阅读说明：本技术 制造燃烧室瓦块的方法 (Method of making combustor pads ) 是由 J.G.马歇尔 L.I.斯图尔德 于 2019-08-23 设计创作，主要内容包括：本公开涉及燃烧室、燃烧室瓦块和制造燃烧室砖瓦块的方法。公开了一种燃烧室瓦块,其包括具有第一表面和第二表面的主体。该瓦块具有围绕瓦块的边缘延伸并从该第一表面突出的周壁。该瓦块的主体和周壁包括由固结的粉末材料构成的整体结构。该瓦块的周壁具有由该部分固结粉末材料构成的至少一个区域。该至少一个区域在周壁中提供刚度减小的区域,使得该瓦块能够更好地贴合该环形壁的形状。(The present disclosure relates to combustors, combustor tiles and methods of making combustor tiles. A combustor pad is disclosed that includes a body having a first surface and a second surface. The pad has a peripheral wall extending around an edge of the pad and projecting from the first surface. The body and peripheral wall of the pad comprise a unitary structure of consolidated powder material. The peripheral wall of the pad has at least one region of the partially consolidated powder material. The at least one region provides a region of reduced stiffness in the peripheral wall so that the pad can better conform to the shape of the annular wall.)

制造燃烧室瓦块的方法

技术领域

本公开涉及燃烧室、燃烧室瓦块和制造燃烧室瓦块的方法，尤其涉及气体涡轮引擎燃烧室、.气体涡轮引擎燃烧室瓦块和制造气体涡轮引擎燃烧室瓦块的方法。

背景技术

一种已知类型的燃烧室包括一个或多个壁，每个壁包括双份或双重壁结构。双重壁结构包括环形外壁和与该环形外壁径向间隔以限定一个或多个室的环形内壁。该环形外壁具有多个喷射孔以将冷却剂供应到一个或多个室中，并且该环形内壁具有多个渗出孔以在该环形内壁的内表面之上从该一个或多个室供应冷却剂以在该环形内壁的内表面上形成冷却剂膜。该冷却剂膜保护该环形内壁的内表面。

该环形内壁通常包括在燃烧室上游末端和燃烧室下游末端之间并排布置的多排瓦块，并且每排瓦块包括围绕燃烧室周向地并排设置的多个瓦块。每个瓦块包括主体，该主体具有面向环形外壁的第一表面和背离环形外壁并朝向燃烧区的第二表面，每个瓦块具有围绕瓦块的边缘延伸并从第一表面朝向环形外壁突出的周壁，以间隔开瓦块与环形外壁来形成室。通过一个或多个一体式螺柱将每个瓦块固定到环形外壁，该一个或多个一体式螺柱从第一表面突出，并穿过环形外壁中相关的安装孔，被接收于相应螺母中。

在燃烧室整个操作过程中，每个瓦块的周壁必须保持与环形外壁接触，以便为室提供密封，以防止冷却剂从室泄漏。该周壁必须具有遍及其长度的预定高度，并且必须能够支撑载荷应力，例如，周壁必须具有承载载荷且能够保证瓦块铸造的预定厚度。

但是，由于制造公差以及在燃烧室操作期间所施加的载荷和热条件导致瓦块和/或周壁的形状出现变化，因此该瓦块形状和周壁可能不匹配环形外壁表面的形状。周壁使瓦块硬化，使得瓦块难以贴合环形外壁的表面的形状。当在螺柱上拧入并拧紧螺母时，由于至少一个螺柱和相关联的螺母使该瓦块变形以贴合环形外壁的表面的形状，因此瓦块形状和环形外壁表面的形状的不匹配在该瓦块和至少一个螺柱中引入应力。

因此，本公开寻求提供燃烧室以及一种可以减少、或解决上述问题的燃烧室瓦块。

发明内容

根据第一方面，提供了一种包括环形壁和多个瓦块的燃烧室，每个瓦块能够可拆卸地固定到该环形壁，每个瓦块包括主体，该主体具有面向该环形壁的第一表面和背离该环形壁并朝向燃烧区的第二表面，每个瓦块具有围绕瓦块边缘延伸且从第一表面朝向环形壁突出的周壁，以间隔瓦块与该环形壁，至少一个瓦块的周壁和主体包括由固结粉末材料构成的整体结构，该至少一个瓦块的周壁具有由部分固结粉末材料构成的至少一个区域。

至少一个瓦块的周壁可具有由部分固结粉末材料构成的多个区域。

该多个区域可围绕该至少一个瓦块的边缘等距间隔开。

多个瓦块中每个瓦块的周壁和主体可包括由固结粉末材料构成的整体结构，多个瓦块中每个瓦块的周壁具有由部分固结粉末材料构成的至少一个区域。

多个瓦块中每个瓦块的周壁可具有由部分固结粉末材料构成的多个区域。

由部分固结粉末材料构成的多个区域可以围绕多个瓦块中每个瓦块的边缘等距间隔开。

由部分固结粉末材料构成的至少一个区域可由堆积密度小于85％的粉末材料构成。由部分固结粉末材料构成的至少一个区域可由堆积密度为70％至80％的粉末材料构成。

由部分固结粉末材料构成的该至少一个区域具有的堆积密度可能小于周壁的其余部分的堆积密度。

周壁的其余部分可由堆积密度大于90％的粉末材料构成。周壁的其余部分可由堆积密度为95％至99％的粉末材料构成。周壁的其余部分可由完全固结的粉末材料构成。

至少一个瓦块的主体可由堆积密度大于90％的粉末材料构成。至少一个瓦块的主体可由堆积密度为95％至99％的粉末材料构成。至少一个瓦块的主体可由完全固结的粉末材料构成。

周壁的其余部分可具有与至少一个瓦块的主体相同的堆积密度。周壁的至少一个区域可具有比至少一个瓦块的主体小的堆积密度。

由部分固结粉末材料构成的至少一个区域或每个区域可垂直延伸穿过周壁的整个厚度。由部分固结粉末材料构成的至少一个区域或每个区域可与垂直方向成角度延伸穿过周壁的整个厚度。由部分固结粉末材料构成的至少一个区域或每个区域可具有螺线形状。

至少一个瓦块或每个瓦块可具有从第一表面突出的至少一个附接特征结构，瓦块的主体、周壁和至少一个附接特征结构包括由固结粉末材料构成的整体结构。至少一个附接特征结构可以是螺柱。至少一个附接特征结构可以是凸台。

至少一个瓦块或每个瓦块可具有从第一表面至第二表面延伸穿过该瓦块的主体的至少一个渗出冷却孔。该至少一个瓦块或每个瓦块可具有从瓦块的第一表面突出的基座、销或翅片。

该粉末材料可以是金属粉末。该金属粉末可以是镍基超合金、钴基超合金或铁基超合金。

部分固结粉末材料的至少一个区域提供该周壁中刚度减小的区域，使得瓦块能够更好地贴合环形壁的形状。部分固结材料的至少一个区域为冷却剂从瓦块和环形壁之间的空间泄漏提供屏障。

根据第二方面，提供了一种包括主体的燃烧室瓦块，该主体具有第一表面和第二表面，该瓦块具有围绕瓦块的边缘延伸并从第一表面突出的周壁，该瓦块的周壁和主体包括由固结粉末材料构成的整体结构，该瓦块的周壁具有由部分固结粉末材料构成的至少一个区域。

该瓦块的周壁可具有由部分固结粉末材料构成的多个区域。

由部分固结粉末材料构成的该多个区域可围绕瓦块的边缘等距间隔开。

由部分固结粉末材料构成的至少一个区域可由堆积密度小于85％的粉末材料构成。由部分固结粉末材料构成的至少一个区域可由堆积密度为70％至80％的粉末材料构成。

由部分固结粉末材料构成的至少一个区域具有的堆积密度可小于周壁的其余部分的堆积密度。

周壁的其余部分可由堆积密度大于90％的粉末材料构成。周壁的其余部分可由具有堆积密度在95％至99％的粉末材料构成。周壁的其余部分可由完全固结的粉末材料构成。

瓦块的主体可由堆积密度大于90％的粉末材料构成。瓦块的主体可由堆积密度为95％至99％的粉末材料构成。瓦块的主体可由完全固结的粉末材料构成。

周壁的其余部分可具有与瓦块的主体相同的堆积密度。周壁的至少一个区域可具有比瓦块的主体小的堆积密度。

由部分固结粉末材料构成的至少一个区域或每个区域可垂直延伸穿过周壁的整个厚度。由部分固结粉末材料构成的至少一个区域或每个区域可与垂直方向成角度延伸穿过周壁的整个厚度。由部分固结粉末材料构成的至少一个区域或每个区域可具有螺线形状。

瓦块可具有从第一表面突出的至少一个附接特征结构，该瓦块的主体、周壁和至少一个附接特征结构包括由固结粉末材料构成的整体结构。至少一个附接特征结构可以是螺柱。至少一个附接特征结构可以是凸台。

瓦块可具有从第一表面至第二表面延伸穿过瓦块的主体的渗出冷却孔。该瓦块可具有从瓦块的第一表面突出的基座、销或翅片。

粉末材料可以是金属粉末。该金属粉末可以是镍基超合金、钴基超合金或铁基超合金。

根据第三方面，提供了一种制造燃烧室瓦块的方法，该瓦块包括具有第一表面和第二表面的主体，该瓦块具有围绕瓦块的边缘延伸并从第一表面突出的周壁，该瓦块的主体和周壁包括由固结粉末材料构成的整体结构，该瓦块的周壁具有由部分固结粉末材料构成的至少一个区域，该方法包括使用粉末材料通过增材制造技术来制造瓦块，该增材制造技术包括将能量束引导在粉末材料上，以固结粉末材料来形成瓦块的主体和周壁，并将能量束引导在粉末材料上和控制能量束以部分固结至少一个区域中的粉末材料。

该方法可包括将能量束引导在粉末材料上，并控制能量束以在多个区域中部分固结粉末材料。

该方法可包括将激光束或电子束引导在粉末材料上。

该方法可包括粉末床激光沉积。

瓦块可具有从第一表面突出的至少一个附接特征结构，该瓦块的主体、周壁和至少一个附接特征结构包括由固结粉末材料构成的整体结构，该方法包括将能量束引导至粉末材料以固结粉末材料来形成该瓦块的主体、周壁和该至少一个附接特征结构。至少一个附接特征结构可以是螺柱。至少一个附接特征结构可以是凸台。

增材制造技术可在燃烧室瓦块中制作渗出冷却孔。增材制造技术可在燃烧室瓦块上制作其他特征。增材制造技术可制作从燃烧室瓦块的表面突出的基座、销或翅片。

粉末材料可以是金属粉末。该金属粉末可以是镍基超合金、钴基超合金或铁基超合金。

如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、燃烧器、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的(具有风扇叶片的)风扇。

本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成(例如直接接收，例如经由大致环形的管道)从第一压缩机接收流。

齿轮箱可被布置成由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如上述示例中的第一芯轴)来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴)来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。

该齿轮箱可以是减速齿轮箱(因为风扇的输出比来自芯轴的输入的旋转速率低)。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱可以是“行星式”或“星形”齿轮箱，如本文别处更详细地描述。该齿轮箱可以具有任何期望的减速比(定义为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度)，例如大于2.5，例如在3到4.2、或3.2到3.8的范围内，例如，大约或至少3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，齿轮齿数比可以介于前一句中的任何两个值之间。仅以举例的方式，齿轮箱可以是“星形”齿轮箱，其具有在3.1或3.2到3.8的范围内的齿轮齿数比。在一些布置结构中，齿轮齿数比可在这些范围之外。

在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和一个或多个压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游(例如在其出口处)。以另一个示例的方式，在提供第二涡轮的情况下，可将燃烧器出口处的流提供至第二涡轮的入口。该燃烧器可设置在一个或多个涡轮的上游。

该压缩机或每个压缩机(例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片，该排定子叶片可为可变定子叶片(因为该排定子叶片的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。

该涡轮或每个涡轮(例如，如上所述的第一涡轮和第二涡轮)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部(或毂部)延伸到100％跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于(或大约为)以下中的任何一个：0.4、0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如，在0.28到0.32的范围内。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘(或轴向最前)部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。

可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径(可能只是风扇半径的两倍)可大于(或大约为)以下中的任何一者：220cm、230cm、240cm、250cm(约100英寸)、260cm、270cm(约105英寸)、280cm(约110英寸)、290cm(约115英寸)、300cm(约120英寸)、310cm、320cm(约125英寸)、330cm(约130英寸)、340cm(约135英寸)、350cm、360cm(约140英寸)、370cm(约145英寸)、380cm(约150英寸)、390cm(约155英寸)、400cm、410cm(约160英寸)或420cm(约165英寸)。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在240cm至280cm或330cm至380cm的范围内。

风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在220cm至300cm(例如240cm至280cm或250cm至270cm)范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在330cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内、例如在1400rpm至1800rpm的范围内。

在使用气体涡轮引擎时，(具有相关联的风扇叶片的)风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U_尖端移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U_tip ²，其中dH是跨风扇的焓升(例如1-D平均焓升)，并且U_tip是风扇尖端的(平移)速度，例如在尖端的前缘处(可被定义为前缘处的风扇尖端半径乘以角速度)。在巡航条件下的风扇尖端负载可大于(或大约为)以下中的任何一者：0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4(本段中的所有单位为Jkg^{- 1}K^-1/(ms^-1)²)。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在0.28至0.31或0.29至0.3的范围内。

根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比率，其中该旁路比率被定义为在巡航条件下穿过旁路管道的流的质量流率与穿过核心的流的质量流率的比率。在一些布置结构中，该旁路比率可大于(或大约为)以下中的任何一者：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5或20。该旁路比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在12至16的范围、或13至15的范围、或13至14的范围内。该旁路管道可以是基本上环形的。该旁路管道可位于核心引擎的径向外侧。旁路管道的径向外表面可以由短舱和/或风扇壳体限定。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎的总压力比可被定义为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机出口处的滞止压力(进入燃烧器之前)之比。以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总压力比可大于(或大约为)以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在50至70的范围内。

引擎的比推力可被定义为引擎的净推力除以穿过引擎的总质量流量。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的比推力可小于(或大约为)以下中的任何一个：110Nkg^-1s、105Nkg^-1s、100Nkg^-1s、95Nkg^-1s、90Nkg^-1s、85Nkg^-1s或80Nkg^-1s。该比推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在80Nkg^-1s至100Nkg^-1s，或85Nkg^-1s至95Nkg^-1s的范围内。与传统的气体涡轮引擎相比，此类引擎可能特别高效。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。仅以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮可以产生至少(或大约为)为以下中的任何一个的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。仅以举例的方式，如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮可能够产生在330kN至420kN，例如350kN至400kN范围内的最大推力。上面提到的推力可为在标准大气条件下、在海平面处、加上15℃(环境压力101.3kPa，温度30℃)、引擎静止时的最大净推力。

在使用中，高压涡轮的入口处的流的温度可能特别高。该温度，可被称为TET，可在燃烧器的出口处测量，例如紧接在可被称为喷嘴导向叶片的第一涡轮叶片的上游。在巡航时，该TET可至少为(或大约为)以下中的任何一者：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。引擎在使用时的最大TET可以是，例如，至少为(或大约为)以下中的任何一者：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在1800K至1950K的范围内。可以例如在高推力条件下发生最大TET，例如在最大起飞(MTO)条件下发生最大TET。

本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可由任何合适的材料或材料组合来制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由复合材料来制造，该复合材料为例如金属基质复合材料和/或有机基质复合材料，诸如碳纤维。以另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属来制造，该金属为诸如基于钛的金属或铝基材料(诸如铝锂合金)或基于钢的材料。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前缘，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗(例如，来自鸟类、冰或其他物料的)冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或基于钛的合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有碳纤维或具有带钛前缘的基于铝的主体(诸如铝锂合金)。

如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如沿径向方向延伸。该风扇叶片可以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定件，该固定件可与毂部(或盘状部)中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以***和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可以称为叶片盘状部或叶片环。可以使用任何合适的方法来制造此类叶片盘状部或叶片环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接(诸如线性摩擦焊接)来附接到毂部/盘状部。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可能或可能不设有可变面积喷嘴(VAN)。此类可变面积喷嘴可允许旁路管道的出口面积在使用中变化。本公开的一般原理可应用于具有或不具有VAN的引擎。

如本文所述和/或要求保护的气体涡轮的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如14、16、18、20、22、24或26个风扇叶片。

如本文所用，巡航条件具有常规含义并且将易于被技术人员理解。因此，对于飞行器的给定气体涡轮引擎，技术人员将立即识别巡航条件是指该气体涡轮引擎被设计用于附接到飞行器的引擎在给定任务(其在行业中可被称为“经济任务”)的中间巡航的操作点。就这一点而言，中间巡航是飞行器飞行周期中的关键点，在该点处，在上升最高点和开始降落之间燃烧的总燃料的50％已燃烧(其在时间和/或距离方面可近似于上升最高点和开始降落之间的中点)。因此，巡航条件定义气体涡轮引擎的操作点，该操作点在考虑提供给气体涡轮引擎被设计用于附接到的飞行器的引擎数量的情况下，提供将确保该飞行器在中间巡航时的稳态操作(即，保持恒定的高度和恒定的马赫数)的推力。例如，如果引擎被设计为附接到具有两个相同类型的引擎的飞行器上，则在巡航条件下，引擎提供该飞行器在中间巡航时稳态运行所需的总推力的一半。

换句话讲，对于飞行器的给定气体涡轮引擎，巡航条件被定义为在中间巡航大气条件(在中间巡航高度下由根据ISO 2533的国际标准大气定义)下提供指定推力的引擎的操作点(需要在给定中间巡航马赫数下，与飞行器上的任何其他引擎相结合，提供气体涡轮引擎被设计用于附接到的飞行器的稳态操作)。对于飞行器的任何给定气体涡轮引擎而言，中间巡航推力、大气条件和马赫数是已知的，因此在巡航条件下，引擎的操作点是明确定义的。

仅以举例的方式，巡航条件下的前进速度可为从0.7马赫至0.9马赫的范围内的任何点，例如0.75至0.85、例如0.76至0.84、例如0.77至0.83、例如0.78至0.82、例如0.79至0.81、例如大约0.8马赫、大约0.85马赫或0.8至0.85。这些范围内的任何单一速度可以是巡航条件的一部分。对于某些飞行器，巡航条件可能超出这些范围，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于在以下范围内的高度处的标准大气条件(根据国际标准大气，ISA)：10000m至15000m，例如在10000m至12000m的范围内，例如在10400m至11600m(约38000英尺)的范围内，例如在10500m至11500m的范围内，例如在10600m至11400m的范围内，例如在10700m(约35000英尺)至11300m的范围内，例如在10800m至11200m的范围内，例如在10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可对应于在这些范围内的任何给定高度处的标准大气条件。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于提供在前向马赫数0.8下的已知的所需推力水平(例如，在30kN到35kN范围内的值)和在38000ft(11582m)的高度下的标准大气条件(根据国际标准大气)的引擎的操作点。仅以另一个示例的方式，巡航条件可对应于提供在前向马赫数0.85下的已知的所需推力水平(例如，在50kN到65kN范围内的值)和在35000ft(10668m)的高度下的标准大气条件(根据国际标准大气)的引擎的操作点。

在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可在本文别处定义的巡航条件下操作。此类巡航条件可通过飞行器的巡航条件(例如，巡航中期条件)来确定，至少一个(例如2个或4个)气体涡轮引擎可以安装在该飞行器上以提供推进推力。

根据一个方面，提供了一种飞行器，该飞行器包括如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮引擎。根据该方面的飞行器为气体涡轮引擎已被设计用于附接到的飞行器。因此，根据该方面的巡航条件对应于飞行器的中间巡航，如本文其他部分所定义的。

根据一个方面，提供了一种操作如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮引擎的方法。该操作可在如本文其他部分所定义的巡航条件(例如，就推力、大气条件和马赫数而言)下进行。

根据一个方面，提供了一种操作包括如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮引擎的飞行器的方法。根据该方面的操作可包括(或可以是)在飞行器的中间巡航处的操作，如本文其他部分所定义的。

本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：

图1是气体涡轮引擎的截面侧视图。

图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；

图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；

图4是根据本公开的燃烧室布置结构的放大剖视图。

图5时图4所示燃烧室布置结构的另一个放大部分。

图6是根据本公开的燃烧室瓦块的透视图；

图7是根据本公开的燃烧室瓦块的周壁中不同类型区域的平面图。

图8是用于制造根据本公开的燃烧室瓦块的设备。

具体实施方式

现在将参考附图讨论本公开的方面和实施方案。其他方面和实施方案对于本领域的技术人员而言是显而易见的。

图1示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路管道22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。

在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中以进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过核心排气喷嘴20排出之前通过高压涡轮17和低压涡轮19膨胀，从而驱动该高压涡轮17和该低压涡轮19以提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。

图2中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮19(参见图1)驱动轴26，该轴26联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是齿图或环形齿轮38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。

需注意，本文中使用的术语“低压涡轮”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮级和最低压力压缩机级(即，不包括风扇23)，和/或通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26(即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴)连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。

在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图3中仅示出了齿的示例性部分。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。

在图2和图3中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，其中齿图38被固定。然而，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是星形布置结构，其中行星架34保持固定，允许环形齿轮(或齿图)38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。

应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部件(诸如输入轴26、输出轴和固定结构24)之间的连接件(诸如图2示例中的连杆36、40)可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另一个示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间(例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间)的轴承的任何合适的布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有星形布置结构(如上所述)的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型(例如星形或行星齿轮)、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件(例如，中压压缩机和/或增压压缩机)。

本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴20、22，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分开并径向地位于该核心排放喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于如下引擎，在该引擎中，穿过旁路管道22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前(或上游)混合或组合。一个或两个喷嘴(无论是混合的还是分流的)可具有固定的或可变的面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子(其中风扇级未被短舱围绕)或例如涡轮螺旋桨引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。

气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向(与旋转轴9对准)、径向(在图1中从下到上的方向)和周向(垂直于图1视图中的页面)。轴向、径向和周向相互垂直。

如图4中更清楚地示出，燃烧室16a是环形燃烧室，且包括径向内环形壁结构42a，径向外环形壁结构42b和上游端壁结构44。径向内环形壁结构42a包括第一环形壁46和第二环形壁48。径向外环形壁结构42b包括第三环形壁50和第四环形壁52。第二环形壁48与第一环形壁46径向间隔开并围绕第一环形壁46径向布置，并且第一环形壁46支撑第二环形壁48。第四环形壁52与第三环形壁50径向间隔开并围绕第三环形壁50径向布置，并且第三环形壁50支撑第四环形壁52。第一环形壁46的上游端固定在上游端壁结构44，并且第三环形壁50的上游端固定在上游端壁结构44。上游端壁结构44具有多个周向间隔孔54，并且每个孔54具有位于其中的多个燃料喷射器56中的相应一个燃料喷射器。燃料喷射器56被布置为在气体涡轮引擎10的操作期间将燃料供应到环形燃烧室16a中。

第二环形壁48包括多排燃烧室瓦块48A和48B，并且第四环形壁52包括多排燃烧室瓦决52A和52B。燃烧室瓦块48A和48B通过螺柱58、垫圈60和螺母62固定到第一环形壁46，并且燃烧室瓦块52A和52B通过螺柱64、垫圈66和螺母68固定到第三环形壁50上。

燃烧室瓦块48A、48B、52A和52B中的每一个燃烧室瓦块包括主体45，该主体45具有第一表面41和第二表面43，如图4所示。每个燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第一表面41是面向相应外环形壁46和50的外表面，每个燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第二表面43是背离相应外环形壁46和50但面向燃烧室16a内燃烧区的内表面。

燃烧室瓦块48A、48B、52A和52B用于环形燃烧室壁42a和42b，并且每个燃烧室瓦块48A、48B、52A和52B具有渗出冷却孔70，如图5所示。渗出冷却孔70从第一表面41至第二表面43延伸穿过燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B。采用轴向间隔排形式来布置该渗出冷却孔70，并且每排中的渗出冷却孔70均周向间隔开。每排中的渗出冷却孔70与每个相邻排的渗出冷却孔70在周向上偏移。渗出冷却孔70被布置成与燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第二表面43成锐角。渗出冷却孔70可布置成与燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第二表面43成20°至90°的角。渗出冷却孔70被布置成与燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第二表面43成例如20°至30°的角。

此外，第一环形壁46和第三环形壁50设置有多个喷射冷却孔72，该喷射冷却孔被布置成将冷却剂(例如：空气)引导至瓦块48A、48B、52A、和52B的第一表面41上，如图5所示。该喷射冷却孔72通常被布置成垂直延伸穿过第一环形壁46和第三环形壁50。通常将喷射冷却孔72布置成排，其中该喷射冷却孔72周向间隔开，并且轴向相邻排中的喷射冷却孔72周向交错。

每个燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B在图6中更清楚地被示出并包括周壁或导轨74，其围绕瓦块48A、48B、52A、52B的周边延伸，并从瓦块48A、48B、52A、52B的第一表面41分别向第一环形壁46或第三环形壁50延伸。周壁或导轨74将瓦块48、48B、52A、52B分别与第一环形壁46或第三环形壁50间隔开，并在瓦块48、48B、52A、52B和第一环形壁46或第三环形壁50之间分别形成相应的室49A、49B、53A、53B。周壁或导轨74包括轴向间隔开的周向延伸的壁部分74A和74B以及在壁部分74A和74B之间延伸并固定至该壁部分74A和74B的周向间隔开的轴向延伸壁部分74C和74D。周壁或导轨74围绕瓦块48A、48B、52A、52B的边缘延伸，并从第一表面41突出。图6省略了本存在的附接特征结构58和64。

瓦块48A、48B、52A、52B的主体45和周壁74包括由固结粉末材料构成的整体结构，瓦块48A、48B、52A、52B的周壁74具有由部分固结粉末材料构成的至少一个区域76，如图6所示。在该示例中，瓦块48A、48B、52A、52B的周壁74具有由部分固结粉末材料构成的多个区域76。多个区域76可以围绕瓦块48A、48B、52A、52B的边缘等距间隔开。

周壁74的至少一个区域76由堆积密度小于85％的粉末材料构成。例如，周壁74的至少一个区域76由堆积密度为70％至80％的粉末材料构成。一般来讲，周壁74的至少一个区域76由其堆积密度小于周壁74的其余部分的堆积密度的粉末材料构成。周壁74的其余部分78由堆积密度大于90％的粉末材料构成。例如，周壁74的其余部分78，由堆积密度为95％至99％的粉末材料构成。周壁74的其余部分78可由完全固结的粉末材料构成。瓦块48A、48B、52A、52B的主体45由堆积密度大于90％的粉末材料构成。例如，瓦块48A、48B、52A、52B的主体45由堆积密度为95％至99％的粉末材料构成。瓦块48A、48B、52A、52B的主体45可由完全固结的粉末材料构成。周壁74的其余部分78具有与瓦块48A、48B、52A、52B的主体45相同的堆积密度。周壁74的至少一个区域76具有比瓦块48A、48B、52A、52B的主体45小的堆积密度。

需注意，正如本领域技术人员所知，堆积密度为特征结构的空间或体积一部分，例如，瓦块的主体45、周壁74的区域76、或周壁74的剩余部分78由固结粉末材料填充，在本专利申请中以百分比表示。

至少一个或每个区域76A可垂直延伸穿过周壁74的整个厚度，如图7所示。该至少一个或每个区域76B可以与垂直方向成一角度延伸穿过周壁74的整个厚度。至少一个或每个区域76C可与垂直方向成角度延伸穿过周壁74的整个厚度。

如前所述，瓦块48A、48B、52A、52B具有分别从主体45的第一表面41突出的至少一个螺柱或其他附接特征结构58或64。瓦块48A、48B、52A、52B的周壁74、至少一个附接特征结构58或64和主体45包括由固结粉末材料构成的整体结构。

粉末材料可以是金属粉末，例如，该金属粉末可以是镍基超合金，钴基超合金或铁基超合金。

多个瓦块48A、48B、52A、52B中每个瓦块的主体45和周壁74包括由固结粉末材料构成的整体结构，多个瓦块48A、48B、52A、52B中每个瓦块的周壁74具有由部分固结粉末材料构成的至少一个区域76。多个瓦块48A、48B、52A、52B中每个瓦块的周壁74可具有由部分固结粉末材料构成的多个区域76。多个区域76可围绕多个瓦块48A、48B、52A、52B中每个瓦块的边缘等距间隔开。存在相对较小数量且在周壁74方向上长度较大的区域76，如图6中轴向延伸壁部分74C和74D所示，以便为周壁74提供所需的刚度减小。另选地，存在相对较大数量的区域76，其在周壁74的周向方向上具有相对较小的长度，如图6中轴向延伸壁部分74A和74B所示，以便为周壁74提供所需的刚度减小。由固结粉末材料构成、堆积密度比由部分固结粉末材料构成的区域76或每个区域76高的周壁74的剩余部分78需要能承受附接特征结构施加的夹紧载荷。区域76或每个区域76减小了周壁74和瓦块48A、48B、52A、52B的刚度，以允许瓦块48A、48B、52A、52B分别贴合第一环形壁74或第三环形壁50的表面，同时控制，例如，减少或避免冷却剂、空气从相应室49A、49B、53A、53B泄漏。

在操作中，由部分固结粉末材料制成的至少一个或每个区域76提供周壁74内具有减小刚度的区域，使得瓦块48A、48B、52A、52B能够分别更好地贴合第一环形壁46或第三环形壁50的形状。部分固结粉末材料制成的至少一个或每个区域76为冷却剂从瓦块48A、48B、52A、52B和分别的第一环形壁46或第三环形壁50之间的空间的泄漏提供屏障。

燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B由使用粉末材料的增材制造技术来制造。增材制造技术包括将能量束引导在粉末材料上以固结该粉末材料，来形成瓦块48A、48B、52A、52B的主体45和周壁74，并将能量束引导在粉末材料上并控制能量束以部分固结至少一个区域76中的粉末材料。该方法可包括将能量束引导在粉末材料上并控制能量束以部分固结多个区域76中的粉末材料。该方法可包括将激光束或电子束引导在粉末材料上。该方法可包括粉末床激光沉积。

如前所述，瓦块48A、48B、52A、52B可具有至少一个螺柱58、66或从第一表面41突出的其它附接特征结构，瓦块的主体45、周壁74和至少一个附接特征结构58、66包括由固结粉末材料构成的整体结构。制造瓦块48A、48B、52A、52B的方法包括将能量束引导在粉末材料上以固结粉末材料，来形成瓦块48A、48B、52A、52B的主体45、周壁74和至少一个附接特征结构58、66。粉末材料可以是金属粉末。该金属粉末可以是镍基超合金、钴基超合金或铁基超合金。

燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B通过增材制造工艺例如选择性激光熔融、直接激光沉积、粉末床熔合、成形金属沉积来制造，。粉末床熔合使用激光束或电子束来熔融并熔合粉末颗粒，以通过预先确定模式或路径，移动激光束或电子束，穿过按顺序沉积的粉末材料层，逐层累计粉末材料，例如，粉末金属形成的制品层。成形金属沉积使用焊炬，激光束或电子束炬熔融并熔合材料，以通过预先确定模式或路径，移动焊炬，激光束或电子束炬，并在路径中提供粉末材料或焊棒形式，逐层累计粉末材料，例如，粉末金属、焊棒、金属棒形成的制品层。

例如，使用图8所示的设备使用选择性激光熔融或粉末床熔合来制造燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B。设备100包括具有可缩回平台104的密封腔室102。提供泵浦106，以通过管道108将惰性气体、氩气或氮气供应到室102中，并通过管道110从室102中提取气体。提供激光器112，例如红外激光器，以引导激光束119穿过窗口114进入室102。控制器120具有燃烧室16a的燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的形状和特征的CAD定义，并且激光器112在控制器120的控制下移动。

通过将合适金属或合金粉末的第一层116放置在密封室102中的可回缩平台104上来制造燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B。以预先确定的模式使激光束119在金属粉末116层上扫描，通过在垂直的X和Y方向上整体地移动激光器112合适距离或者通过使激光束119偏转离开可动反射镜118方式来形成燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第一层。激光束119在金属粉末冲压金属粉末116层的位置熔化和熔合或烧结金属粉末。随后将第二个薄的金属或合金层放置在第一层上，平台104从室102向外回缩一个增量，并且激光束119以进一步预先确定的模式扫描整个金属粉末层，以形成燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第二层。激光束119在金属粉末冲压金属粉末116的第二层的位置处熔化和熔合或烧结，例如固结金属粉末，并将燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第二层粘结、熔合或烧结、固结到燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第一层。重复数次放置金属粉末层、回缩平台104、以及以预先确定模式在整个金属粉末层扫描激光束119来在每层中熔合和烧结金属粉末以及将每层与先前沉积层粘结的过程，以从轴向端部至相对轴向端逐层构建燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B。用于每层的激光束119的扫描的预定模式由燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的CAD模型确定。

燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B可在周壁74中具有一个或多个区域76，其中主体45中的特定一个层或多个层中的金属粉末不仅部分地熔融和熔合或烧结，例如，仅部分地固结，并因此与周壁74的剩余部分相比，一个或多个区域76具有降低的密度。与主体45相比，周壁74中的该一个或多个区域76具有降低的密度。

燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B可具有一个或多个区域，其中主体45中特定的一个层或多个层中的金属粉末不熔融、熔合或烧结。主体45中特定的一个或多个层中的金属粉末不熔融和熔合或烧结的区域形成穿过燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的主体45的孔。这些孔中的一些孔可以是稀释孔，以向环形燃烧室16a提供稀释空气。这些孔中的一些孔可以是渗出冷却孔70。增材制造技术可在燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B中制作渗出冷却孔70。

增材制造技术也可在燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B上制作其他特征，例如，从燃烧室瓦块48A、48B、52A、52B的第一表面41突出的基座、销或翅片。

本公开的优点在于提供了一种燃烧室瓦块，其中周壁具有减小的刚度，以使其能够更好地贴合环形外壁的表面形状。本公开提供了一种燃烧室瓦块，其中周壁具有减小的刚度，以使其能够更好地贴合环形外壁的表面的形状并还使其与环形外壁密封。本公开还减小了瓦块和/或螺柱或每个螺柱中的应力，因为通过将螺母紧固到指定扭矩而施加到螺柱上的更多载荷被用来拉伸螺柱，以确保实现螺柱处的局部夹紧载荷，而不是使瓦块变形来贴合环形外壁的表面，这导致夹紧载荷变低以及因此瓦块的工作寿命在螺柱由于金属疲劳而发生故障前增加。

尽管本公开已提及针对瓦块或每个瓦块使用作为附接特征结构的一个或多个螺柱以及配合螺母，但同样可能使用其他附接特征结构，例如，从瓦块和配合螺栓突出的一个或多个整体形成的内螺纹凸台。

应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。