CN108571348A - 包括带凹口的且渐缩的内壳的翼型件容纳结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括带凹口的且渐缩的内壳的翼型件容纳结构。一种用于围绕可旋转机器的容纳结构包括具有前端、后端和在其间延伸的基本上圆柱形主体的双壁内壳。内壳包括至少部分地围绕带叶片的转子的带叶片的部分的内壁以及从内壁径向地朝外分支的外部部分。该容纳结构还包括基本上圆柱形的背板，其联接到外部部分并且布置在内壁的径向外侧。

Description

包括带凹口的且渐缩的内壳的翼型件容纳结构

背景技术

本文公开的主题涉及容纳结构，以及更具体地，涉及包括带凹口的且渐缩的内壳的翼型件容纳结构。

燃气涡轮发动机，且特别是飞行器中使用的涡轮风扇发动机，具有风扇，风扇带有毂和布置成围绕中心轴线旋转的多个风扇叶片。围绕风扇的外围通常包括用于容纳例如风扇叶片的物体的基本上圆柱形的风扇外壳。

对于较小直径的发动机，可利用金属的硬壁外壳实现足够的容纳能力。然而，对于较大直径的发动机，可使用“软壁”容纳系统。

在软壁系统中，轻重量、高强度的防弹织物围绕相对薄的支承结构缠绕多层。基于重量考虑，常规支承结构可由铝制成。支承结构可包括铝蜂巢结构。

发明内容

在一个方面，提供了用于围绕包括带叶片的转子的可旋转机器的容纳结构。容纳结构包括具有前端、后端和在它们之间延伸的基本上圆柱形主体的双壁内壳。内壳包括至少部分地围绕带叶片的转子的带叶片的部分的内壁和从内壁径向地朝外分支的外部部分。容纳结构还包括基本上圆柱形的背板，其联接到外部部分并且布置在内壁的径向外侧。

在另一方面，提供了涡轮风扇喷气发动机。涡轮风扇喷气发动机包括风扇组件，其包括转子和多个联接到转子并且从转子径向地朝外延伸的风扇叶片。涡轮风扇喷气发动机还包括围绕风扇组件周向地布置的圆柱形容纳结构。该容纳结构包括具有前端、后端和在它们之间延伸的基本上圆柱形主体的双壁内壳。内壳包括至少部分地围绕带叶片的转子的带叶片的部分的内壁和从内壁径向地朝外分支的外部部分。容纳结构还包括联接到外部部分并且布置在内壁的径向外侧的基本上圆柱形的背板。

在另外又一方面中，提供了容纳结构。容纳结构包括：第一壁，其包括第一端部、第二端部和在其间延伸的第一主体；和沿着第一主体的表面延伸的保险区域(fuse area)。

技术方案1： 一种用于包括带叶片的转子的可旋转机器的容纳结构，所述容纳结构包括：

双壁内壳，其具有前端、后端以及在它们之间延伸的基本上圆柱形主体，所述内壳包括：

内壁，其至少部分地围绕所述带叶片的转子的带叶片的部分；和

外部部分，其从所述内壁径向地朝外分支；和

基本上圆柱形的背板，其联接到所述外部部分并且布置在所述内壁的径向外侧。

技术方案2：根据技术方案1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述外部部分在圆角处从所述内壁径向地朝外分支，所述圆角被加强以停止所述内壁中的破裂的传播。

技术方案3：根据技术方案2所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述内壁在所述圆角的后方厚度渐缩。

技术方案4：根据技术方案1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述内壁包括处理过的区域，所述处理过的区域具有比所述内壁更小的材料强度，所述处理过的区域利用机械处理、化学处理和定向能量处理中的至少一种处理。

技术方案5：根据技术方案4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述机械处理包括捶打过的区域、第一周向凹口和第二周向凹口中的至少一种。

技术方案6：根据技术方案4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述化学处理包括酸掩膜和酸剥离中的至少一种。

技术方案7：根据技术方案4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述定向能量处理包括激光处理、照射处理和热处理中的至少一种。

技术方案8：根据技术方案4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述处理过的区域包括第一周向凹口和第二周向凹口，其中所述第一周向凹口沿轴向在所述第二周向凹口前方间隔开。

技术方案9：根据技术方案2所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，还包括布置在所述内壁的外表面内的可磨削板，并且其中所述至少一个周向凹口布置在所述内壁的内表面内，沿轴向在所述可磨削板后方，并且沿轴向在所述加强的圆角的前方。

技术方案10：根据技术方案1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，至少一个周向凹口构造成减弱所述内壳的所述内壁的结构完整性，从而防止所述内壳的所述内壁中的破裂在所述内壳的所述内壁内向后扩张。

技术方案11：根据技术方案1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，至少一个圆周凹口构造成减弱所述内壳的所述内壁的结构完整性，使得所述内壳的所述内壁中的破裂围绕所述内壁周向地被吸引。

技术方案12：根据技术方案1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述内壳的所述外部部分和所述背板限定了辅助负载路径，并且一起构造成如果所述内壳的所述内壁损坏则支承所述风扇叶片容纳结构。

技术方案13：根据技术方案1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，还包括布置在所述内壁和所述背板之间的声学结构。

技术方案14：一种涡轮风扇喷气发动机，包括：

风扇组件，其包括转子；和：

双壁内壳，其具有前端、后端以及在它们之间延伸的基本上圆柱形主体，所述内壳包括：

内壁，其至少部分地围绕所述转子，所述内壁包括保险区域；和

外部部分，其从所述内壁径向地朝外分支；和

基本上圆柱形的背板，其联接到所述外部部分并且布置在所述内壁的径向外侧。

技术方案15：根据技术方案14所述的涡轮风扇喷气发动机，其特征在于，所述外部部分在接头处从所述内壁径向地朝外分支，所述接头被加强以抵抗所述内壁中破裂的传播。

技术方案16：根据技术方案15所述的涡轮风扇喷气发动机，其特征在于，所述内壁在所述圆角的后方厚度渐缩。

技术方案17：根据技术方案14所述的涡轮风扇喷气发动机，其特征在于，所述内壁包括机械处理，所述机械处理包括第一周向凹口和第二周向凹口。

技术方案18：根据技术方案17所述的涡轮风扇喷气发动机，其特征在于，所述第一周向凹口沿轴向在所述第二周向凹口前方隔开。

技术方案19：根据技术方案15所述的涡轮风扇喷气发动机，其特征在于，还包括布置在所述内壁的外表面内的可磨削板，并且其中所述至少一个周向凹口布置在所述内壁的内表面内，沿轴向在所述可磨削板的后方并且沿轴向在所述加强圆角的前方。

技术方案20：根据技术方案14所述的涡轮风扇喷气发动机，其特征在于，至少一个周向凹口构造成减弱所述内壳的所述内壁的结构完整性，从而防止所述内壳的所述内壁中的破裂在所述内壳的所述内壁内向后扩张。

技术方案21：一种容纳结构，包括：

第一壁，其包括第一端部、第二端部和在它们之间延伸的第一主体；和

保险区域，其沿所述第一主体的表面延伸，所述主体包括第一材料强度，所述保险区域包括在所述主体内的具有第二材料强度的区域，所述第二材料强度比所述第一材料强度弱。

技术方案22：根据技术方案21所述的容纳结构，其特征在于，还包括：

第二壁，其包括第三端部、第四端部和在它们之间延伸的第二主体，所述第三端部在第一接头处联接到所述第一主体，并且所述第四端部在第二接头处联接到所述第一主体，所述第二接头与所述第一接头间隔开而形成在所述第一壁和所述第二壁之间的腔室。

技术方案23：根据技术方案22所述的容纳结构，其特征在于，所述保险区域在大致平行于所述第一和第二接头的方向上延伸。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解，其中在所有附图中相似的字符表示相似的部分，其中：

图1为涡轮风扇发动机的前部部分的截面图，示出了包括带凹口的且渐缩的内壳的示例性风扇叶片容纳结构；

图2为图1的风扇叶片容纳结构的截面图；

图3为图2的风扇叶片容纳结构的示例性带凹口的且渐缩的内壳的透视图；和

图4为在图3示出的带凹口的且渐缩的内壳的剖视图。

除非另有指示，否则本文提供的附图意在图示本公开的实施例的特征。认为这些特征可应用于包括本公开的一个或多个实施例的各种各样的系统中。这样，附图并不意在包括本领域普通技术人员已知的、实践本文公开的实施例将会需要的所有常规特征。

零件清单

涡轮风扇发动机100

风扇组件102

转子104

风扇叶片106

风扇外壳108

内壳200

前端201

圆角202

后端203

内壁204

外表面205

外部部分206

背板208

外表面210

可磨削板212

声学结构214

第一壁250

第一端部252

第二端部254

第一主体256

第二壁258

第三端部260

第四端部262

第二主体264

第一接头266

第二接头268

腔室270

保险区域272

凹口302

凹口304

内表面306

Y形区域308

区域310。

具体实施方式

在下面的说明书和权利要求中，将对许多术语进行引用，其应限定为具有以下含义。

除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用。

“可选”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可发生或可不发生，并且描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。

在本文中于整个说明书和权利要求中使用的近似语言可应用来修饰可获准变化而不会导致与其相关的基本功能的变化的任何量的表示。因此，由一个或多个术语—例如“大约”和“基本上”—修饰的值，并不限于所指定的精确值。至少在一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求中，范围限制可组合和/或互换，这样的范围是确认的并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指示。

本公开的实施例涉及一种风扇叶片容纳结构，例如风扇外壳，其包括具有内壁和在圆角处从内壁径向地朝外分支的外部部分的内壳。风扇外壳构造成引导由风扇叶片掉出（FBO）事件导致、在内壳中发生的破裂或裂缝，使得破裂在内壳内周向地行进而不是在内壳内向后部行进。为此，内壳包括多个沿轴向隔开的凹口或凹槽，其用来周向地吸引在内壳内发生的破裂。还加强了内壁和外部部分在圆角处的汇合点，以防止在圆角后方的破裂的扩张或传播。

图1是涡轮风扇发动机100的前部部分的截面图。涡轮风扇发动机100包括风扇组件102，其具有转子104和成阵列的从转子104径向地朝外延伸的风扇叶片106。圆柱形软壁容纳系统或叶片容纳结构（例如风扇外壳108）围绕风扇组件102的外围径向地布置。如图所示，风扇外壳108沿着中心轴线A-A'从前向后延伸。在该示例性实施例中，并且如下文中更详细描述的，风扇外壳108构造成容纳在风扇叶片掉出（FBO）事件期间抛入风扇外壳108中的风扇叶片碎片。

图2为风扇外壳108的后部部分的截面图。为清楚起见，省略了风扇外壳108的凸缘和其他设计具体细节。会理解的是，风扇外壳108可采取各种形状并且可包括基于在其中安装了风扇外壳108的涡轮风扇发动机的各种设计具体细节。例如，用于将风扇外壳安装在特定的涡轮风扇发动机内的附接机构可显著变化，并且对于本公开的理解不是必要的。

因此，且如图所示，风扇外壳108包括在内壁204和外部部分206之间的圆角202处分支的双壁金属内壳200。内壳200沿中心轴线A-A'延伸并且具有前端201和后端203。背板208联接到外部部分206并朝前延伸以限定风扇外壳108的外表面210。在该示例性实施例中，背板208由复合碳纤维制造。在其他实施例中，背板208为金属的。

可磨削板212和声学结构214，例如蜂巢结构，安装在风扇外壳108内。具体地，可磨削板212布置在内壳200的外表面205内或与内壳200的外表面205联接，并且声学结构214安装在内壳200和背板208之间。如下文中更详细描述的，内壁204可用作主要负载路径，而外部部分206连同背板208可用作辅助或备用负载路径。

图3为风扇外壳108的示例性内壳200的透视图。图4为内壳200的剖视图。组合参考图2、3和4，内壳200包括多个周向凹陷或凹口，例如凹口302和304。虽然示出了两个凹口302和304，但在备选实施例中，任何适当数量的凹口可结合在内壳200中。

凹口302和304围绕内壳200的内壁204的内表面306周向地延伸。此外，凹口302和304形成在圆角202的前方和可磨削板212的后方，使得凹口302和304不直接布置在风扇叶片106之上。相反，在示例性实施例中，凹口302和304布置在声学结构214下方以利用声学结构214的缓冲或减振效果。然而，在备选实施例中，凹口302和304布置在声学结构214的后方，使得它们不在声学结构214下方，而在限定在内壳200的内壁204和外部部分206之间的Y形区域308内。

凹口302和304可为任何保险区域，例如其中内壳200被处理过或被减弱、或者其中内壳200的厚度被减小的任何保险区域。例如，凹口302和304可为利用机械处理、化学处理和定向能量处理中的至少一种处理过的任何保险区域。在各种实施例中，机械处理可包括捶打过的区域等等。类似地，化学处理可包括酸掩膜、酸剥离等等。此外，在各种实施例中，定向能量处理可包括激光处理、照射处理、热处理等等。

此外，凹口302和304可为凹陷、穿孔、孔、槽口、刻痕、槽、凹槽等等。凹口302和304通过任何适当的手段形成于内壳200中。例如，凹口302和304可在内壳200中冲压、冲孔、压制、刻划、焊接、机加工、激光加工等等。在一些实施例中，改变内壳200的结构以形成凹口302和304。例如，可通过施加热量、通过化学过程、通过机械打击、通过将激光施加到内壳200等等而改变或减弱内壳200的结构。

此外，在一些实施例中，凹口302和/或304包括一个或多个能量消散区域，其可沿着凹口302和/或304相间隔地引入。这些能量消散区域可为在凹口302和/或304内形成的孔或隙缝，并且可用来消散与沿着凹口302和/或304的裂缝传播（如本文所述）相关联的能量，使得裂缝一旦遭遇能量消散区域，裂缝就不会继续传播超过该能量消散区域。

继续参考图3，内壳200在内壳200的区域310内在圆角202的后方加强。例如，随着内壳200在区域310内向后延伸，内壳200在区域310内从第一厚度T1渐缩到减小的第二厚度T2 。因此，内壳200在区域310内从前到后渐缩，使得内壳200的厚度在区域310内从T1减小至T2。

在一些实施例中，内壳200包括具有第一端部252、第二端部254和第一主体256的第一壁250（例如，诸如内壁204），第一主体256在第一端部252和第二端部254之间延伸。内壳200还包括具有第三端部260、第四端部262和第二主体264的第二壁258（例如，诸如联接到背板208的外部部分206），第二主体264在第三端部260和第四端部262之间延伸。第三端部260在第一接头266处联接到第一主体256，并且第四端部262在第二接头268处联接到第一主体256。第二接头268与第一接头266间隔开，并在第一壁250和第二壁258之间形成腔室270。此外，保险区域272（例如，凹口302和304）沿着第一主体256的表面（例如，内表面306）在大致平行于第一接头266和/或第二接头268的方向上延伸。

在操作中，并且在FBO事件期间，风扇叶片106中的一个的碎片可折断并冲击内壳200的内壁204。结果，内壳200的内壁204可能被损坏，例如通过内壁204内的裂缝、破裂或撕裂。

在该示例性实施例中，由FBO事件造成的损坏由凹口302和304促进而保持在内壁204内。例如，内壳200的内壁204中的破裂可在内壳200的内壁204内向后传播直到该破裂遭遇凹口302和/或304中的一个或两个，在该点处，破裂从沿径向朝外扩张通过声学结构214而转移到背板208中。相反，随着破裂遭遇凹口302和/或304的一个或两个，破裂与凹口302和/或304中的结构完整性损失相遇，并且通过内壳200的内壁204内的凹口302和/或304周向地引导（或周向地驱动），使得背板208被保护而免受损坏。

此外，防止了能够通过声学结构214从内壳200的内壁204传播并进入背板208的损坏在背板208内向后扩张。相反，由于由内壁204中的破裂赋予的动量，破裂周向地跟随内壳200的内壁204中的破裂。因此，即使在破裂能够传播到背板208中时，也可在背板208内周向地引导损坏，因为其是由内壳200的内壁204内的破裂的动量拉动的。

在一些实施例中，内壳200上可包括一个或周向地间隔的凹口或凹槽。特别地，一个或多个周向地间隔的凹口或凹槽可在内壳200的内壁204的内表面306之上轴向地延伸。这些凹口或凹槽可用来向后、而不是如上文相对于凹口302和304所述周向地吸引裂缝或破裂。因此，在各种实施例中，凹口或凹槽可沿着内壳200周向地和/或轴向地延伸，使得可以向后和/或周向地中的其一或两者来引导破裂。

另外，内壳200的加强区域310用于防止破裂持续扩张通过区域310。此外，如上文描述的，内壳的外部部分206和背板208协同工作来形成辅助或备用负载路径，其用来在内壳200的内壁204损坏并且不能用作风扇外壳108内的主要负载路径的情况下保持风扇外壳108的结构完整性。因此，风扇外壳108能够即使在内壳200的内壁204经历结构故障的情况下也保持结构上完好。

风扇叶片容纳结构的实施例因此包括内壳，其具有内壁和在圆角处从内壁径向地朝外分支的外部部分。该风扇叶片容纳结构构造成引导由于风扇叶片掉出（FBO）事件而在内壳中发生的破裂或裂缝，使得破裂在内壳内周向地行进，而不是在内壳内向后行进。为此，内壳包括多个沿轴向间隔开的凹口或凹槽，其用来周向地吸引在内壳内发生的破裂。还加强了内壁和外部部分在圆角处的汇合点，以防止在圆角后方的破裂的扩张。

上文详细描述了风扇叶片容纳结构和相关构件的示例性实施例。系统并不限制于本文描述的特定实施例，而是系统的构件和/或方法的步骤可与本文描述的其他构件和/或步骤独立地并且分离地使用。例如，本文描述的构件的构造也可与其他过程组合使用，并且不限于与本文所述的系统和相关方法一起实施。相反，示例性实施例可结合其中需要风扇叶片容纳的许多应用来实施和使用。

虽然本公开的各种实施例的具体特征可在一些附图中示出而未在其它附图中示出，这仅是为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可与任何其他附图的任何特征组合来引用和/或要求保护。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本公开的实施例，并且还使本领域任何技术人员能够实施本公开，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本文描述的实施例的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构元件，则这些其他示例意在处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于包括带叶片的转子的可旋转机器的容纳结构，所述容纳结构包括：

双壁内壳，其具有前端、后端以及在它们之间延伸的基本上圆柱形主体，所述内壳包括：

内壁，其至少部分地围绕所述带叶片的转子的带叶片的部分；和

外部部分，其从所述内壁径向地朝外分支；和

基本上圆柱形的背板，其联接到所述外部部分并且布置在所述内壁的径向外侧。

2.根据权利要求1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述外部部分在圆角处从所述内壁径向地朝外分支，所述圆角被加强以停止所述内壁中的破裂的传播。

3.根据权利要求2所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述内壁在所述圆角的后方厚度渐缩。

4.根据权利要求1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述内壁包括处理过的区域，所述处理过的区域具有比所述内壁更小的材料强度，所述处理过的区域利用机械处理、化学处理和定向能量处理中的至少一种处理。

5.根据权利要求4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述机械处理包括捶打过的区域、第一周向凹口和第二周向凹口中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述化学处理包括酸掩膜和酸剥离中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述定向能量处理包括激光处理、照射处理和热处理中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，所述处理过的区域包括第一周向凹口和第二周向凹口，其中所述第一周向凹口沿轴向在所述第二周向凹口前方间隔开。

9.根据权利要求2所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，还包括布置在所述内壁的外表面内的可磨削板，并且其中所述至少一个周向凹口布置在所述内壁的内表面内，沿轴向在所述可磨削板后方，并且沿轴向在所述加强的圆角的前方。

10.根据权利要求1所述的风扇叶片容纳结构，其特征在于，至少一个周向凹口构造成减弱所述内壳的所述内壁的结构完整性，从而防止所述内壳的所述内壁中的破裂在所述内壳的所述内壁内向后扩张。