本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片電除冰領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)，和如飛機(jī)渦輪噴氣機(jī)或飛機(jī)渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明還提出一種用于這種具有電除冰裝置的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的方法。

背景技術(shù)：

渦輪噴氣機(jī)在其操作期間經(jīng)歷結(jié)冰現(xiàn)象。低溫與空氣中存在的濕度相結(jié)合會(huì)促使在內(nèi)部操作表面上形成冰。當(dāng)然，這種冰給渦輪噴氣機(jī)增加重量，但是重要的是，這會(huì)影響其正常的操作，因?yàn)楸淖兞藢?duì)核心流動(dòng)進(jìn)行引導(dǎo)的表面輪廓。由此影響總體性能。

而且，通過(guò)在支撐冰的表面上逐漸積累，冰的厚度會(huì)增加。隨著發(fā)展會(huì)造成有潛在危險(xiǎn)的冰塊。實(shí)際上，在它們分離的情況下，將其吸入的壓縮機(jī)會(huì)惡化。具體說(shuō)，與它們撞擊的轉(zhuǎn)子葉片會(huì)被損壞；和很可能被破壞。

為了應(yīng)對(duì)冰的存在和外形的影響，壓縮機(jī)葉片設(shè)置有電加熱裝置。通過(guò)為這些裝置供電，它們通過(guò)焦?fàn)栃?yīng)對(duì)葉片加熱。供電足以將可能存在的冰熔化，或削弱其外形的影響。

由此，文件gb672658a公開(kāi)了一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)的葉片，其包括電加熱元件。葉片具體包括電絕緣材料板件，在其上，電阻線(xiàn)纏繞在表面處。加熱元件連接到供電器。在結(jié)冰的情況，電流經(jīng)過(guò)加熱元件的電阻線(xiàn)且在葉片中產(chǎn)生熱量。這允許形成在表面處的冰熔化并去除。該除冰系統(tǒng)雖然有效但是仍很復(fù)雜。除了體積龐大外，其成本也很高。而且，其精度仍不盡人意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題中的至少一個(gè)。更確切地說(shuō)，本發(fā)明的目的是簡(jiǎn)化渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的除冰。本發(fā)明的另一目的是提出一種方案，其是緊湊的、經(jīng)濟(jì)的、魯棒的且利于安裝在軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上。

技術(shù)方案

本發(fā)明的主題是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，尤其是軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的定子葉片，葉片包括：前邊緣；后邊緣；下表面和上表面，其從前邊緣延伸到后邊緣；和電除冰裝置；其特征在于，除冰裝置包括熱敏電阻，形成適于為葉片除冰的電加熱軌道。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻布置在葉片的上表面和/或下表面上。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻裝在上表面和下表面之間的葉片厚度部分中。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻具有正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻沿葉片的前邊緣和/或后邊緣行進(jìn)。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻與葉片的前邊緣和/或后邊緣相距一距離。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻在葉片的大部分高度上延伸和/或在葉片的大部分弦部上延伸。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻形成緊密跟隨葉片的上表面和/或下表面的導(dǎo)電帶狀物或線(xiàn)纜。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻形成線(xiàn)圈，其被放入一區(qū)域中，所述區(qū)域占據(jù)葉片的下表面或/和上表面的大部分。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，葉片包括固定平臺(tái)，除冰裝置經(jīng)過(guò)所述固定平臺(tái)，可能地?zé)崦綦娮杞?jīng)過(guò)所述固定平臺(tái)或保持與所述固定平臺(tái)相距一距離。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻的電阻在其溫度從0℃變化到-50℃時(shí)變化至少1％、至少3％或3％、至少5％或5％、至少10％或10％、至少30％或30％、至少80％或80％。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻沿葉片的高度布置在邊緣處。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻將葉片的根部和末端連結(jié)，和/或從固定平臺(tái)開(kāi)始。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻包括大致平行于葉片前邊緣和/或后邊緣部分。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，線(xiàn)圈形成從前邊緣延伸到后邊緣或從葉片的根部延伸到末端的槽道。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻形成導(dǎo)電軌道。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，在25℃，熱敏電阻具有的電阻大于或等于1ω/m，或10ω/m，或100ω/m。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻形成葉片的外表面。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，葉片的目的是布置在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的流動(dòng)中，熱敏電阻配置為例如接觸所述流動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，熱敏電阻的長(zhǎng)度大于葉片的高度，和/或葉片的長(zhǎng)度。葉片的高度可等于前邊緣的高度。

本發(fā)明的另一主題是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)，尤其是軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)包括葉片，其特征在于葉片是根據(jù)本發(fā)明的葉片，可能地，所述葉片在壓縮機(jī)的入口處布置為成環(huán)形排的葉片。

本發(fā)明的另一主題是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是飛機(jī)渦輪噴氣機(jī)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括葉片和/或壓縮機(jī)，其特征在于葉片是根據(jù)的本發(fā)明葉片，和/或壓縮機(jī)是根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，除冰裝置配置為通過(guò)熱敏電阻測(cè)量葉片的溫度。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，通過(guò)為除冰裝置提供第一電流，除冰裝置適用于測(cè)量熱敏電阻的溫度，且通過(guò)為熱敏電阻提供大于第一電流的第二電流而為葉片除冰。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，除冰裝置包括供電器，其用于為熱敏電阻供電，使得其通過(guò)焦耳效應(yīng)而被加熱。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，除冰裝置配置為通過(guò)測(cè)量熱敏電阻的電阻而估計(jì)葉片的溫度。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，第二電流至少比第一電流大50％；或第二電流比第一電流至少大兩倍或至少大五倍或至少大十倍或至少大三十倍。

通常，本發(fā)明的每一個(gè)主題的有利實(shí)施例也可應(yīng)用于本發(fā)明的其他主題。盡可能低，本發(fā)明的每一個(gè)主題可與其他主題組合。

本發(fā)明的另一主題是制造具有電除冰裝置的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的方法，方法包括以下步驟：(a)提供或制造葉片；(b)制造除冰裝置；(c)將除冰裝置固定在葉片上；其特征在于，除冰裝置包括適用于為葉片除冰的熱敏電阻，且在于，在制造步驟(b)期間，通過(guò)印刷制造熱敏電阻；可能地，在固定步驟(c)結(jié)束時(shí)，葉片是根據(jù)本發(fā)明的葉片。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，在用于提供或制造葉片的步驟(a)期間，通過(guò)基于粉末的增材制造來(lái)制造葉片。

根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，在固定步驟(c)期間，熱敏電阻被卡在葉片上。

提供的優(yōu)點(diǎn)

因?yàn)槭褂脽崦綦娮柙试S用作電加熱導(dǎo)體和溫度傳感器，所以本發(fā)明是有利的。結(jié)果，單個(gè)固定操作允許為葉片添加這兩個(gè)功能。制造成本和制造時(shí)間減少。

本發(fā)明是準(zhǔn)確且有效的。盡可能接近地測(cè)量葉片溫度，且盡可能接近地提供必要的熱量。熱敏電阻因此適用于在直接被冰影響的面提供雙重功能。

本發(fā)明可以用于使得除冰裝置自動(dòng)化。使用負(fù)系數(shù)(ntc)熱敏電阻，可以在溫度減小時(shí)增加其電阻，使得在同樣供電的情況下，通過(guò)焦耳效應(yīng)獲得的熱量可增加?？刂破骷呻S后被簡(jiǎn)化且可被去除。

根據(jù)另一方法，可考慮，冰層提供了一種熱絕緣。結(jié)果，在溫度由于海拔高度而降低但是通過(guò)熱敏電阻測(cè)量的溫度未相應(yīng)降低時(shí)，必須提供更多熱量。在這種情況下，正系數(shù)(ptc)熱敏電阻可以以自控的目的使用。

附圖說(shuō)明

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的圖。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的葉片和除冰裝置。

圖4是沿根據(jù)本發(fā)明的圖3中的軸線(xiàn)4-4繪制的葉片截面。

圖5顯示了具有根據(jù)本發(fā)明的除冰裝置的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造方法的圖。

具體實(shí)施方式

在以下描述中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部”和“外部”是相對(duì)于軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的定位。軸向方向?qū)?yīng)于沿渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的方向。徑向方向垂直于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)。上游和下游參考渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的主要流動(dòng)方向而言的。

圖1以簡(jiǎn)化的方式顯示了軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。在該具體情況下，其是渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣機(jī)2包括被稱(chēng)為低壓壓縮機(jī)5的第一壓縮級(jí)、被稱(chēng)為高壓壓縮機(jī)6的第二壓縮級(jí)、燃燒室8和一級(jí)或多級(jí)渦輪機(jī)10。在操作期間，經(jīng)由中心軸傳遞到轉(zhuǎn)子12的渦輪機(jī)10的機(jī)械功率使得兩個(gè)壓縮機(jī)5和6運(yùn)動(dòng)。后者包括與成排的定子葉片相關(guān)的幾排轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子繞其旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)14的旋轉(zhuǎn)由此允許產(chǎn)生空氣流動(dòng)，且后者逐漸在燃燒室8的入口處被壓縮。

通常被稱(chēng)為風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)16的進(jìn)氣通風(fēng)機(jī)聯(lián)接到轉(zhuǎn)子12且產(chǎn)生空氣流，所述空氣流被分為經(jīng)過(guò)上述各級(jí)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心流動(dòng)18，和沿發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)環(huán)形管道(部分地示出)以隨后在渦輪機(jī)出口處與核心流動(dòng)再次匯合的次流動(dòng)20。次流動(dòng)20可被加速，例如以產(chǎn)生允許飛機(jī)飛起的反推力。

圖2是例如圖1的軸流式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)5的截面圖。壓縮機(jī)可以是低壓壓縮機(jī)5。從中可以看到風(fēng)扇16的一部分和用于核心流動(dòng)18和次流動(dòng)20的分流器22。轉(zhuǎn)子12包括幾排轉(zhuǎn)子葉片24，在該情況下是三排。

低壓壓縮機(jī)5包括幾個(gè)定子，在該情況下是四個(gè)，其每一個(gè)包含一排定子葉片26。定子與風(fēng)扇16相關(guān)或與一排轉(zhuǎn)子葉片相關(guān)，用于修正空氣流動(dòng)18，例如將流動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為靜態(tài)壓力。

有利地，同一排的葉片(24；26)是相同的?？蛇x地，葉片之間的間距可局部性改變，如其角度方位(angularorientation)那樣。一些葉片可以與該排葉片的其余葉片不同。

定子葉片26可包括固定平臺(tái)28，允許它們安裝在支撐殼體上，或安裝到分流器22，或安裝到接合在分流器22中的外部遮罩。定子葉片26主要徑向地從壓縮機(jī)的外殼體延伸，且可與之固定且使用從固定平臺(tái)28而來(lái)的軸固定不動(dòng)。

在入口處，壓縮機(jī)5具有成環(huán)形排的定子葉片26，即上游定子。因?yàn)楹笳呤艿浇Y(jié)冰現(xiàn)象的影響，所以提供一種除冰裝置30。除冰裝置30與控制單元32組合在一起，所述控制單元為一個(gè)或多個(gè)熱敏電阻34供電，所述一個(gè)或多個(gè)熱敏電阻與壓縮機(jī)處的一排定子葉片26中的至少一個(gè)葉片或更多葉片或每一個(gè)葉片相關(guān)。入口排是在壓縮機(jī)上游的第一排。

圖3示出了定子葉片26和除冰裝置30。定子葉片26可對(duì)應(yīng)于針對(duì)圖1和2所述的定子葉片中之一。固定平臺(tái)28可見(jiàn)。雖然本發(fā)明是針對(duì)定子葉片開(kāi)發(fā)的，但是其也可適用于轉(zhuǎn)子葉片。

定子葉片26包括沿葉片26的高度延伸的前邊緣35和后邊緣36。下表面和上表面從前邊緣35延伸到葉片26的后邊緣36。它們將葉片26的末端38和根部40連結(jié)。這些表面目的是經(jīng)過(guò)核心流動(dòng)18并將其偏轉(zhuǎn)，以便使其呈軸向。下表面或上表面中之一接收熱敏電阻34。后者在被電流供電時(shí)形成電加熱軌道(track)。供電和熱敏電阻34的電阻被配置為允許對(duì)葉片26除冰，尤其是針對(duì)渦輪噴氣機(jī)的操作溫度，無(wú)論是在地面或是在高空。

熱敏電阻34可形成線(xiàn)圈。線(xiàn)圈裝在區(qū)域42中，所述區(qū)域占據(jù)葉片26的下表面或上表面的大部分。線(xiàn)圈形成槽道44，其占據(jù)接收熱敏電阻34的面的大部分。槽道44可呈現(xiàn)出沿葉片26的弦部或沿其高度布置的主要延伸形式。

熱敏電阻34是電導(dǎo)體或可以是半導(dǎo)體。其形成帶狀物或線(xiàn)纜。熱敏電阻34基本上在葉片26的整個(gè)高度上和/或基本上在葉片26的整個(gè)弦部上延伸。其沿前邊緣和后邊緣行進(jìn)。部分46(例如徑向部分)可沿葉片26的前邊緣35和/或后邊緣36行進(jìn)。然而，該部分46保持與前邊緣相距一距離，以便受到保護(hù)。條帶(strip)將熱敏電阻34從前邊緣35和從后邊緣36分離。在這種情況下，吸收(ingestion)和磨損現(xiàn)象不會(huì)給熱敏電阻造成很大損害。裝置的壽命得以延長(zhǎng)。

熱敏電阻可具有負(fù)溫度系數(shù)(ntc)。ntc熱敏電阻可包括過(guò)渡金屬的氧化物；例如，氧化錳、氧化鈷、氧化銅、或氧化鎳。ntc熱敏電阻還可包括這些過(guò)渡金屬氧化物的組合。替換地，熱敏電阻可具有正溫度系數(shù)(ptc)。ptc熱敏電阻可包括鈦酸鹽鋇或聚合物合金。例如，其可包括在fr2921194a1中所述的一種或多種材料。

雖然形成了單個(gè)葉片26，但是可想到將并行或串行的幾個(gè)葉片連接，使得其各自的熱敏電阻也并行或串行連接。幾個(gè)熱敏電阻葉片可連接到同一控制單元32。

圖4顯示了圖3所示的葉片26的一部分，該部分是沿軸線(xiàn)4-4得到的。繪制旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)14作為方位標(biāo)記。

熱敏電阻34位于上表面48上。該位置是有益的，因?yàn)槠浔槐Ｗo(hù)而不會(huì)受到核心流動(dòng)18帶來(lái)的侵蝕。在所述的葉片26的輪廓上，熱敏電阻34被保持與前邊緣35和后邊緣36相距一定距離，但是其可接觸這些邊緣(35；36)中之一，例如后邊緣36。

熱敏電阻34覆蓋葉片26的上表面。其至少部分地形成與核心流動(dòng)18接觸的外表面。另外或替換地，熱敏電阻34可單獨(dú)覆蓋下表面50，或替代地分別覆蓋下表面50、上表面48。

根據(jù)本發(fā)明的替換例，熱敏電阻可處于葉片的芯部，例如在沿葉片厚度的中間部分。其可嵌入在葉片的材料中，且在下表面和上表面之間。該替換例也可以與如上所述的方案組合。

圖5是用于制造具有根據(jù)本發(fā)明的除冰裝置的葉片的方法示意圖。葉片可以是針對(duì)圖1-4所述的那些。

該方法可包括以下步驟，可以以以下順序執(zhí)行：

(a)提供或制造(100)葉片；

(b)制造(102)除冰裝置；

(c)將除冰裝置固定(104)到葉片。

在提供或制造(100)的步驟(a)期間，通過(guò)基于粉末的增材制造(additivemanufacturing)來(lái)制造葉片。粉末可以是鈦粉末。制造工藝可使用電子束。根據(jù)替換例，可通過(guò)鑄造或從固體切割來(lái)制造葉片。

在制造(102)步驟(b)期間，通過(guò)印刷技術(shù)來(lái)制造熱敏電阻。使用具有熱敏電阻性能的導(dǎo)電墨水。其被用在基板上，所述基板隨后被抵靠葉片施加。基板可選地在應(yīng)用之后移除。然而，可使用任何其他手段來(lái)制造熱敏電阻。

在固定(104)步驟(c)期間，熱敏電阻被卡在葉片上。然而，熱敏電阻可通過(guò)嵌入在其厚度部分中而連接到葉片。