CN102099556B - 具有气动除冰功能的用于涡轮喷气发动机舱的进气口结构 - Google Patents

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Abstract

一种组件，包括第一部件(9)、第二部件(3)、以及用于将所述第一和第二部件连接在一起的连接装置(19)，所述装置能够保持所述第二部件(3)的表面的完整性，该组件的特征在于，所述连接装置(19)包括固定至所述第一部件(9)的结构表层(21)以及附接在所述结构表层上并通过接触而被固定在所述第二部件(3)上的多孔材料(23)。

Description

具有气动除冰功能的用于涡轮喷气发动机舱的进气口结构
本发明涉及一种部件的组件，这些部件通过保持部件之一的表面完整性的装置连接。 
图1示出了现有技术中的具有电除冰功能的进气口结构。 
从图中已知，这样的进气口结构1包括位于发动机舱的外围的外板3、以及形成了发动机舱的前缘并位于环形的内部7的延伸部分的进气口唇缘5，该环形的内部7通常被称作“罩”，该罩还可具有声音吸收性能。 
内隔壁9能够加固进气口结构。 
为了减小从发动机舱发出的声音，进气口唇缘5通常装备有具有蜂窝结构的声衰减板P，该唇缘5设有穿孔6。 
内隔壁9通常一方面铆接在板P的整体部分11的内表层上，另一方面铆接在同样具有蜂窝结构的连接构件15的内表层13上，该蜂窝结构以及内表层13的端部17a、17b通过粘结的方式固定在外表层3内。 
使用这样的中间连接构件15能够防止隔壁9的连接铆钉朝外板3的外侧伸出，因此不会破坏进气口结构的空气动力学性能。 
已知，电除冰装置被结合在进气口唇缘5内侧。 
连接构件15的蜂窝结构通常为金属制成，因此具有一定的重量，而能够减轻该重量是很重要的。 
而且，如果希望使用气动除冰来代替电除冰，由隔壁9限定的除冰隔室18内的温度是很高的：往往在400℃左右。 
在这样的温度下，连接构件15的紧固粘合不持久，这给结构的构造的耐受性提出了问题。 
特别地，本发明通常旨在提供一种连接装置，该连接装置适于连接两个部件，同时保持该两个部件之一的表面的完整性，并且相比于蜂窝结构的连接构件15具有更小的重量。 
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的连接构件，其可安装在高温区域中，例如在进气口结构的气动除冰隔室中。 
本发明的目的通过这样一种组件来实现，该组件包括第一部件、第二部件，以及位于上述两个部件之间的连接装置，该连接装置具有这样一种类型使得能够保持第二部件的表面的完整性，该组件的特征在于其包括固定至第一部件的结构表层以及附接在所述结构表层上并通过接触装配在所述第二部件上的多孔材料。 
“通过接触装配”指的是非侵入地固定在第二部件上，特别是通过焊接或者粘结的固定。 
使用多孔材料，也就是具有大量的孔（未填充物质）的材料，与现有技术的蜂窝类型的连接构件相比，能够显著地减轻重量。 
根据该组件的其它可选特征： 
-所述多孔材料选自包括泡沫、膨胀材料、毡、以及小元件的集合体的群组； 
-所述多孔材料具有闭孔，即，不连通； 
-所述多孔材料具有开孔，即，连通； 
-所述多孔材料通过焊接或者粘结固定在所述结构表层和/或所述第二部件上； 
-所述结构表层延伸超过所述多孔材料，并且该结构表层的端部通过接触也固定在所述第二部件上； 
-所述第一部件通过铆接固定在所述结构表层上； 
-形成所述多孔材料的材料选自包括金属、聚合物、陶瓷或者合成材料的群组； 
-所述多孔材料选自包括耐受高达200℃温度的材料、耐受高达400℃温度的材料、耐受高达600℃温度的材料、耐受高达800℃温度的材料的群组：这种类型的多孔材料尤其能够用于将除冰隔室的内隔壁与具有气动除冰功能的进气口结构的外板的内表面连接； 
-形成所述多孔材料的材料选自包括金属或陶瓷材料的群组； 
-所述陶瓷材料是碳泡沫； 
-所述多孔材料粘结至所述结构表层； 
-所述结构表层由选自包括金属合金，陶瓷，金属基质合成物，陶瓷基质合成物的群组中的材料形成； 
-所述多孔材料通过具有不同特性的多层多孔材料在材料的厚度方向上的叠置来形成； 
-所述多孔材料通过具有不同特性的多块多孔材料在平行于材料的中面的方向上的并置来形成； 
至少一个蜂窝结构与所述多孔材料并置，该结构和该材料夹在所述结构表层和所述第二部件之间。 
本发明还涉及一种具有气动除冰功能的用于涡轮喷气发动机舱的进气口结构，其包括进气口唇缘、外板、以及将所述进气口唇缘连接至所述外板并且限定了气动除冰隔室的内隔壁，其特征在于，所述内隔壁通过连接构件连接至所述外板，该连接构件包括固定至所述内隔壁的结构表层以及附接在所述结构表层上并通过接触固定在所述外板内侧的多孔材料，使得所述内隔壁、所述连接构件以及所述外板形成了前述的组件。 
根据该进气口结构的其它可选特征： 
-所述进气口唇缘至少设有第一声衰减板，该第一声衰减板由能够经受高达400℃的温度且具有高热导率的开孔的多孔材料制成，所述第一声衰减板位于所述除冰隔室内，并且通过上游保持片材和下游保持片材来保持；该第一声衰减板和下游保持片材，与所述内隔壁和所述唇缘一起，限定了前述的组件； 
-该进气口结构包括第二声衰减板，该第二声衰减板由固定在所述进气口唇缘内侧并处于所述内隔壁下游的开孔的多孔材料制成，所述第二声衰减板通过接合件与所述第一声衰减板隔开，该接合件由能够经受高达400℃的温度且具有低热导率的开孔的多孔材料制成； 
-所述第二声衰减板选自包括能够经受高达120℃的具有上述多孔材料和上述开孔的板、以及具有蜂窝结构的板的群组； 
-所述第一板、所述由多孔材料制成的接合件以及所述第二板被共用 片材覆盖，所述内隔壁优选地通过铆接固定在该共用片材上，所述内隔壁、所述共用片材以及所述板限定了前述的组件； 
-所述进气口结构具有这样的类型，其中，所述进气口唇缘与所述进气口结构的所述外板形成一件式组件，该一件式组件能够相对于涡轮喷气发动机的风扇壳体滑动，例如文献FR2906568中的描述。 
根据以下的描述以及对附图的审视，本发明的其他特征和优点将变得清楚，其中： 
-图1示出了现有技术中的如该说明书的导言中所描述的进气口结构； 
-图2以大的比例示出了能够结合入根据本发明的组件中的连接构件的一个实施例的剖视图； 
-图3到7示出了结合了根据本发明的组件的涡轮喷气发动机舱的进气口结构的多个实施例。 
在所有这些附图中，相似或相同的附图标记指代相似或相同的构件或者构件的组合。 
如图2中所示，用于结合到根据本发明的组件中的连接构件19包括具有片材形式的结构表层21。 
该结构表层21上附接有多孔材料23，也就是具有大量的未填充物质的孔的材料。 
该多孔材料，可采用泡沫的形式，膨胀的形式，毡的形式，或者诸如是珠子的小元件的集合体的形式，其通过粘结或者焊接的方式固定在结构表层21上。 
根据是否需要吸音性能，该多孔材料可以相应地具有开孔（也就是连通），或者闭孔（也就是不连通）。 
多孔材料23可由市场上可获得的金属，聚合物，陶瓷，或者合成材料形成。 
多孔材料23根据连接构件19的使用环境来选择。 
以下的表格作为示例提供了多种类型的泡沫，该泡沫可适于用作连接构件在不同条件下使用的多孔材料： 
Figure GDA0000419718850000051
在连接构件19用来被安装在飞行器发动机舱的高温区域中（特别是位于涡轮喷气发动机的尾气排出区域）的特定情况下，多孔材料23是由能够耐受高达800℃温度的材料形成的：例如，可以用碳泡沫。 
关于用于连接构件19的结构表层21的材料，其将根据重量、温度以及机械应力约束来选择。 
这种材料可选自金属合金，陶瓷，金属基质合成物（MMC）和陶瓷 基质合成物（CMC）。 
应当注意到多孔材料23可以不是同质的，甚至相反其可可具有带有不同吸音特性的多个区。 
这些不同的区可以是材料不存在的区（空腔）和/或不同性质的多孔材料的区（例如不同的泡沫密度）。 
这种多孔材料23的异质性可通过将多层不同的多孔材料的在连接构件的厚度方向进行叠置和/或沿着板的中面方向将多块多孔材料并置来得到。 
这种多孔材料23的异质性能够生产出定制的连接构件，也就是完美地适应于其所要具有的条件（几何形状，温度，声音吸收性，重量限制……）。 
以下的示例示出了根据本发明的组件的多个实施例，其结合了刚描述过的那种类型的连接构件。 
与本说明书导言部分中描述的相似，所有这些示例都可应用于飞行器进气口结构的特定情况，但是并不是说这些示例是有限定性的；特别地，根据本发明的组件还能够用于飞行器的涡轮喷气发动机舱的其它部分。 
以下，我们将着重描述仅仅与本说明书导言部分提及的进气口结构相比来说不同的特征。 
参照图3，其中示出了热气歧管25连接至至少与一个热气进气管27，其自身连接到涡轮喷气发动机的热区域（未图示）。 
热气歧管25能够将热气29散布到除冰隔室18内，因此将该除冰隔室内的温度提升到高达400℃：通过这种方式能够对进气口结构1的唇缘5进行所谓的“气动”除冰。 
在工作状态下，气流F在经过设置在发动机舱内的涡轮喷气发动机的内部之前，先沿着唇缘5和罩7流动。 
以下，术语“上游”和“下游”必须结合空气循环的方向来理解，如箭头F所示。 
进气口结构1可以是这样的类型：其中进气口唇缘5和外板3形成一件式组件，并在维护操作过程中能够相对于罩7滑动，如文献FR2906 568中示例的教导：在这种情况下该结构通常被称作“层状前风罩（laminar forward cowl）”（LFC）。 
然而，应当注意到本发明绝不仅限于此特定类型的进气口结构。 
在图3示出的示例中，进气口唇缘5没有吸音装置，并且内隔壁9直接固定在该唇缘上。 
通过前述的连接构件19，该内隔壁9在其另一端连接至外板3：更准确地，利用诸如铆钉31的固定装置，内隔壁9的相关端部被固定在连接构件19的结构表层21上，并且多孔材料23通过例如粘结或者焊接的接触的方式固定在外板3内侧。 
在这种特定的应用中，多孔材料23可由能够耐高温（高达400℃）且具有低的热导率的泡沫组成，例如陶瓷泡沫。 
然而，如果希望对位于连接构件19处的外板3的部分进行有效除冰，可以选择具有不错热导率的泡沫。 
因此可以理解，该连接构件能够将内隔壁9与外板3相连而不需要侵入该外板，这样外板的空气动力学特性就不会变化。 
与现有技术中的蜂窝类型（参照图1）的方案相比，使用多孔材料23能够显著地减轻外板3处的内隔壁9的连接装置的重量。 
进一步地，通过选择能够适应发动机舱内特定区域的有效温度条件的泡沫材料23，解决了蜂窝类型的连接结构在高温下的稳定问题。 
还应当注意到，能够由市场上可得到的泡沫制成的连接构件19是非常经济的。 
图4绘示的变型中示出了可有利地设置连接构件19的结构表层，从而可延伸超过多孔材料23，并且其端部33a，33b通过粘结或者焊接而固定在外板3内侧。 
在图5绘示的变型中，提供了设置在多孔材料23的延伸方向处的蜂窝结构35，结构表层21覆盖了多孔材料23以及结构35：通过这种方式，多孔材料23位于热区，同时，内隔壁9的下游的蜂窝结构35位于冷区。 
在该变型中，多孔材料23的长度和特性可选择为使得在其下游端温度适于蜂窝结构35。 
有多种多孔材料可供选择，从而一方面朝位于内隔壁处的外板3的 部分能够获得良好的热传导，另一方面还能阻碍朝向蜂窝结构35的热传递。 
图6中的变型与图3中的变型的不同之处在于进气口唇缘5包括声衰减板P，其自身由多孔材料形成（不是如图1中的进气口结构的蜂窝结构），并通过上游片材36和下游片材37保持。 
内隔壁9通常铆接在下游片材37上。 
声衰减板P的多孔材料可选择为使其能够耐受高达400℃的温度。 
还必须确保该多孔材料具有高的热导性，从而允许来自于处在除冰隔室18内的热气的热量辐射到进气口唇缘5的表面，因此能够有效地除冰。 
在图7绘示的变型中，示出了与图6的变型的板P类似的板P1，其下游为根据本发明的板P2，板P2的多孔材料选择为使其能够耐受高达120℃的温度。 
在这两个板P1和P2之间为基本环形的接合件39，优选由能够耐受高达400℃温度的多孔材料形成。 
在图7中可以看出，接合件39和声衰减板P2位于内隔壁9的下游。更确切地，片材41覆盖了板P1的下游部分、接合件39以及板P2，内隔壁9的转延部43优选通过铆钉固定在片材41的上游部分。 
在进气口结构是上述的LFC类型的特定情况下，可设置固定在片材41上的对中构件45，使得能够相对于罩7对中进气口结构1。 
在图6的示例下，进气口唇缘5的表层形成了板P1和P2的结构表层，这种结构表层可设有穿孔6。 
当然，可针对板P1和P2选择不同的声学性能，通过泡沫块的并置和/或叠置可形成板P，P1和P2的组合，可能的话还设有空腔。 
当然，还可以考虑将根据本发明的由多孔材料制成的声衰减板P2替换为传统的具有包括蜂窝结构的类型的声衰减板：如果板P2所处的区域明显地不如板P1所处的区域那么热，使用传统的声衰减板实际上是可行的。 
还应当注意到对于接合件39，优选选用具有低的热导率的多孔材料，从而有效地使得板P2相对于板P1隔热：例如，陶瓷泡沫可适用于该接 合件。 
应当理解，在图6和7的变型中，根据本发明的方案，片材37或41以及板P或P1构成了连接于唇缘5的内隔壁9的连接构件，也就是，内隔壁9固定在结构表层37或41上，而结构表层同时还粘结或焊接在多孔材料P或者P1上，多孔材料P或者P1自身粘结或者焊接在唇缘5内侧，与唇缘实现非侵入式连接，因此保持了唇缘的空气动力学特性。 
当然，本发明不限于所描述和绘示的实施例，其仅仅是用来例示。 

Claims (22)

1.一种具有气动除冰功能的用于涡轮喷气发动机舱的进气口结构（1），该进气口结构（1）包括进气口唇缘（5）、外板（3）、以及将所述进气口唇缘（5）连接至所述外板（3）并且限定了气动除冰隔室（18）的内隔壁（9），其特征在于，所述内隔壁（9）通过连接构件（19）连接至所述外板（3），所述连接构件（19）能够保持所述外板（3）的表面的完整性，并且所述连接构件（19）包括固定至所述内隔壁（9）的结构表层（21）以及附接在所述结构表层上并通过接触而固定在所述外板（3）内侧的多孔材料（23）。
2.如权利要求1所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）选自包括小元件的集合体、泡沫、膨胀材料、以及毡的群组。
3.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）具有闭孔，即，不连通。
4.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）具有开孔，即，连通。
5.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）通过焊接或者粘结而固定在所述结构表层（21）和/或所述外板（3）上。
6.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述结构表层（21）延伸超过所述多孔材料（23），并且该结构表层的端部（33a，33b）通过接触而也固定在所述外板（3）上。
7.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述内隔壁（9）通过铆接固定在所述结构表层（21）上。
8.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，形成所述多孔材料（23）的材料选自包括金属、聚合物、陶瓷或者合成材料的群组。
9.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）选自包括耐受高达200℃温度的材料、耐受高达400℃温度的材料、耐受高达600℃温度的材料、耐受高达800℃温度的材料的群组。
10.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，形成所述多孔材料（23）的材料选自包括金属或陶瓷材料的群组。
11.如权利要求10所述的进气口结构（1），其特征在于，所述陶瓷材料是碳泡沫。
12.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）粘结至所述结构表层（21）。
13.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述结构表层（21）由选自包括金属合金，陶瓷，金属基质合成物，陶瓷基质合成物的群组中的材料形成。
14.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）通过具有不同特性的多层多孔材料在所述多孔材料的厚度方向上的叠置来形成。
15.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，所述多孔材料（23）通过具有不同特性的多块多孔材料在平行于所述多孔材料的中面的方向上的并置来形成。
16.如权利要求1或2所述的进气口结构（1），其特征在于，至少一个蜂窝结构（35）与所述多孔材料（23）并置，该结构和该材料夹在所述结构表层和所述外板之间。
17.如权利要求1所述的进气口结构（1），其特征在于，所述进气口唇缘（5）至少设有第一声衰减板（P；P1），该第一声衰减板（P；P1）由能够经受高达400℃的温度且具有高热导率的开孔的多孔材料制成，所述第一声衰减板位于所述除冰隔室（18）内，并且通过上游保持片材（36）和下游保持片材（37；41）来保持。
18.如权利要求17所述的进气口结构（1），其特征在于，该进气口结构（1）包括第二声衰减板（P2），该第二声衰减板由固定在所述进气口唇缘（5）内侧并处于所述内隔壁（9）下游的开孔的多孔材料制成，所述第二声衰减板通过接合件（39）与所述第一声衰减板（P1）隔开，该接合件由能够经受高达400℃的温度且具有低热导率的开孔的多孔材料制成。
19.如权利要求18所述的进气口结构（1），其特征在于，所述第二声衰减板（P2）选自包括能够经受高达120℃的具有上述多孔材料和上述开孔的板、以及具有蜂窝结构的板的群组。
20.如权利要求18或19所述的进气口结构（1），其特征在于，所述第一声衰减板（P1）、所述由多孔材料制成的接合件（39）以及所述第二声衰减板（P2）被共用片材（41）覆盖，所述内隔壁（9）固定在所述共用片材上。
21.如权利要求20所述的进气口结构（1），其特征在于，所述内隔壁（9）通过铆接固定在所述共用片材上。
22.如权利要求1,17至19中任一项所述的进气口结构（1），其特征在于，所述进气口唇缘（5）与所述进气口结构的所述外板（3）形成一件式组件，该一件式组件能够相对于涡轮喷气发动机的风扇壳体滑动。
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