格结构。
59.根据本公开的各个方面，图5所示的晶格结构118可以包括可变形材料，例如形状记忆合金(sma)材料、压电材料等。
60.sma材料通常是变形后能够恢复其原始形状的合金。例如，sma材料可以限定滞后效应，其中应力应变图上的加载路径与应力应变图上的卸载路径不同。因此，与传统弹性材料相比，sma材料可以提供改进的滞后阻尼。此外，sma材料可以作为传统致动器的轻质固态替代品。例如，可以加热某些sma材料，以使变形的sma恢复其预变形形状。sma材料还可以响应于特定的温度范围(即温度刺激)以预定的方式提供不同的刚度。形状记忆合金的刚度的变化是对温度刺激相关的固态微结构相变的响应，该相变使合金能够从一种物理形状变为另一种物理形状。sma材料的刚度的变化可以通过在等于或高于形状记忆合金发生固态微结构相变的温度下加工和退火合金预制件来实现。发生这种相变的温度通常称为合金的临界温度或转变温度。在包括旨在在可变形转子叶片100的操作期间改变刚度的sma材料的晶格结构的制造中，sma材料可以形成为在低于转变温度下具有一个操作刚度(例如，第一刚度)，并且在等于或高于转变温度下具有另一个刚度(如，第二刚度)。
61.本文使用的一些形状记忆合金的特征在于取决于温度的相变。这些相包括马氏体相和奥氏体相。马氏体相通常是指较低温度的相。而奥氏体相通常是指较高温度的相。马氏体相通常较易变形，而奥氏体相通常不易变形。当形状记忆合金处于马氏体相并被加热到高于一定温度时，形状记忆合金开始变化为奥氏体相。这种现象开始的温度称为奥氏体开始温度(as)。这种现象完成的温度称为奥氏体结束温度(af)。当处于奥氏体相的形状记忆合金冷却时，它开始转变为马氏体相。这种转变开始的温度称为马氏体开始温度(ms)。完成向马氏体相转变的温度称为马氏体结束温度(mf)。如本文所用，没有任何进一步限定词的术语“转变温度”可以指马氏体转变温度和奥氏体转变温度中的任一个。另外，不带限定词“开始温度”或“结束温度”的“低于转变温度”通常是指低于马氏体结束温度的温度，并且不带限定词“开始温度”或“结束温度”的“高于转变温度”通常是指高于奥氏体结束温度的温度。
62.在一些实施例中，sma材料可以限定在第一温度下的第一刚度并且限定在第二温度下的第二刚度，其中第二温度不同于第一温度。此外，在一些实施例中，第一温度或第二温度中的一个低于转变温度，并且另一个可以等于或高于转变温度。因此，在一些实施例中，第一温度可以低于转变温度并且第二温度可以等于或高于转变温度。而在一些其他实施例中，第一温度可以等于或高于转变温度并且第二温度可以低于转变温度。此外，本文所述的各种sma材料可被构造为在相同的第一和第二温度下具有不同的第一刚度和不同的第二刚度。
63.可适用于形成本文所述的晶格结构118的sma材料的非限制性示例可包括镍钛(niti)和其他镍钛基合金，例如镍钛氟化氢(nitihf)和镍钛钯(nitipd)。然而，应当理解，其他sma材料可以同样适用于当前公开。例如，在某些实施例中，sma材料可包括镍铝基合金，铜铝镍合金，或包含锌、锆、铜、金、铂和/或铁的合金。可以选择合金成分来为本技术提供期望的刚度效果，例如但不限于阻尼能力、转变温度和应变、应变滞后、(马氏体和奥氏体相的)屈服强度、抗氧化性和热腐蚀性、通过重复循环改变形状的能力、表现出单向或双向
形状记忆效应的能力、和/或许多其他工程设计标准。可以与本公开的实施例一起采用的合适形状记忆合金成分可以包括但不限于niti、nitihf、nitipt、nitipd、niticu、nitinb、nitivd、tinb、cualbe、cuznal和一些铁基合金。在一些实施例中，使用转变温度在5℃至150℃之间的niti合金。niti合金在冷却时可从奥氏体变为马氏体。
64.此外，sma材料还可以显示出超弹性。超弹性通常可以通过大应变的恢复来表征，可能具有一些耗散。例如，sma材料的马氏体和奥氏体相可以响应于机械应力以及温度引起的相变。例如，sma可以在奥氏体相(即高于一定温度)中加载。因此，当达到临界应力时，材料可以开始转变为(孪晶)马氏体相。在继续加载并假设等温条件时，(孪晶)马氏体可以开始去孪晶，允许材料经历塑性变形。如果卸载发生在塑性之前，马氏体通常可以转变回奥氏体，并且材料可以通过产生滞后而恢复其原始形状。
65.压电材料通常可以作为压电致动器，其构造为基于限定电荷的信号伸展或收缩。因此，如本文所述，包括压电材料的晶格结构118的构件120通常可以限定致动器或弹簧，该致动器或弹簧施加力或载荷以改变可变形部分114和/或可变形转子叶片100的形状。在各种实施例中，压电材料可以包括但不限于压电晶体、压电陶瓷或压电聚合物。在各种实施例中，压电材料可以包括但不限于硅酸镧镓(langasite)、正磷酸镓、铌酸锂、钽酸锂、钛酸钡、钛酸铅、锆酸铅、锆钛酸铅、铌酸钾、钨酸钠、ba2nanb5o5、pb2knb5o
15
、氧化锌、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、多孔聚丙烯、氟乙烯丙烯、聚四氟乙烯、多孔环烯烃、多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯，或其组合。
66.再次参考图5，在一个实施例中，所有构件120可包括一种或多种可变形材料。例如，所有构件120可以由单种可变形材料、可变形材料的组合形成，或者构件可以包含不同的可变形材料和/或可变形材料的组合。在附加或替代实施例中，构件120的一部分可以包括可变形材料，而构件120的其余部分不包括可变形材料、不同的可变形材料或可变形材料的不同组合。作为示例，第一构件124中的每一个都可以包括可变形材料，而第二构件126不包括可变形材料，反之亦然。在附加或替代实施例中，第一构件124中的每一个的一部分或全部可以包括可变形材料，而第二构件126的一部分或全部包括可变形材料。
67.现在参考图6，根据本公开的替代或附加示例性实施例，显示了可变形部分114的晶格结构118(构造为三维晶格结构)的段的示意图。图6的晶格结构118可以大体上构造成类似于图5的二维晶格结构118。例如，晶格结构包括在多个节点122处互连的构件120(例如，第一构件124和第二构件126)。然而，图6中的示例性晶格结构118包括一个或多个第三构件128，其定向为沿垂直于局部x轴和y轴限定的局部z轴延伸。虽然图6的示例性晶格结构118被构造为网格，但本领域普通技术人员将理解，本公开同样适用于附加或替代三维晶格结构，包括类似或不同定向和构造的构件120。
68.根据本公开的各个方面，图6中所示的晶格结构118可以包括可变形材料。在一个实施例中，所有构件120可包括可变形材料。例如，所有构件都可以由可变形材料形成。在附加或替代实施例中，构件120的一部分可以包括可变形材料，而构件120的其余部分不包括可变形材料，包括不同的可变形材料和/或包括可变形材料的不同组合。作为示例，只有第一构件120可以包括可变形材料，只有第二构件126可以包括可变形材料，或者只有第三构件128可以包括可变形材料。在附加或替代实施例中，第一构件120的一部分或全部可以包括可变形材料，第二构件126的一部分或全部可以包括可变形材料，和/或第三构件128的一
部分或全部可以包括可变形材料。
69.此外，或替代地，包含在晶格结构118的期望平面内的构件120的全部或一部分可以包括可变形材料。例如，在沿z轴的位置处沿x轴和y轴限定的平面内的构件120的全部或一部分可以包括可变形材料(如上文关于图5大体描述的)。此外，或替代地，晶格结构118可以包括晶格结构118的多个期望平面，多个期望平面包括具有可变形材料的构件120。例如，在沿z轴的选定位置处沿x轴和y轴限定的选定平面内的构件120的全部或一部分可以包括可变形材料(如上文关于图5大体描述的)。
70.虽然图5和图6的实施例已经参考相应的晶格结构118进行了描述和说明，但本领域的普通技术人员将理解，本公开可以同样适用于其他合适的二维和/或三维结构。例如，在附加或替代实施例中，可变形涡轮叶片的可变形部分可以包括包括可变形材料的元件(例如纤维或趾(toes))的二维编织件。更具体地，这样的可变形部分内的元件中的一个或多个(例如一部分，例如所有)可以包括可变形材料或可变形材料的组合或由可变形材料或可变形材料的组合形成。在几个实施例中，以一个或多个取向对齐的元件中的一些或所有可以包括可变形材料，类似于上面关于图5所述的晶格结构118的各种实施例。在附加或替代实施例中，可变形涡轮叶片的可变形部分可以包括包括可变形材料的元件(例如纤维或趾)的2.5维或三维编织件。更具体地，这样的可变形部分内的元件中的一个或多个(例如一部分，例如所有)可以包括可变形材料或由可变形材料形成。在几个实施例中，以一个或多个取向对齐的元件中的一些或所有可以包括编织件的一个或多个期望平面内的可变形材料和/或元件，类似于上面关于图6所述的晶格结构118的各种实施例。
71.现在参考图7-10，根据本公开的各个方面，部分地示出了示例性晶格结构118的实施例，每个晶格结构118包括可变形材料。例如，所示晶格结构118可构造用于包括可变形部分的适当构造的转子叶片，例如与参考图2-4所描述的可变形转子叶片100相同或类似地构造的转子叶片。虽然本文对示例性晶格结构118进行了说明和描述，但本领域普通技术人员将理解，本公开同样适用于交替定向的晶格结构，例如与上文关于图5和图6所述的晶格结构118相同或类似地构造的晶格结构。更具体地，图7和图9示出了处于相应的第一构造130的相应的晶格结构118的实施例。图8示出了处于第二构造132的图7的晶格结构118的实施例，并且图10示出了处于第二构造132的图9的晶格结构119的实施例。
72.现在特别参考图7和图9，晶格结构118分别限定了相应的第一构造130(例如，构件120的长度、构件120的取向、构件120的形状等)。此外，相应的构件120的至少一部分包括第一构造130中的可变形材料。通常，每个晶格结构118的可变形材料构造为在不受特定刺激(例如，不受高温、电信号、特定应力/应变力等)时具有第一构造130(例如，初始构造)。
73.在某些实施例中，刺激可以包括关联涡轮发动机系统的操作条件。图7和图9中的相应的晶格结构118可以构造为在相应的巡航时和/或相应的设计包络内的第一点处的条件下具有所示的第一构造130。在几个实施例中，相应的晶格结构118的可变形材料可以例如在第一操作条件下限定第一构造130中的材料性质的相应的第一值。例如，材料性质可以是杨氏模量、刚度、弹性等。在附加或替代实施例中，刺激可包括相应的可变形部分114和/或可变形材料的第一温度。例如，第一温度可以是关联可变形转子叶片100的可变形部分114在巡航和/或设计包络内的第一点处的温度。
74.现在特别参考图8和图10，晶格结构118分别限定了相应的第二构造132(例如，构
件120的长度、构件120的取向、构件120的形状等)。具体地，图8和图10中所示的第二构造132不同于图7和图9中的相应的第一构造。此外，每个晶格结构118的可变形材料被构造成响应于刺激而改变形状，例如变为第二构造132。一般来说，可变形材料可能会响应于某些刺激而改变形状，如上面更详细地描述的。
75.在某些实施例中，刺激可以包括关联涡轮发动机系统的操作条件。图8和图10中的相应的晶格结构118可以被构造为在起飞时和/或相应的设计包络内的第二点处具有所示的第二构造132。相应的晶格结构118的可变形材料通常例如在操作条件下限定第二构造132中的材料性质的相应的第二值。在几个实施例中，在操作条件下，相应的可变形材料可分别限定不同于第一材料性质的材料性质的至少一个第二值，例如，不同的杨氏模量、刚度、弹性等。在附加或替代实施例中，刺激可包括相应的可变形部分114和/或可变形材料的第二温度。例如，第二温度可以是关联可变形转子叶片100的可变形部分114在起飞时和/或设计包络内的第二点处的温度。
76.现在参考图11，根据本公开的各个方面，示出了可变形转子叶片100的附加或替代实施例。具体而言，图11示出了构造用于主动控制的可变形转子叶片100的实施例。虽然图11的实施例图示为可变形转子叶片100，其中可变形部分114在尖端112处沿着后缘104定位，但本领域普通技术人员可以理解，可变形转子叶片100可以在各种位置处包括可变形部分144，例如在关于图2-4所述的相同或类似位置处。
77.在所描绘的实施例中，可变形转子叶片100包括加热元件134，加热元件134通常构造为改变可变形部分114的温度。例如，加热元件134可以被构造为将可变形材料的温度设置为第一温度、第二温度或将温度移向第一温度、第二温度，在第一温度和第二温度之间转变温度，和/或允许可变形材料在第一温度与第二温度之间的温度下的温度调节。在图11的实施例中，加热元件134定位在可变形部分114内。在附加或替代实施例中，加热元件134可以定位在其余部分116内，紧邻可变形部分114，例如紧邻翼型部分108的尖端112和/或后缘104。在几个实施例中，加热元件134可以通电、电联接到电源，或者经由可变形转子叶片100中包括的一个或多个电力线路、连接、链路等进行控制，为了清楚起见，省略了这些。
78.在附加或替代实施例中，可变形转子叶片100可限定一个或多个流体通道136，例如第一流体通道138和第二流体通道140，形成热交换器142(均在图11中以虚线描绘)。热交换器142通常可以被构造为改变可变形部分114的温度。通常，来自关联涡轮发动机系统的区段的压力高于可变形转子叶片100的空气(例如来自高速压缩机34和/或此类压缩机的较后级)可被排出，并用于升高可变形部分114的温度。此外，或替代地，可将较冷的空气与此类较高压空气混合，并用于升高、降低或稳定可变形部分114的温度。此外，或替代地，此类较高压空气可经由辅助热交换器冷却，并用于降低可变形部分114的温度。此外，或替代地，可以泵送、压缩、冷却、膨胀另一种流体(例如润滑剂、燃料等)，或前述的组合，用于降低可变形部分114的温度。
79.热交换器142可被构造为将可变形材料的温度设置为第一温度、第二温度或将温度移向第一温度、第二温度，在第一温度和第二温度之间转变温度，和/或允许可变形材料在第一温度与第二温度之间的温度下的温度调节。每个流体通道136包括用于接收交换流体的流体入口144。每个流体通道包括排气出口146、流体回流148或两者。
80.在图11的示例性实施例中，可变形转子叶片100可限定第一流体通道138。更具体
地，第一流体通道138至少部分地限定通过可变形部分114。在附加或替代实施例中，可变形转子叶片100可在其余部分116内限定第二流体通道140、紧邻可变形部分114，例如紧邻翼型部分108的尖端112和/或后缘104。
81.在附加或替代实施例中，可变形部分114可构造为基于传送到可变形部分144的可变形材料的电信号改变形状。如图11中示意性地以虚线所示，与可变形转子叶片100相关联的涡轮发动机系统可以包括电源150，电源150电联接到可变形部分114，例如电联接到可变形部分114的可变形材料。在几个实施例中，可变形材料可以经由示意性所示的可变形转子叶片100中包括的一个或多个电气线路、连接、链路等(虚线152)接收电信号。例如，刺激和/或操作条件可以包括第一电信号，例如从电源150传送的第一电流。此外，或替代地，刺激和/或操作条件可以包括第二电信号，例如从电源150传送的第二电流。
82.在附加或替代实施例中，可变形部分114可构造为基于叶片在操作期间的移动速度以及因此由其直接环境(例如，转子组件12的区域内的气体)施加的表面压力和响应于旋转的离心力改变形状。例如，刺激和/或操作条件可包括关联涡轮发动机系统的第一转速，例如关联可变形转子叶片的可变形部分在巡航和/或设计包络内的第一点处的转速。此外，或替代地，刺激和/或操作条件可包括关联涡轮发动机系统的第二转速，例如关联可变形转子叶片的可变形部分在起飞和/或设计包络内的第二点处的转速。
83.图12描述了根据本公开的示例性方面，可变形转子叶片100的可变形部分114在尖端112处的形状变化的一个示例。具体而言，虚线显示第一形状，而实线显示其响应于刺激的变化和/或可变形部分114内包括的晶格结构内的可变形材料从第一构造到第二构造的变化(例如，参考图7-10和相应的第一构造130和第二构造132描述的类似变化)的第二形状。
84.图13是图12中的可变形转子叶片100的后缘104的特写视图，它显示了可变形部分114的形状根据外倾角θ的变化。例如，在一些实施例中，当可变形材料改变形状时，后缘104的外倾角θ改变。在这些实施例中，外倾角θ可以变化约2度到约15度。在一些实施例中，外倾角θ可以变化约10度。例如，对于使用使用本文所公开的可变形转子叶片的涡轮发动机系统的飞行器，较低的外倾角可以提供更多的爬升益处，而较高的外倾角可以提供更多的巡航益处。外倾角的变化可以经由在相应的操作条件下发生的一个或多个刺激条件产生。
85.此外，或替代地，也可以控制可变形部分114和其余部分116的表面积和/或体积的比率，以提供可变形转子叶片100响应于刺激变化的期望性能，如本文所述。
86.在改变形状之前，翼型(例如，翼型部分108)的初始形状可以构造成，甚至优化成使得弯曲载荷(或力矩)有利于诱发转子叶片16(例如，风扇叶片)的变形。例如，包括本文所述的可变形材料的晶格结构的构造可以优化成使得来自响应于叶片旋转的离心力的平面内载荷和诱发的弯矩而驱动翼型部分和/或可变形部分114的初始翼型形状改变。在弦向横截面中，翼型部分108的初始形状可以是曲率相对较高的单曲形，而变形后的形状则是曲率相对较低的单曲形。
87.此外，如本文在各种实施例中所述，可变形转子叶片可响应于刺激，将形状从较弯曲的c形变为不太弯曲的c形。形状变化发生在叶片的后缘区域中或叶片的前缘和后缘区域中，并且通常不在叶片的中弦区域处。例如，现在参考图14，根据本主题的各个方面，图示了可变形转子叶片100的示例性附加或替代实施例的顶视图。如图所示，可变形转子叶片100
可在前缘102和后缘104处包括可变形部分114(例如，本文所述的包括可变形材料的晶格结构)。
88.在各种实施例中，可变形转子叶片100、根部部分106、可变形部分114和/或其余部分116可以包括金属材料(例如金属或金属合金)、聚合物材料和/或复合材料中的至少一种。在附加或替代实施例中，图2-4中的每个可变形转子叶片100可以构造为复合转子叶片，使得至少其余部分116基本上包含一种或多种复合材料。在一个或多个实施例中，合适的可变形转子叶片100可构造为实体，具有中空内腔或具有填充内腔(例如填充有低密度材料)。此外，或替代地，每个可变形转子叶片100可以至少部分地由陶瓷基复合材料形成。更具体地，在某些实施例中，相应的其余部分116和/或可变形部分114可以由一个或多个陶瓷基复合预浸料层形成。在附加或替代实施例中，相应的其余部分116和/或可变形部分114可至少部分地由陶瓷基复合编织结构(例如，2d、3d或2.5d编织结构)形成。复合材料可以包括但不限于金属基复合材料(mmc)、聚合物基复合材料(pmc)或陶瓷基复合材料(cmc)。复合材料，例如可用于示例性可变形转子叶片100中，通常包括嵌入基质材料中的纤维增强材料，基质材料例如聚合物、陶瓷或金属材料。增强材料用作复合材料的承载成分，而复合材料的基质用于将纤维结合在一起，并充当介质，通过该介质，外部施加的应力传递并分布到纤维。
89.示例性cmc材料可以包括碳化硅(sic)、硅、二氧化硅、或氧化铝基质材料及其组合。陶瓷纤维可以被嵌入基质内，例如包括单丝状蓝宝石和碳化硅(例如textron的scs-6)的氧化稳定增强纤维，以及包括碳化硅(例如nippon carbon的ube industries的和dow corning的)、硅酸铝(例如nextel的440和480)、和切碎的晶须和纤维(例如nextel的440和)的粗纱和纱线，以及可选择的陶瓷微粒(例如si、al、zr、y的氧化物及其组合)和无机填充物(例如叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱土)。例如，在某些实施例中，将可以包括陶瓷耐火材料涂层的纤维束形成为增强带，例如单向增强带。多个带可以被铺设在一起(例如，作为铺层)，以形成预制件部件。在形成预制件之前或在形成预制件之后，可以用浆料成分浸渍纤维束。然后可以使预制件经受热处理，例如固化或烧尽，以在预制件中产生高焦炭残留物，以及随后经受化学处理，例如用硅熔体浸渗，以达到由具有所需化学成分的cmc材料形成的部件。在其他实施例中，cmc材料可以形成为例如碳纤维布而不是带。
90.类似地，在各种实施例中，pmc材料可以通过将织物或单向带浸渍树脂(预浸料)，然后固化来制造。例如，多层预浸料可以堆叠到零件的适当厚度和取向，然后树脂可以固化并凝固，以呈现纤维增强复合材料零件。作为另一个示例，可以使用模具，其中预浸料的未固化层可以堆叠到其以形成复合材料部件的至少一部分。模具可以是闭合构造(例如，压缩成型)或利用真空袋成型的开放构造。例如，在开放构造中，模具形成叶片的一侧(例如，压力侧或吸力侧)。pmc材料放置在袋内，并利用真空在固化期间将pmc材料保持在模具上。在另一些实施例中，相应的可变形转子叶片100可以经由树脂转移模制(rtm)、轻树脂转移模制(lrtm)、真空辅助树脂转移模制(vartm)、成型工艺(例如，热成型)或类似方法至少部分地形成。
91.在浸渍前，织物可称为“干”织物，并且通常包括两个或更多个纤维层(铺层)的堆叠。纤维层可由多种材料形成，多种材料的非限制性示例包括碳(例如石墨)、玻璃(例如玻璃纤维)、聚合物(例如)纤维和金属纤维。纤维增强材料可以以相对较短的短切纤
维的形式使用，通常长度小于2英寸，更优选地，小于1英寸，或可以以长连续纤维的形式使用，后者通常用于生产编织织物或单向带。其他实施例可包括其他纺织形式，例如平织、斜纹或缎面。
92.在几个实施例中，pmc材料可以通过将干纤维分散到模具中，然后围绕增强纤维流动基质材料来生产。pmc基质材料用树脂通常可分类为热固性树脂或热塑性树脂。热塑性树脂通常被归类为聚合物，其当响应于物理变化而非化学变化充分冷却时，当加热和硬化时，可以反复软化和流动。热塑性树脂的显著示例类别包括尼龙、热塑性聚酯、聚芳醚酮和聚碳酸酯树脂。预期用于航空航天应用的高性能热塑性树脂的具体示例包括聚醚醚酮(peek)、聚醚酮酮(pekk)、聚醚酰亚胺(pei)和聚苯硫醚(pps)。相比之下，热固性树脂一旦完全固化为硬质固体，在加热时不会发生显著软化，但在充分加热时会发生热分解。热固性树脂的显著示例包括环氧树脂、双马来酰亚胺(bmi)和聚酰亚胺树脂。
93.在附加或替代实施例中，图2-4中的每个可变形转子叶片100可以构造为复合转子叶片，使得至少其余部分116基本上包括一种或多种金属材料，例如但不限于钢、钛、铝、镍或其合金。例如，在一些实施例中，可变形转子叶片可以基本上包括具有一种或多种钛添加物的铝材料，例如钛边缘防护件。在一个或多个实施例中，合适的可变形转子叶片100，包括可变形转子叶片100包括一种或多种金属材料的实施例，可以构造为具有中空内腔或具有填充内腔(例如填充有低密度材料)的实体。此外，在一些实施例中，可变形转子叶片100可以包括包括多种材料的其余部分，可以包括基本上是整体的其余部分或可以包括适合转子叶片应用的任何其他材料组合或构造。例如，在某些实施例中，可以铸造其余部分116。
94.在各种实施例中，相应的其余部分116和/或可变形部分114可以至少部分地由聚合物(例如热塑性或热固性)制成。然而，应当认识到，相应的其余部分116和/或可变形部分114可以由多种材料形成，例如可变形材料、金属、金属合金、聚合物和/或复合材料的组合。此外，相应的根部部分106可以包括这些材料或这些材料的组成部分中的任何。
95.在附加或替代实施例中，相应的其余部分116和/或可变形部分114可以包括加性结构。更具体地，在各种实施例中，本文所述的相应的可变形部分114和关联特征和结构可以经由增材制造(例如3d打印过程)形成。使用这种过程可以允许可变形转子叶片100一体形成，成为单个整体部件或任何合适数量的子部件。例如，可变形部分114或其余部分116中的至少一个可以使用增材制造过程形成。具体而言，包括可变形材料的至少一个晶格结构118可以经由增材制造过程形成在相应的可变形部分114中。经由增材制造形成包括可变形材料的相应的晶格结构可允许晶格结构一体形成，并且包括当使用先前制造方法时不可能的各种特征。例如，本文所述的增材制造方法能够制造可变形部分114和/或晶格结构118，其包括具有任何合适的尺寸和形状以及一个或多个构造的一种或多种可变形材料，本文描述了这些新颖特征中的一些。
96.如本文所用，术语“增材制造”、“增材地制造”“增材制造技术或过程”等通常指的是制造过程，其中连续的材料层被提供在彼此上以逐层“堆积”三维部件。连续层通常熔合在一起，以形成整体部件，该部件可以具有多个一体子部件。尽管本文将增材制造技术描述为通过通常在竖直方向上逐点、逐层构建物体来制造复杂物体，但其他制造方法也是可能的并且在本主题的范围内。例如，尽管本文的讨论涉及添加材料以形成连续层，但本领域技术人员将理解，本文所公开的方法和结构可以与任何增材制造技术或制造工艺一起实施。
例如，本公开的实施例可以使用层加性过程、层减性过程或混合过程。
97.根据本公开的合适的增材制造技术包括，例如，熔融沉积建模(fdm)、选择性激光烧结(sls)、3d打印(例如通过喷墨和激光喷射)、立体光刻(sla)、直接选择性激光烧结(dsls)、电子束烧结(ebs)、电子束熔化(ebm)、激光工程净成形(lens)、激光净成形制造(lnsm)、直接金属沉积(dmd)、数字光处理(dlp)、直接选择性激光熔化(dslm)、选择性激光熔化(slm)、直接金属激光熔化(dmlm)和其他已知过程。
98.除了使用直接金属激光烧结(dmls)或直接金属激光熔化(dmlm)过程(其中使用能量源来选择性地烧结或熔化粉末层的部分)之外，应该认识到，根据替代实施例，增材制造过程可以是“粘结剂喷射”过程。在这方面，粘结剂喷射涉及以上述类似方式连续沉积增材粉末层。然而，不是使用能量源来产生能量束以选择性地熔化或熔合增材粉末，粘结剂喷射涉及选择性地将液体粘结剂沉积到每层粉末上。液体粘结剂可以是例如光固化聚合物或其他液体结合剂。其他合适的增材制造方法和变体拟在本主题的范围内。
99.本文所述的增材制造过程可用于使用任何合适的材料形成部件。例如，材料可以是本文所述的可变形材料、塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂或可以是固体、液体、粉末、片材、线材或任何其他适当形式的任何其他合适的材料。更具体地，根据本主题的示例性实施例，本文所述的增材制造部件可以部分、全部或以材料的某些组合形成，材料包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢、以及镍或钴基超合金(例如，special metals corporation提供的以命名的那些)。这些材料是适用于本文所述的增材制造过程的材料示例，并且通常可以称为“增材材料”。
100.此外，本领域技术人员将意识到，多种材料和用于结合这些材料的方法可以被使用并且被预期在本公开的范围内。如本文所用，提及“熔合”可指用于创建上述任何材料的结合层的任何合适过程。例如，如果物体是由聚合物制成的，熔合可以是指在聚合物材料之间形成热固性结合。如果物体是环氧树脂，则可以通过交联过程形成结合。如果材料是陶瓷，则可以通过烧结过程形成结合。如果材料是粉末状金属，则可以通过熔化或烧结过程形成结合。本领域技术人员将理解，通过增材制造熔合材料以制造部件的其他方法是可能的，并且可以使用这些方法来实践本公开的主题。
101.此外，本文所公开的增材制造过程允许由多种材料形成单个部件。因此，本文所述的部件可以由上述材料的任何合适混合物形成。例如，部件可以包括使用不同材料、过程和/或在不同的增材制造机器上形成的多个层、段或零件。以这种方式，可以构造具有不同材料和材料性质的部件，以满足任何特定应用的需求。此外，尽管本文所述的部件可以完全由增材制造过程构造而成，但应认识到，在替代实施例中，这些部件中的全部或部分可以经由铸造、机加工和/或任何其他合适的制造过程形成。实际上，可以使用材料和制造方法的任何合适组合来形成这些部件。
102.现在将描述一种示例性增材制造过程。增材制造过程使用部件的三维(3d)信息，例如三维计算机模型来制造部件。因此，可以在制造之前限定部件的三维设计模型。在这方面，可以扫描部件的模型或原型，以确定部件的三维信息。作为另一个示例，可以使用合适的计算机辅助设计(cad)程序构造部件的模型，以限定部件的三维设计模型。
103.设计模型可以包括部件的整个构造(包括部件的外表面和内表面)的3d数字坐标。
例如，设计模型可以限定相应的可变形转子叶片100、翼型部分108、可变形部分114、其余部分116、包括可变形材料的晶格结构118和/或内部通道、开口、支撑结构等。在一个示例性实施例中，三维设计模型例如沿着部件的中心(例如，竖直)轴线或任何其他合适的轴线被转换为多个切片或段。每个切片可以为预定的切片高度限定部件的薄横截面。多个连续的横截面切片一起形成3d部件。然后将部件逐切片或逐层“堆积”，直到完成。
104.以这种方式，可以使用增材过程制造本文所述的部件，或者更具体地，例如通过使用激光能量或热量熔合或聚合塑料，或者通过烧结或熔化金属粉末，依次形成每一层。例如，特定类型的增材制造过程可使用能量束，例如电子束或电磁辐射(例如激光束)，来烧结或熔化粉末材料。可以使用任何合适的激光和激光参数，包括关于功率、激光束光斑大小和扫描速度的考虑。构建材料可以由被选择用于增强强度、耐久性和使用寿命(特别是在高温下)的任何合适的粉末或材料形成。
105.例如，每个连续层可以在大约10μm到200μm之间，但是厚度可以基于任何数量的参数选择，并且根据替代实施例可以是任何合适的尺寸。因此，利用上述增材形成方法，本文所述的部件可以具有与增材形成过程期间使用的关联粉末层的一个厚度(例如10μm)一样薄的横截面。
106.虽然本公开大体上不限于使用增材制造来形成这些部件，但增材制造确实提供了多种制造优势，包括易于制造、降低成本、提高精度等。在这方面，利用增材制造方法，甚至多零件部件也可以形成为单件连续金属，并且因此与先前的设计相比，可以包含更少的子部件和/或接头。通过增材制造将这些多零件部件一体形成，可以有利地改进整个组装过程。例如，一体形成减少了必须组装的单独零件的数量，从而减少了关联时间和总组装成本。此外，现有的问题，例如泄漏、单独零件之间的接头质量和整体性能，可能会有利地减少。
107.此外，上述增材制造方法能够实现本文所述的示例可变形转子叶片100的更加复杂和错综地形状和轮廓。例如，此类部件可包括薄的增材制造层和独特的内部结构，例如晶格结构，例如由可变形材料形成的晶格结构。此外，增材制造过程能够制造具有不同材料的单个部件，使得部件的不同部分可表现出不同的性能特性。制造过程的连续性、增材性使这些新颖特征得以构造。因此，本文所述的各种可变形转子叶片100可以表现出改进的性能和可靠性。
108.该书面描述使用示例来描述各种实施例，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
109.进一步方面由以下条项的主题提供：
110.一种用于涡轮发动机系统的可变形转子叶片，包括：根部部分；和翼型部分，所述翼型部分包括可变形部分，所述可变形部分包括响应于刺激而改变形状的可变形材料。
111.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述可变形材料包括形状记忆合金。
112.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述可变形材料包括压电材料。
113.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述刺激包括温度刺激。
114.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，进一步包括加热元件，所述加热元件被构造成改变所述可变形部分的温度。
115.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述可变形转子叶片包括位于所述可变形转子叶片内的流体通道，使得流过所述流体通道的流体能够改变所述可变形部分的温度。
116.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述流体通道延伸通过所述根部部分。
117.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述刺激包括电信号。
118.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，后缘的至少一部分包括所述可变形部分。
119.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述可变形部分包括包含所述可变形材料的晶格结构，并且其中，所述晶格结构响应于所述刺激而改变形状。
120.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，当所述可变形材料改变形状时，后缘的外倾角方式变化。
121.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述外倾角变化约2度至约15度。
122.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述可变形转子叶片包括复合材料。
123.根据本文中任何条项所述的可变形转子叶片，其中，所述可变形转子叶片是风扇叶片。
124.一种涡轮发动机系统，包括：压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，轴向延伸通过所述压缩机区段、所述燃烧区段和所述涡轮区段的轴，以及转子组件，所述转子组件包括多个转子叶片，所述多个转子叶片中的至少一个转子叶片包括：根部部分；和翼型部分，所述翼型部分包括可变形部分，所述可变形部分包括响应于刺激而改变形状的可变形材料。
125.根据本文中任何条项所述的涡轮发动机系统，其中，所述刺激包括所述转子组件的转速。
126.根据本文中任何条项所述的涡轮发动机系统，其中，所述多个转子叶片中的所述至少一个转子叶片包括位于所述多个转子叶片中的所述至少一个转子叶片内的流体通道，使得流过所述流体通道的流体能够改变所述可变形部分的温度。
127.根据本文中任何条项所述的涡轮发动机系统，其中，所述流体通道延伸通过所述根部部分，并与所述压缩机区段流体连接。
128.根据本文中任何条项所述的涡轮发动机系统，其中，所述刺激包括电信号。
129.根据本文中任何条项所述的涡轮发动机系统，其中，所述涡轮发动机系统包括被构造成产生所述电信号的电源。

技术特征：
1.一种用于涡轮发动机系统的可变形转子叶片，其特征在于，包括：根部部分；和翼型部分，所述翼型部分包括可变形部分，所述可变形部分包括响应于刺激而改变形状的可变形材料。2.根据权利要求1所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，所述可变形材料包括形状记忆合金。3.根据权利要求1所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，所述可变形材料包括压电材料。4.根据权利要求1所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，所述刺激包括温度刺激。5.根据权利要求4所述的可变形转子叶片，其特征在于，进一步包括加热元件，所述加热元件被构造成改变所述可变形部分的温度。6.根据权利要求4所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，所述可变形转子叶片包括位于所述可变形转子叶片内的流体通道，使得流过所述流体通道的流体能够改变所述可变形部分的温度。7.根据权利要求6所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，所述流体通道延伸通过所述根部部分。8.根据权利要求1所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，所述刺激包括电信号。9.根据权利要求1所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，后缘的至少一部分包括所述可变形部分。10.根据权利要求1所述的可变形转子叶片，其特征在于，其中，所述可变形部分包括包含所述可变形材料的晶格结构，并且其中，所述晶格结构响应于所述刺激而改变形状。

技术总结
一种用于涡轮发动机系统的可变形转子叶片包括根部部分和翼型部分，所述翼型部分具有可变形部分，所述可变形部分包括响应于刺激而改变形状的可变形材料。改变形状的可变形材料。改变形状的可变形材料。


技术研发人员：郑莉 尼古拉斯
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.11.11
技术公布日：2023/5/23