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CMC部件冷却腔

阅读：318发布：2020-05-11

专利汇可以提供CMC部件冷却腔专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于燃气涡轮发动机的部件，包括核心和外壳。核心包括外部表面，外部表面沿着第一端和第二端之间的长度延伸，并且至少部分地限定在外部表面上沿着至少一部分长度从第一端延伸的冷却腔。冷却腔在第一端处流体联接到空气供应源。外壳包括外表面。外壳被定位在核心的外部，并且沿着核心的至少一部分长度从核心的第一端延伸，并且至少部分地限定冷却腔。，下面是CMC部件冷却腔专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于燃气涡轮发动机的部件，其特征在于，包括：
核心，所述核心包括沿着第一端和第二端之间的长度延伸的外部表面，其中所述核心至少部分地限定冷却腔，所述冷却腔在所述外部表面上沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述第一端延伸，并且其中所述冷却腔在所述第一端处流体联接到空气供应源；和外壳，所述外壳包括外表面，所述外壳被定位在所述核心的外部，并且沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述核心的所述第一端延伸，其中所述外壳至少部分地限定所述冷却腔。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中所述外壳进一步限定膜孔，所述膜孔与所述冷却腔流体连通并且延伸通过所述外壳。
3.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中所述外壳沿着所述核心的整个长度延伸。
4.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中所述冷却腔沿着所述核心的整个长度延伸。
5.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中所述核心至少部分地限定第二冷却腔，所述第二冷却腔在所述核心的所述外部表面上并且沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述第一端延伸，其中所述第二冷却腔在所述第一端处流体联接到所述空气供应源，并且其中所述外壳也至少部分地限定所述第二冷却腔。
6.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，其中所述外壳至少部分地限定第二膜孔，所述第二膜孔与所述第二冷却腔流体连通并且延伸通过所述外壳。
7.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，其中所述核心至少部分地限定交叉孔，所述交叉孔流体联接所述冷却腔和所述第二冷却腔。
8.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中所述核心或所述外壳中的至少一个由陶瓷基质复合材料形成。
9.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中所述核心和所述外壳均由陶瓷基质复合材料形成。
10.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，其中所述部件是涡轮转子叶片，并且所述外壳限定从所述第一端延伸的翼型件，所述涡轮叶片进一步包括：
内带，所述内带被定位在所述涡轮叶片的所述第一端处，其中所述内带联接到所述燃气涡轮发动机的旋转轴。

说明书全文

CMC部件冷却腔

技术领域

[0001] 本发明主题大体涉及涡轮机的复合部件。更具体地，本发明主题涉及用于陶瓷基质复合涡轮转子叶片和涡轮定子轮叶的冷却腔以及用于这种复合部件的冷却腔的制造。

背景技术

[0002] 燃气涡轮发动机大体包括彼此流动连通布置的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心以串联流动顺序大致包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，在压缩机区段，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并且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至涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段并且然后被导向通过排气区段，例如通向大气。

[0003] 一般而言，可以通过增加的燃烧气体温度来提高涡轮性能和效率。然而，增加的燃烧温度可能例如通过增加材料损坏的可能性来对燃气涡轮发动机部件产生负面影响。因而，虽然增加的燃烧温度可以有益于涡轮性能，但是燃气涡轮发动机的一些部件可以能需要冷却特征或减少对于燃烧气体的暴露，从而降低增加的温度对部件的负面影响。

[0004] 典型地，涡轮区段包括一个或多个定子轮叶和转子叶片级，并且每个定子轮叶和转子叶片级包括多个翼型件，例如，在定子轮叶部分中的喷嘴翼型件和在转子叶片部分的叶片翼型件。因为翼型件在燃烧区段的下游并且定位在燃烧气体流内，所以翼型件通常包括用于使相对较热的燃烧气体的影响最小化的一个或多个冷却特征，例如可以在翼型件的表面内和/或上提供冷却的膜孔、冷却孔或槽。例如，可以在整个部件中提供冷却孔隙，其允许来自部件内的冷却流体流被引导到部件的外表面上。此外，翼型件通常包括腔或导管，用于将例如来自压缩机区段的压缩冷空气供应至冷却特征。

[0005] 一般而言，涡轮性能和效率可以通过增加的燃烧气体温度来提高。非传统的高温材料，例如陶瓷基质复合(CMC)材料，更常用于燃气涡轮发动机内的各种部件。例如，因为CMC材料可以承受相对极端的温度，所以特别感兴趣的是用CMC材料替换燃烧气体的流动路径内的部件。然而，即使CMC部件可以承受比典型部件更极端的温度，CMC部件仍可能需要冷却特征或减少对燃烧气体的暴露，以降低增加的燃烧气体温度的负面影响的可能性，例如材料损坏等。

[0006] 虽然有许多益处可以通过利用CMC部件来实现，但是CMC材料可能具有缺点。例如，由CMC材料形成的部件可以比由镍合金形成的类似部件具有更低的导热率。CMC部件的降低的导热率可能需要冷却特征和/或用于更靠近翼型件表面来供应压缩冷空气的腔或导管。另外，在CMC部件中可能特别难以形成具有复杂错综的几何形状的冷却特征、腔和/或导管。

[0007] 这样，具有复杂的冷却几何形状的CMC部件以及制造这种CMC部件的相关方法将是有用的。

发明内容

[0008] 各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。

[0009] 在一个方面中，本发明涉及用于燃气涡轮发动机的部件。该部件包括核心和外壳。核心包括沿着第一端和第二端之间的长度延伸的外部表面。此外，核心至少部分地限定在外部表面上沿着核心的至少一部分长度从第一端延伸的冷却腔。冷却腔在第一端处流体联接到空气供应源。应该认识到，冷却腔可以沿着外部表面被定位在任何位置，例如沿着核心的周边的任何位置。在某些实施例中，核心可以限定冷却腔的内表面。

[0010] 外壳包括外表面。外壳被定位在核心的外部，并且沿着核心的至少一部分长度从核心的第一端延伸。外壳可以联接到核心的外部表面的至少一部分。例如，外壳可以粘附到外部表面的至少一部分。此外，外壳至少部分地限定冷却腔。应该认识到，外壳可以联接到围绕冷却腔的核心。此外，在某些实施例中，外壳可以大体在没有冷却腔的位置处联接到核心的外表面。

[0011] 外壳还可以限定与冷却腔流体连通并且延伸通过外壳的膜孔。在某些实施例中，多个膜孔可以被限定成通过外壳并且与冷却腔流体连通。在其他实施例中，外壳的外表面可以限定凹入外壳内的沟槽。例如，一个或多个膜孔可以延伸到沟槽中。膜孔可以将空气从空气供应源供应到外壳的外表面。在一个实施例中，膜孔可以供应来自冷空气供应源的压缩冷空气。例如，可以从压缩机区段排出相对冷的空气以冷却部件。在其他实施例中，压缩冷空气可以由泵和/或从燃气涡轮发动机的旁通空气导管供应。

[0012] 应当认识到，部件可以至少部分地限定和/或邻接用于通过燃气涡轮发动机的热燃烧气体的流动路径。这样，压缩冷空气可以冷却部件和/或提供压缩冷空气的保护膜以降低部件的温度。还应该认识到，压缩冷空气可以经由孔冷却来冷却部件。例如，压缩冷空气流动通过冷却腔和/或膜孔可以冷却部件。

[0013] 在一个实施例中，部件可以是涡轮转子叶片。在这种实施例中，外壳可以限定从第一端延伸的翼型件。涡轮转子叶片可以进一步包括被定位在涡轮叶片的第一端处并且联接到燃气涡轮发动机的旋转轴的内带。应该认识到，涡轮转子叶片可以延伸到用于来自燃气涡轮发动机的燃烧区段的热燃烧气体的流动路径中。这样，涡轮转子叶片可以将热燃烧气体的热能和/或动能转换成旋转能，以驱动压缩机区段的一个或多个压缩机。

[0014] 在另一个实施例中，部件可以是涡轮定子轮叶。在这种实施例中，外壳可以限定从第一端延伸的翼型件。涡轮定子轮叶可以进一步包括被定位在涡轮定子轮叶的第一端处的内带。此外，涡轮定子轮叶可以包括被定位在涡轮定子轮叶的第二端处的外带。这样，翼型件可以在内带和外带之间延伸。应该认识到，内带和外带可以至少部分地限定用于来自燃气涡轮发动机的燃烧区段的热燃烧气体的流动路径。此外，定子轮叶可以引导热燃烧气体和/或增加热燃烧气体的速度，从而增加热燃烧气体的动态压力，同时降低热燃烧气体的静态压力。

[0015] 在其它实施例中，部件可以是燃气涡轮发动机的任何其它部件，例如燃气涡轮发动机的各种罩、衬里、带等。例如，部件可以是任何结构，该任何结构至少部分地限定用于燃烧气体的流动路径，邻接用于热燃烧气体的流动路径，和/或延伸到用于热燃烧气体的流动路径中。

[0016] 在另一个实施例中，外壳沿着核心的整个长度上延伸。例如，外壳可以是翼型件，并且可以完全包围除了被限定成通过外壳的膜孔之外的核心。在进一步的实施例中，冷却腔可以沿着核心的整个长度延伸。例如，冷却腔可以经由一个或多个膜孔沿着核心的整个长度和/或外壳的整个长度提供压缩冷空气。此外，膜孔可以沿着外壳的外表面被限定在任何位置，其中膜孔可以与冷却腔流体连通。在具有多个膜孔的实施例中，膜孔可以沿着外壳的外表面被定位在任何位置，其中每个膜孔可以与冷却腔流体连通。

[0017] 在进一步的实施例中，核心可以至少部分地限定第二冷却腔，第二冷却腔在核心的外部表面上并且沿着核心的至少一部分长度从第一端延伸。第二冷却腔通常可以被构造为冷却腔。例如，第二冷却腔可以在第一端处流体联接到空气供应源。另外，外壳也可以至少部分地限定第二冷却腔。此外，外壳可以限定第二膜孔，第二膜孔与第二冷却腔流体连通并且延伸通过外壳。这样，第二膜孔可以将空气从空气供应源供应到外壳的外表面。在一个实施例中，第二膜孔可以供应来自冷空气供应源的压缩冷空气。应该认识到，第二冷却腔和相关联的第二膜孔可以被定位在冷却腔和膜孔可以被定位的任何位置。此外，外壳可以限定多个第二膜孔，每个第二膜孔可以沿着外壳的外表面被定位在任何位置，其中每个第二膜孔可以与第二冷却腔流体连通。

[0018] 在另一个实施例中，核心可以至少部分地限定流体联接冷却腔和第二冷却腔的交叉孔。例如，交叉孔可以沿着冷却腔和/或第二冷却腔的长度被限定在任何位置。此外，在其他实施例中，核心可以限定流体联接冷却腔和第二冷却腔的多个交叉孔。例如，两个以上的交叉孔可以沿着冷却腔和/或第二冷却腔的长度例如等间隔地被定位。在具有多个冷却腔的实施例中，两个以上的交叉孔可以将一系列的冷却腔流体地联接在一起。

[0019] 在更进一步的实施例中，核心或外壳中的至少一个可以由陶瓷基质复合材料形成。例如，核心和外壳都可以由陶瓷基质复合材料形成。在核心由陶瓷基质复合物形成的实施例中，冷却腔可以在核心上被生坯加工(green machined)，同时核心处于生坯状态(green state)。例如，处于生坯状态的核心可以仅仅被部分固化。应该认识到，处于生坯状态的核心可以比完全固化的陶瓷基质复合核心更柔韧、更不易碎并且刚性更小。这样，可以更容易地加工处于生坯状态的核心，从而允许在核心的外部表面上形成更复杂的冷却腔。应进一步理解，部件可以进一步包括如本文所述的任何附加特征。

[0020] 在另一个方面中，本发明涉及用于燃气涡轮发动机的部分形成部件。部分形成部件包括核心、填充材料和外壳。核心包括沿着第一端和第二端之间的长度延伸的外部表面。核心至少部分地限定在外部表面上沿着核心的至少一部分长度从第一端延伸的冷却腔。此外，冷却腔被构造成在第一端处流体地联接到空气供应源。部分形成部件进一步包括沿着冷却腔的至少一部分延伸的填充材料。在一个实施例中，核心可以包括生坯状态的碳基质复合材料。

[0021] 部分形成部件还包括外壳，外壳包括外表面。外壳被定位在核心的外部，并且沿着核心的至少一部分长度从核心的第一端延伸。另外，外壳至少部分地限定冷却腔并且邻接填充材料，使得外壳将填充材料固定在冷却腔内。这样，填充材料防止冷却腔在完成形成部分形成部件的处理期间塌陷。填充材料在完成形成部分形成部件的处理期间至少部分地消散。

[0022] 在一个实施例中，填充材料沿着冷却腔的整个长度延伸。但是，在其他实施例中，填充材料可以仅仅沿着冷却腔的一部分长度延伸。此外，两个以上的填充材料可以被端对端地定位在冷却腔内，以沿着冷却腔的整个长度或冷却腔的部分长度延伸。应该认识到，填充材料的圆周和/或周边可以与冷却腔相同或稍大于冷却腔。这样，填充材料可以基本上填充冷却腔的填充材料所在的部分。在一个实施例中，冷却腔可以沿着核心的整个长度延伸，并且填充材料可以沿着冷却腔的整个长度延伸。在另一个实施例中，外壳可以沿着核心的整个长度延伸，并且沿着冷却腔的整个长度邻接填充材料。

[0023] 在进一步的实施例中，核心可以至少部分地限定第二冷却腔，第二冷却腔在核心的外部表面上并且沿着核心的至少一部分长度从第一端延伸。第二冷却腔可以被构造成在第一端处被流体联接到空气供应源。此外，外壳也可以至少部分地限定第二冷却腔。具有第二冷却腔的这种部分形成部件可以包括沿第二冷却腔的至少一部分延伸的第二填充材料。在这种实施例中，外壳可以邻接第二填充材料，使得外壳将第二填充材料固定在第二冷却腔内。另外，核心可以至少部分地限定流体联接冷却腔和第二冷却腔的交叉孔。在一些实施例中，部分形成部件可以进一步包括在冷却腔和第二冷却腔之间延伸的第三填充材料。外壳可以邻接第三填充材料，使得外壳将第三填充材料固定在交叉孔内。

[0024] 在更进一步的实施例中，填充材料可以包括聚合物基质(polymer matrix)、交联聚乙烯醇缩丁醛(x-linked polyvinyl butyral)、聚对苯二甲酰对苯二胺(poly paraphenylene terephthalamide)(例如，来自E.I.du Pont de Nemours and Company(杜邦公司)的 )、或低熔点合金(例如，铋锡合金)中的至少一个。这种填充材料可以在暴露于高温时溶解和/或消散，例如在完成形成部分形成部件的处理期间使用的那些填充材料。应该认识到，在其他实施例中，填充材料可以包括在完成形成部分形成部件的处理期间溶解和/或消散的任何材料。在另一个实施例中，填充材料可以进一步包括氮化硼。例如，掺杂氮化硼的外层可以至少部分地包封填充材料。氮化硼可以在完成形成部分形成部件的处理期间，减少例如硅的某些材料的量或者防止例如硅的某些材料填充冷却腔。应进一步理解，部分形成部件可以进一步包括如本文所述的任何附加特征。

[0025] 本发明的这些以及其他特征、方面和优点将通过参考以下描述和所附权利要求书变得更加容易理解。结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起，用于解释本发明的原理。

附图说明

[0026] 在参考附图的说明书中，阐述了针对本领域普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且能够实现的公开，其中：

[0027] 图1示出了根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

[0028] 图2示出了根据本公开的方面的燃气涡轮发动机的部件的一个实施例的立体视图，特别示出了被构造为涡轮转子叶片的部件；

[0029] 图3示出了根据本公开的方面的部件的另一实施例，特别示出了被构造为定子轮叶的部件；

[0030] 图4示出了根据本公开的方面的部件的另一实施例，特别示出了部件的横截面；

[0031] 图5描绘了根据本发明的方面的形成复合部件的方法；

[0032] 图6示出了根据本发明的方面的复合层核心，特别示出了包括复合层的复合层核心；

[0033] 图7示出了根据本公开的方面的部分形成部件；和

[0034] 图8描绘了根据本公开的方面的另一种方法，特别示出了在复合部件内形成冷却腔的方法。

[0035] 在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。

具体实施方式

[0036] 现在将对本发明的实施例进行详细地参考，本发明的实施例的一个或多个实例在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。

[0037] 如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件区别于另一个部件，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。

[0038] 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。

[0039] 除非本文另有规定，术语“联接”、“固定”，“附接到”等指的是两者直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征来间接联接、固定或附接。

[0040] 术语“通信”，“沟通”，“交流”等指的是两者直接通信，以及例如通过存储器系统或另一中间系统的间接通信。

[0041] 具有经由生坯状态核心的生坯加工形成的冷却腔的部件可以允许部件内更复杂的冷却几何形状。这样，更复杂的冷却腔和相关联的交叉孔和/或膜孔可以允许在部件的外表面上更稳固的膜冷却，从而导致更有效的冷却。此外，这种冷却腔可以通过减少压缩机区段所需的压缩冷空气量或减少从另一个源提供的压缩冷空气量来提高发动机效率。还应该认识到，在核心的外部表面上形成的冷却腔可以允许核心本身的更简单的制造。例如，核心内用于供应压缩冷空气的内部导管可以是不必要的。此外，核心可以形成为单个单独的部件，而不需要子组件来限定内部导管。

[0042] 应当理解的是，虽然本发明主题大体在本文中将参考燃气涡轮发动机来被描述，但是所公开的系统和方法通常可以用于任何合适类型的涡轮发动机内的部件上，任何合适类型的涡轮发动机包括基于飞行器的涡轮发动机、陆基涡轮发动机和/或蒸汽涡轮发动机。此外，尽管本发明主题大体是参考涡轮区段中的定子和转子来描述的，但是所公开的系统和方法通常可以用于任何经受增加温度的部件，其中可能需要膜冷却。

[0043] 现在参考附图，其中相同的标号在整个附图中表示相同的元件。图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机10的示意性横截面视图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机10被构造为高旁通涡轮风扇喷气发动机。但是，在其他实施例中，燃气涡轮发动机10可以被构造为低旁通涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机或本领域已知的其他涡轮机。如图1所示，燃气涡轮发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线12延伸)和径向方向R。一般而言，燃气涡轮发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。

[0044] 所描绘的示例性核心涡轮发动机16大体包括基本上筒状的外壳体18，外壳体18限定环形入口20。外壳体18以串联流动关系包围：压缩机区段21，压缩机区段21包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段27，涡轮区段27包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；和喷射排气喷嘴区段32。燃气涡轮发动机10包括至少一个旋转轴33，旋转轴33驱动地联接在压缩机区段21和涡轮区段27之间。例如，高压(HP)轴或线轴34可以将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。类似地，低压(LP)轴或线轴36可以将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。

[0045] 对于所示实施例，风扇区段14包括变距风扇38，变距风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40通常沿径向方向R从盘42向外延伸。借助于风扇叶片40可操作地联接到适当的致动构件44，每个风扇叶片40可以相对于盘42绕俯仰轴线P旋转，致动构件44被构造成改变风扇叶片40的间距。风扇叶片40、盘42和致动构件44可以一起通过越过动力齿轮箱46的LP轴36绕中心线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将LP轴36的旋转速度逐步降低到更有效的旋转风扇速度。

[0046] 仍然参考图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，前机舱48在空气动力学上成形为促进通过多个风扇叶片40的气流。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向环绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应该理解的是，外机舱50可以被构造成通过多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于核心涡轮发动机16被支撑。此外，外机舱50的下游区段54可以在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道56。

[0047] 在燃气涡轮发动机10的操作期间，一定量的空气58通过外机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60进入燃气涡轮发动机10。当一定量的空气58穿过风扇叶片40时，如箭头62所示的一定量的空气58的第一部分被引导或导向到旁路气流通道56中，并且如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导向到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气
64之间的比率通常称为旁通比。然后，当第二部分空气64被导向通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26时，第二部分空气64的压力增加，第二部分空气64在燃烧区段26中与燃料混合并燃烧以提供热燃烧气体66。

[0048] 热燃烧气体66被导向通过HP涡轮28，其中来自热燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴或线轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级被提取，因而使HP轴或线轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。然后，热燃烧气体66被导向通过LP涡轮30，其中来自热燃烧气体66的第二部分热能和/或动能经由联接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴或线轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级被提取，因而使LP轴或线轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或变距风扇38的旋转。

[0049] 热燃烧气体66随后被导向通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推力。同时，当第一部分空气62在从燃气涡轮发动机10的风扇喷嘴排气区段76被排出之前被导向通过旁路气流通道56时，第一部分空气62的压力显著增加，同样提供推力。燃烧区段26、HP涡轮28、LP涡轮30或喷射排气喷嘴区段32中的至少一个至少部分地限定用于将热燃烧气体66导向通过核心涡轮发动机16的流动路径78。例如HP涡轮定子轮叶68、HP涡轮转子叶片70、LP涡轮定子轮叶72和/或LP涡轮转子叶片74的各种部件可以被定位在流动路径78中。此外，这些部件可能需要冷却，以承受热燃烧气体66的增加的温度。

[0050] 现在参考图2，示出了根据本公开的方面的燃气涡轮发动机10的部件100的一个实施例的立体视图。特别地，图2示出了被构造为涡轮转子叶片的部件。在其他实施例中，部件100可以是燃气涡轮发动机的任何其他部件，例如燃气涡轮发动机10的各种护罩、衬里、带等。例如，部件100可以是任何结构，该任何结构至少部分地限定用于热燃烧气体66的流动路径78，邻接用于热燃烧气体66的流动路径78，和/或延伸到用于热燃烧气体66的流动路径
78中。

[0051] 部件100可以包括核心101和外壳103。核心101可以包括沿第一端111和第二端113之间的长度延伸的外部表面112。此外，核心101可以至少部分地限定在外部表面112上沿着核心101的至少一部分长度从第一端111延伸的冷却腔116。下面将关于例如图4更详细地描述核心101和冷却腔116。冷却腔116可以流体地联接到在第一端111处的空气供应源(例如，下面更详细描述的冷空气供应源115)，以将冷空气F供应到部件100。外壳103可以邻接流动路径78，使得热燃烧气体66流过和/或通过部件100。外壳103可以包括外表面107。外壳103位于核心101外部，并沿着核心101的至少一部分长度从核心101的第一端111延伸。

[0052] 仍然参考图2，在一个实施例中，部件100可以是涡轮转子叶片。例如，涡轮转子叶片可以是LP涡轮转子叶片74或HP涡轮转子叶片70。在其他实施例中，部件100可以是燃气涡轮发动机10的任何其他涡轮转子叶片，例如中间涡轮叶片。在这种实施例中，部件100可以包括位于第一端111处的具有内带表面105的内带102。例如，内带表面105可以至少部分地限定流动路径78，使得热燃烧气体66流动通过流动路径78。因此，内带表面105可以在径向方向R上限定流动路径78的最内边界。在一个特定实施例中，内带102可以被构造为平台。

[0053] 更进一步地，叶片根部86可以联接到涡轮转子盘(未示出)，涡轮转子盘转而联接到旋转轴33(例如，图1)。容易理解的是，如图2所示并且在本领域中通常是众所周知的，叶片根部86可以限定具有燕尾形或其他形状的突出部89，用于收纳在涡轮转子盘中的互补形状的槽中，以将涡轮转子叶片70,74联接到盘。当然，每个涡轮转子叶片70,74也可以以其他方式联接到涡轮转子盘和/或旋转轴33。通常，热燃烧气体66可以从部件100上游的燃烧区段26流过或通过部件100。应该认识到，流动路径78可以进一步由如关于图1所描述的外壳体18和/或包括相应内带102的相邻部件100所限定。内带102可以通过流过内带102的热燃烧气体66来被加热。

[0054] 在任何情况下，涡轮转子叶片70,74可以联接到涡轮转子盘，使得一排周向相邻的涡轮转子叶片70,74从每个盘的周边径向向外延伸到流动路径78中。流过流动路径78的热燃烧气体66可以在涡轮转子叶片70,74上产生压差，使得涡轮转子叶片70,74旋转，从而使旋转轴33旋转。这样，涡轮转子叶片70,74可以将热燃烧气体66的动能和/或热能转换成旋转能，以驱动燃气涡轮发动机10的其他部件(例如，经由一个或多个旋转轴33的一个或多个压缩机22,24)。

[0055] 应当认识到，外壳103可以被构造为翼型件80。在这种实施例中，外表面107可以包括翼型件表面85。此外，翼型件表面85可以包括压力侧82和吸力侧84。翼型件表面85还可以包括在轴向方向A上在翼型件80的前向位置处的前缘88。翼型件表面85可以进一步包括在轴向方向A上在翼型件80的后向位置处的后缘90。此外，翼型件80可以沿着翼展S从叶片根部86延伸至叶片尖端87。例如，叶片根部86可以大致在核心101的第一端111处，并且叶片尖端87可以大致在第二端113处。这样，翼型件80可以延伸出来进入到热燃烧气体66的流动路径78中。此外，热燃烧气体66可以在压力侧82、吸力侧84、前缘88和/或后缘90的组合上流动，从而加热翼型件80。翼型件80可以限定在相对的前缘88和后缘90之间轴向延伸的翼弦C。此外，翼型件80可以限定压力侧82和吸力侧84之间的宽度W。翼型件80的宽度W可以沿着翼展S变化。

[0056] 部件100还可以包括限定在外壳103内的冷却腔116，以将冷空气F供应到部件100(如下面关于图4更详细地描述的)。应该认识到，冷却腔116可以流体联接到空气供应源，并从压缩机区段21接收加压冷空气F(参见例如图1)。在这种实施例中，空气供应源可以是冷空气供应源115。在其他实施例中，冷空气F可以是来自燃气涡轮发动机10的另一部件的加压冷空气F，燃气涡轮发动机10的另一部件例如是泵或旁路气流通道56。在冷却腔116内接收到的冷空气F通常比流过外壳103的外表面107或在外壳103的外表面107上流动的热燃烧气体66更冷。

[0057] 外壳103可以限定与冷却腔116流体连通并且延伸穿过外壳103的膜孔106。例如，膜孔106可以沿着外壳103的外表面107被限定在任何位置，例如被限定在翼型件表面85。部件100还可以包括在冷却腔116和多个膜孔106之间延伸的多个膜孔106。在其他实施例中，外壳103的外表面107可以限定凹入外壳103内的沟槽104。例如，一个或多个膜孔106可以延伸到沟槽104中。因此，沟槽104可以经由一个或多个膜孔106流体地联接到冷却腔116。在进一步的实施例中，具有相关联的膜孔106的多个沟槽104可以限定在外表面107中。

[0058] 应当认识到，部件100可以包括在外表面107上的任何位置处具有或不具有相关联的沟槽104的膜孔106的任何组合和/或通过外壳103限定的膜孔106的任何组合。在一个实施例中，膜孔106可以例如沿着翼型件80的翼展S被定位在翼型件表面85上。在这种实施例中，冷空气F可以被引导朝向翼型件表面85以冷却部件100。在另一个实施例中，膜106可以沿着翼型件80的翼弦C和/或大致沿着热燃烧气体66的流线被定位在翼型件表面85上。在其他实施例中，膜孔106可以被定位在翼型件表面85的前缘88上。

[0059] 在一个实施例中，膜孔106可以以线性图案被布置，例如以直线被布置。在其他实施例中，膜孔106可以是非线性图案。例如，膜孔106可以限定弧形，或者，在其他实施例中，膜孔106可以限定Z字形图案和/或之字形图案。应该认识到，膜孔106可以限定任何形状或包括被构造成沿着外壳103的外表面107引导冷空气F的形状的任何组合。例如，一系列膜孔106可以限定直线段，弯曲段和Z字形段。

[0060] 在某些实施例中，冷却腔116中的冷空气F的压力可以大于热燃烧气体66的压力。例如，来自部件100内的更大的压力可将冷空气F排出到膜孔106外。这样，冷空气F可以沿着部件100的轮廓流动，例如沿着外表面107流动。例如，冷空气F可以沿着翼型件表面85和/或内带表面105流动。应当认识到，冷空气F既可以冷却部件100，也可以在热燃烧气体66和部件100之间产生冷空气F的膜层。这样，压缩冷空气F可以冷却部件100和/或提供压缩冷空气F的保护膜，以降低部件100的温度。膜孔106和/或冷却腔116还可以经由孔冷却来冷却部件
100。例如，冷空气F流过冷却腔116并且随后流过膜孔106可以进一步冷却部件100。

[0061] 现在参考图3，示出了根据本公开的方面的部件100的一个实施例。特别地，图3示出了被构造为定子轮叶的部件100。例如，部件100可以是HP涡轮28的HP涡轮定子轮叶68和/或LP涡轮30的LP涡轮定子轮叶72。在这种实施例中，部件100可以包括外带108，外带108例如从内带102径向向外被定位在涡轮定子轮叶的第二端113处。此外，外带108可包括外带表面109。例如，外带表面109可以至少部分地限定用于热燃烧气体66的流动路径78。这样，外带表面109可以限定流动路径78的最外边界。

[0062] 每个涡轮定子轮叶68,72可以包括外壳103，外壳103被构造为翼型件80，或者，更具体地，被构造成从第一端111延伸的轮叶，例如在第一端部111和第二端113之间延伸的轮叶。例如，外壳103和/或翼型件80可以在内带102和外带108之间延伸。每个涡轮定子轮叶68,72翼型件80可以与上文关于涡轮转子叶片70,74描述的翼型件80具有相同的特征。例如，定子轮叶68,72的翼型件80可以具有与吸力侧84相对的压力侧82。每个翼型件80的相对的压力侧82和吸力侧84可以沿着翼展S从内带102处的轮叶根部径向延伸到外带108处的轮叶尖端。此外，翼型件80的压力侧82和吸力侧84可以在前缘88和相对的后缘90之间轴向延伸。翼型件80可以进一步限定在相对的前缘88和后缘90之间轴向延伸的翼弦C。此外，翼型件80可以限定压力侧82和吸力侧84之间的宽度W，宽度W可以沿着翼展S变化。

[0063] 应当理解，尽管涡轮定子轮叶68,72的翼型件80可以具有与涡轮转子叶片70,74的翼型件80相同的特征，但是涡轮定子轮叶68,72的翼型件80可以具有与涡轮转子叶片70,74的翼型件80不同的构造。作为一个实例，涡轮定子轮叶68,72的翼型件80的翼展S可以大于或小于涡轮转子叶片70,74的翼型件80的翼展S。作为另一实例，涡轮定子轮叶68,72的翼型件80的宽度W和/或翼弦C可以与涡轮转子叶片70,74的翼型件80的宽度W和/或翼弦C不同。附加地或替代地，LP涡轮定子轮叶72的翼型件80和/或HP涡轮转子叶片70的翼型件80在尺寸、形状和/或构造上可以与HP涡轮定子轮叶68和LP涡轮转子叶片74的翼型件80不同。然而，还应该理解的是，虽然翼型件80可以在尺寸、形状和/或构造上不同，但是本文描述的主题可以被应用于燃气涡轮发动机10内的任何翼型件80以及燃气涡轮发动机10的其它合适部件100。

[0064] 涡轮定子轮叶68,72可以引导热燃烧气体66通过流动路径78。此外，涡轮定子轮叶68,72可以增加热燃烧气体的速度66，从而增加动态压力，同时减小热燃烧气体66的静态压力。在这种实施例中，外带108可以至少部分地限定流动路径78。此外，翼型件表面85和/或外带表面109可以通过流过流动路径78的热燃烧气体66被加热。

[0065] 如大体关于图2所描述的，图3的部件100可以包括一个或多个膜孔106和相关联的沟槽104。此外，膜孔106可以经由冷却腔116流体联接到冷空气供应源115。冷却腔116可以至少部分地由核心101和外壳103限定。部件100可以包括膜孔106，膜孔106以线性和/或非线性形状图案或任何其他期望的布置来被布置。这样，冷空气F可以被引导朝向并冷却外壳103的外表面107，例如翼型件表面85。

[0066] 现在参考图4，示出了根据本公开的方面的部件100的一个实施例。特别地，图4示出了部件100的横截面。应该认识到，部件100可以被构造为涡轮转子叶片或涡轮定子轮叶，例如关于图2所描述的任何涡轮转子叶片70,74或关于图3所描述的任何涡轮定子轮叶68,72。这样，外壳103可以被构造为翼型件80，并且外表面107可以是翼型件表面85。但是，在其他实施例中，部件100和/或外壳103可以包括暴露于热燃烧气体66的任何其它结构。

[0067] 部件100可以包括核心101和外壳103。核心101可以包括沿着第一端111和第二端113之间的长度延伸的外部表面112(参见例如图2和图3)。应该认识到，核心101通常可以具有与外壳103相同的形状。例如，在外壳103是翼型件80的实施例中，核心101通常也可以成形为翼型件。在其他实施例中，附加的层或材料可以包封外壳103或者可以包括在外壳103中。例如，外壳可以由各种层形成，和/或可以在外壳103上施加或喷涂各种热涂层。此外，核心101可以至少部分地限定在外部表面112上的冷却腔116，冷却腔116沿着核心101的至少一部分长度从第一端111延伸。例如，冷却腔116可以沿着核心101的整个长度延伸。冷却腔
116在第一端111处流体地联接到冷空气供应源115(参见例如图2和图3)。这样，冷空气F可以被供应到冷却腔116，而不需要内部形成、机械加工、构筑和/或供应通过核心101的任何通道。这样，可以避免包括多个部分的核心101的构筑和/或组装。

[0068] 应当认识到，冷却腔116可以沿着核心101的外部表面112被定位在任何位置，例如，在沿着核心101的周边的任何位置。例如，在外表面107是翼型件表面85的实施例中，冷却腔116可以被定位在压力侧82、吸力侧84、前缘88和/或后缘90中的至少一个上，沿着翼型件80的翼展S的任何位置(参见例如图2和图3)。此外，冷却腔116可以在翼型件80的两个以上的部分之间延伸。例如，一个冷却腔116可以围绕外部表面112延伸，以基本横跨压力侧82、前缘88和吸力侧84所有这三个部分。应该认识到，核心101可以限定冷却腔116的内表面。

[0069] 外壳103可以包括外表面107。外壳103被定位在核心101的外部，并且沿着核心101的至少一部分长度从核心101的第一端111延伸。外壳103可以联接到核心101的外部表面112的至少一部分。在某些实施例中，外壳103可以粘附到外部表面112的至少一部分。例如，外部表面112可以包括一个或多个接触部分110，外壳103在一个或多个接触部分110处粘附到外部表面112。此外，外壳103可以至少部分地限定冷却腔116。应该认识到，外壳103可以联接到围绕冷却腔116的核心101，以便限定冷却腔116的边界。此外，在某些实施例中，外壳
103可以通常在没有冷却腔116的位置处，联接到核心101的外部表面112。应该认识到，外壳
103可以使用任何合适的手段联接到核心101，例如通过粘合剂、胶带、焊接和/或机械紧固件(例如，螺栓、螺钉和铆钉)联接到核心101。

[0070] 外壳103还可以限定膜孔106，膜孔106与冷却腔116流体连通并且延伸通过外壳103。在某些实施例中，多个膜孔106可以被限定成通过外壳103并与冷却腔116流体连通。这样，应该认识到，膜孔106也可以流体联接到冷空气供应源115，以向外表面107提供冷空气F。例如，外壳103可以沿着部件100的长度，例如沿着翼展S，在每个位置处限定多个膜孔
106，如图2和图3所示。在其他实施例中，多个膜孔106可以沿着部件100的另一个尺寸被限定，例如沿着翼弦C被限定。应该认识到，在这种实施例中，可以沿着部件100的长度在每个位置处限定两个以上的膜孔106。

[0071] 在一个实施例中，如图2和图3所示，外壳103可以沿着核心101的整个长度延伸。例如，外壳可以是翼型件80，并且除了被限定成通过外壳103的膜孔106之外，可以完全包围核心101。在进一步的实施例中，冷却腔116可以沿着核心101的整个长度延伸。例如，冷却腔116可以经由一个或多个膜孔106沿着核心101的整个长度和/或外壳103的整个长度提供冷空气F。此外，膜孔106可以沿着外壳103的外表面107被限定在任何位置，其中膜孔106可以与冷却腔116流体连通。在具有多个膜孔106的实施例中，膜孔106可以沿着外壳103的外表面107被定位在任何位置，其中每个膜孔106可以与冷却腔116流体连通。此外，在其他实施例中，一个或多个膜孔106可以被限定成通常在冷却腔116所在的核心101的相对侧上通过核心101和外壳103。这样，冷空气F可以在冷却与相应冷却腔116相对的外壳103的外表面
107之前穿过核心101。

[0072] 在进一步的实施例中，核心101可以至少部分地限定第二冷却腔118，第二冷却腔118在核心101的外部表面112上并且沿着核心101的至少一部分长度从第一端111延伸。第二冷却腔118通常可以被构造为冷却腔116。例如，第二冷却腔118可以在第一端111处流体联接到空气供应源，例如流体联接到冷空气供应源115。另外，外壳103也可以至少部分地限定第二冷却腔118。此外，外壳103可以限定第二膜孔120，第二膜孔120与第二冷却腔118流体连通并且延伸通过外壳103，以将压缩冷空气F从冷空气供应源115供应到外壳103的外表面107。应当认识到，第二冷却腔118和相关联的第二膜孔120可以被定位在冷却腔116和膜孔106可以定位的任何位置。此外，外壳103可以限定多个第二膜孔120，每个第二膜孔120可以沿着外壳103的外表面107被定位在任何位置，其中每个第二膜孔120可以与第二冷却腔
118流体连通，从而与冷空气供应源115流体连通。

[0073] 在更进一步的实施例中，核心101和外壳103可以限定多个冷却腔116，例如三个以上的冷却腔116，其被构造成与如上所述的冷却腔116和第二冷却腔118大体相同。此外，相关联的膜孔106可以被限定成通过外壳103，与冷却腔116流体连通，以将冷空气F供应到外壳103的外表面107。应该认识到，冷却腔116的一部分可以沿着核心101的整个长度从第一端111处的冷空气供应源115延伸到第二端113。在其他实施例中，一些冷却腔116可以仅仅沿着核心101的一部分延伸。

[0074] 仍然参考图4，核心101可以至少部分地限定交叉孔114，交叉孔114流体联接冷却腔116和第二冷却腔118或任何其他冷却腔116。例如，交叉孔114可以沿着冷却腔116和/或第二冷却腔118的长度被限定在任何位置。此外，在其他实施例中，核心101可以限定多个交叉孔114，多个交叉孔114流体联接冷却腔116和第二冷却腔118。例如，两个以上的交叉孔114可以沿着冷却腔116和/或第二冷却腔118的长度，例如等间隔地被定位。在具有多个冷却腔116的实施例中，两个以上的交叉孔114可以将一系列冷却腔116流体联接在一起。应该认识到，交叉孔114可以部分地沿着核心101的长度延伸。

[0075] 在更进一步的实施例中，核心101或外壳103中的至少一个可以由复合材料形成，复合材料例如是陶瓷基质复合(CMC)材料或具有高温性能的其它合适的复合材料。复合材料通常包括嵌入基质材料中的纤维增强材料，例如聚合物或陶瓷材料。增强材料用作复合材料的承载组分，而复合材料的基质用于将纤维粘合在一起并且充当介质，外部施加的应力通过该介质传递并分配到纤维。例如，核心101和外壳103两者都可以由CMC材料形成。

[0076] 在核心101由陶瓷基质复合物形成的实施例中，冷却腔可以在核心101上被生坯加工，同时核心101处于生坯状态。例如，处于生坯状态的核心可以仅仅被部分固化。应该认识到，处于生坯状态的核心101可以比完全固化的陶瓷基质复合核心更柔韧、更不易碎并且刚性更小。这样，可以更容易地加工处于生坯状态的核心101，从而允许在核心101的外部表面112上形成更复杂的冷却腔。下面关于以下的图5到图8更全面地描述形成部件100的处理。

[0077] 示例性的CMC材料可以包括碳化硅(SiC)、硅、二氧化硅、或氧化铝的基质材料及其组合。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。

[0078] 如上所述，可以期望由例如CMC材料的复合材料形成燃气涡轮发动机10的部件100，例如，流动路径78内的部件或限定流动路径78的部件，如定子轮叶68,72、涡轮转子叶片70,74、和/或其它部件。部件100可以由多层复合材料形成，多层复合材料被铺设在一起和/或与其他子组件组装在一起以限定复合部件，其他子组件例如是层封装、预制件和/或一叠复合层。然而，在热处理和/或化学处理之后，冷却腔116可能难以形成在这些部件100的核心101中。更具体地，核心101可能太硬或太脆而不能形成如本文所述的错综的冷却腔
116和/或交叉孔114。另外，制造这些部件的层铺设处理可能不够准确得来形成这些类型的错综通道。此外，外壳103和/或形成外壳103的层可以更容易地粘附到仅仅被部分处理(例如，处于生坯状态)的核心101。

[0079] 现在参考图5，描绘了根据本公开的方面的形成复合部件的方法(200)。在某些实施例中，部件可以是用于燃气涡轮发动机10的部件100，如关于图1至图4大体描述的。例如，部件100可以是如上所述的涡轮转子叶片70,74和/或涡轮定子轮叶68,72中的任何一个。如下面更详细地解释的，示例性方法(200)可以包括加工复合层的叠层或复合层封装(pack)，同时叠层处于生坯状态，以允许形成复杂的特征(例如，冷却腔116或交叉孔114)。子组件可以包括其他复合层、复合层封装、预制件等，其他复合层可以是湿的或减薄的(debulked)。

[0080] 方法(200)可以包括(202)铺设多个复合层以形成复合层核心。现在还参考图6，描绘了根据本公开的方面的复合层核心122。特别地，图6示出了包括复合层124的复合层核心122。应该认识到，复合层核心122可以例如在完成形成部件的处理之后，成为关于图1至图4描述的核心101。如图所示，多个复合层124可以包括例如CMC材料的复合材料。复合层124可以被铺设在工具、心轴、模具或其他合适的支撑装置或表面上。优选地，多个复合层124中的每个复合层124例如从如前所述的带被切割，使得每个复合层124尺寸过大。也就是说，多个复合层124中的每个复合层可以比层的最终长度长，以提供用于将生坯状态的层封装加工到如本文更详细描述的预定尺寸的机器原料(machine stock)。多个复合层124形成复合层叠层126。在一些实施例中，复合层叠层126可以是层封装叠层(也可以称为复合预制件)等，其通常可以被称为复合层叠层126。

[0081] 在方法(200)的进一步实施例中，至少一个复合层124可以是预浸料层。例如，用于形成复合层核心122的至少一部分复合层124或全部复合层124可以是预浸料层。在一个特定实施例中，全部复合层124可以是预浸料层。在进一步的实施例中，至少一个复合层124可以是陶瓷基质复合层，例如全部复合层124可以是陶瓷基质复合层。在某些实施例中，至少一个复合层124可以是陶瓷基质复合预浸料层。

[0082] 方法(200)的另一个步骤可以包括(204)部分地处理复合层核心以形成生坯状态核心。这样，可以部分地处理复合层叠层126以形成生坯状态核心130的生坯状态叠层(参见例如图7)。在方法(200)的一个实施例中，部分地处理复合层核心可以包括(206)压实(compacting)复合层核心。在方法(200)的另一个实施例中，部分地处理复合层核心122可以包括(208)对复合层核心进行高压灭菌(autoclaving)。在方法(200)的又一个实施例中，部分地处理复合层核心可以包括压实复合层核心和对复合层核心进行高压灭菌两者。例如，复合层核心122可以被压实，然后在高压釜(autoclave)中被处理。

[0083] 压实可以在大气压下进行，即在室温和压力下进行。与标准高压釜循环相比，高压釜处理可以在降低的温度、降低的压力下进行和/或持续进行更短的时间量。在一些实施例中，部分地处理复合层叠层126可以仅涉及压实，即，复合层叠层126可以被压实，而不经受减少的高压釜循环。在其他实施例中，为了部分地处理复合层叠层126，叠层可以经受减少的高压釜循环，而不被单独压实。

[0084] 在部分处理之后，形成复合层叠层126的复合层124保持一定的柔韧性和延展性。这种柔韧性和延展性可以有助于加工复合层叠层126。也就是说，部分地处理复合层叠层
126实现了足以获得适用于进一步操作、操纵和加工生坯状态叠层的强度的固结和固化水平。相反，标准高压釜循环典型地作为处理最终层和/或叠层组件的部分来进行，以获得最终的部件尺寸并使部件预制件刚性化。更具体地，标准高压釜循环通过复合组分的完全干燥和/或固化来赋予最终层和/或叠层组件刚度，并通过层和/或子组件的完全固结来产生复合部件的最终尺寸。

[0085] 此外，在复合层叠层126在高压釜中被处理的实施例中，复合层叠层126可以使用软工具和/或硬工具来被高压灭菌。例如，复合层叠层126可以使用金属工具来被高压灭菌，金属工具即硬工具，被成形为赋予复合层叠层126所需的形状。作为另一个实例，复合层叠层126可以使用例如真空袋的软工具来被高压灭菌，例如，复合层叠层126可以被支撑在金属工具上，然后复合层叠层126和工具可以被装袋，并且从袋中移除空气，以便在以如前所述的减少的高压釜循环来处理复合层叠层126之前，对形成复合层叠层126的复合层124施加压力并压实。

[0086] 方法(200)可以进一步包括(210)在生坯状态核心的外部表面上加工冷却腔。如上所述，在复合层叠层126被部分地处理之后，复合层叠层126处于生坯状态，从而形成生坯状态叠层，其可以是一个子组件，该子组件用于形成例如图2-4的部件100的复合部件。可以加工生坯状态叠层，例如，以在生坯状态核心130的外部表面112上形成一个或多个冷却腔，例如，冷却腔通常可以被构造为图2-4的冷却腔116。例如，冷却腔116可以从如图2-3所示的第一端111被加工到生坯状态核心130中，使得冷却腔可以在最终处理之后流体联接到冷空气供应源115。应该认识到，冷却腔116可以被加工成任何形状。例如，冷却腔116可以限定圆形横截面、弧形横截面、细长横截面、或包括一个或多个弯曲段和/或直线段的任何其他合适的形状。

[0087] 还应该认识到，通过移除复合层叠层126内的至少一个复合层124的一部分，可以将生坯状态核心130的形状或生坯状态叠层的一个或多个边缘或面加工到生坯状态核心130中。例如，图3和图4的核心101的外部表面112的形状可以被加工到生坯状态核心130中。
例如，可以将尺寸过大的复合层124加工成预定尺寸或特定形状，使得生坯状态叠层具有边缘和/或表面，而没有层长度的不规则性。也就是说，至少一个复合层124的一部分可以沿着生坯状态叠层的边缘被移除，例如，沿着生坯状态叠层的两个表面128的交叉点被移除，或者至少一个复合层124的一部分沿着一段生坯状态叠层被移除，该一段生坯状态叠层例如沿着生坯状态叠层的表面128从边缘偏移。因为加工生坯状态叠层使得叠层具有清洁的边缘或表面128，所以复合层124在铺设时不必完全对齐，例如，不完全对齐的复合层124可以加工成基本上均匀的长度。此外，复合层124可以在方法(200)的部分处理部分期间，特别是在压实期间，相对于彼此移动或移位。然而，通过在部分地处理复合层124之后加工复合层叠层126，可以去除层位置的不规则性，使得复合层124之间的相对运动不会影响最终部件形状或产生必须利用填充材料来填充的间隙。

[0088] 此外，因为复合层叠层126以其生坯状态被加工，所以加工处理可以称为生坯加工。生坯加工可以包括电火花加工(EDM)，即EDM钻孔；激光加工；精密加工；或其他合适的加工或切割技术或处理中的一个或多个。

[0089] 另外，该方法(200)可以包括(212)在冷却腔内插入填充材料。在一个实施例中，填充材料132(参见例如图7)可以沿着冷却腔116的整个长度延伸。但是，在其他实施例中，填充材料132可以仅仅沿着冷却腔116的一部分长度延伸。此外，两个以上的填充材料132可以端对端地被定位在冷却腔116内，以沿着冷却腔116的整个长度或冷却腔116的部分长度延伸。应该认识到，填充材料132可以防止冷却腔116在完成形成部分形成部件117(参见例如图7)的处理期间塌陷。填充材料132可以在完成形成部分形成部件117的处理期间至少部分地消散。在一个实施例中，填充材料132可以包括聚合物基质、交联聚乙烯醇缩丁醛、或聚对苯二甲酰对苯二胺(例如，来自E.I.du Pont de Nemours and Company(杜邦公司)的)中的至少一种。这种填充材料132可以在暴露于高温时溶解和/或消散，例如在完成形成部分形成部件117的处理期间使用的那些填充材料。应该认识到，在其他实施例中，填充材料132可以包括在完成形成部分形成部件117的处理期间溶解和/或消散的任何材料。在进一步的实施例中，填充材料132可以包括低熔点合金，例如铋锡合金。此外，在这种实施例中，在增加的温度下可能需要单独的热处理来熔化低熔点合金(例如，当合金的熔化温度高于在完成形成部分形成部件117的处理期间所使用的温度时)。

[0090] 方法(200)的进一步的步骤可以包括(224)将复合层包裹在生坯状态核心和填充材料周围，以固定填充材料并形成外壳。例如，复合层可以被构造为用于形成复合层核心122的复合层124。应该认识到，外壳通常可以被构造为如关于图2-4所述的外壳103。此外，用于形成外壳103的一部分复合层124可以是预浸料层。在又一个实施例中，至少一个复合层124可以是CMC预浸料层，例如全部复合层124是CMC预浸料层。用于形成外壳103的复合层
124可以邻接生坯状态核心130的接触部分110(参见例如图4和7)。因此，应该认识到，在方法(200)的最终处理步骤期间，至少一个复合层124可以被粘附到生坯状态核心130。

[0091] 现在参考图7，示出了根据本公开的方面的部分形成部件117。特别地，可以在最终处理步骤之前，利用方法(200)的任何或全部步骤来生产部分形成部件117。此外，应该认识到，在最终处理步骤之后，部分形成部件117可以形成如图2-4所示的部件100。

[0092] 部分形成部件117通常可以被构造为如关于图2-4所描述的完成部件100。例如，部分形成部件117可以包括例如生坯状态核心130的核心和外壳103。核心可以包括沿着第一端111和第二端113之间的长度延伸的外部表面112，参见例如图2-3。核心可以至少部分地限定在核心的外部表面112上沿着核心的至少一部分长度从第一端111延伸的冷却腔116。此外，冷却腔116可以被构造成，例如在形成部件100的部分形成部件117的最终处理之后，在第一端111处流体地联接到冷空气供应源115。此外，部分形成部件117可以被构造成变为涡轮转子叶片和/或涡轮定子轮叶。这样，外壳103可以构造为翼型件80，并且外表面107可以是翼型件表面85。

[0093] 然而，部分形成部件117可以包括最终部件100中不存在的附加特征。部分形成部件117可以进一步包括填充材料132，填充材料132沿着冷却腔116的至少一部分延伸。在一个实施例中，核心可以包括由碳基质复合材料形成的生坯状态核心130。但是，在其他实施例中，生坯状态核心130可以由任何合适的复合材料形成。

[0094] 还应当认识到，部分形成部件117可以不包括完成部件100的全部特征。例如，可以在最终完成部分形成部件117之前在后续步骤中形成膜孔106。此外，冷却腔116可以在最终完成部件之后，例如在已经移除填充材料132之后，仅仅流体地联接到冷空气供应源115。

[0095] 外壳103可以被定位在核心的外部，并且沿着核心的至少一部分长度从核心的第一端111延伸。应该认识到，外壳103可以由一个或多个复合层124形成，其在所示的部分形成部件117中可以处于未固化和/或未处理的状态。此外，应该认识到，多层复合层124可包裹在例如生坯状态核心130的核心周围，以形成外壳103。例如，至少一个复合层124可以例如在接触部分110处接触核心的外部表面112。另外，在复合层124之间可以包括各种填充物质或其他材料的中间层。另外，外壳103可以至少部分地限定冷却腔116，并且邻接填充材料132。例如，外壳103可以将填充材料132固定在冷却腔116内。

[0096] 应当认识到，填充材料132的圆周和/或周边可以与冷却腔116相同或稍大于冷却腔116。这样，填充材料132可以基本上填充冷却腔116的填充材料132所在的部分。在某些实施例中，填充材料132可以包括与冷却腔116大致相同的横截面形状，以帮助在冷却腔116内插入填充材料132。在其他实施例中，填充材料132可以包括柔韧材料，该柔韧材料可以被操纵成冷却腔116的大体形状。在一个实施例中，冷却腔116可以沿着核心的整个长度延伸，并且填充材料132可以沿着冷却腔116的整个长度延伸。在另一个实施例中，外壳103可以沿着核心的整个长度延伸，并且沿着冷却腔116的整个长度邻接填充材料132。

[0097] 现在再次参考图5，方法(200)可以包括(214)在生坯状态核心的外部表面上加工第二冷却腔。在这种实施例中，进一步的步骤可以包括(216)在第二冷却腔内插入第二填充材料。例如，如图7所示，部分形成部件117可以包括第二冷却腔118和第二填充材料134。应当认识到，在其他实施例中，方法(200)可以包括在生坯状态核心130的外部表面112上加工多个冷却腔116。另外，多个相关联的填充材料132可以被插入在多个冷却腔116中的每个冷却腔中。

[0098] 例如，再次参考图7，部分形成部件117的核心可以至少部分地限定第二冷却腔118，第二冷却腔118在核心的外部表面112上并且沿着核心的至少一部分长度从第一端111延伸。第二冷却腔118通常可以被构造为冷却腔116。例如，第二冷却腔118可以被构造成例如在方法(200)的最终处理步骤之后，在第一端111处流体联接到冷空气供应源115。此外，外壳103也可以至少部分地限定第二冷却腔118。具有第二冷却腔118的这种部分形成部件
117可以包括第二填充材料134，第二填充材料134沿着第二冷却腔118的至少一部分延伸。
在这种实施例中，外壳103可以邻接第二填充材料134，使得外壳103将第二填充材料134固定在第二冷却腔118内。

[0099] 返回参考图5，方法(200)可以包括(218)在冷却腔和第二冷却腔之间在生坯状态核心的外部表面上加工交叉孔。在部分形成部件117完成之后，这种交叉孔114可以允许冷却腔116流体联接。应该认识到，可以在冷却腔116和第二冷却腔118之间加工多个交叉孔114。此外，这种交叉孔114沿着至少一个冷却腔116的长度可以是等间隔的。在其它实施例中，交叉孔114可以限定每个交叉孔114之间的非均匀的间隙。应该认识到，可以使用与冷却腔116被加工到生坯状态核心130中相同的过程，在生坯状态核心130的外部表面112上加工交叉孔114。但是，在其他实施例中，可以在铺设复合层124以形成复合层叠层126之前，在复合层124中切割槽。此外，相邻复合层124的槽可以加在一起，以形成具有交叉孔114的复合层叠层126和/或生坯状态核心130。另外，冷却腔116可以被加工成与交叉孔114相邻，使得交叉孔114流体地联接冷却腔116。

[0100] 在具有三个以上的冷却腔116的实施例中，可以在每个冷却腔116和相邻的冷却腔116之间加工一个或多个交叉孔114。例如，两个以上的冷却腔116可以通过交叉孔114串联地流体联接。在其它实施例中，可以在冷却腔116的群组之间和/或一对或多对冷却腔116之间在生坯状态核心130的外部表面112上加工交叉孔114。在一个实施例中，方法(200)可以包括(220)在交叉孔内插入第三填充材料。例如，可以在生坯状态核心130上加工的每个交叉孔114内插入第三填充材料136。在另一个实施例中，可以在一部分交叉孔114内插入第三填充材料136。应该认识到，第三填充材料136通常可以被构造为填充材料132和/或第二填充材料134。

[0101] 返回参考图7的部分形成部件117，例如在完成形成部分形成部件117的最终处理步骤之后，核心可以至少部分地限定交叉孔114，交叉孔114被构造成流体地联接冷却腔116和第二冷却腔118。在一些实施例中，部分形成部件117可以进一步包括在冷却腔116和第二冷却腔118之间延伸的第三填充材料136。外壳103可以邻接第三填充材料136，使得外壳103将第三填充材料136固定在交叉孔114内。应该认识到，第三填充材料136可以被固定在相邻冷却腔116之间的任何交叉孔114中。

[0102] 再次参考图5，方法(200)可以包括(222)用氮化硼来涂覆填充材料或冷却腔中的至少一个。例如，填充材料132、第二填充材料134和/或第三填充材料136可以掺杂在氮化硼中。应该认识到，用氮化硼来涂覆填充材料132,134,136可以防止例如硅的某些材料在处理生坯状态核心130和外壳103时填充冷却腔116。更具体地，在某些实施例中，在填充材料132,134,136消散、溶解和/或烧尽之后，氮化硼可以粘附到冷却腔116。这样，留下的氮化硼可以至少部分地密封冷却腔116，使硅不会泄漏到冷却腔116中并填充冷却腔116。但是，在其他实施例中，氮化硼可以直接粘附到冷却腔116的表面上。在又一个实施例中，填充材料
132可以进一步包括氮化硼。例如，在填充材料的剩余部分消散、溶解和/或烧尽之后，氮化硼可以遍及填充材料132并留在冷却腔116的表面上。

[0103] 在另一个步骤中，方法(200)可以包括(226)处理生坯状态核心和外壳以形成复合部件。在一个实施例中，处理生坯状态核心130和外壳103可以包括(228)对生坯状态核心和外壳进行高压灭菌以形成高压灭菌体。此外，另一步骤可以包括(230)烧制高压灭菌体以形成烧制体。在一些实施例中，处理生坯状态核心130和外壳103可以包括额外的烧尽步骤，例如(232)烧尽复合层和填充材料。在某些实施例中，填充材料132在用于烧制高压灭菌体的温度下，可以不溶解和/或熔化。例如，低熔点合金(例如，铋锡合金)可能需要在增加的温度下的额外烧尽。另外的步骤可以包括(234)使烧制体致密化以形成复合部件。在某些实施例中，处理生坯状态核心130和外壳103可以包括熔体浸渗(melt infiltration)或聚合物浸渍裂解(polymer infiltration and pyrolysis)中的至少一个。

[0104] 例如，处理可以包括使用标准的高压釜循环，而不是如前所述的减少的高压釜循环，来对组装的部分形成部件117进行高压灭菌，以形成高压灭菌体。在复合材料是CMC材料的实施例中，高压灭菌体随后可以经受烧制(或烧化)以形成烧制体，然后通过致密化以产生致密化CMC部件，致密化CMC部件是单件部件，即，部件是CMC材料的连续件。例如，在高压灭菌之后，可以将部件放入炉中，以烧化用于形成CMC层的任何心轴形成材料和/或溶剂，并分解溶剂中的粘合剂，然后放入带有硅的炉中，以将层的陶瓷基质前体转化成CMC部件的基质的陶瓷材料。由于粘合剂在烧化/烧制期间分解，因此硅熔化并渗透由基质产生的任何孔隙；CMC部件与硅的熔体浸渗使CMC部件致密化。然而，可以使用任何已知的致密化技术来进行致密化，已知的致密化技术包括但不限于Silcomp、熔体浸渗(MI)、化学气相渗透(CVI)、聚合物浸渍裂解(PIP)、以及氧化物/氧化物处理。在一个实施例中，致密化和烧制可以在真空炉中或在具有温度高于1200℃的既定气氛的惰性气氛中进行，以允许硅或另一种适当材料或多种适当材料熔体浸渗到部件中。

[0105] 在某些实施例中，方法(200)可以包括(236)钻出膜孔以将冷却腔流体地联接到外壳的外表面。例如，可以使用钻头、铣床或其他有能力的机器来钻出通过外壳103的膜孔106。在某些实施例中，可以钻出通过外壳103的多个膜孔106，例如两个以上的膜孔106。应该认识到，可以在钻孔将在冷却腔116中形成膜孔106的任何位置钻出膜孔106。例如，膜孔
106可以被放置在如图2和图3所示的任何位置。更具体地，在外壳103限定翼型件80的实施例中，膜孔106可以沿着外壳103的翼展S和/或翼弦C被等距放置。这种等间隔的膜孔106可以更均匀地向外壳103的外表面107供应压缩冷空气F。

[0106] 可选地，在处理之后，如果需要，复合部件可以被精加工，并涂覆有一个或多个涂层，如环境阻隔涂层(EBC)。例如，包裹在核心101周围的复合层124可以是尺寸过大的，使得一部分复合层124延伸超过翼型件80的期望的后缘90。因此，在处理之后，复合层124可以被加工，以限定后缘90。在其它实施例中，在外壳103被高压灭菌之后，但在外壳103被烧制和致密化之前，可以加工复合层124。

[0107] 当然，仅作为实例提供关于图5描述的方法(200)。这样，可以使用用于压实和/或固化复合层124以及用于使CMC部件致密化的其他已知方法或技术。替换地，可以以任何合适的顺序使用这些或其他已知处理的任何组合。此外，虽然关于包括翼型件80的涡轮喷嘴叶片和涡轮定子轮叶作为示例性复合部件描述了图5的方法(200)，但是方法(200)也可以用于形成其他复合部件。例如，复合部件可以是翼型件后缘部分；整体的涡轮转子叶片和平台；涡轮喷嘴带；具有整体的内带、翼型件和外带的涡轮喷嘴；燃烧器衬里；燃烧器圆顶；护罩等。

[0108] 现在参考图8，示出了根据本公开的方面的另一种方法(300)。特别地，图8示出了在复合部件内形成冷却腔的方法(300)。方法(300)可以包括(302)铺设多个复合层以形成复合层核心。另一步骤可以包括(304)部分地处理复合层核心以形成生坯状态核心。方法(300)还可以包括(306)在生坯状态核心的外部表面上加工冷却腔。进一步的步骤可以包括(308)在冷却腔内插入填充材料。方法(300)还可以包括(310)将填充材料固定在冷却腔内。例如，在某些实施例中，可以使用复合层124，例如使用外壳103的复合层124，来固定填充材料132。在其他实施例中，可以使用任何其他结构、设备和/或部件来固定填充材料132。例如，可以使用模具、高压釜、钻机和/或其他合适的壳体来固定填充材料132。方法(300)的附加步骤可以包括(314)处理生坯状态核心以形成在外部表面上具有冷却腔的成品核心。

[0109] 在方法(300)的一个实施例中，处理生坯状态核心可以包括(316)烧尽复合层和填充材料。在某些实施例中，填充材料132可以包括聚合物基质、交联聚乙烯醇缩丁醛、聚对苯二甲酰对苯二胺、或低熔点合金(例如，铋锡合金)中的至少一种。而且，在其他实施例中，方法(300)可以包括(312)用氮化硼涂覆填充材料或冷却腔中的至少一个。应进一步理解，方法(300)可以进一步包括如本文所述的任何附加特征。

[0110] 本书面描述使用示例性实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，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不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

[0111] 本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：

[0112] 1.一种用于燃气涡轮发动机的部件，包括：核心，所述核心包括沿着第一端和第二端之间的长度延伸的外部表面，其中所述核心至少部分地限定冷却腔，所述冷却腔在所述外部表面上沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述第一端延伸，并且其中所述冷却腔在所述第一端处流体联接到空气供应源；和外壳，所述外壳包括外表面，所述外壳被定位在所述核心的外部，并且沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述核心的所述第一端延伸，其中所述外壳至少部分地限定所述冷却腔。

[0113] 2.根据任何在前条项的部件，其中所述外壳进一步限定膜孔，所述膜孔与所述冷却腔流体连通并且延伸通过所述外壳。

[0114] 3.根据任何在前条项的部件，其中所述外壳沿着所述核心的整个长度延伸。

[0115] 4.根据任何在前条项的部件，其中所述冷却腔沿着所述核心的整个长度延伸。

[0116] 5.根据任何在前条项的部件，其中所述核心至少部分地限定第二冷却腔，所述第二冷却腔在所述核心的所述外部表面上并且沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述第一端延伸，其中所述第二冷却腔在所述第一端处流体联接到所述空气供应源，并且其中所述外壳也至少部分地限定所述第二冷却腔。

[0117] 6.根据任何在前条项的部件，其中所述外壳至少部分地限定第二膜孔，所述第二膜孔与所述第二冷却腔流体连通并且延伸通过所述外壳。

[0118] 7.根据任何在前条项的部件，其中所述核心至少部分地限定交叉孔，所述交叉孔流体联接所述冷却腔和所述第二冷却腔。

[0119] 8.根据任何在前条项的部件，其中所述核心或所述外壳中的至少一个由陶瓷基质复合材料形成。

[0120] 9.根据任何在前条项的部件，其中所述核心和所述外壳均由陶瓷基质复合材料形成。

[0121] 10.根据任何在前条项的部件，其中所述部件是涡轮转子叶片，并且所述外壳限定从所述第一端延伸的翼型件，所述涡轮叶片进一步包括：内带，所述内带被定位在所述涡轮叶片的所述第一端处，其中所述内带联接到所述燃气涡轮发动机的旋转轴。

[0122] 11.根据任何在前条项的部件，其中所述部件是涡轮定子轮叶，并且所述外壳限定从所述第一端延伸的翼型件，所述涡轮定子轮叶进一步包括：内带，所述内带被定位在所述涡轮定子轮叶的所述第一端处；和外带，所述外带被定位在所述涡轮定子轮叶的所述第二端处，其中所述翼型件在所述内带和所述外带之间延伸。

[0123] 12.一种用于燃气涡轮发动机的部分形成部件，包括：核心，所述核心包括沿着第一端和第二端之间的长度延伸的外部表面，其中所述核心至少部分地限定冷却腔，所述冷却腔在所述外部表面上沿着所述核心的至少一部分所述长度从所述第一端延伸，并且其中所述冷却腔被构造成在所述第一端处流体联接到空气供应源；填充材料，所述填充材料沿着所述冷却腔的至少一部分延伸；和外壳，所述外壳包括外表面，所述外壳被定位在所述核心的外部，并且沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述核心的所述第一端延伸，其中所述外壳至少部分地限定所述冷却腔，并且其中所述外壳邻接所述填充材料，使得所述外壳将所述填充材料固定在所述冷却腔内，其中所述填充材料防止所述冷却腔在完成形成所述部分形成部件的处理期间塌陷，并且其中所述填充材料在完成形成所述部分形成部件的所述处理期间至少部分地消散。

[0124] 13.根据任何在前条项的部分形成部件，其中所述填充材料沿着所述冷却腔的整个长度延伸。

[0125] 14.根据任何在前条项的部分形成部件，其中所述冷却腔沿着所述核心的整个长度延伸，并且所述填充材料沿着所述冷却腔的整个长度延伸。

[0126] 15.根据任何在前条项的部分形成部件，其中所述外壳沿着所述核心的整个长度延伸，并且沿着所述冷却腔的整个长度邻接所述填充材料。

[0127] 16.根据任何在前条项的部分形成部件，其中所述核心至少部分地限定第二冷却腔，所述第二冷却腔在所述核心的所述外部表面上并且沿着所述核心的所述长度的至少一部分从所述第一端延伸，其中所述第二冷却腔构造成在所述第一端处流体联接到所述空气供应源，并且其中所述外壳也至少部分地限定所述第二冷却腔，其中所述部分形成部件进一步包括：第二填充材料，所述第二填充材料沿着所述第二冷却腔的至少一部分延伸，其中所述外壳邻接所述第二填充材料，使得所述外壳将所述第二填充材料固定在所述第二冷却腔内。

[0128] 17.根据任何在前条项的部分形成部件，其中所述核心至少部分地限定交叉孔，所述交叉孔流体联接所述冷却腔和所述第二冷却腔。

[0129] 18.根据任何在前条项的部分形成部件，进一步包括：第三填充材料，所述第三填充材料在所述冷却腔和所述第二冷却腔之间延伸，其中所述外壳邻接所述第三填充材料，使得所述外壳将所述第三填充材料固定在所述交叉孔内。

[0130] 19.根据任何在前条项的部分形成部件，其中所述填充材料包括聚合物基质、交联聚乙烯醇缩丁醛或聚对苯二甲酰对苯二胺中的至少一个。

[0131] 20.根据任何在前条项的部分形成部件，其中所述填充材料进一步包括氮化硼。

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