CN103591052A - 冲压空气风扇外壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冲压空气风扇外壳体，用于将来自冲压空气风扇转子的空气和来自冲压空气旁路的空气引导到冲压空气风扇出口中。外壳体包括在连结区连接的外圆筒和风室。外圆筒由在A-B-B-A序列中的至少四个相邻平织碳纤维织物层的层压堆积序列制成。风室由在A-B-B-A-A-B-B-A序列中的至少八个相邻平织碳纤维织物风室层的层压堆积序列制成。风室在连结区连结到外圆筒，连结区包括过渡部，过渡部使层压堆积序列从风室壁的八个相邻层过渡到外圆筒壁的四个相邻层。

Description

冲压空气风扇外壳体
技术领域
本发明涉及一种环境控制系统。具体地，本发明涉及一种用于飞机环境控制系统的冲压空气风扇组件的外壳体。
背景技术
飞机上的环境控制系统（ECS）为飞机客舱提供经调节温湿度的空气。经调节温湿度的空气是在适合于飞机乘客舒适性和安全性的温度、压力和湿度下的空气。在地面或者在地面附近，周围空气的温度和/或湿度常常足够高到在被输送至飞机客舱之前必须作为空气调节步骤的一部分而使空气冷却。在飞行高度下，周围空气的温度常常远低于期望的温度，但在这种低压下必须作为空气调节步骤的一部分将空气压缩到可接受的压力。在飞行高度下压缩周围空气会把所形成增压空气加热到足够高的温度，因而即使周围空气的温度非常低也必须将其冷却。因此，在大多数情况下，在将空气输送到飞机客舱之前必须利用ECS从空气中除去热量。当从空气中除去热量时，热量被ECS散发至流入ECS中的独立的空气流，空气经过ECS中的换热器被排出飞机，随之带走过剩的热量。在飞机足够快地移动的情况下，冲压入飞机的空气压力足以使足够的空气经过ECS和换热器以便除去过剩的热量。
虽然冲压空气在正常飞行条件发挥其良好作用，但在较低飞行速度下或者当飞机在地面上时，冲压空气压力过低不足以提供足够的经过换热器的空气流，因而不能充分地从ECS中除去热量。在这些情况下，利用ECS内部的风扇来提供必需的经过ECS换热器的空气流。此风扇被称为冲压空气风扇。
如同飞机上的任何系统，包括创新部件的经改进的冲压空气风扇具有很大的价值，该创新部件例如是外壳体，该外壳体设计成提高冲压空气风扇的运行效率或者减小其重量。
发明内容
本发明是关于一种冲压空气风扇外壳体，该空气风扇外壳体用于将来自冲压空气风扇转子的空气和来自冲压空气旁路的空气引导到冲压空气风扇出口中。该外壳体包括在连结区连接的外圆筒和风室（plenum）。外圆筒由至少四个相邻平织碳纤维织物层的层压堆积序列（sequence）制成。堆积序列的各层具有如下的编织取向，使得第一层和第四层取向在与每个第二层和第三层成45度的方向。第二层和第三层夹在第一层和第四层之间。风室由至少八个平织碳纤维织物的邻接风室层的层压堆积序列制成。八个相邻层的各层具有如下编织取向，使得第一层、第四层、第五层和第八层取向在与每个第二层、第三层、第六层和第七层成45度的方向。第二层和第三层夹在第一层和第四层之间；第六层和第七层夹在第五层和第八层之间；第四层和第五层夹在第三层和第六层之间。风室在连结区连结到外圆筒，连结区包括过渡部，过渡部将层压堆积序列从风室壁的八个相邻层过渡到外圆筒壁的四个相邻层。
附图说明
图1是冲压空气风扇组件的侧视图。
图2是体现了本发明的外壳体的透视图。
图3是图2的外壳体的端视图。
图4是图2的外壳体的侧视图。
图5是图4的外壳体的一部分的剖面图。
图6A-6D是图4的外壳体的另一部分的剖面图。
图7是图4的外壳体的另一部分的剖面图。
图8是图4的外壳体的另一部分的剖面图。
具体实施方式
环境控制系统（ECS）中的冲压空气风扇组件利用外壳体来将来自冲压空气风扇转子的空气和来自冲压空气旁路的空气引导到冲压空气风扇出口中。外壳体是冲压空气风扇组件的单个最大部件。本发明是关于一种持久耐用同时也是重量轻的冲压空气风扇外壳体。使本发明具体化的外壳体包括提高耐久性且确保轻重量壳体的创新特征。该外壳体由纤维增强聚合物复合层（例如碳纤维层）制成，这些复合层定位在特定序列的层中，层的数量和相邻层的重叠随着强度需要而变化。以此方式使用增强纤维（例如碳纤维）可提供非常牢固且重量轻的结构。外壳体包括外圆筒和附接到该外圆筒的风室。外壳体被设计成在冲压空气风扇出口处具有异常小的外圆筒长度与外圆筒直径的比率。在冲压空气风扇出口处相对较大的外圆筒直径能够实现高效的风扇流动。保持外圆筒长度相对较短可减小作用于外壳体的应力，尤其是在圆筒区段和风室之间的连结部处。通过减小应力，而需要较少的材料来加强这些连结部，从而有助于实现相对较轻重量的外壳体。
图1示出了冲压空气风扇组件。图1中所示的冲压空气风扇组件10包括风扇壳体12、轴承壳体14、进口壳体16、外壳体18、内壳体20、多个螺栓60。风扇壳体12包括风扇支架22、马达转子24、马达定子26、推力轴28、推力板30、推力轴承32。轴承壳体14包括轴颈轴承轴34和轴盖36。风扇壳体12和轴承壳体14一起包括系杆38和轴颈轴承40。除了系杆38的一部分外，进口壳体16还包括风扇转子42和进口护罩44。外壳体18包括接线盒46和风室48。在外壳体18内部的是扩散器50、马达轴承冷却管52、电线传送管54。风扇进口是当不存在足够的冲压空气压力时将要被冲压空气风扇组件10移动的空气来源。旁路进口是当存在足够的冲压空气压力时移动经过冲压空气风扇组件10的空气来源。
如图1中所示，利用多个螺栓60将进口壳体16和外壳体18在风扇支架22处附接到风扇壳体12。轴承壳体14附接到风扇壳体12，内壳体20将马达轴承冷却管52和电线传送管54连接到轴承壳体14。马达轴承冷却管52在外壳体18处将内壳体20连接到冷却空气源。在接线盒46处电线传送管54将内壳体20连接到外壳体18。马达定子26和推力板30附接到风扇壳体12。马达转子24被容纳在马达定子26内并且将轴颈轴承轴34连接到推力轴28。轴颈轴承轴34、马达转子24、和推力轴28限定冲压空气风扇组件10的旋转轴线。风扇转子42附接到推力轴28，并且系杆38沿旋转轴线从位于轴颈轴承轴34端的轴盖36经过马达转子24、推力轴28和风扇转子42延伸至进口护罩44。螺母（未图示）在系杆38的一端将轴盖36固定到轴颈轴承轴34并且在系杆38的相对端将进口护罩44连接到风扇转子42。推力板30和风扇壳体12容纳推力轴28的凸缘状部；推力轴承32位于推力轴28的凸缘状部和推力板30之间；并且位于推力轴28的凸缘状部和风扇壳体12之间。轴颈轴承40位于轴颈轴承轴24和轴承壳体14之间；并且位于推力轴28和风扇壳体12之间。进口护罩44、风扇转子42、以及风扇壳体12的一部分被容纳进口壳体16内。扩散器50附接到外壳体18的内表面。风室48是外壳体18的一部分，其将冲压空气风扇组件10连接到旁路进口。进口壳体16连接到风扇进口，外壳体18连接到风扇出口。
在操作中，将冲压空气风扇组件10安装到飞机中的环境控制系统并且连接到风扇进口、旁路进口和风扇出口。当飞机不足够快地移动而不能产生足够的冲压空气压力来满足ECS的冷却需要时，冲压空气风扇马达控制器（未图示）利用从接线盒46经过电线传送管54、内壳体20和轴承壳体14的电线为马达定子26提供电力。给马达定子26通电导致转子24围绕冲压空气风扇组件10的旋转轴线转动，从而使连接的轴颈轴承轴34和推力轴28转动。风扇转子42和进口护罩44也利用与推力轴28的连接而转动。轴颈轴承40和推力轴承32为旋转部件提供低摩擦支承。当风扇转子42旋转时，转子使空气从风扇进口经过进口壳体20经过风扇支架22进入在风扇壳体12和外壳体18之间的空间，从而增加外壳体18内的空气压力。在由于扩散器50的形状和内壳体20的形状而使空气压力减小的情况下，当空气流动经过外壳体18时空气流经扩散器50和内壳体20。一旦经过内壳体20，空气在风扇出口流出外壳体18。轴承壳体14和风扇壳体12内的部件（特别是推力轴承32、轴颈轴承40、马达定子26、和马达转子24）产生大量的热量并且必须被冷却。马达轴承冷却管52提供冷却空气，马达轴承冷却管52将冷却空气流引导至内壳体20。内壳体20将冷却空气流动引导至轴承壳体14，其中，空气流经轴承壳体14和风扇壳体12内的部件，从而冷却这些部件。一旦飞机移动地足够快而产生足够的冲压空气压力而满足ECS的冷却需要，则将冲压空气从旁路进口引导到风室48中。冲压空气在风室48处进入外壳体18并且在风扇出口处流出外壳体18。
如图1中所示，外壳体18包括接线盒46和风室48。图1还示出外壳体18具有冲压空气风扇出口端、以及与冲压空气风扇出口端相对的冲压空气风扇进口端。图2是外壳体18的透视图，其中，为清楚起见将接线盒46省略。图2中示出外壳体18还包括外圆筒70。外圆筒70包括进口凸缘72、进口凸缘螺栓孔74、部件通道76、直径过渡部78、接线盒开口80、接线盒螺栓孔82、冷却空气凸缘84、冷却空气凸缘螺栓孔86、外圆筒支承脊88、和出口凸圈90。风室48包括风室凸缘96和风室凸缘螺栓孔98。外圆筒70包括外壳体18的冲压空气风扇出口端和冲压空气风扇进口端。外圆筒70具有两种外直径，在冲压空气风扇出口端的第一外直径以及在冲压空气风扇进口端的第二外直径。外圆筒70在直径过渡部78处从第一外直径过渡到第二外直径。因此，第一外直径从冲压空气风扇出口端延伸至直径过渡部78，第二外直径从直径过渡部78延伸至在进口凸缘72处的冲压空气风扇转子端。出口圆筒70具有在第一外直径和第二外直径的中点处沿外圆筒70的长度的单个轴线。一旦附接到风扇壳体12，使外圆筒70的轴线理想地对准上述图1中所描述冲压空气风扇组件10的旋转轴。
如图2中所示，风室48在圆筒-风室连结部92处附接到外圆筒70。进口凸缘72是外圆筒70的端部，其对应于外壳体18的冲压空气风扇转子端。进口凸缘72在进口凸缘72的外表面利用螺栓60（如图1中所示）、经过进口凸缘螺栓孔74（如图2中所示）将外壳体18连接到风扇壳体12。部件通道76是外圆筒70的凹部，从而当把冲压空气风扇组件10安装在ECS中时允许外壳体18配合在在外壳体18外部的部件周围。直径过渡部78是外圆筒70中的外圆筒70在两种外直径之间过渡的部分。接线盒开口80是外圆筒70中的孔，经过该孔电线从外壳体18中连接到接线盒46。接线盒螺栓孔82提供用于接线盒46的附着点如下面参照图4所描述。冷却空气凸缘84是用于向图1中所示马达轴承冷却管52提供冷却空气的冷却空气导管（未图示）的凸缘连接。经过冷却空气凸缘螺栓孔86固定冷却空气导管。外圆筒支承脊88是外圆筒70的一部分，其形状被设计成用于机械支撑外圆筒70并且在垂直于外圆筒70的轴线的平面中沿外圆筒70的至少一部分延伸。出口凸圈90是外圆筒70的一部分，其形状被设计成将“软管夹”类型的连接保持到导管（未图示），该导管是用于从冲压空气风扇组件10中排出冲压空气。出口凸圈90位于外圆筒70的端部附近，对应于外壳体18的冲压空气风扇出口端。出口凸圈90在垂直于外圆筒70轴线的平面上沿外圆筒70延伸。风室凸缘96是用于将风室48附接到旁路进口的连接凸缘。通过使螺栓穿过风室凸缘螺栓孔98而实现该连接。
图3是从外壳体18的冲压空气风扇转子端所观察的图2的外壳体的端视图。图3示出了外圆筒70的圆形轮廓。外圆筒70的轴线位于外圆筒70的圆形轮廓的中心。在与风室凸缘96相对的外圆筒70的一侧附近，风室48弯曲成外圆筒70。背离外圆筒70的风室凸缘96的表面限定参考凸缘平面B。风室48还弯曲成平壁，该平壁与风室48的曲率半径相切，平壁以直角与风室凸缘96相遇。风室48弯曲部的曲率半径的中心与外圆筒70的圆形轮廓的中心不重合。
图4是图2的外壳体的侧视图。图4示出了利用接线盒螺栓100经过接线盒螺栓孔82（如图2中所示）而连接到外圆筒70的接线盒46。也可利用持久粘结剂将接线盒46固定到外圆筒70。如图2中所示，在外圆筒70的轴线的相对端，外圆筒70具有冲压空气风扇转子端（在进口凸缘72处）和冲压空气风扇出口端（在出口凸圈90附近）。进口凸缘72的外表面限定参考凸缘平面A，该平面A垂直于外圆筒70的轴线。亦如上所述，外圆筒70具有两种外直径，在参考凸缘平面A中第一外直径从冲压空气风扇出口端延伸至直径过渡部78并且第二外直径从直径过渡部78延伸至冲压空气风扇转子端。第二外直径决定于容纳在例如风扇壳体12、轴承壳体14、内壳体20和扩散器50内的部件的尺寸、以及利用风扇转子42从风扇进口流入的冲压空气的体积。在本发明的各实施例中，第一外直径大于第二外直径，以便使冲压空气高效地从风扇进口和旁路进口流动至风扇出口。然而，因为第一外直径的更大外直径也增加作用于外壳体18的机械应力，所以相对于第一外直径减小外圆筒70的外部长度因此减小出口壳体18的外部长度，从而减小作用于出口壳体18的机械应力。因此，本发明实施例具有相对较小的外部长度（L）与外直径（D）的比率；该外直径是外圆筒70的第一外直径，并且所测量的外部长度是在平行于外圆筒70的轴线的方向上从冲压空气风扇转子端到外壳体18的冲压空气风扇出口端的距离，如图4中所示。在一个实施例中，外部长度与外直径的比率不大于1.5827。在另一个实施例中，外部长度与外直径的比率不大于1.5827且不小于1.5720。在又一个实施例中，外壳体18的外部长度在26.755英寸和26.875英寸之间（或者在679.58毫米和682.63毫米之间）并且外直径在16.980英寸和17.020英寸之间（或者在431.29毫米和432.31毫米之间）。
图5是图4的外壳体的一部分的剖面图。图5示出了外圆筒支承脊88的细节。如上所述，外圆筒支承脊88是外圆筒70的一部分，其形状被设计成用于外圆筒70的机械支撑。图5中示出的外圆筒支承脊88由外圆筒70的大致为圆形状的突起构成。外圆筒支承脊88从外圆筒70中突出，以便为外圆筒70提供机械支撑。在本发明的一个实施例中，外圆筒支承脊88从外圆筒70的外直径径向地向外突出达0.290英寸和0.310英寸之间（或者7.37毫米和7.87毫米之间）。外圆筒支承脊88的替代物，例如增加机械部件或者增加外圆筒70的壁厚，将会增加费用和重量。将外圆筒支承脊88形成入外圆筒70，可在较少增加重量或费用的情况下为外圆筒70提供额外的机械强度。
外圆筒70和风室48是通过平织碳纤维织物片材的层压而制成。已知碳纤维相对于其尺寸和重量具有极大的抗拉强度。平织碳纤维织物片材具有多束碳纤维丝（称为股线），利用平织图案将碳纤维丝编织入片材使得一半的股线取向在第一方向上（例如0度方向）而另一半丝则取向在第二方向上，第二方向与第一方向成直角（例如90度）。此编织取向提供在0度和90度方向上的抗拉强度。通过利用在高温具有高强度的树脂将若干片材层压到一起，可以建立具有高强度和相对较低重量的结构。
图6A-6D是图4的外壳体的另一部分的剖面图。图6A-6D示出了圆筒-风室连结部92的替代实施例的细节。圆筒-风室连结部92是重要的连结部，其中，与外圆筒70相关的很大的机械应力被转移至风室48。在一些实施例中，外圆筒70的壁由四个平织碳纤维织物构成：第一圆筒层101、第二圆筒层102、第三圆筒层103、和第四圆筒层104。通过将这四层组装在独特的层压堆积序列中，而在除0度和90度以外的方向上提供优异的抗拉强度。层压堆积序列使得第一圆筒层101和第四圆筒层104取向在与每个第二圆筒层102和第三圆筒层103成45度的方向上，其中，第二圆筒层102和第三圆筒层103夹在第一圆筒层101和第四圆筒层104之间。例如，如果第一圆筒层101具有如下的编织取向，使得其股线取向在0度和90度方向（取向A），那么层压堆积序列中接下来的两层（第二圆筒层102和第三圆筒层103）必须具有如下编织取向，使得各层的股取向在+45度和-45度方向（取向B）。层压堆积序列中的第四圆筒层104必须具有如下的编织取向，使得其股线取向在0度和90度方向（取向A）。将此层压堆积序列缩写成A-B-B-A，并且应用于整个外圆筒70中以形成具有例如大约0.026英寸（或者大约0.66毫米）厚度的壁，该壁是牢固的但重量轻。
风室48构造成比外圆筒70承受更大的应力。在一些实施例中，风室48的壁由八个平织碳纤维织物层构成：第一风室层111、第二风室层112、第三风室层113、第四风室层114、第五风室层115、第六风室层116、第七风室层117、和第八风室层118。通过将这八层组装在独特的层压堆积序列中，而在除0度和90度方向以外的方向上提供优异的抗拉强度。层压堆积序列构造成使得：第一风室层111、第四风室层114、第五风室层115和第八风室层118取向在与第二风室层112、第三风室层113、第六风室层116和第七风室层117的各层成45度的方向上。第二风室层112和第三风室层113夹在第一风室层111和第四风室层114之间；第六风室层116和第七风室层117夹在第五风室层115和第八风室层118之间；并且第四风室层114和第五风室层115夹在第三风室层113和第六风室层116之间。例如，如果第一风室层111具有如下的编织取向，使得其股线取向在0度和90度方向（取向A），那么层压堆积序列中接下来的两层（第二风室层112和第三风室层113）必须具有如下编织取向，使得各层的股线取向在+45度和-45度方向（取向B）上。层压堆积序列中的第四风室层114和第五风室层115必须具有如下编织取向，使得它们的股线取向在0度和90度方向（取向A）上。第六风室层116和第七风室层117具有如下编织取向，使得各层的股线取向在+45度和-45度方向（取向B）上。最终，第八风室层118具有如下的编织取向，使得其股线取向在0度和90度方向上。将此层压堆积序列缩写成A-B-B-A-A-B-B-A，将其应用于整个风室48以形成具有例如大约0.052英寸（或者大约1.32毫米）厚度的壁，该壁是牢固的但重量轻。
圆筒-风室连结部92包括从风室48的八层到外圆筒70的四层的平织碳纤维织物层中的过渡部99。因此，在圆筒-风室连结部92处，层压堆积序列在过渡部99上从A-B-B-A-A-B-B-A过渡到A-B-B-A。通过在超过点P处从八层序列去掉一些层而完成此过渡，在点P处，外圆筒70形成圆筒-风室连结部92的曲率半径R的切线T。在一些实施例中，沿外圆筒70在从风室48到外圆筒70的方向上，以从点P的最小间距S（例如，0.125英寸（3.18毫米））并且以相互之间的最小间距S去掉单一层。图6A、图6B和图6C示出了采用此类型过渡的三个实施例。图6A的实施例示出了包括过渡部99的圆筒-风室连结部92。过渡部99开始于点P并且从风室48向外圆筒70延伸。在超过点P的最小间距S处去掉第六风室层116，接着在超过第六风室层116的去掉处的最小间距S处去掉第五风室层115，接着在超过第五风室层115的去掉处的最小间距S处去掉第四风室层114，最终在超过第四层114的去掉处的最小间距S处去掉第三风室层113。第一风室层111继续连结第一圆筒层101，第二风室层112继续连结第二圆筒层102，第七风室层117继续连结第三圆筒层103，并且第八风室层118继续连结第四圆筒层104。所去掉的层包括两个A取向层和两个B取向层，因而在圆筒-风室连结部92处层压堆积序列从风室48的A-B-B-A-A-B-B-A层压堆积序列过渡到外圆筒70的A-B-B-A层压堆积序列。此种层过渡提供支撑由圆筒-风室连结部92所经受机械应力所必需的机械强度。
图6B的实施例示出了包括过渡部199的圆筒-风室连结部192。过渡部199开始于点P并且从风室48向外圆筒70延伸。在超过点P的最小间距S处去掉第八风室层118，接着在超过第八风室层118的去掉处的最小间距S处去掉第七风室层117，接着在超过第七风室层117的去掉处的最小间距S处去掉第六风室层116，最终在超过第六层116的去掉处的最小间距S处去掉第五风室层115。第一风室层111继续连结第一圆筒层101，第二风室层112继续连结第二圆筒层102，第三风室层113继续连结第三圆筒层103，并且第四风室层114继续连结第四圆筒层104。如同前面的实施例，所去掉的层包括两个A取向层和两个B取向层，因而在圆筒-风室连结部192处，层压堆积序列从风室48的A-B-B-A-A-B-B-A层压堆积序列过渡到外圆筒70A-B-B-A层压堆积序列。
图6C的实施例示出了包括过渡部299的圆筒-风室连结部292。过渡部299开始于点P并且从风室48向外圆筒70延伸。在超过点P的最小间距S处去掉第七风室层117，接着在超过第七风室层117的去掉处的最小间距S处去掉第五风室层115，接着在超过第五风室层115的去掉处的最小间距S处去掉第四风室层114，最终在超过第四层114的去掉处的最小间距S处去掉第二风室层112。第一风室层111继续连结第一圆筒层101，第三风室层113继续连结第二圆筒层102，第六风室层116继续连结第三圆筒层103，并且第八风室层118继续连结第四圆筒层104。如同前面的实施例，所去掉的层包括两个A取向层和两个B取向层，因而在圆筒-风室连结部292处，层压堆积序列从风室48的A-B-B-A-A-B-B-A层压堆积序列过渡到外圆筒70的A-B-B-A层压堆积序列。
在其它实施例，沿外圆筒70从点P以及从任何其它被去掉的层在相同位置处但不在短于2倍最小间距S（例如，0.250英寸（6.35毫米））处去掉两层。图6D示出了采用此类型过渡的一个实施例。图6D的实施例示出了包括过渡部399的圆筒-风室连结部392。过渡部399开始于点P并且从风室48向外圆筒70延伸。在超过点P的2倍最小间距S处去掉第五风室层115和第六风室层116，接着在超过第五风室层115和第六风室层116的去掉处的最小间距S处去掉第三风室层113和第四风室层114。第一风室层111继续连结第一圆筒层101，第二风室层112继续连结第二圆筒层102，第七风室层117继续连结第三圆筒层103，并且第八风室层118继续连结第四圆筒层104。如同前面的实施例，所去掉的层包括两个A取向层和两个B取向层使得在圆筒-风室连结部392处，层压堆积序列从风室48的A-B-B-A-A-B-B-A层压堆积序列过渡到外圆筒70的A-B-B-A层压堆积序列。
在其它实施例中，层的去掉区延伸到距离点P至少0.500英寸（12.70毫米）处，并且沿外圆筒70在从风室48到外圆筒70的方向上。在所有图示的实施例，所去掉的层包括两个A取向层和两个B取向层，因而在圆筒-风室连结部92处，层压堆积序列从风室48的A-B-B-A-A-B-B-A层压堆积序列过渡到外圆筒70的A-B-B-A层压堆积序列。此层的过渡提供支撑由圆筒-风室连结部92所经历机械应力所必需的机械强度。
与壁和连结部相反，外壳体18的凸缘必须厚得多，以承受与凸缘连接相关的机械应力。如图7中所示，风室凸缘96比风室48的其余部分厚得多。这是通过建立平织碳纤维织物层直到达到风室凸缘96的最终目标厚度而实现。在一些实施例中，通过将2个或3个A-B-B-A堆积序列（各自具有0.026英寸（或者0.66毫米）的标称厚度）添加到风室48的A-B-B-A-A-B-B-A堆积序列（其延伸到风室凸缘96中），而使风室凸缘96建立起高达在0.100英寸和0.140英寸之间（或者在2.5毫米和3.6毫米之间）的厚度。在其它实施例中，在风室凸缘96中使风室48的A-B-B-A-A-B-B-A堆积序列分离，并且将其它层夹在分离的部分而形成在0.100英寸和0.140英寸之间（或者在2.5毫米和3.6毫米之间）的厚度。
图8是图4的外壳体的另一部分的剖面图。图8示出了进口凸缘72以及进口凸缘螺栓孔74中的一个螺栓孔。进口凸缘72必须比外圆筒70的壁厚得多，以承受与凸缘连接相关的机械应力。通过在层压堆积序列A-B-B-A中建立平织碳纤维织物层而形成进口凸缘72，并且重复此堆积序列直到达到最终目标厚度。如图8中所示，对于气口凸缘72，此厚度从进口凸缘72延伸到外圆筒70的壁部中，其中，额外的层去掉，直到达到外圆筒70的单一A-B-B-A壁厚。
本发明是关于一种持久耐用同时也是重量轻的冲压空气风扇外壳体。使本发明具体化的外壳体由纤维增强聚合物复合层制成，例如在A-B-B-A和A-B-B-A-A-B-B-A的层压堆积序列中取向的碳纤维层，从而形成非常强且轻重量的壁。通过使层压堆积序列从较厚的A-B-B-A-A-B-B-A风室序列过渡到较薄的A-B-B-A外圆筒序列，这两者之间的连结部包括牢固的风室的八层层压堆积序列，以便支撑连结部处的机械应力。最后，该外壳体被设计成具有异常小的在冲压空气风扇出口处的外圆筒外部强度与外圆筒外直径的比率。在冲压空气风扇出口出相对较大的外圆筒直径能够实现高效的风扇流动。将外圆筒的长度保持成相对较短可减小作用于外壳体的应力，尤其在外圆筒与风室之间的连结部处。通过减小应力，需要较少的材料来加强这些连结部，从而有助于实现相对较轻重量的外壳体。
包括本发明外圆筒70和风室48的外壳体18的新型方面是通过显著地符合指定几何形状而实现。当然，可以将本文中未具体描述但通常应用于本领域的边折和弯曲半径进入到外壳体18中，以增加可制造性、简化组装，或者改善耐久性同时仍然显著地符合指定的几何形状。
可替代地，显著的符合是基于国家和国际的管理机构的决定，例如联邦航空管理局、欧洲航空安全性局、中国民用航空局、日本民用航空局、或者俄罗斯联邦航空运输局的零部件许可证或零部件制造验收（PMA）程序。在这些实施例中，显著的符合包括确定特定的冲压空气风扇外壳体等同于或者充分类似于包括外圆筒70和风室48的指定外壳体18，或者冲压空气风扇外壳体充分等同于类型许可的冲压空气风扇外壳体中的零部件设计，使得冲压空气风扇外壳体符合适用于指定的冲压空气风扇外壳体的适航标准。具体地，显著的符合包括任何管理机构决定特定的零部件或结构充分类似于、等同于、或者相同于本发明的指定外壳体18，因而用于使用的证明或批准至少部分地是基于相似性的确定。
虽然已参照（一个或多个）示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解的是在不离本发明范围的情况下可以做出各种变化并且其要素被等同效物代替。另外，在不背离本发明实质范围的情况下，可做出许多修改以使特定状况和材料适应于本发明的教导。因此，本发明的意图是不局限于所公开的（一个或多个）特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
对可能的实施例的描述
下面是对本发明可能的实施例的非排他性描述。
一种用于将来自冲压空气风扇转子的空气和来自冲压空气旁路的空气引导到冲压空气风扇出口中的冲压空气风扇外壳体，该外壳体包括外圆筒和风室。外圆筒具有冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端。冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端位于外圆筒轴线的相对端。外圆筒包括具有至少四个相邻平织碳纤维织物层的层压堆积序列的壁；四个相邻外圆筒层的各层具有如下编织取向，使得第一外圆筒层和第四外圆筒层取向在与每个第二外圆筒层和第三外圆筒层成45度的方向上，第二外圆筒层和第三外圆筒层夹在第一外圆筒层和第四外圆筒层之间。风室将来自冲压空气旁路的空气引导到外圆筒中。风室包括具有至少八个相邻的平织碳纤维织物的风室层的层压堆积序列的壁；该八个相邻层的各层具有如下编织取向，使得第一风室层、第四风室层、第五风室层、和第八风室层分别取向在与第二风室层、第三风室层、第六风室层、和第七风室层成45度的方向上；第二风室层金和第三风室层夹在第一风室层和第四风室层之间；第六风室层和第七风室层夹在第五风室层和第八风室层之间；并且第四风室层和第五风室层夹在第三风室层和第六风室层之间。风室在连结区连结到外圆筒。该连结区包括过渡部使层压堆积序列从风室壁的八个相邻层过渡到外圆筒壁的四个相邻层。
前述段落中的冲压空气风扇外壳体可以任选地包括，另外地和/或可替代地，以下特征、构造和/或其它部件中的任何一个或多个：
风室凸缘，该风室凸缘包括从风室壁延伸到风室凸缘中的八个相邻平织碳纤维织物风室层以及其它平织碳纤维织物层，其附接到八个相邻风室层以形成期望的风室凸缘厚度；
其中，期望的风室凸缘厚度在0.100英寸和0.140英寸之间（或者在2.5毫米和3.6毫米之间）；
其中，外圆筒的外部长度与外圆筒在冲压空气风扇出口端处的外直径的比率不大于1.5827，其中，外圆筒的外部长度是在平行于外圆筒的轴线的方向上从冲压空气风扇转子端到冲压空气风扇出口端的距离；
其中，外圆筒的外部长度与外圆筒在冲压空气风扇出口端处的外直径比率不大于1.5827且不小于1.5720，其中，外圆筒的外部长度是在平行于外圆筒的轴线的方向上从冲压空气风扇转子端到冲压空气风扇出口端的距离；
其中，外圆筒的外部长度在26.755英寸和26.875英寸（或者在679.58毫米和682.63毫米之间），并且外圆筒在冲压空气风扇出口处的外直径在16.980英寸和17.020英寸之间（或者在431.29毫米和432.31毫米之间）；
其中，连结区延伸到外圆筒和风室的每一个中，超过如下任何点达至少0.500英寸（或者至少12.7毫米），在所述点处，外圆筒或风室形成连结区的曲率半径的切线；
其中，外圆筒还包括外圆筒支承脊，外圆筒支承脊在垂直于圆筒的轴线的平面中沿外圆筒的至少一部分延伸并且包括外圆筒壁的突出部；并且
其中，外圆筒支承脊从外圆筒壁径向地向外突出达0.290英寸和0.310英寸之间（或者7.37毫米和7.87毫米之间）。
一种用于将来自风扇转子的空气和来自冲压空气旁路的空气引导到冲压空气风扇出口中的冲压空气风扇组件包括：风扇壳体；附接到风扇壳体的风扇马达；风扇转子；将风扇马达连接到风扇转子的推力轴；连接到风扇壳体的进口壳体；附接到风扇壳体的轴承壳体；附接到轴承壳体的内壳体；以及外壳体，外壳体连接到风扇壳体并且容纳轴承壳体、内壳体和风扇壳体的一部分。外壳体包括外圆筒和风室。外圆筒具有冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端。冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端位于外圆筒轴线的相对端。外圆筒包括具有至少四个相邻平织碳纤维织物层的层压堆积序列的壁，四个相邻外圆筒层的各层具有如下编织取向，使得第一外圆筒层和第四外圆筒层取向在与每个第二外圆筒层和第三外圆筒层成45度的方向，第二外圆筒层和第三外圆筒层夹在第一外圆筒层和第四外圆筒层。风室将来自冲压空气旁路的空气引导到外圆筒中。风室包括具有至少八个平织碳纤维织物的相邻风室层的层压堆积序列的壁；八个相邻层的各层具有如下编织取向，使得第一风室层、第四风室层、第五风室层和第八风室层取向在与每个第二风室层、第三风室层、第六风室层和第七风室层成45度的方向；第二风室层和第三风室层夹在第一风室层和第四风室层之间；第六风室层和第七风室层夹在第五风室层和第八风室层之间；并且第四风室层和第五风室层夹在第三风室层和第六风室层之间。风室在连结区连结到外圆筒。连结区包括过渡部，过渡部使层压堆积序列从风室壁的八个相邻层过渡到外圆筒壁的四个相邻层。
前述段落中的冲压空气风扇组件可以任选地包括，另外地和/或可替代地，以下特征、构造和/或其它部件中的任何一种或多种：
风室凸缘，该风室凸缘包括从风室壁延伸到风室凸缘中的八个相邻平织碳纤维织物风室层以及其它平织碳纤维织物层，其附接到八个相邻风室层以形成期望的风室凸缘厚度；
其中，期望的风室凸缘厚度在0.100英寸和0.140英寸之间（或者在2.5毫米和3.6毫米之间）；
其中，外圆筒的外部长度与外圆筒在冲压空气风扇出口端处的外直径的比率不大于1.5827，其中，外圆筒的外部长度是在平行于外圆筒的轴线的方向上从冲压空气风扇转子端到冲压空气风扇出口端的距离；
其中，外圆筒的外部长度与外圆筒在冲压空气风扇出口端处的外直径的比率不大于1.5827且不小于1.5720，其中，外圆筒的外部长度是在平行于外圆筒的轴线的方向上从冲压空气风扇转子端到冲压空气风扇出口端的距离；
其中，外圆筒的外部长度在26.755英寸和26.875英寸之间（或者在679.58毫米和682.63毫米之间），并且外圆筒在冲压空气风扇出口处的外直径在16.980英寸和17.020英寸之间（或者在431.29毫米和432.31毫米之间）；
其中，连结区延伸到外圆筒和风室的每一个中，超过如下任何点达至少0.500英寸（或者至少12.7毫米），在所述点处，外圆筒或者风室形成连结区的曲率半径的切线；
其中，外圆筒还包括外圆筒支承脊，外圆筒支承脊在垂直于圆筒的轴线的平面中沿外圆筒的至少一部分延伸并且包括外圆筒壁的突出部；并且
其中，外圆筒支承脊从外圆筒壁径向地向外突出达0.290英寸和0.310英寸之间（或者7.37毫米和7.87毫米之间）。
其中，风室还包括风室凸缘，该风室凸缘包括从风室壁延伸到风室凸缘中的八个相邻风室层的平织碳纤维织物以及其它平织碳纤维织物层，其附接到八个相邻风室层以形成期望的风室凸缘厚度。

Claims (18)

1.一种冲压空气风扇外壳体，用于将来自冲压空气风扇转子的空气和来自冲压空气旁路的空气引导到冲压空气风扇出口中，所述外壳体包括：
具有冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端的外圆筒，所述冲压空气风扇转子端和所述冲压空气风扇出口端位于所述外圆筒的轴线的相对端，所述外圆筒包括具有至少四个相邻平织碳纤维织物层的层压堆积序列的壁，四个相邻外圆筒层的各层具有如下编织取向，使得第一外圆筒层和第四外圆筒层取向在与每个第二外圆筒层和第三外圆筒层成45度的方向，所述第二外圆筒层和所述第三外圆筒层夹在所述第一外圆筒层和所述第四外圆筒层之间；以及
用于将来自所述冲压空气旁路的空气引导到所述外圆筒中的风室，所述风室包括具有至少八个相邻平织碳纤维织物风室层的层压堆积序列的壁，所述八个相邻层的各层具有如下的编织取向，使得第一风室层、第四风室层、第五风室层和第八风室层取向在与每个第二风室层、第三风室层、第六风室层和第七风室层成45度的方向，所述第二风室层和所述第三风室层夹在所述第一风室层和所述第四风室层之间，所述第六风室层和所述第七风室层夹在所述第五风室层和所述第八风室层之间，并且所述第四风室层和所述第五风室层夹在所述第三风室层和所述第六风室层之间；
其中，所述风室在连结区连结到所述外圆筒，所述连结区包括过渡部，所述过渡部使所述层压堆积序列从所述风室壁的八个相邻层过渡到所述外圆筒壁的四个相邻层。
2.如权利要求1所述的外壳体，其中，所述风室还包括：
风室凸缘，所述风室凸缘包括：
       从所述风室壁延伸到所述风室凸缘中的八个相邻平织碳纤维织物风室层；以及
       其它平织碳纤维织物层，其附接到所述八个相邻风室层以形成期望的风室凸缘厚度。
3.如权利要求2所述的外壳体，其中，所述期望的风室凸缘厚度在0.100英寸和0.140英寸之间（或者在2.5毫米和3.6毫米之间）。
4.如权利要求1所述的外壳体，其中，所述外圆筒的外部长度与所述外圆筒在所述冲压空气风扇出口端处的外直径的比率不大于1.5827，其中，所述外圆筒的外部长度是在平行于所述外圆筒的轴线的方向上从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。
5.如权利要求1所述的外壳体，其中，所述外圆筒的外部长度与所述外圆筒在所述冲压空气风扇出口端处的外直径的比率不大于1.5827且不小于1.5720，其中，所述外圆筒的外部长度是在平行于所述外圆筒的轴线的方向上从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。
6.如权利要求1所述的外壳体，其中，所述外圆筒的外部长度在26.755英寸和26.875英寸之间（或者在679.58毫米和682.63毫米之间），并且所述外圆筒在所述冲压空气风扇出口处的外直径在16.980英寸和17.020英寸之间（或者在431.29毫米和432.31毫米之间）。
7.如权利要求1所述的外壳体，其中，所述连结区延伸到所述外圆筒和所述风室的每一个中，超过如下任何点达至少0.500英寸（或者至少12.7毫米），在所述点处，所述外圆筒或所述风室形成所述连结区的曲率半径的切线。
8.如权利要求1所述的外壳体，其中，所述外圆筒还包括：
外圆筒支承脊，所述外圆筒支承脊在垂直于所述圆筒的轴线的平面中沿所述外圆筒的至少一部分延伸并且包括所述外圆筒壁的突出部。
9.如权利要求8所述的外壳体，其中，所述外圆筒支承脊从所述外圆筒壁径向地向外突出达0.290英寸和0.310英寸之间（或者7.37毫米和7.87毫米之间）。
10.一种冲压空气风扇组件，包括：
风扇壳体；
附接到所述风扇壳体的风扇马达；
风扇转子；
将所述风扇马达连接到所述风扇转子的推力轴；
连接到所述风扇壳体的进口壳体；
附接到所述风扇壳体的轴承壳体；
附接到所述轴承壳体的内壳体；以及
外壳体，所述外壳体连接到所述风扇壳体并且容纳所述轴承壳体、所述内壳体和所述风扇壳体的一部分，用于将来自风扇转子的空气和来自冲压空气旁路的空气引导到冲压空气风扇出口中，所述外壳体包括：
       具有冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端的外圆筒，所述冲压空气风扇转子端和所述冲压空气风扇出口端位于所述外圆筒的轴线的相对端，所述外圆筒包括具有至少四个相邻平织碳纤维织物层的层压堆积序列的壁，所述四个相邻外圆筒层的各层具有如下编织取向，使得第一外圆筒层和第四外圆筒层取向在与每个第二外圆筒层和第三外圆筒层成45度的方向，所述第二外圆筒层和所述第三外圆筒层夹在所述第一外圆筒层和所述第四外圆筒层之间；以及
       用于将来自所述冲压空气旁路的空气引导到所述外圆筒中的风室，所述风室包括具有至少八个相邻平织碳纤维织物风室层的层压堆积序列的壁，所述八个相邻层的各层具有如下编织取向，使得第一风室层、第四风室层、第五风室层和第八风室层取向在与每个第二风室层、第三风室层、第六风室层和第七风室层成45度的方向，所述第二风室层和所述第三风室层夹在所述第一风室层和所述第四风室层之间，所述第六风室层和所述第七风室层夹在所述第五风室层和所述第八风室层之间，并且所述第四风室层和所述第五风室层夹在所述第三风室层和所述第六风室层之间；
       其中，所述风室在连结区连结到所述外圆筒，所述连结区包括过渡部，所述过渡部使所述层压堆积序列从所述风室壁的八个相邻层过渡到所述外圆筒壁的四个相邻层。
11.如权利要求10所述的冲压空气风扇组件，其中，所述风室还包括：
风室凸缘，所述风室凸缘包括：
       从所述风室壁延伸到所述风室凸缘中的八个相邻平织碳纤维织物风室层；以及
       其它平织碳纤维织物层，其附接到所述八个相邻风室层以形成期望的风室凸缘厚度。
12.如权利要求11所述的冲压空气风扇组件，其中，所述期望的风室凸缘厚度在0.100英寸和0.140英寸之间（或者在2.5毫米和3.6毫米之间）。
13.如权利要求10所述的冲压空气风扇组件，其中，所述外圆筒的外部长度与所述外圆筒在所述冲压空气风扇出口端处的外直径的比率不大于1.5827，其中，所述外圆筒的外部长度是在平行于所述外圆筒的轴线的方向上从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。
14.如权利要求10所述的冲压空气风扇组件，其中，所述外圆筒的外部长度与所述外圆筒在所述冲压空气风扇出口端处的外直径的比率不大于1.5827且不小于1.5720，其中，所述外圆筒的外部长度是在平行于所述外圆筒的轴线的方向上从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。
15.如权利要求10所述的冲压空气风扇组件，其中，所述外圆筒的外部长度在26.755英寸和26.875英寸之间（或者在679.58毫米和682.63毫米之间），并且所述外圆筒在所述冲压空气风扇出口处的外直径在16.980英寸和17.020英寸之间（或者在431.29毫米和432.31毫米之间）。
16.如权利要求10所述的冲压空气风扇组件，其中，所述连结区延伸到所述外圆筒和所述风室的每一个中，超过如下任何点达至少0.500英寸（或者至少12.7毫米），在所述点处，所述外圆筒或者所述风室形成所述连结区的曲率半径的切线。
17.如权利要求10所述的冲压空气风扇组件，其中，所述外圆筒还包括：
外圆筒支承脊，所述外圆筒支承脊在垂直于所述圆筒的轴线的平面中沿所述外圆筒的至少一部分延伸并且包括所述外圆筒壁的突出部。
18.如权利要求17所述的冲压空气风扇组件，其中，所述第一外圆筒支承脊从所述外圆筒壁径向地向外突出达0.290英寸和0.310英寸之间（或者7.37毫米和7.87毫米之间）。
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