CN104912692B - 增强型温度控制防冰喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型温度控制防冰喷嘴，特别是用于防止在发动机上形成冰的系统、方法、以及设备。其中，设备可以包括喷嘴壳体，喷嘴壳体耦接至发动机压缩级并进一步耦接至发动机的前缘壳体。喷嘴壳体可以接收来自发动机压缩级的气体。喷嘴壳体可以包括第一喷嘴，可被配置为生成第一流态并可以进一步被配置为基于第一流态生成进入前缘壳体内的第一部分气体的第一流。喷嘴壳体也可包括第二喷嘴，第二喷嘴包括被配置为生成第二流态的环列喷嘴。第二喷嘴可被配置为基于第二流态生成进入前缘壳体内的第二部分气体的第二流。

Description

增强型温度控制防冰喷嘴
技术领域
本公开总体上涉及交通工具和机器，并且更具体地涉及这种交通工具和机械都可以使用的防冰喷嘴。
背景技术
在操作中，发动机舱可能会经历可能结冰的情况。例如，当在寒冷温度或冻结温度以下操作时，飞机的发动机舱以及飞机的其他部分可能经历冻结成冰。这种冰的形成可以明显改变飞机的一个或多个飞行特性。例如，冰的形成可能会有害地影响飞机的空气动力，增加额外不希望的重量，以及当这种冰破裂并且潜在地撞到飞机的另一部分时造成危险。移除在发动机舱上形成的冰的常规方法一直有限并不会有效并高效地移除这种冰。
发明内容
提供用于防止在发动机舱的前缘上形成冰的系统、方法、和设备。在各种实施方式中，喷嘴壳体可以从发动机舱的一个或多个部件接收可以被加热的气体并且为安装在发动机舱的前缘上的前缘壳体的内部容积空间提供该气体。喷嘴壳体可以包括第一喷嘴和第二喷嘴，其中，第二喷嘴是环列喷嘴(concentric nozzle)。第一喷嘴和第二喷嘴可被配置为使气体在前缘壳体的内部容积空间内循环从而以基本上均匀的方式为前缘壳体加热。用这种方法，可以控制与前缘壳体相关联的热点的温度和冷点的温度以最小化冰形成同时也最小化施加在前缘壳体的材料上的热应力。在本文中将以更详细的细节来描述这些及其他特征。
因此，根据一些实施方式，公开了用于防止在发动机上形成冰的设备。在一些实施方式中，设备可以包括具有内腔的喷嘴壳体，内腔限定喷嘴壳体的内部容积空间。喷嘴壳体可被配置为接收来自发动机的压缩级的气体。此外，喷嘴壳体可以进一步被配置为向发动机的前缘壳体提供至少部分气体。设备可以进一步包括第一喷嘴，第一喷嘴包含在第一部分的喷嘴壳体中。第一喷嘴可被配置为生成第一流态(flow pattern)。第一喷嘴可以进一步被配置为基于第一流态生成第一部分气体的进入前缘壳体的内部容积空间的第一流。设备可以进一步包括第二喷嘴，第二喷嘴包含在第二部分的喷嘴壳体中。第二喷嘴可以包括被配置为生成第二流态的环列喷嘴。第二喷嘴可被配置为基于第二流态生成第二部分气体的进入前缘壳体的内部容积空间的第二流。
在一些实施方式中，第一喷嘴的第一面积与第二喷嘴的第二面积之比在约50:50与60:40之间。此外，第一喷嘴可具有距喷嘴壳体的中心线约0.25英寸与约0.75英寸之间的位置偏移。此外，第一喷嘴可具有与前缘壳体中心线约15度与25度之间的角偏移。在一些实施方式中，第二喷嘴可具有距喷嘴壳体的中心线约0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移。此外，第二喷嘴可具有与前缘壳体中心线约15度与25度之间的角偏移。在一些实施方式中，第一喷嘴和第二喷嘴可被沿着喷嘴壳体的壳身被隔开约1英寸和1.5英寸之间的距离。在一些实施方式中，前缘壳体包括耦接至包括发动机的发动机舱的前缘的环形室。发动机的压缩级可耦接至高压歧管系统(manifold system)，高压歧管系统可以耦接至喷嘴壳体。此外，第一喷嘴和第二喷嘴可被配置为喷入(entrain)前缘壳体的内部容积空间所包含的气体量并使热能基本上均匀分布在前缘壳体的内部容积空间内。在一些实施方式中，喷嘴壳体、第一喷嘴、以及第二喷嘴各自包括包含镍合金的材料。在一些实施方式中，镍合金可以是铬镍铁合金(Inconel)625。
在此也公开了防止在发动机上形成冰的方法。方法可以包括在喷嘴壳体处接收来自发动机的压缩级的气体。方法也可包括经由第一喷嘴向发动机的前缘壳体的内部容积空间提供第一部分的气体，其中，第一喷嘴基于第一流态提供第一部分的气体。方法也可包括经由第二喷嘴向发动机前缘壳体的内部容积空间提供第二部分的气体，其中第二喷嘴基于第二流态提供第二部分的气体，其中至少部分地基于第二喷嘴的同心几何形状确定第二流态。
在一些实施方式中，第一喷嘴的第一面积与第二喷嘴的第二面积之比在约50:50与60:40之间。第一喷嘴和第二喷嘴可各自具有约0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移以及约15度和25度之间的角偏移。在一些实施方式中，方法可以进一步包括喷入前缘壳体的内部容积空间所包含的气体量，并且将热能分配在前缘壳体的内部容积空间内使得热能在内部容积空间内的分布基本上是均匀的。此外，前缘壳体的平均温度可在约290华氏度和420华氏度之间。
在此也公开了防止在发动机上形成冰的系统。系统可以包括发动机舱，发动机舱包括被配置为使气体增压的多个压缩级；以及前缘壳体，耦接至发动机舱的前缘，其中，前缘壳体包括限定第一内部容积空间的环形室。系统也可包括歧管系统以及安装在前缘壳体内的喷嘴壳体，歧管系统被配置为接收来自发动机舱的多个压缩级中至少一个的气体。喷嘴壳体可以包括限定第二内部容积空间的内腔，喷嘴壳体可被配置为接收来自歧管系统的气体。系统可以进一步包括第一喷嘴，第一喷嘴包含在第一部分的喷嘴壳体中。第一喷嘴可被配置为生成第一流态，并可进一步被配置为基于第一流态生成第一部分的气体的进入前缘壳体的第一内部容积空间的第一流。系统也可包括第二喷嘴，第二喷嘴包含在第二部分的喷嘴壳体中。第二喷嘴可以包括被配置为生成第二流态的环列喷嘴。第二喷嘴可被配置为基于第二流态生成第二部分气体的进入前缘壳体的第一内部容积空间的第二流。
在一些实施方式中，第一喷嘴的第一面积与第二喷嘴的第二面积之比在约50:50与60:40之间。第一喷嘴和第二喷嘴可各自具有约0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移以及约15度和25度之间的角偏移。在一些实施方式中，第二喷嘴的开口具有约0.75英寸和1英寸之间的外径。此外，该开口可具有约0.5英寸和0.75英寸之间的内径。在一些实施方式中，第一喷嘴和第二喷嘴被配置为喷入前缘壳体的第一内部容积空间所包含的气体量并使热能基本上均匀分布在前缘壳体的内部容积空间内。
附图说明
图1示出根据部分实施方式实施的可以包括喷嘴壳体的前缘壳体的正视图。
图2示出根据部分实施方式实施的可以包括喷嘴壳体的前缘壳体的侧视图。
图3示出根据部分实施方式实施的喷嘴壳体的实例。
图4示出根据部分实施方式实施的喷嘴壳体的实例的截面图。
图5示出根据部分实施方式实施的喷嘴壳体的另一实例。
图6示出根据部分实施方式实施的喷嘴壳体的又一实例。
图7示出根据部分实施方式实施的喷嘴壳体的使用方法。
图8示出根据部分实施方式实施的可以包括喷嘴壳体的防冰系统。
图9示出根据部分实施方式实施的飞机制造和保养方法的实例的流程图。
图10示出根据部分实施方式实施的飞机的实例的框图。
具体实施方式
在下列描述中，阐述多个具体的细节以提供对所提出构思的详尽理解。在没有某些或者全部具体细节的情况下，也可实现所提出构思。在其他情况下，为了不使所描述的构思变得不必要的模糊，未对非常熟知的工艺进行描述。尽管将结合具体实例描述一些概念，但是将理解的是，这些实例不旨在限制。
在诸如发动机舱的飞机部件上形成冰可能不利地影响飞机的各个飞行性能。例如，在发动机舱上形成的冰可能会不利地影响发动机舱周围的气流并且阻挡发动机舱的空气动力。此外，在诸如发动机舱的飞机部件上已形成的这种冰如果破裂并与飞机另一部分碰撞或撞击可能会非常危险。因此，可能期望预防这种冰的形成以确保飞机的安全和有效的操作。
常规方法试图通过在邻近发动机舱的腔室内导通热气从而对前缘加热并预防形成冰来防止在发动机舱的前缘上形成冰。然而，常规技术通常利用低效和无效的机构来向腔室输送热气。这可能会导致可能超过450华氏度的热点。热点处的这种温度可能会对腔室的材料造成过度的热应力，并且最后损坏腔室和发动机舱本身。此外，由于向腔室内低效输送气体，常规方法同样可导致可能会冷到足够形成冰的冷点。因此，常规方法不会完全有效地预防冰形成并且常常对发动机舱的材料施加过多的热应变。
在此公开各种系统、方法、以及设备，其预防发动机舱的前缘上形成冰同时控制与前缘壳体相关的热点的温度和冷点的温度以最小化结冰并最小化对前缘壳体的材料施加的热应力。因此，发动机舱可以包括前缘壳体，其可以是安装在发动机舱的前缘上的环形腔室。环形腔室可基本上为中空的并可限定从喷嘴壳体的一个或多个喷嘴接收加热气体的内部容积空间。因此，喷嘴壳体可以接收来自发动机压缩级的气体，该气体可通过对发动机的普通操作加热。喷嘴壳体可以向前缘壳体的内部容积空间提供气体。喷嘴壳体可以包括第一喷嘴和第二喷嘴，其中，第二喷嘴是环列喷嘴。第一喷嘴和第二喷嘴可被配置为使气体在前缘壳体的内部容积空间内循环从而以基本上均匀的方式加热前缘壳体。如在本文中使用的，基本上均匀指的是热点的温度与冷点的温度之间的差小于120华氏度。通过确保热量基本上是均匀分布的，与前缘壳体相关联的热点的温度和冷点的温度可被控制为最小化结冰并最小化施加在前缘壳体的材料上的热应变。
图1示出根据一些实施方式实施的可以包括喷嘴壳体的前缘壳体的正视图。如以上同样论述的，交通工具(诸如，飞机)的发动机舱的前缘可以包括被配置为使用从发动机的一个或多个部件接收的加热气体从而预防在发动机舱上形成冰的腔室。因此，前缘壳体，诸如，前缘壳体100，可以是包括内部容积空间的环形室，内部容积空间被配置为存储经由防冰喷嘴(诸如喷嘴壳体104)接收的气体。在一些实施方式中，前缘壳体100可以包括第一表面，第一表面可以是安装在飞机发动机舱的前缘上的D-管道的唇面(lipskin)。此外，前缘壳体100可以包括第二表面，第二表面可以是内隔壁。前缘壳体100的第一表面和第二表面可以限定可能暂时存储或保持经由喷嘴壳体104接收的气体的前缘壳体100的内部容积空间。因此，存储在前缘壳体100的内部容积空间中的气体可将热能输送到前缘壳体100并可预防前缘壳体100的外部形成冰。在一些实施方式中，前缘壳体100进一步包括一旦气体变凉促使释放前缘壳体100的内部容积空间的气体的排气孔或排气阀。
在一些实施方式中，喷嘴壳体104被配置为从发动机舱的一部分(如发动机的压缩级)接收气体，并且向前缘壳体100的内部容积空间提供气体。在各个实施方式中，喷嘴壳体104可以包括在相对于前缘壳体100的中心线的方向上取向的多个喷嘴，其可以是圆形的。当以这种方式取向时，喷嘴壳体104的喷嘴释放的气体使包含在前缘壳体100的内部容积空间内的气体以在与从喷嘴壳体104释放的气流基本相似的方向旋动或转动。随着气体在前缘壳体100的内部周围行进，它们可能会冷却。因此，由于包含在内部容积空间内的气体的温度变化，在前缘壳体100的表面温度下可以形成热点和冷点。在从喷嘴壳体104释放的气体碰撞在前缘壳体100的内表面的地方可能会出现热点，诸如热点106。在喷嘴后方在前缘壳体100内包含的气体已几乎完全绕前缘壳体100的圆周行进并已冷却得最多的点处就可能出现冷点，诸如，冷点108。
在各个实施方式中，喷嘴104被配置为最大化冷点的温度并且最小化热点的温度同时最小化通过喷嘴壳体104的气流。以这种方式，喷嘴壳体104有效地将热能分布在前缘壳体100的内部容积空间内同时最小化包含在前缘壳体100内的材料的热应力并且最小化在前缘壳体100的表面上的冷点处形成冰的可能性。下面参考图2的喷嘴壳体207、图3的喷嘴壳体300、图4的喷嘴壳体400、图5的喷嘴壳体500、图6的喷嘴壳体602、以及参考图7的方法描述的喷嘴壳体进一步描述喷嘴壳体的细节。
图2示出根据一些实施方式实施的可以包括喷嘴壳体的前缘壳体的侧视图。如上同样参考图1的前缘壳体100所描述的，前缘壳体200可以包括第一表面202和第二表面204，第一表面202可以是D-管道的唇面，并且第二表面204可以是内隔壁。第一表面202和第二表面204可以在两个表面之间的接触区域密封以形成内部容积空间205。此外，前缘壳体200可以包括被配置为耦接至一个或多个管、管道、或歧管系统的一个或多个端口。例如，前缘壳体200可以包括第一端口206，其可耦接至喷嘴壳体207和管道208。在一些实施方式中，管道208可耦接至发动机的压缩级并可向喷嘴壳体207提供加热及压缩的气体，喷嘴壳体随后向内部容积空间205提供气体。前缘壳体200可以进一步包括可以耦接至管道210的第二端口209。在一些实施方式中，管道210可被配置为向空气的外部容积空间提供通道。以这种方式，管道210可以提供排气通道，通过该排气管道气体可从内部容积空间205释放。
图3示出根据一些实施方式实施的喷嘴壳体的实例。因而，防冰喷嘴可以包括喷嘴壳体300，喷嘴壳体可被配置为从发动机舱的压缩级接收加热气体并进一步被配置为向安装在发动机舱的前缘的前缘壳体的内部容积空间提供气体。在一些实施方式中，喷嘴壳体300可以包括一个或多个凸缘，诸如第一凸缘302和第二凸缘304。一个或多个凸缘可被配置为将喷嘴壳体300耦接至气体源。例如,第一凸缘302可被配置为耦接至歧管系统所能包括的导管、管、或管道，该歧管系统耦接至发动机的压缩级。在一些实施方式中，第二凸缘304可被配置为进一步提供与导管或管道的耦接并可为喷嘴300与耦接至压缩级的歧管系统之间的耦接或连接提供额外的结构支撑。喷嘴壳体300也可包括套环306，套环306可被配置为耦接至前缘壳体的第二表面，该第二表面可以是内隔壁。例如，套环306可以包括一个或多个孔，诸如，孔307，该孔匹配前缘壳体的内隔壁中的孔，并且一个或多个紧固件，诸如，螺母和螺栓可用以将套环306，以及喷嘴壳体300紧固到内隔壁。在一些实施方式中，孔和紧固件可以控制或确定喷嘴的位置容差，诸如，前缘壳体可以包括的喷嘴壳体300。
喷嘴壳体300可以包括一个或多个喷嘴，诸如第一喷嘴308和第二喷嘴310。如图3所示，第一喷嘴308和第二喷嘴310可被取向为使得第一喷嘴308和第二喷嘴310产生的流向基本平行于可附接至套环306的内隔壁。在一个实例中，如参考图4更详细地示出，喷嘴的取向可以形成与喷嘴壳体300的本体的中心线成约90度角。
在一些实施方式中，喷嘴壳体300的第一部分可以包括第一喷嘴308并且第一喷嘴308可以是凸缘开孔，凸缘开孔提供第一流路，通过该第一流路从与压缩级相关联的歧管系统接收的气体的第一部分可释放到发动机舱的前缘壳体的内部容积空间。在一些实施方式中，第一喷嘴308可被配置为具有特定几何结构。例如，第一喷嘴308的开口可以是圆的或椭圆的。在一个实例中，第一喷嘴308可被配置为具有内径约为0.5英寸与1英寸之间的圆形几何结构。例如，第一喷嘴308可具有约0.721英寸的内径。在该实例中，第一喷嘴308的开口可以产生与喷射气流或喷射流相似的第一流态。在一些实施方式中，第一喷嘴308可具有基于一个或多个尺寸(sizing)条件确定的流速。在各个实施方式中，第一喷嘴308可具有约每分钟10磅和约每分钟15磅之间的流速。例如，第一喷嘴308可具有约每分钟12磅的流速。
在一些实施方式中，第一喷嘴308的放置可被配置为最小化与包括喷嘴壳体300的前缘壳体相关联的热点的温度。第一喷嘴308的放置也可被配置为最大化与前缘壳体相关联的冷点的温度。例如，第一喷嘴308的开口的中心可能未沿着喷嘴壳体300的中心线，但可能反而具有向一侧或另一侧的位置偏移。在一些实施方式中，以这种方式偏移第一喷嘴308增大从第一喷嘴308喷射的流与前缘壳体的内表面之间的距离。以这种方式，可以最小化第一喷嘴308的流对前缘壳体的内表面的碰撞并且可进一步沿着第一喷嘴308喷射的流动流(flow stream)出现该碰撞，并且可最小化所产生热点的温度。此外，因为偏移可以增大内表面与第一喷嘴308的流动流之间的距离，第一喷嘴308喷射的流动流的长度可能更长，并且可以更有效并更强地喷入前缘壳体的内部容积空间包括的气体。以这种方式，喷嘴壳体300所释放的加热气体可更有效及高效地混合并且最大化与包括喷嘴壳体300的前缘壳体相关联的冷点的温度。在一些实施方式中，距喷嘴壳体300的中心线的位置偏移可在约0.25英寸与0.75英寸之间。例如，距喷嘴壳体300的中心线的位置偏移可为0.5英寸。
而且此外，第一喷嘴308发射的流的方向的角度也可被配置为最小化热点的温度并且最大化冷点的温度。例如，第一喷嘴308喷射的流的方向可以从包括喷嘴壳体300的前缘壳体的内部容积空间的中心线转向或旋转特定量。如参考图6的喷嘴壳体602更详细地讨论，前缘壳体可具有圆形几何结构，并且前缘壳体的中心线可指沿着前缘壳体的内隔壁的中心位置。在一些实施方式中，沿着中心线的方向可指在沿着前缘壳体的内隔壁的特定位置处正切于前缘壳体的曲率的方向。在一些实施方式中，第一喷嘴308可被配置为具有从中心线偏移的角度。角度偏移可以是距沿着或正切于前缘壳体的中心线的方向直线或径向距离。角度偏移可以进一步包括在撞击前缘壳体的内表面之前第一喷嘴308喷射的流动流所行进的距离。以这种方式，角度偏移也可减小前缘壳体的热点的温度同时更有效并更强地喷入前缘壳体的内部容积空间所包括的气体，并且最大化与其相关联的冷点的温度。在一些实施方式中，角度偏移可以在距前缘壳体的中心线的约15度和25度之间。例如，角度偏移可以在距前缘壳体的中心线的约15度和18度之间。
在各个实施方式中，第二喷嘴310可以是喷嘴壳体300的第二部分所包括的环列喷嘴。例如，如图3所示，第二喷嘴310可以是包括内凸缘312的凸缘开口，内凸缘可以限定通过喷嘴壳体300的本体的通孔。因而，第二喷嘴310和内凸缘312可以限定可以提供第二流路的开口314，通过第二流路从与压缩级相关联的歧管系统接收的气体的第二部分可以被提供到包括喷嘴壳体300的前缘壳体的内部容积空间。在一些实施方式中，第二喷嘴310的同心几何结构或设计产生比第一喷嘴308的第一流态更散开的第二流态。因为相对更散开，第二喷嘴310所包括的环列喷嘴所提供的第二流态更强而有效地混合第二喷嘴310喷射的第二流动流与前缘壳体的内部容积空间包含的气体。以这种方式，第二喷嘴310的同心几何结构产生的第二流态可最小化与包括喷嘴壳体300的前缘边缘相关联的热点的温度。在一些实施方式中，第二喷嘴310的开口(诸如，开口314)可具有约0.75和1英寸之间的外径。例如，外径可以为0.912英寸。此外，可由内凸缘312限定的开口314的内径可在约0.5英寸和.75英寸之间。例如，内径可以为.625英寸。此外，第二喷嘴310可具有约每分钟5磅和约每分钟15磅之间的流速。例如，第二喷嘴310可具有约每分钟10磅的流速。
此外，第二喷嘴310喷射的第二流态可至少部分地延迟或最小化第一喷嘴308喷射的第一流态与前缘壳体的内表面之间的相互作用。例如，第二喷嘴310的同心几何结构所提供的第二流态可以延迟或最小化来自第一喷嘴308的第一流态到前缘壳体的内表面(诸如，唇面或内隔壁)的相互作用和/或附连，其中，第一流态可以是喷射气流。以这种方式，第二喷嘴310所提供的第二流态可以至少部分地维持第一喷嘴308的第一流动流的动量，进而当混合并喷入前缘壳体的内部容积空间所包含的气体时，增大第一流动流的效率和效力。因此，第二喷嘴310所包括的环列喷嘴可进一步减小热点的温度并增大与包括喷嘴壳体300的前缘壳体相关联的冷点的温度。
如同样参考第一喷嘴308所描述的，第二喷嘴310也可包括位置偏移和角度偏移，其可被配置为减小前缘壳体的热点的温度并增大前缘壳体的冷点的温度。在一些实施方式中，第二喷嘴310可具有距喷嘴壳体300的中心线约0.25英寸与0.75英寸之间的位置偏移。例如，第二喷嘴310可具有距喷嘴壳体300的中心线约0.5英寸的位置偏移。此外，第二喷嘴308可具有距前缘壳体的中心线约15度和25度之间的角度偏移。例如，第二喷嘴310可具有距前缘壳体的中心线约18度的角度偏移。
在各个实施方式中，第一喷嘴308与第二喷嘴310之间的一个或多个关系或比率可被配置为最小化包括喷嘴壳体300的前缘壳体的热点的温度并且最大化冷点的温度。在一些实施方式中，第一喷嘴308的开口的第一面积与第二喷嘴310的开口的第二面积之比可为约50:50和60:40之间。例如，比率可以为55:45。此外，第一喷嘴308的第一流路与第二喷嘴310的第二流路之比可在约50:50和60:40之间。例如，第一流路与第二流路之比可为约55:45。
图4示出根据一些实施方式实施的喷嘴壳体的实例的截面图。如同样参考以上图3的喷嘴壳体300，以及下面参考图5的喷嘴壳体500和图6的喷嘴壳体602所描述的，喷嘴壳体400可以包括第一喷嘴402和第二喷嘴404。喷嘴壳体400可被配置为从与喷气式发动机的压缩级相关联的歧管系统接收气体。因此，喷嘴壳体400可以包括可限定内部容积空间408的壳身406。内部容积空间408可被配置为从歧管系统接收加热和加压的气体并且向第一喷嘴402和第二喷嘴404提供气体。如图4所示，第一喷嘴402可以是产生第一流态的凸缘开孔，第一流态可以是喷射流或喷射气流。
在各个实施方式中，第二喷嘴404限定开口410的外径。如图4所示，第二喷嘴404也可包括内凸缘410，内凸缘可以限定开口412的内径。如前所述，内凸缘410可基本为中空的并且可限定贯通壳身406和喷嘴壳体400的通孔414。因此，如第二喷嘴404的凸缘部分和内凸缘410所限定的开口412为内部容积空间408包含的气体提供具有第二流态的第二流路。如前所述，第二流态可基本比第一喷嘴402产生的喷射流或喷射气流更散开。在一些实施方式中，第一喷嘴402可与第二喷嘴404间隔开约1英寸和1.5英寸之间的距离。例如，第一喷嘴402和第二喷嘴404可间隔开约1.25英寸的距离。
图5示出根据一些实施方式实施的喷嘴壳体的另一实例。如前参考以上图3的喷嘴壳体300、图4的喷嘴壳体400和图6的喷嘴壳体602所描述的，喷嘴壳体500可以包括第一凸缘502和第二凸缘504、以及套环506。因此，第一凸缘502和第二凸缘504可耦接至与发动机的压缩级相关联的歧管系统，并可被配置为接收来自发动机的压缩级的压缩气体。套环506可被配置为耦接至发动机舱的前缘壳体的内表面，诸如内隔壁，从而为喷嘴壳体500提供结构锚点和结构支撑。此外，如图5所示，套环506相对于喷嘴壳体500的取向成一定角度从而在喷嘴壳体500与前缘壳体的内表面之间实现特定角度的附连。喷嘴壳体500与前缘壳体的内表面之间成角度的附连可以确保喷嘴壳体500穿透内表面并定位成基本在前缘壳体的内表面的中心线上同时满足前缘壳体以及包括前缘壳体的发动机舱的其它结构要求。
此外，喷嘴壳体500可以包括第一喷嘴508和第二喷嘴510。如图5所示，第一喷嘴508已被配置为具有距喷嘴壳体500的中心线的位置偏移，诸如，位置偏移512。在一些实施方式中，位置偏移可以是喷嘴的开口中央(诸如第一喷嘴508所限定的开口的中央)与相对于喷嘴所面对的方向的喷嘴壳体的中心线(诸如喷嘴壳体500的中心线之间的距离或偏移)。因而，位置偏移可以识别或限定开口中央与喷嘴壳体的中心线之间的距离。在一些实施方式中，位置偏移增大第一喷嘴508产生的第一流与耦接至套环506的内表面之间的距离。以这种方式，第一喷嘴508的位置偏移(可以是位置偏移512)所提供的额外距离减少第一喷嘴508产生的第一流态与喷嘴壳体500所附接的内隔壁之间的接触。这导致减小内隔壁的热量以及增大第一流的前进距离。
因此，第一喷嘴508的位置偏移可以减小第一流撞击内表面所产生的热点的温度。由于前缘壳体的内部容积空间所包含的气体的喷入效率和效力增加，位置偏移也可增大喷嘴壳体500的后方的冷点的温度。此外，如图5所示，第一喷嘴508和第二喷嘴510已被配置为具有增大第一流动流和第二流动流的长度的角度偏移。第一流动流增加的长度进一步促进热点温度的最小化以及冷点温度的最大化。
图6示出根据一些实施方式实施的喷嘴壳体的又一实例。如图6所示，前缘壳体600可以包括喷嘴壳体602，其可以是之前参考图3的喷嘴壳体300、图4的喷嘴壳体400、以及图5的喷嘴壳体500所描述的喷嘴壳体。在各个实施方式中，喷嘴壳体602可以包括第一喷嘴606和第二喷嘴608，并可耦接至前缘壳体600的表面，其可以是内隔壁604。应理解前缘壳体600也可包括另一表面，诸如，唇面。然而，为了便于说明喷嘴壳体602，还未在图6中示出这样的另一表面。此外，图6示出前缘壳体600的一部分。如同样参考图1以及图2所描述的，前缘壳体600可基本为圆形的并且是安装在发动机舱的前缘上的封闭壳体上。如图6所示，内隔壁604也基本为圆形的并且具有环状形或环形。
如以上同样所描述的，第一喷嘴606和/或第二喷嘴608喷射的流的方向的角度可被配置为最小化与前缘壳体600相关联的热点的温度并且最大化冷点的温度。在一个实例中，第一喷嘴606和/或第二喷嘴608喷射的流的方向可被配置为具有角度偏移，诸如，角度偏移610，并可从内隔壁604的中心线转向或旋转特定量的角度。如图6所示，第一喷嘴606和/或第二喷嘴608喷射的流的方向可具有角度偏移并可朝向前缘壳体600形成的圆的中心旋转约18度。在各个实施方式中，施加于第一喷嘴606和/或第二喷嘴608的角度偏移进一步增大在接触或撞击前缘壳体600的表面(其可以是诸如唇口的表面)之前它们相应流动流在前缘壳体600的内表面内前进的距离。以这种方式，角度偏移减小流动流与前缘壳体600接触所导致的热点温度同时更有效及高效地喷入提供前缘壳体的内部容积空间包括的气体，并且最大化与其相关联的冷点的温度。
图7示出根据一些实施方式实施的使用喷嘴壳体的方法。如上所述，喷嘴壳体可以包括第一喷嘴和第二喷嘴，其可被配置为向前缘壳体的内部容积空间提供从发动机的压缩级接收的气体。在各个实施方式中，方法700提供这种喷嘴壳体的使用从而有效地在前缘壳体的内部容积空间内分布气体，并且最小化与前缘壳体相关联的热点的温度以及最大化冷点的温度。
因此，在操作702中，方法700可在喷嘴壳体处接收来自发动机的压缩级的气体来开始。如前所述，以及如下参考图8的系统800所示，喷嘴壳体可耦接至能耦接至发动机的压缩级的导管、管道、或歧管系统，发动机可以是喷气式发动机。在各个实施方式中，响应于阀或其他机械开关的激活，气体可被从压缩级中吹出来并提供至喷嘴壳体的一部分。喷嘴壳体可以接收气体并在喷嘴壳体的内部容积空间内引导气体。
在操作704中，方法700可以通过经由第一喷嘴向发动机的边缘壳体的内部容积空间提供第一部分的气体而进行，其中，第一喷嘴基于第一流态提供第一部分的气体。因此，通过喷嘴壳体的内部容积空间所接收和引导的至少部分气体可被提供至第一喷嘴，并且第一喷嘴可以提供第一流路，气体的第一部分通过第一流路可被提供至前缘壳体的内部容积空间。如前所述，第一喷嘴可以是具有第一流态的凸缘开口，第一流态基本上如喷射气流或喷射流。此外，第一喷嘴可以具有0.721英寸的开孔直径。而且此外，第一喷嘴壳被配置为具有位置和/或角度偏移以最小化热点的温度且最大化冷点的温度。例如，第一喷嘴可具有约0.5英寸的位置偏移以及约18度的角度偏移。
在操作706中，方法700可通过经由第二喷嘴向发动机的前缘壳体的内部容积空间提供气体的第二部分而进行。如前所述，通过喷嘴壳体的内部容积空间所接收和引导的气体可被提供至第二喷嘴，并且第二喷嘴可以提供第二流路，气体的第二部分通过第二流路可被提供至前缘壳体的内部容积空间。在一些实施方式中，第二喷嘴基于第二流态提供气体的第二部分，可基于第二喷嘴的同心几何结构至少部分地确定第二流态。因而，第二流态可比第一流态更散开。此外，第二喷嘴可具有约0.912英寸的外径以及约0.625英寸的内径的开口，并且第二喷嘴可被配置为具有位置和/或角度偏移以最小化热点的温度及最大化冷点的温度。例如，第二喷嘴可具有约0.5英寸的位置偏移以及约18度的角度偏移。此外，经由第二喷嘴提供第二部分的气体可至少部分地延迟或最小化第一喷嘴喷射的第一流与前缘壳体的内表面之间的相互作用。
在操作708中，方法700可以通过喷入前缘壳体的内部容积空间所包含的气体量而进行。在各个实施方式中，前缘壳体已包括至少一些例如已在之前重复方法700的过程中引入的气体。在一些实施方式中，可通过第一喷嘴产生的第一流和第二喷嘴产生的第二流喷入或吸入现有的气体量。以这种方式，第一流和第二流可使前缘壳体的内部容积空间所包含的气体在与第一流和第二流的方向一致或同向的特定方向上转动或旋动。因此，气体可以在前缘壳体的整个内部四周流动和转动。
在操作710中，方法700可以通过将热能分配在前缘壳体的内部容积空间内而进行。如前所述，从发动机的压缩级接收的气体可被加热至500华氏度以上。随着将气体分配在前缘壳体的内部容积空间内，气体所包含的热能也可被分配。因而，应当理解可与操作708同时和作为其一部分执行操作710。因此，由于将气体分配在前缘壳体的内部容积空间内，所以热能被传输至前缘壳体的一个或多个部件，诸如，其唇面。以这种方式，可以加热前缘壳体，并且可以预防形成冰。此外，通过使用第一喷嘴和具有同心几何结构的第二喷嘴提供的基本均匀分配的气体最小化与前缘壳体相关联的热点的温度及最大化冷点的温度。例如，热点的温度可能不会超过420华氏度而冷点的温度可能不会降低至290华氏度。换言之，在该实例中，前缘壳体的温度可在290华氏度与420华氏度之间。在另一个实例中，热点的温度可能不会超过400华氏度而冷点的温度可能不会降低至310华氏度。在这些实例中，热能在前缘壳体的内部容积空间内基本均匀的分布确保最小化前缘壳体的材料(可能是铝)的热应力，同时也最小化沿着前缘壳体的整体外部结冰的可能性。通过喷嘴提供的气体的温度可在300华氏度与1100华氏度之间的范围内，更具体地，在800华氏度和900华氏度之间，诸如，约855华氏度。例如，在短暂故障的情况期间，可能会出现高气体温度。例如，在低环境温度(例如，冷天)期间，可能会出现低气体温度。应注意，尽管气体温度变化，由于喷嘴的特定设计，前缘壳体的温度可在特定范围内。
图8示出可以包括根据一些实施方式实施的喷嘴的防冰系统。如以上同样参考图1的前缘壳体100和图2的前缘壳体200所述，系统800可以包括前缘壳体802。在各个实施方式中，前缘壳体802被配置为预防在包括系统800的发动机舱的外部表面上形成冰。例如，前缘壳体802可以包括防冰喷嘴，诸如以上参考图1的喷嘴壳体104、图2的喷嘴壳体207、图3的喷嘴壳体300、图4的喷嘴壳体400、图5的喷嘴壳体500、图6的喷嘴壳体602所讨论的喷嘴壳体、以及参考图7的方法描述的喷嘴壳体。以这种方式，当发动机舱处于运行中时前缘壳体802的外部表面可基本保持没有冰。
系统800可以进一步包括风扇804和各种压缩级，压缩级可以是包括系统800的发动机舱的压缩系统的部分，系统800可以是喷气式发动机。例如，压缩系统可以包括许多压缩级，诸如压缩级806和额外的压缩级808。压缩级806和额外压缩级808中的每个可耦接至第一歧管系统810，第一歧管系统可以耦接至前缘壳体802和包含在前缘壳体802内的喷嘴壳体。以这样的方式，从诸如压缩级806和额外压缩级808的压缩级获得的气体可被提供至前缘壳体802的内部容积空间。第一歧管系统810也可包括各种阀和/或开关，诸如阀812，其可被配置为控制压缩级与前缘壳体之间的气流。在一个实例中，压缩级806可以是系统800的第四压缩级并且额外压缩级808可以是系统800的第十压缩级。虽然已在图8中示出多个压缩级的使用，应理解可以使用一个压缩级处的单个专用端口。例如，压缩级806可以是系统800的第七压缩级，并且额外压缩级808可以不耦接至第一歧管系统810并可以不用于除冰系统。
系统800可以进一步包括第二歧管系统814，第二歧管系统可以耦接至风扇804并也可以耦接至热交换器815。在一些实施方式中，热交换器815可以耦接至第三歧管系统818并可被配置为向第三歧管系统818提供冷却的空气。第三歧管系统818可被耦接至包括系统800的飞机的一个或多个其他部件。例如，第三歧管系统818可以包括可以耦接至发动机启动器的第一管道822以及可以耦接至飞机的各种机身管的第二管道824。以这种方式，经由热交换器815获得的冷却的空气可被提供至包括系统800的飞机的各个其他部分。
可以在图9中所示的在制造飞机和维修方法900以及在图10中所示的飞机902的上下文中描述本公开的实施方式。在预生产期间，该示例性方法900可以包括飞机902的规范和设计904以及材料采购906。在生产中，进行飞机902的部件和子组件的制造908以及系统集成910。其后，飞机902可能经过认证和交付912以投入使用914。当在对于用户的服务使用中时，规划所述飞行器902具有计划的进行日常保养和服务916(同样可以包括修饰变更、重配置、整修等)。
方法900的每一个过程都可以由系统集成者、第三方和/或操作者(例如用户)来执行或进行。为了方便描述，系统集成商可以包括但不限于许多飞机制造商和主要系统转包商；第三方可不受限制地包括任意数量的售卖者、转包商和供应商；以及操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等等。
如图10所示，由示例性方法900制造的飞机902可包括具有多个系统920和内部922的机身918。高级系统920的实例包括推进系统924、电子系统926、水力系统928和环境系统930中的一个或多个。可以包括任意数量的其他系统。虽然示出了航天实例，本发明的原理可以应用于其他工业，比如汽车工业。
在生产和服务方法500的任何一个或多个阶段可以使用本文中体现的装置和方法。例如，可以以类似于当使用飞机902时部件和子组件被生产的方式制作或制造对应于生产过程908的部件或子组件。而且，一种或多种设备实施方式、方法实施方式或其组合可被应用于生产阶段908和910中，例如，通过大幅加快飞机902的组装或降低飞机602的成本。类似地，设备实施方式、方法实施方式或其组合中的一种或多种可例如在飞机902服务期间并且不受限制地被用于保养和维护916。
进一步，本公开包括根据下列项的实施方式：
项1.一种防止在发动机上形成冰的设备，设备包括：
喷嘴壳体，具有限定喷嘴壳体的内部容积空间的内腔，其中，喷嘴壳体被配置为接收来自发动机的压缩级的气体，并且其中，喷嘴壳体进一步被配置为向发动机的前缘壳体提供至少部分气体；
第一喷嘴，包含在喷嘴壳体的第一部分中，其中，第一喷嘴被配置为生成第一流态，并进一步被配置为基于第一流态生成进入前缘壳体的内部容积空间的气体的第一部分的第一流；以及
第二喷嘴，包含在喷嘴壳体的第二部分内，其中，第二喷嘴包括环列喷嘴，配置为生成第二流态，其中，所述第二喷嘴被配置为基于第二流态生成进入前缘壳体的内部容积空间的气体的第二部分的第二流。
项2.根据项1的设备，其中，第一喷嘴的第一面积与第二喷嘴的第二面积之比在约50：50和60：40之间。
项3.根据项1的设备，其中，第一喷嘴具有距喷嘴壳体的中心线约0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移。
项4.根据项1的设备，其中第一喷嘴具有距前缘壳体的中心线约15度和25度的偏移角。
项5.根据项1的设备，其中，第二喷嘴具有距喷嘴壳体的中心线约0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移。
项6.根据项1的设备，其中第二喷嘴具有距前缘壳体的中心线约15度和25度的偏移角。
项7.根据项1的设备，其中第一喷嘴和第二喷嘴被沿着喷嘴壳体的本体约1英寸和1.5英寸之间的距离间隔开。
项8.根据项1的设备，其中，前缘壳体包括环形腔室，环形腔室耦接至包括发动机的发动机舱的前缘，并且其中，发动机的压缩级耦接至高压歧管系统，高压歧管系统耦接至喷嘴壳体。
项9.根据项8的设备，其中，第一喷嘴和第二喷嘴被配置为喷入前缘壳体的内部容积空间所包含的气体量并使热能基本上均匀分布在前缘壳体的内部容积空间内。
项10.根据项1的设备，其中，喷嘴壳体、第一喷嘴、以及第二喷嘴各自包括包含镍合金的材料。
项11.一种用于防止在发动机上形成冰的方法，该方法包括：
在喷嘴壳体处接收来自发动机压缩级的气体；
经由第一喷嘴向发动机的前缘壳体的内部容积空间提供气体的第一部分，其中，第一喷嘴基于第一流态提供气体的第一部分；以及
经由第二喷嘴向发动机的前缘壳体的内部容积空间提供气体的第二部分，其中，第二喷嘴基于第二流态提供气体的第二部分，其中，至少部分地基于第二喷嘴的同心几何形状确定第二流态。
项12.根据项11的方法，其中，第一喷嘴的第一面积与第二喷嘴的第二面积之比在约50：50和60：40之间。
项13.根据项11的方法，其中，第一喷嘴和第二喷嘴各自具有约0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移并且各自具有约15度和25度之间的偏移角。
项14.根据项11的方法，还包括：
喷入前缘壳体的内部容积空间所包含的气体量；以及
将热能分配到前缘壳体的内部容积空间内使得热能基本上均匀地分布在内部容积空间内。
项15.根据项14的方法，其中，前缘壳体的平均温度在约290华氏度和420华氏度之间。
项16.一种用于防止在发动机上形成冰的系统，该系统包括：
发动机舱，包括被配置为使气体增压的多个压缩级；
前缘壳体，耦接至发动机舱的前缘，其中，前缘壳体包括限定第一内部容积空间的环形室；
歧管系统，被配置为接收来自发动机舱多个压缩级中至少一个的气体；
喷嘴壳体，安装在前缘壳体内，其中，喷嘴壳体包括限定第二内部容积空间的内腔，并且其中，喷嘴壳体耦接至歧管系统并被配置为接收来自歧管系统的气体；
第一喷嘴，包含在喷嘴壳体的第一部分中，其中，第一喷嘴被配置为生成第一流态，并进一步被配置为基于第一流态生成进入前缘壳体的第一内部容积空间的气体的第一部分的第一流；以及
第二喷嘴，包含在喷嘴壳体的第二部分内，其中，第二喷嘴包括环列喷嘴，配置为生成第二流态，其中，第二喷嘴被配置为基于第二流态生成进入前缘壳体的第一内部容积空间的气体的第二部分的第二流。
项17.根据项16的系统，其中，第一喷嘴的第一面积与第二喷嘴的第二面积之比在约50：50和60：40之间。
项18.根据项16的系统，其中，第一喷嘴和第二喷嘴各自具有在约0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移，并且其中，第一喷嘴和第二喷嘴各自具有约15度和25度之间的偏移角。
项19.根据项16的系统，其中，第二喷嘴的开口具有约0.75英寸和1英寸之间的外径，并且其中，开口具有约0.5英寸和0.75英寸之间的内径。
项20.根据项16的设备，其中，第一喷嘴和第二喷嘴被配置为喷入前缘壳体的内部容积空间所包含的气体量并使热能基本上均匀分布在前缘壳体的内部容积空间内。
虽然出于清楚理解的目的已相当详细地描述了上述构思，显然可在所附权利要求的范围内进行某些变化和修改。应注意存在实现工艺、系统、和装置的很多可供选择的方法。因此，应认为本实例是示例性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种防止在发动机上形成冰的设备，所述设备包括：
喷嘴壳体(300)，具有限定所述喷嘴壳体(300)的内部容积空间的内腔，其中，所述喷嘴壳体(300)被配置为接收来自所述发动机的压缩级的气体，并且其中，所述喷嘴壳体(300)进一步被配置为向所述发动机的前缘壳体(100)提供至少部分所述气体；
第一喷嘴(508)，包含在所述喷嘴壳体的第一部分中，其中，所述第一喷嘴被配置为生成第一流态，并进一步被配置为基于所述第一流态生成进入所述前缘壳体(100)的内部容积空间的所述气体的第一部分的第一流；以及
第二喷嘴(510)，包含在所述喷嘴壳体的第二部分内，其中，所述第二喷嘴包括环列喷嘴，被配置为生成第二流态，其中，所述第二喷嘴被配置为基于所述第二流态生成进入所述前缘壳体(100)的所述内部容积空间的所述气体的第二部分的第二流，
其中，所述第一喷嘴的开口的中心以及所述第二喷嘴的开口的中心未沿着所述喷嘴壳体的中心线，而是具有向一侧的位移。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一喷嘴(508)的第一面积与所述第二喷嘴(510)的第二面积之比在50：50与60：40之间。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一喷嘴(508)的开口的中心具有距所述喷嘴壳体的中心线0.25英寸与0.75英寸之间的位置偏移。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一喷嘴(508)具有距所述前缘壳体(100)的中心线15度和25度之间的角偏移。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二喷嘴(510)的开口的中心具有距所述喷嘴壳体(100)的中心线0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二喷嘴(510)具有距所述前缘壳体(100)的中心线15度和25度之间的角偏移。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一喷嘴(508)和所述第二喷嘴(510)沿着所述喷嘴壳体(100)的壳身被间隔开1英寸和1.5英寸之间的距离。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述前缘壳体(100)包括环形室，所述环形室耦接至包括所述发动机的发动机舱的前缘，并且其中，所述发动机的所述压缩级耦接至高压歧管系统，所述高压歧管系统耦接至所述喷嘴壳体。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第一喷嘴(508)和所述第二喷嘴(510)被配置为喷入所述前缘壳体(100)的所述内部容积空间内包含的气体量并使热能均匀分布在所述前缘壳体的所述内部容积空间内。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述喷嘴壳体(300)、所述第一喷嘴(508)、以及所述第二喷嘴(510)各自包括包含镍合金的材料。
11.一种用于防止在发动机上形成冰的方法(700)，所述方法包括：
在喷嘴壳体处接收来自发动机压缩级(702)的气体；
经由第一喷嘴向所述发动机的前缘壳体的内部容积空间提供所述气体的第一部分，其中，所述第一喷嘴基于第一流态(704)提供所述气体的所述第一部分；以及
经由第二喷嘴向所述发动机的所述前缘壳体的所述内部容积空间提供所述气体的第二部分，其中，所述第二喷嘴基于第二流态提供所述气体的所述第二部分，其中，至少部分地基于所述第二喷嘴(706)的同心几何结构确定所述第二流态，
其中，所述第一喷嘴的开口的中心以及所述第二喷嘴的开口的中心未沿着所述喷嘴壳体的中心线，而是具有向一侧的位移。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一喷嘴(508)的第一面积与所述第二喷嘴(510)的第二面积之比在50：50与60：40之间。
13.根据权利要求11的所述方法，其中，所述第一喷嘴(508)和所述第二喷嘴(510)各自的开口的中心具有0.25英寸和0.75英寸之间的位置偏移并且各自具有15度和25度之间的角偏移。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
喷入所述前缘壳体(100)的所述内部容积空间所包含的气体量；以及
将热能分配到所述前缘壳体(106)的所述内部容积空间内使得所述热能均匀地分布在所述内部容积空间内。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述前缘壳体(100)的平均温度在290华氏度和420华氏度之间。
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