CN101652536A - 一种阻止和偏移飞行器发动机碎片的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护装置(40)，用以处理至少一块来自飞行器的碎片源(56)的碎片(54)，该碎片源例如是飞行器发动机系统的单级压气机或单级涡轮机的碎片，并阻止碎片抵达所述飞行器的一个目标件，其特点在于：所述装置有对应于碎片源和目标件的几何外形和位置，该装置能偏移能量最强的碎片，以便保护安置在事先确定的保护区内的所述目标件。

Description

一种阻止和偏移飞行器发动机碎片的装置

技术领域

本发明涉及一种阻止和偏移来自飞行器发动机系统的碎片的装置，尤其是那些来自发动机系统的单级压气机或单极涡轮机的碎片。

背景技术

作为保护措施，第一个解决方案是在可能的碎片发生源和目标件之间紧邻该目标件设置一个屏障或一个结实的构件，来保护某些所述目标件的部件。屏障应该能适用于阻拦住能量最强的单元。

根据另一个解决方案，为了安全起见，飞行器的主要部件以及控制电路一般都分隔开安装。例如，一架飞行器包含有多种液压电路和电气电路来确保同一个功能，使得损失这些电路(控制或能源电路)中的一条电路不会造成整个功能瘫痪。这种广为采用的解决办法导致机载质量的增加和发动机系统设计的复杂化，尤其是通过避免并置主要部件及其相对应的安全系统。

根据另一种方法，解决方式在于处理碎片发生源或者碎片本身。

从发动机系统的角度来看，主要存在着两个碎片源，即进气装置中的叶片或叶片碎片可能脱落；还有涡轮发动机中的多级压气机或多级涡轮机的叶片或叶片碎片可能脱落。

关于进气装置，一种解决方法在于将一个带状物安置在进气装置的周边来阻拦碎片。这样碎片被限定在带状物区间内，不可能触及到目标件。

根据这种解决方法，带状物的特性，尤其是其体积和材料是确定的，用以阻拦能量最强的碎片。带状物的安装区域在温度方面要求不是太严格，可以使用混合部件和/或蜂窝结构件，以便不过分增加机载质量。

总之，带状物外形连贯，能够承载任何抛射角大小的碎块，同时还能获得比分离的部件更大的机械阻抗。

至于涡轮发动机，发动机设计师试图要使发动机部件更加可靠，以便减少损伤组成发动机的部件的风险，尤其是旋转部件，诸如多级压气机或多级涡轮机。在设计部件时，这种解决方法会提高安全系数，改善材料，并预先设计出数量众多和/或更加先进的整体质量控制的实施步骤。即便这种解决方法能够减少损伤的各种风险，但不能完全消除这些风险，因此总存在着多级压气机和多级涡轮机的某级叶片脱落的危险，会损坏飞行器的某个部分。对进气装置使用一种带状物不失是一种解决方法，但是这种办法不轻易采用，尤其是安装区在温度方面有较严格要求的情况下。

根据US-3.974.313文件中说明的一种方法，有可能构想出一种点式的处理方法，即在一个非周边的限定区域内。根据这篇文献，保护装置有一块变形板，能够阻拦住抛射出来的碎片。由于保护板的可变形性，碎片的能量应该完全被吸收，从而阻拦住碎片。采用这种办法很难阻拦能量最强的碎片。

同样，为了限制发动机破裂的不良影响，飞行器制造商使用了多种方法，主要用于分隔各个系统，使它们相互更加相容；把系统安置在结实的构件的后面；以及通过建立例如碰撞后剩余应力通道来限制最终结构，这种做法均严格在航空条例规定的范畴内，并且认为碎片的能量一般是无限的。

发明内容

同样，本发明旨在消除现有技术的缺陷，推荐一种飞行器发动机系统的阻止和偏移碎片的装置，以期达到对设计及构造的方式和方法的选择更加灵活，以及保持飞行器更加可靠和不过分增加机载质量的目的。

为此目的，本发明涉及一种保护装置，用以处理至少一种来自飞行器碎片源的碎片，尤其是处理来自飞行器发动机系统的单级压气机或单级涡轮机的碎片，以及阻止碎片抵达上述飞行器的一个目标件，其特点在于：所述装置有对应于碎片源和目标件的几何外形和位置，它能疏导能量最强的碎片，以便保护安置在事先确定的保护区内的上述目标件。

附图说明

本发明的其他特性和优点将通过随后的描述显现，该描述仅为例证，附图中：

-图1表示一套飞行器推进系统的纵向剖面图；

-图2表示一个装有根据本发明第一可选方案的一个装置的发动机系统的透视图；

-图3表示一个装有根据本发明另一变化的实施方式的一个装置的发动机系统的透视图；

-图4表示图2中装置的固定件的局部侧视图；

-图5表示一个装有根据本发明又一变化的实施方式的一个装置的发动机系统的透视图；

-图6表示一个装有根据本发明再一变化的实施方式的装置的发动机系统的透视图；

-图7表示本发明装置另一个变化的实施方式的局部侧视图；

-图8表示根据本发明装置的另一个安装区的示意图；

-图9表示碎片在本发明装置的作用下沿着第一方向被偏移的示意图；

-图10表示碎片在本发明装置的作用下沿着另一方向被偏移的示意图；及

-图11表示本发明装置的保护区的示意图。

具体实施方式

图1表示一套飞行器的推进系统10，同样被称作涡轮发动机(turbojet)，它通过一些连接件，尤其是通过处于飞行器机翼14下的支撑杆12连接到飞行器上。飞行器推进系统有一台发动机16(motor)，该发动机一方面有一套带桨叶的转子18和带叶片的定子20的进气装置；另一方面还有一个第一管道22。在该第一管道22中有根据空气流动方向24装配的多级压气机26、一个燃烧室28和多级涡轮机30。发动机16装配在发动机机舱32内，该机舱在进气装置的上游有一条进气道34，在进气装置的定子的下游有一个第二管道36。

如图所示，发动机在其前部拥有的第一部分就是进气装置，其后的第二部分安置的是多级压气机、燃烧室以及多级涡轮机。该第二部分的直径比第一部分的直径相对要小，并且在温度上的要求更严格，承受的温度等于或高于300℃。

可以围绕着进气装置预置一个带状物作为保护措施，以便阻止进气装置上可能脱落的叶片或者叶片碎块。这个带状物的机械特性已经确定，能够阻拦能量最强的碎片。

多级压气机26和多级涡轮机30以带有叶片的盘状形式出现，能够沿着发动机16的主轴转动，在此被具体化为参考轴线38。

对进气装置而言，发动机16的运动部件部分，尤其像多级压气机和多级涡轮机，都可能出现意外性的叶片脱落或断裂情况，形成了有可能损坏飞行器另一部分的碎片。

专利申请人经过观察发现多级压气机和多级涡轮机产生的碎片与进气装置产生的碎片所做的随机运动不同，在大部分情况下这些碎片做一种特殊的运动，尤其是这些碎片本身旋转并有一条所谓的优先运动轨迹。

根据本发明，推进系统在发动机区域的周围有一个非圆周的装置(dispositif)40，上述装置有一个能偏移能量最强碎片的几何外形。根据本发明，装置40被安放在一个碎片源，尤其是多级压气机26和/或多级涡轮机30与待保护区41(如图11所示)之间。

本发明的装置40与带状物的不同之处在于它没有在转动部件附近沿着发动机整个周边延伸。这样，依照本发明，装置40是点状件，占有一个受限区域。该装置安装在与优先轨迹相交的位置上。这种结构能够限制机载质量。

与现有技术的装置的不同之处在于本发明的装置40没有设计成阻止能量最强的碎片，而是利用它的几何外形以及它与碎片源和目标件的相对位置来偏移能量最强的碎片，也就是说仅仅吸收它们的部分能量。这种结构能够控制机载质量。

保护装置最好有一个凸起的外形，以便于偏移碎片，而不是阻止它们。

所述装置用能够承受300℃至400℃或者更高温度的适当材料制作是最有益处的。

鉴于本装置是点状件，且被设计成偏移能量最强的碎片而不是阻止这些碎片的装置，它适合采用耐高温但不明显增加机载质量的材料制作。

装置40一方面有至少一个可变形部分42，另一方面有一些连接发动机，或发动机机舱，甚至飞行器的连接件44。装置拥有的可变形部分自身不会断裂，避免形成可能损伤飞行器敏感区域的碎块。

根据各种变化的实施方式，连接件44将本发明的装置连接到发动机上，尤其是连接到发动机周边预置的箍环上，如图2、3、5和6所示，或者连接到限定发动机机舱第二管道内壁的整流罩上，如图8所示。

由于连接件44的制作材料和/或它们的尺寸和/或它们的外形，它们的优点是吸收碎片在碰撞中产生的部分能量。

连接件44最好有两个接头46，46’，详见图4和图7所示，它们安装在至少上述可变形部分42的两侧，还有一些固定件将每个接头连接到飞行器上，并且一些固定件将每个接头连接到至少上述可变形部分42上。

可变形部分42的优点是它有一个恰当的几何外形以利于偏移能量最强碎片，并且考虑到碎片的形状以及它们自身自转运动的特点，最好能使上述碎片在上述可变形部分上滚动。

可变形部分42应该至少在可能撞击区域的表面上有很强的抗剪强度，最好在中心部位有很强的变形能力。

优选的，可变形部分42由第一组成材料和第二组成材料制成，第一组成材料有很强的动态抗剪强度，第二组成材料有很强的动态变形而不折裂能力。

作为例证，第一材料可在下述材料中挑选：钛、极强的合金钢(Acierfortement allies)(例如商标为INCONEL的市场产品)、基于CMC类陶瓷纤维的复合材料等等。

作为例证，第二材料可在下述材料中挑选：基于芳族聚酰胺纤维的复合材料(例如商标为KEVLAR的市场产品)、金属泡沫材料和金属蜂窝结构等等。

根据第一种变化的实施方式，可变形部分42可以为至少一条棒48的形式，比方如图2所示的一条棒，或如图3所示的两条棒，或一条棒网格形结构。

有利地，所述条棒沿着纵轴方向，即平行于轴线38的方向安放。

所述条棒可以有各种不同截面的外形，例如，圆形的、三角形的、方形的或其他类型的。

所述条棒有两个显著的作用：

-由于所述条棒的截面外形不同，对于碎片的重心偏离条棒重心的结构，这些碎片会根据其在撞击的时刻所处的位置受到偏移。

-由于条棒有变形能力，它将吸收全部或部分碎片的运动能量。

根据另一种实施方式，可变形部分可以为至少一线缆50的形式，如图5所示的一线缆50或若干线缆50。

线缆的作用与条棒的作用几乎相同，线缆在变形之前还有较大移动的可能性。

还可以考虑其他的形式，例如至少一条带52，或者若干条带52的堆叠，如图6和图7所示。

上述板材可或多或少有些倾斜以便与优先轨迹形成一个夹角，有利于偏移能量最强的碎片。

所述板材有两个不同的作用：

尤其在板材或多或少关于碎片的优先轨迹倾斜的情况下，板材能够(趋向于)偏移能量最强的碎片。

可变形部分42可以由条棒、线缆和板材组合而成：例如，一系列平行并置的条棒结合或偏离开一板材；一线缆插入条棒内或一吸收材料置于类似条棒或板材堆栈的空心结构中。

图9和图10表示来自碎片源56的碎片54，依照碎片的旋转方向以及保护装置和碎片轨迹之间的相对位置，该碎片应该如图9所示被偏移，或者如图10所示在装置40上滚动后被偏移。这样如图11所示，保护装置40可以保护安置在保护区41内的敏感部件，因为有了这个保护装置40，碎片与这个保护区域隔离开。

从图9和图10的图示中可以得知装置40在碎片撞击时能够变形，以便不会自行折断和形成一个碎块，避免可能损伤安置在保护区41内的敏感部件。

即便在说明中描述了该装置被安放在碎片源附近，用以处理“有害”件，本发明的装置还可以安放在防范碎片的部件附近，用来处理“目标”件。

与现有技术的不同之处在于本发明在规范各部件时，不考虑碎片产生的无限能量，而是考虑吸收那部分能量最强碎片的能量。在这种情况下，尽管本发明的装置没有完全吸收动能，但是它通过偏移碎片和自我变形的方式能够吸收能量最强碎片的能量中很可观的一部分，大大削弱了那些未被阻止的碎片的剩余能量，降低了上述碎片的攻击性。

Claims (6)

1.一种保护装置，用以处理至少一种来自飞行器的碎片源(56)的碎片(54)，尤其是处理来自飞行器发动机系统的单级压气机或单级涡轮机的碎片，并阻止所述碎片抵达所述飞行器的一个目标件，其特征在于：所述装置有对应于碎片源(56)和目标件的几何外形和位置，该装置能偏移能量最强的碎片(54)，以便保护安置在事先确定的保护区(41)内的所述目标件。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述装置用能够承受300℃或者更高温度的适当材料制作而成。

3.根据权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于：所述装置一方面具有至少一个可变形部分(42)，另一方面具有连接飞行器的连接件(44)。

4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于：所述的至少一个可变形部分(42)由第一组成材料和第二组成材料制成，所述第一组成材料具有动态抗剪强度，所述第二组成材料具有动态变形而不折裂的能力。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的保护装置，其特征在于：所述可变形部分(42)包括至少一条棒(48)。

6.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的保护装置，其特征在于：所述可变形部分(42)包括至少一线缆(50)。

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