CN108688819A - 用于空气循环机系统的风扇入口扩散器壳体 - Google Patents

用于空气循环机系统的风扇入口扩散器壳体 Download PDF

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Abstract

风扇入口扩散器壳体包括复合材料的壳体本体，并且包括设置在喷射器壳体部分和旁路壳体部分之间的热交换器接口部分。第一过渡区域形成在热交换器接口部分和喷射器壳体部分之间，其包括靠近热交换器接口的空气循环机端部增强补片。空气循环机端部增强补片包括第一补片厚度和第二补片厚度，并且第一补片厚度与第二补片厚度的比率在2.02和3.11之间。喷射器形成为在壳体本体的喷射器壳体部分内的喷嘴部分和扩散器部分之间具有喷射器间隙宽度。扩散器部分具有下游喷射器间隙宽度，并且下游喷射器间隙宽度与喷射器间隙宽度的比率在4.62和5.01之间。

Description

用于空气循环机系统的风扇入口扩散器壳体
技术领域
本公开涉及风扇入口扩散器壳体，并且更具体地涉及用于空气循环机系统的风扇入口扩散器壳体。
背景技术
典型地，在现代商用飞行器中，提供空气循环机（ACM）以适当地调节将被供应到座舱或驾驶舱或其他位置的空气，以使乘员舒适。空气循环机系统包括风扇入口扩散器壳体以接收由空气循环机吸入的进气流。空气循环机系统的流动路径能够包括热交换器冷却流，该热交换器冷却流抽吸空气通过热交换器、经过风扇转子，并且将流倾泄到机外管道中。当没有充足的冲压空气可用于抽吸空气通过热交换器时，风扇转子能够用于建立流。在使用过程中，由于灰尘或减少风扇转子的可用流量的其他污染物的存在，热交换器可能会变得部分堵塞，这将风扇转子推向更接近其喘振极限。试图在风扇转子接近其喘振极限时增强流的设计在非设计条件下运行时可能会经历性能下降，这会降低对热交换器堵塞的容限。如果热交换器变得堵塞,需要独特的气流路径形状来满足系统性能要求并且允许高效的风扇流再循环。此外，减少航空航天应用的重量，同时选择性地建立增加结构完整性的区域，可能会带来许多挑战。
发明内容
在一个实施方案中，风扇入口扩散器壳体包括由复合材料形成的壳体本体。壳体本体包括位于喷射器壳体部分和旁路壳体部分之间的热交换器接口部分。风扇入口扩散器壳体还包括位于热交换器接口部分和喷射器壳体部分之间的第一过渡区域，该第一过渡区域包括靠近热交换器接口的空气循环机端部增强补片。空气循环机端部增强补片包括第一补片厚度和第二补片厚度，并且第一补片厚度与第二补片厚度的比率在2.02和3.11之间。风扇入口扩散器壳体还包括喷射器，该喷射器在壳体本体的喷射器壳体部分内的喷嘴部分和扩散器部分之间具有喷射器间隙宽度。扩散器部分具有下游喷射器间隙宽度，并且下游喷射器间隙宽度与喷射器间隙宽度的比率在4.62和5.01之间。
除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为前述实施方案中的任何一个的替代，另外的实施方案可以包括其中壳体本体还包括在喷射器壳体部分的空气循环机接口处的凸缘，并且扩散器部分具有从凸缘的外表面到扩散器部分测量的下游喷射器间隙宽度。
除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为前述实施方案中的任何一个的替代，另外的实施方案可以包括其中空气循环机端部增强补片的第一补片厚度被设置成在距凸缘的外表面的第一偏移量和第二偏移量之间，并且第一偏移量与第二偏移量的比率在1.19和1.34之间。
除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为前述实施方案中的任何一个的替代，另外的实施方案可以包括在热交换器接口部分和旁路壳体部分之间的第二过渡区域，该第二过渡区域包括靠近热交换器接口的旁路端部增强补片；以及多个跨越式（spanning）肋，所述多个跨越式肋各自在空气循环机端部增强补片和旁路端部增强补片之间的壳体侧增强补片的单独实例上。
除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为前述实施方案中的任何一个的替代，另外的实施方式可以包括其中旁路端部增强补片包括第二补片厚度，壳体侧增强补片的每个实例包括第三补片厚度，第二补片厚度与第三补片厚度的比率在1.08和1.66之间，并且第一补片厚度与第三补片厚度的比率在2.70和4.16之间。
除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为前述实施方案中的任何一个的替代，另外的实施方案可以包括其中旁路端部增强补片包括旁路端部增强补片宽度，相对于壳体侧增强补片上的扳头状肋中的一个上的至少一个螺栓孔来限定壳体侧增强补片的实例的壳体侧增强补片部分宽度，并且旁路端部增强补片宽度与壳体侧增强补片部分宽度的比率在0.95和1.49之间。
除了上面描述的一个或多个特征之外，或者作为前述实施方案中的任何一个的替代，另外的实施方案可以包括其中空气循环机端部增强补片、旁路端部增强补片以及壳体侧增强补片的每个实例具有公共补片高度，并且壳体侧增强补片部分宽度与公共补片高度的比率在2.97和4.06之间。
除了上面描述的一个或多个特征之外，或作为前述实施方案中的任一个的替代，另外的实施方案可以包括其中喷嘴部分包括上游喷射器直径，扩散器部分包括下游喷射器直径，并且下游喷射器直径与上游喷射器直径的比率在1.02和1.04之间。
在一个实施方案中，空气循环机系统包括空气循环机和联接到空气循环机的风扇入口扩散器壳体。风扇入口扩散器壳体包括由复合材料形成的壳体本体。壳体本体包括位于喷射器壳体部分和旁路壳体部分之间的热交换器接口部分。风扇入口扩散器壳体还包括位于热交换器接口部分和喷射器壳体部分之间的第一过渡区域，该第一过渡区域包括靠近热交换器接口的空气循环机端部增强补片。空气循环机端部增强补片包括第一补片厚度和第二补片厚度，并且第一补片厚度与第二补片厚度的比率在2.02和3.11之间。风扇入口扩散器壳体还包括喷射器，喷射器在壳体本体的喷射器壳体部分内的喷嘴部分和扩散器部分之间具有喷射器间隙宽度。扩散器部分具有下游喷射器间隙宽度，并且下游喷射器间隙宽度与喷射器间隙宽度的比率在4.62和5.01之间。
在一个实施方案中，一种将风扇入口扩散器壳体安装到空气循环机系统中的方法。该方法包括将风扇入口扩散器壳体的壳体本体的扩散器锥体与空气循环机的风扇转子对齐。风扇入口扩散器壳体包括由复合材料形成的壳体本体。壳体本体包括位于喷射器壳体部分和旁路壳体部分之间的热交换器接口部分。风扇入口扩散器壳体还包括位于热交换器接口部分和喷射器壳体部分之间的第一过渡区域，该第一过渡区域包括靠近热交换器接口的空气循环机端部增强补片。空气循环机端部增强补片包括第一补片厚度和第二补片厚度，并且第一补片厚度与第二补片厚度的比率在2.02和3.11之间。风扇入口扩散器壳体还包括喷射器，该喷射器在壳体本体的喷射器壳体部分内的扩散器锥体的喷嘴部分和扩散器部分之间具有喷射器间隙宽度。扩散器部分具有下游喷射器间隙宽度，并且下游喷射器间隙宽度与喷射器间隙宽度的比率在4.62和5.01之间。该方法还包括将空气循环机联接到风扇入口扩散器壳体的喷射器壳体部分。
通过如本文所述的那样形成和安装风扇入口扩散器壳体来实现实施方案的技术效果。
附图说明
在随附于本说明书的权利要求书中特别指出并明确要求保护被认为是本公开的主题。本公开的前述和其他特征以及优点根据结合附图进行的以下具体描述是显而易见的，在附图中：
图1是根据本公开的实施方案的包括空气循环机和风扇入口扩散器壳体的空气循环机系统的一个实施方案的图示；
图2是根据本公开的一个实施方案的图1的风扇入口扩散器壳体的透视图；
图3描绘了根据本公开的一个实施方案的图1的风扇入口扩散器壳体的外部部分；
图4描绘了根据本公开的一个实施方案的图1的风扇入口扩散器壳体的局部横截面；以及
图5更详细地描绘了根据本公开的实施方案的图4的区域。
具体实施方式
参照附图，图1示出了空气循环机（ACM）系统100。在所示实施方案中，ACM系统100包括联接到风扇入口扩散器壳体115的ACM 105。ACM 105包括经由沿着ACM 105的中心轴线118延伸的轴116联接到压缩机112和涡轮机114的风扇转子110。在一个实施方案中，风扇转子110和压缩机112由涡轮机114提供动力，该涡轮机114响应于压缩空气在通过ACM 105时被调节的膨胀而可旋转地驱动轴116。
在所示实施方案中，ACM 105不仅通过将空气的压力调节到用于客舱加压的期望水平而且还通过冷却和除湿空气来调节加压空气的流，例如来自飞行器发动机的引气。待调节的压缩引气的流通过ACM 105，在那里进一步冷却，从而引起空气中的水气凝结，由此对空气进行除湿。被除湿的空气膨胀通过ACM 105以将压力降低到用于输送到其使用点（例如飞行器乘客或飞行员舱室）的期望压力水平。
在所示实施方案中，ACM 105驱动吸入外部空气的风扇转子（入口风扇）110，以与和ACM 105相关联的热交换器一起使用。在所示实施方案中，风扇入口扩散器壳体115接收气流150。
在所示实施方案中，风扇入口扩散器壳体115包括壳体本体120、布置在壳体本体120内的扩散器锥体125和布置在扩散器锥体125内的中心管（中心体）130。中心管130在图1的示例中经由内侧支柱135和外侧内侧支柱140布置在扩散器锥体125内。扩散器锥体125在中心轴线118上与风扇转子110轴向对齐。在所示实施方案中，风扇入口扩散器壳体115接收气流150，气流150可以是在飞行期间的高速气流。
热交换器接口158能够接收来自热交换器（未示出）的入口流160。分流叶片162能够将入口流160的一部分或全部沿着入口流动路径164作为气流150朝向风扇转子110转向。出口流动路径166引导流经过至风扇转子110并朝向扩散器锥体125。出口流168能够将来自出口流动路径166的流和/或热交换器旁路流170导引至倾泄在机外。
在图1的示例中，风扇入口扩散器壳体115的壳体本体120还包括喷嘴部分124和扩散器部分126，其中喷射器128形成为喷嘴部分124与扩散器部分126之间的间隙。扩散器部分126在扩散器锥体125的风扇端部127处，并且喷嘴部分124在扩散器部分126与风扇转子110之间轴向地形成。喷射器128限定再循环流动路径152。例如，由于热交换器（未示出）的堵塞，在入口流160减小的情况下，再循环流动路径152向风扇转子110提供流。
参考图2，示出了风扇入口扩散器壳体115的壳体本体120。在所示实施方案中，壳体本体120包括外表面121、凸缘122和多个扳头状肋129。在图2的示例中，六个扳头状肋129结合在壳体本体120中。扳头状肋129中的五个均包括多个螺栓孔123，螺栓孔123可以支撑与各种部件的附接。
在所示实施方案中，壳体本体120为风扇入口扩散器壳体115提供结构。此外，在所示实施方案中，壳体本体120由具有变化厚度的复合材料形成。复合材料能够由基础玻璃或纤维材料形成。在某些实施方案中，复合材料能够通过环氧树脂（包括但不限于聚乙烯醇）结合。在某些实施方案中，能够将环氧树脂预先浸渍到基材中。
在所示实施方案中，ACM接口202处的凸缘122将风扇入口扩散器壳体115附接到图1的ACM 105。在某些实施方案中，V形带与凸缘122一起使用以将风扇入口扩散器壳体115附接到ACM 105。
壳体本体120由位于喷射器壳体部分222和旁路壳体部分224之间的热交换器接口部分220形成。位于热交换器接口部分220和喷射器壳体部分222之间的第一过渡区域226与其他区域（例如第二过渡区域228）相比能够由更多数量的复合层形成。第二过渡区域228位于热交换器接口部分220和旁路壳体部分224之间。第一扳头状肋129A位于第一过渡区域226处，且第二过渡区域228不存在任何扳头状肋。第一扳头状肋129A没有螺栓孔123，而其余五个扳头状肋129中的每一个在每侧包括四个螺栓孔123。扳头状肋129、129A平行地跨过壳体本体120的外周，在热交换器接口158的相对侧处开始和结束。
图3更详细地描绘了风扇入口扩散器壳体115的外部部分。风扇入口扩散器壳体115的底座部分230包括变化的厚度区域以建立结构完整性同时还减轻重量。热交换器接口部分220和喷射器壳体部分222之间的第一过渡区域226包括靠近热交换器接口158的ACM端部增强补片240。ACM端部增强补片240具有第一补片厚度D8和第二补片厚度D6。在实施方案中，第一补片厚度D8为约0.188英寸（0.48 cm），并且第二补片厚度D6为约0.075英寸（0.19cm）。ACM端部增强补片240的第一补片厚度D8被设置成在距凸缘122的外表面232的第一偏移量D4和第二偏移量D5之间。在实施方案中，第一偏移量D4为约10.8英寸（27.43 cm），并且第二偏移量D5为约8.55英寸（21.72 cm）。
热交换器接口部分220和旁路壳体部分224之间的第二过渡区域228包括靠近热交换器接口158的旁路端部增强补片242。旁路端部增强补片包括第二补片厚度D6。
跨越式肋129各自在ACM端部增强补片240与旁路端部增强补片242之间的壳体侧增强补片244的单独实例上。在图3的示例中，壳体侧增强补片244有五个实例。壳体侧增强补片244的每个实例能够包括第三补片厚度D7。每个旁路端部增强补片244能够包括旁路端部增强补片宽度D3。相对于壳体侧增强补片244上的扳头状肋129中一个上的至少一个螺栓孔123来限定壳体侧增强补片244的实例的壳体侧增强补片部分宽度D2。在实施方案中，壳体侧增强补片部分宽度D2为约2.1英寸（5.33 cm），旁路端部增强补片宽度D3为约2.5英寸（6.35 cm），并且第三补片厚度D7为约0.056英寸（0.14 cm ）。
ACM端部增强补片240、旁路端部增强补片242以及壳体侧增强补片244的每个实例可以具有公共补片高度D1。在实施方案中，公共补片高度D1为约7.25英寸（18.42 cm）。对于风扇入口扩散器壳体115定义了多个比率，其可以选择性地增强结构完整性同时减轻重量，承受环境应力和应变，建立流动路径以及各方面的解决。在实施方案中，第一补片厚度D8与第二补片厚度D6的比率在2.02和3.11之间，并且第一偏移量D4与第二偏移量D5的比率在1.19和1.34之间。在实施方案中，第二补片厚度D6与第三补片厚度D7的比率在1.08和1.66之间，并且第一补片厚度D8与第三补片厚度D7的比率在2.70和4.16之间。在实施方案中，旁路端部增强补片宽度D3与壳体侧增强补片部分宽度D2的比率在0.95和1.49之间，并且壳体侧增强补片部分宽度D2与公共补片高度D1的比率在2.97和4.06之间。
图4和图5进一步示出了喷射器128，喷射器128在壳体本体120的喷射器壳体部分222内的喷嘴部分124和扩散器锥体125的风扇端部127处的扩散器部分126之间具有喷射器间隙宽度D10。扩散器部分126具有下游喷射器间隙宽度D9。喷嘴部分124具有上游喷射器直径D11，并且扩散器部分126具有下游喷射器直径D12。在实施方案中，喷射器下游间隙宽度D9为约5.05英寸（12.83 cm），并且喷射器间隙宽度D10为约1.05英寸（2.67 cm）。在实施方案中，上游喷射器直径D11为约9.38英寸（23.83 cm），并且下游喷射器直径D12为约9.64英寸（24.49 cm）。可以结合结构方面和其他方面来定义流控制的多个比率。在实施方案中，下游喷射器间隙宽度D9与喷射器间隙宽度D10的比率在4.62和5.01之间，并且下游喷射器直径D12与上游喷射器直径D11的比率在1.02和1.04之间。
将风扇入口扩散器壳体115安装到图1的ACM系统100中的方法包括将风扇入口扩散器壳体115的壳体本体120的扩散器锥体125与ACM 105的风扇转子110对齐，并且将ACM105联接到风扇入口扩散器壳体1154的喷射器壳体部分222。风扇入口扩散器壳体115可以包括由复合材料形成的壳体本体120，其中壳体本体120包括位于喷射器壳体部分222和旁路壳体部分224之间的热交换器接口部分220。第一过渡区域226可以形成在热交换器接口部分220和喷射器壳体部分222之间，第一过渡区域226包括靠近热交换器接口158的ACM端部增强补片240。ACM端部增强补片240可具有第一补片厚度D8和第二补片厚度D6。在扩散器锥体125的喷嘴部分124和扩散器部分126之间具有喷射器间隙宽度D10的喷射器128可形成在壳体本体120的喷射器壳体部分222内，其中扩散器部分126具有下游喷射器间隙宽度D9。在喷射器壳体部分222的ACM接口202处的凸缘122可以联接到ACM 105，并且扩散器部分126可以具有从凸缘122的外表面232到扩散器部分126测量的下游喷射器间隙宽度D9。
术语“大约”旨在包括基于提交本申请时可用的设备的与特定量的测量相关联的误差程度。例如，“大约”可包括给定值的±8%或5%或2%的范围。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不是旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”也意在包括复数形式。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件部件和/或其分组的存在或添加。
虽然已参照一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等效物取代本公开的元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适于本公开的教导。因此，本公开无意限于作为用于实施本公开所设想的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (13)

1.一种风扇入口扩散器壳体，其包括：
由复合材料形成的壳体本体，所述壳体本体包括位于喷射器壳体部分和旁路壳体部分之间的热交换器接口部分；
位于所述热交换器接口部分和所述喷射器壳体部分之间的第一过渡区域，其包括邻近热交换器接口的空气循环机端部增强补片，其中所述空气循环机端部增强补片包括第一补片厚度和第二补片厚度，并且所述第一补片厚度与所述第二补片厚度的比率在2.02和3.11之间；和
喷射器，其在所述壳体本体的所述喷射器壳体部分内的喷嘴部分和扩散器部分之间具有喷射器间隙宽度，其中所述扩散器部分具有下游喷射器间隙宽度，并且所述下游喷射器间隙宽度与所述喷射器间隙宽度的比率在4.62和5.01之间。
2.根据权利要求1所述的风扇入口扩散器壳体，其中，所述壳体本体还包括在所述喷射器壳体部分的空气循环机接口处的凸缘，并且所述扩散器部分具有从所述凸缘的外表面到所述扩散器部分测量的下游喷射器间隙宽度。
3.根据权利要求2所述的风扇入口扩散器壳体，其中，所述空气循环机端部增强补片的所述第一补片厚度被设置在距所述凸缘的所述外表面的第一偏移量和第二偏移量之间，并且所述第一偏移量与所述第二偏移量的比率在1.19和1.34之间。
4. 根据权利要求1所述的风扇入口扩散器壳体，其还包括：
位于所述热交换器接口部分和所述旁路壳体部分之间的第二过渡区域，其包括靠近所述热交换器接口的旁路端部增强补片；和
多个跨越式肋，所述多个跨越式肋各自在所述空气循环机端部增强补片和所述旁路端部增强补片之间的壳体侧增强补片的单独实例上。
5.根据权利要求4所述的风扇入口扩散器壳体，其中，所述旁路端部增强补片包括所述第二补片厚度，所述壳体侧增强补片的每个实例包括第三补片厚度，所述第二补片厚度与所述第三补片厚度的比率在1.08和1.66之间，并且所述第一补片厚度与所述第三补片厚度的比率在2.70和4.16之间。
6.根据权利要求4所述的风扇入口扩散器壳体，其中，所述旁路端部增强补片包括旁路端部增强补片宽度，相对于在所述壳体侧增强补片上的所述扳头状肋中的一个上的至少一个螺栓孔来限定所述壳体侧增强补片的实例的壳体侧增强补片部分宽度，并且所述旁路端部增强补片宽度与所述壳体侧增强补片部分宽度的比率在0.95和1.49之间。
7.根据权利要求6所述的风扇入口扩散器壳体，其中，所述空气循环机端部增强补片、所述旁路端部增强补片以及所述壳体侧增强补片的每个实例具有公共补片高度，并且所述壳体侧增强补片部分宽度与所述公共补片高度的比率在2.97和4.06之间。
8.根据权利要求1所述的风扇入口扩散器壳体，其中，所述喷嘴部分包括上游喷射器直径，所述扩散器部分包括下游喷射器直径，并且所述下游喷射器直径与所述上游喷射器直径的比率在1.02和1.04之间。
9. 一种空气循环机系统，其包括：
空气循环机；以及
如权利要求1所述的风扇入口扩散器壳体，其联接到所述空气循环机。
10.一种用于将风扇入口扩散器壳体安装到空气循环机系统中的方法，所述方法包括：
将所述风扇入口扩散器壳体的壳体本体的扩散器锥体与空气循环机的风扇转子对齐，其中所述风扇入口扩散器壳体包括：
由复合材料形成的壳体本体，所述壳体本体包括位于喷射器壳体部分和旁路壳体部分之间的热交换器接口部分；
位于所述热交换器接口部分和所述喷射器壳体部分之间的第一过渡区域，其包括邻近热交换器接口的空气循环机端部增强补片，其中所述空气循环机端部增强补片包括第一补片厚度和第二补片厚度，并且所述第一补片厚度与所述第二补片厚度的比率在2.02和3.11之间；和
喷射器，其在所述壳体本体的所述喷射器壳体部分内的喷嘴部分和所述扩散器锥体的扩散器部分之间具有喷射器间隙宽度，其中所述扩散器部分具有下游喷射器间隙宽度，并且所述下游喷射器间隙宽度与所述喷射器间隙宽度的比率在4.62和5.01之间；以及
将所述空气循环机联接到所述风扇入口扩散器壳体的所述喷射器壳体部分。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述壳体本体还包括在所述喷射器壳体部分的空气循环机接口处的凸缘，所述凸缘联接到所述空气循环机，并且所述扩散器部分具有从所述凸缘的外表面到所述扩散器部分测量的下游喷射器间隙宽度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述空气循环机端部增强补片的所述第一补片厚度被设置为在距所述凸缘的所述外表面的第一偏移量与第二偏移量之间，并且所述第一偏移量与所述第二偏移量的比率在1.19和1.34之间。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述风扇入口扩散器壳体还包括：
位于所述热交换器接口部分和所述旁路壳体部分之间的第二过渡区域，其包括靠近所述热交换器接口的旁路端部增强补片；和
多个跨越式肋，所述多个跨越式肋各自在所述空气循环机端部增强补片和所述旁路端部增强补片之间的壳体侧增强补片的单独实例上。
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