CN103368310B - 冲压空气涡轮发电机外壳 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了冲压空气涡轮发电机外壳。示例冲压空气涡轮发电机组件包括保持发电机与液压泵轴向对准的发电机外壳。发电机外壳包括具有接触部和分隔部的壁，该接触部接触发电机的定子，该分隔部与定子径向分隔。发电机壁设计为强度足以抵挡HLSD和风车状旋转振动，同时挠性足以适应热膨胀。

Description

冲压空气涡轮发电机外壳
技术领域
本公开内容涉及用于向飞机提供电和液压动力的冲压空气涡轮。更具体地，本公开内容涉及冲压空气涡轮发电机的外壳。
背景技术
冲压空气涡轮用于通过飞行期间从沿飞机外部的气流提取动力来在飞机中产生补充动力。冲压空气涡轮包括驱动电机和/或液压泵的涡轮。在运行中，将涡轮从飞机内的收拢位置移动至刚好在飞机外部的展开位置，使得涡轮的叶片在气流中并还与飞机具有操作间隙。涡轮安装在支柱端部，并驱动涡轮驱动轴，该驱动轴继而驱动电机和/或液压泵。
冲压空气涡轮可经历极端负载，例如在高水平短持续事件（HLSD）期间。在飞机发动机叶片损失事件期间，严重的HLSD振动首先发生为发动机减速。然后，由于它因为空气负载继续转动，高失衡负载继续驱动较长持续时间的风车状旋转振动。这些振动中的一者或两者可显著减小RAT部件的疲劳寿命。
已知的是，风车状旋转一般是发生在低于大多数RAT共振频率的频率下的无动力的飞机发动机旋转。然而，HLSD是高水平共振振动，其中，随着发动机减速，一个或多个RAT模式被激励至共振，并且这导致通过RAT外壳的高负载。随着飞机发动机速度下降，RAT可见的激励频率从高频扫至低频，在下行时经过正常RAT共振频率。因此一般不可能设计具有避免HLSD席卷（sweep）事件的自然频率的RAT。加强RAT帮助RAT忍耐该事件。同样，减速时间的时间段是风车状旋转持续时间的一小部分，所以HLSD的疲劳循环次数相对较小。从而，通过适当负载路径并仔细关注于最小化应力集中的承载外壳的实际设计是可行的。
冲压空气涡轮的发电机外壳需要抵挡这些负载，同时适应因热变化所致的部件尺寸的变化。
发明内容
示例冲压空气涡轮发电机组件包括保持发电机与液压泵轴向对准的发电机外壳。发电机外壳包括具有接触部和分隔部的壁，该接触部接触发电机的定子，该分隔部与定子径向分隔。
另一示例冲压空气涡轮发电机外壳组件包括具有沿发电机定子长度轴向延伸的部分的壁。该壁与发电机绕枢轴在收拢位置与展开位置之间旋转。所述壁的在发电机在收拢位置时与枢轴竖直对准的部分相对于壁的其它部分径向增厚。
又一示例冲压空气涡轮发电机组件包括具有壁的发电机外壳。该壁具有接触部和分隔部，该接触部接触发电机的定子，该分隔部与定子径向分隔。接触部和分隔部的至少68%具有共同的径向厚度。共同径向壁厚度与定子的直径的比从0.018至0.022。
在发电机外壳内安装发电机定子的示例方法包括在发电机外壳内热装配发电机定子。发电机外壳的壁沿发电机定子长度轴向延伸。该壁具有接触部和分隔部，该接触部接触发电机的定子，该分隔部与发电机定子径向分隔。接触部和分隔部的至少68%具有共同的径向厚度。共同径向壁厚度与发电机定子的直径的比从0.018至0.022。
附图说明
公开示例的各种特征和优势通过详细说明对本领域技术人员将是显而易见的。伴随详细说明的附图能够简要描述如下。
图1是包括发电机和液压泵的示例冲压空气涡轮的示意图。
图2是图1冲压空气涡轮的截面图。
图3是图2在线3-3上的截面图。
图4是图1冲压空气涡轮的示例发电机外壳的透视图。
图5是图1冲压空气涡轮的示例发电机外壳的另一透视图。
图6是图1冲压空气涡轮的示例发电机外壳的又一透视图。
具体实施方式
参考图1和2，示例冲压空气涡轮组件（RAT）10安装至机身12并可展开以提供电力和液压动力。示例RAT 10包括响应于沿机身12外侧的气流而旋转的涡轮14。涡轮14支撑在附接于发电机外壳24的支柱22的端部处。发电机外壳24通过旋转柱枢轴28安装至机身12用于旋转，该枢轴充当外壳24的枢轴。
冲压空气涡轮发电机组件18包括发电机转子32，发电机定子34，以及发电机外壳24。在组装期间，发电机转子32和发电机定子34置于外壳24内。在一个示例中，发电机定子34压配在发电机外壳24内。
发电机转子32联接至液压泵38。发电机转子32相对于定子34旋转以产生能够供应至例如在40处示意性所示的飞机系统的电力。液压泵38从流体供应44接受流体，并将流体泵送至在42处所示的利用加压流体操作的各种系统。发电机组件18和液压泵38轴向对准。发电机组件18和液压泵38的旋转部分绕共同轴线54旋转。
涡轮14绕轴线48旋转以驱动涡轮驱动轴46。涡轮驱动轴46驱动变速箱50。示例变速箱50位于涡轮14的尾部并沿着涡轮14和涡轮驱动轴46的旋转轴线48。示例变速箱50驱动绕轴线54旋转的转矩管52，轴线54横向于轴线48。转矩管52从变速箱50通过支柱22延伸至发电机转子32。转矩管52联接至发电机转子32。
示例变速箱50包括提供涡轮驱动轴46与转矩管52之间旋转速度的期望比率的齿轮。在这个示例中，以比涡轮驱动轴46更大的速度旋转转矩管52。变速箱50能够构造为相对于涡轮14的旋转提供任何期望的速度比。
确定转矩管52旋转的速度以提供驱动发电机转子32所需的期望旋转速度并产生在期望频率的电能的期待量。随后将发电机产生的电能传送至在40处示意性所示的飞机系统。
第二驱动轴56将液压泵38与发电机转子32旋转联接，使得液压泵38与发电机转子32以相同速度旋转。由于液压泵38和发电机转子32联接一起旋转，液压泵20在发电机产生电力的同时将加压流体连通至飞机系统30。液压泵38和发电机18可一起或分别供应动力。
发电机外壳24包括安装支架60和集成旋转支架58。安装支架60附接至致动器62。致动器62驱动RAT 10在机身12内的收拢位置与图1示意性所示的展开位置之间移动。
旋转支架58安装至旋转柱枢轴28以支撑RAT 10。支柱22附接至发电机外壳24并因此随发电机外壳24的枢转运动而移动。液压泵38安装至发电机外壳24，并因此也在往来展开位置期间随发电机外壳24旋转。
参考图3至6，外壳24包括绕轴线54周向延伸的壁64。壁64提供接受转子32和定子34的腔66。显然，壁64不直接接触定子34的整个外圆周。壁64包括一些接触部68和一些分隔部72。接触部68直接接触定子34，且分隔部72从定子34轴向分隔开。在这个示例中，壁64包括与六个分隔部72在周向上交替的六个接触部68。
显然，贯穿大部分外壳24，接触部68和分隔部72具有大约相同的径向厚度t。在这个示例中，分隔部72具有0.121英寸（3.073毫米）的厚度t，且接触部68具有0.135英寸（3.429毫米）的厚度。平均厚度是0.128英寸（3.251毫米）。分隔部72是接触部68厚度的90%。在另一示例中，两部分都是0.128英寸（3.251毫米）厚。0.128英寸（3.251毫米）的平均厚度可变化+/-10%以获得期望比。例如，在0.115英寸（2.921毫米）厚度，比是0.115/6.398=0.18min。在0.141英寸（3.581毫米）厚度，比是0.141/6.398=0.22。
在这个示例中，在壁64的垂直于轴线54的轴截面（大致在图3中示出）处，截面的接触部和截面的分隔部的至少68%具有共同径向厚度。因此，壁64的平均厚度t绕壁64的圆周大致相同。在一个示例中，厚度是约从0.115至0.141英寸（2.92至3.58毫米）。
在这个示例中，定子34具有外直径d，且共同径向厚度与定子34的直径d的比是从0.018至0.022。也是在这个示例中，定子34的外直径d是6.405英寸（162.687毫米），且在这截面中发电机外壳处的外直径是7.62英寸（193.548毫米）。
过渡部76从接触部68延伸至分隔部72，使得壁64绕整个定子34是连续的。一般地，在图3的截面图中，过渡部76具有径向且圆周部件，且接触部68和分隔部72在径向部件上缺少变化。
波动的环境温度和热能水平可导致壁64和定子34相对于彼此膨胀或收缩。提供接触部68，分隔部72和过渡部76使壁64能够伸缩并适应这些热应力变化，同时仍旧提供支撑足以在收拢配置中抵挡高水平短持续时间和风车状旋转振动。过渡部72的壁厚度与接触部68大约相同以维持合适的周向挠性。
在分隔部72与定子34之间的径向间隙作为轴向延伸的通道78。分隔部72提供通道78的外边界。通道78用于沿定子34的圆周轴向用管道输送气流。空气的流动从发电机组件18移除热能以冷却发电机组件18。通过在发电机外壳24的顶面（102）上切出的槽（101）排出热空气。在泵外壳的安装基座的侧壁的底部提供附加的通风孔（103）。
示例壁64轴向延伸至少定子34的轴向长度。在一些示例中，定子34的轴向长度是ls，且壁64的轴向长度是大于ls的lw。在这个示例中，主定子34的轴向长度是3.725英寸（94.6毫米）。发电机外壳的壁的轴向长度是5.88英寸（149.4毫米）。分割线（splitline）的厚度是0.862英寸（21.9毫米）。
如在图5中可见的，在支柱与致动器附接柄之间的位置80处需要坚固的、刚性的负载路径。这个区域形成至围绕定子的圆周环的锚接特征。由于它仅发生在圆周环上的一个位置，它不限制圆周环的挠性以由于热膨胀需要而膨胀。在这个示例中，位置80周向延伸壁64的圆周的约9%。
由于壁64的厚度绕轴线54一般是一致的，因此壁64包括在接触部68的圆周位置处的小台（divot）84。小台84反映接触部68与分隔部72的径向位置之间的差异。如意识到的，如果壁64未包括小台84，那么壁64的厚度会相对于分隔部72在接触部68的区域中增加。因此，小台84辅助壁64的均匀箍型膨胀，并还作为材料减少特征。
示例过渡部76包括相对大的半径。在一个示例中，过渡部76中的一个的外半径90是约0.520英寸（13.2毫米）。
为便于外壳24适应高水平短持续时间加载和其它类型负载，在选定区域加强示例外壳24。例如，尽管壁64的厚度相对一致，但径向厚度在区域86和88增加至大于t的某个量。区域86和88被认为是在从支柱至枢轴柱28的负载路径上的横向加强肋。
如果考虑涡轮14在12:00位置从轴线54延伸，那么区域86和88分别位于4:30和7:30位置。区域86和88周向延伸距离C86和C88。在一个示例中，这些距离每个代表壁64的360度圆周的每个15度。
当示例发电机组件18在收拢位置时，区域86和88与旋转柱枢轴28竖直对准。区域86和88也据说与旋转柱枢轴28在共同的平面上。在这个示例中，竖直的是指当在地面上或在直或水平飞行时收拢发电机组件18的典型位置。因此，区域86和88在从支柱界面延伸回到旋转柱枢轴28的负载路径上。
示例外壳24包括有助于抵抗高振动水平的高强度低重量设计的其它特征。例如，可将附加材料添加至外壳24的在旋转支架58或在其附近的区域（见图4）。外壳24也可包括旋转支架58区域中的大席卷半径。
以上描述本质上是示例性而非限制的。对所公开示例的变化和变形对于本领域技术人员可为显而易见的，而不必要背离本公开内容的本质。因此，给予本公开内容法律保护的范围只能仅通过研究以下权利要求来确定。

Claims (18)

1.一种冲压空气涡轮发电机组件，包括：
保持发电机与液压泵轴向对准的发电机外壳，所述发电机外壳包括具有接触部和分隔部的壁，所述接触部接触所述发电机的定子，所述分隔部与所述定子径向分隔，
其中，所述壁与所述发电机绕枢轴在收拢位置与展开位置之间枢转，并且来自所述发电机外壳的负载沿负载路径传输至所述枢轴，其中，当所述发电机在所述收拢位置时，所述壁的与所述枢轴竖直对准的部分相对于所述壁的其它部分径向加厚。
2.如权利要求1所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述壁的分隔部为定子周围的气流提供径向外冷却通道边界。
3.如权利要求1所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，在所述壁的垂直于所述发电机的旋转轴线的轴向横截面，所述接触部和所述分隔部的至少68%具有共同的径向厚度。
4.如权利要求1所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述发电机外壳包括与正好六个分隔部在周向上交替的正好六个接触部。
5.如权利要求1所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述壁在单个周向位置刚性连接至所述发电机外壳以外的部件。
6.如权利要求5所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述发电机定子具有轴向长度，且所述单个周向位置在所述发电机外壳的轴向长度内。
7.如权利要求1所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述壁包括连接所述接触部和所述分隔部的过渡部，其中，所述过渡部相对于所述接触部和所述分隔部径向延伸。
8.如权利要求1所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，当所述发电机在收拢位置时，所述负载路径与所述枢轴基本处于同一平面。
9.一种冲压空气涡轮发电机外壳组件，包括：
具有轴向延伸发电机定子长度的部分的壁，所述壁与所述发电机绕枢轴在收拢位置与展开位置之间枢转，其中，当所述发电机在所述收拢位置时，所述壁的与所述枢轴竖直对准的部分相对于所述壁的其它部分径向加厚；以及
其中，所述壁具有接触部和分隔部，所述接触部接触所述发电机的发电机定子，所述分隔部与所述发电机定子径向分隔，所述分隔部与所述定子一起提供冷却通道。
10.如权利要求9所述的冲压空气涡轮发电机外壳组件，其中，来自所述发电机外壳的负载沿负载路径传输至所述枢轴，并且当所述发电机在所述收拢位置时，所述壁的与所述枢轴竖直对准的部分在所述负载路径内。
11.如权利要求9所述的冲压空气涡轮发电机外壳组件，其中，所述加厚部分和所述枢轴在共同平面上。
12.如权利要求9所述的冲压空气涡轮发电机外壳组件，其中，所述壁的所述部分在单个周向位置上刚性连接至所述发电机外壳以外的结构。
13.一种冲压空气涡轮发电机组件，包括：
发电机外壳包括具有接触部和分隔部的壁，所述接触部接触所述发电机的定子，所述分隔部与所述定子径向分隔，其中，所述接触部和所述分隔部的至少68%具有共同的径向厚度，且所述共同径向壁厚与所述定子的直径的比从0.115至0.141，
其中，所述壁与所述发电机绕枢轴在收拢位置与展开位置之间枢转，并且来自所述发电机外壳的负载沿负载路径传输至所述枢轴，其中，当所述发电机在所述收拢位置时，所述壁的与所述枢轴竖直对准的部分相对于所述壁的其它部分径向加厚。
14.如权利要求13所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述壁具有轴向延伸定子长度的部分，且所述壁的这部分在单个周向位置刚性连接至与所述发电机外壳分离的另一结构。
15.如权利要求13所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述壁相对于在单个位置的所述壁的其它区域径向加厚。
16.如权利要求14所述的冲压空气涡轮发电机组件，其中，所述单个位置周向延伸所述壁的圆周的大约9%。
17.在发电机外壳内安装发电机定子的一种方法，包括：
在发电机外壳内放置发电机定子，所述发电机外壳包括轴向延伸所述发电机定子的长度的壁，所述壁具有接触部和分隔部，所述接触部接触所述发电机的发电机定子，所述分隔部与所述发电机定子径向分隔，其中，所述接触部和所述分隔部的至少68%具有共同的径向厚度，且所述共同径向壁厚与所述发电机定子的直径的比从0.115至0.141，其中，所述壁与所述发电机绕枢轴在收拢位置与展开位置之间枢转，并且来自所述发电机外壳的负载沿负载路径传输至所述枢轴，其中，当所述发电机在所述收拢位置时，所述壁的与所述枢轴竖直对准的部分相对于所述壁的其它部分径向加厚。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述放置包括将所述定子压配在所述外壳内。
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