CN108869044B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种表面冷却器或热交换器，其包括一体式整体主体。所述一体式整体主体能够包括一组流体通道、具有入口和出口的至少一个歧管连接、流体连接所述一组流体通道中的至少一些的一组返回歧管，以及一组散热片。所述整体主体能够在形成所述热交换器期间界定不同局部材料特性。

Description

热交换器

技术领域

本申请涉及用于飞机发动机的冷却器及热交换器。

背景技术

在飞行器中使用的当代发动机产生大量的热，必须以某种方式将所述热从发动机中转移出去。热交换器提供将热从此类发动机中转移出去的方式。例如，热交换器可围绕发动机的一部分布置成环状。

可使用油来消散来自例如发动机轴承、发电机等的发动机部件的热。热可通过气冷式油冷却器，且更确切地说，表面气冷式油冷却器系统，从油对流地转移至空气，以将油温维持在从大致100℉到300℉的所要范围。在许多情况下，环境温度可低至-65℉。为了在冷却油时利用最宽泛的温度间隙，可将油导引到所安装的热交换器以具有与环境的最大对流接触。

发明内容

一方面，本发明涉及一种用于飞机发动机的冷却器，所述冷却器包括一体式整体主体，所述一体式整体主体具有在所述主体内的一组流体通道。冷却器包括具有入口和出口的歧管连接，且包括流体连接一组流体通道中的至少一些的一组返回歧管。冷却器包括一组散热片。一体式整体主体被配置成在飞机发动机中使用。

另一方面，本发明涉及一种形成热交换器的方法。所述方法包括将一组立体光刻部件连接到底板，其中所述一组立体光刻部件包括一组返回歧管和一组流体通道通路结构。所述方法进一步包括在底板的暴露表面和一组立体光刻部件的外表面上方电铸金属层。所述方法进一步包括移除一组立体光刻部件，以界定具有一体式整体主体的热交换器，所述一体式整体主体具有一组流体通道，所述一组流体通道中的至少一些通过一组返回歧管流体连接。

在又一方面中，本发明涉及一种包括一体式整体主体的热交换器。一体式整体主体包括：在主体内的一组流体通道，其中所述一组流体通道中的至少一个流体通道包括热增强结构、具有入口和出口的歧管连接，以及流体连接所述一组流体通道中的至少一些的一组返回歧管；以及一组散热片。

具体地，本申请技术方案1涉及一种用于飞机发动机的冷却器，其包括：一体式整体主体，其包括在所述一体式整体主体内的一组流体通道、具有入口和出口的歧管连接、流体连接所述一组流体通道中的至少一些的一组返回歧管，以及一组散热片。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的冷却器，所述一体式整体主体包括表面气冷式油冷却器。

本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的冷却器，所述一体式整体主体布置成将热从受热流体传递到流经所述飞机发动机的旁路管道的空气。

本申请技术方案4涉及根据技术方案3所述的冷却器，其进一步包括安装支架，所述安装支架配置成将所述冷却器安装到所述飞机发动机。

本申请技术方案5涉及根据技术方案2所述的冷却器，所述一体式整体主体包括具有不同材料特性的区。

本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的冷却器，相比于所述整体主体的第二部分，所述一体式整体主体邻近所述一组流体通道的部分具有增强的导热性。

本申请技术方案7涉及根据技术方案6所述的冷却器，相比于所述一体式整体主体邻近所述一组流体通道的所述部分，所述一组返回歧管具有增强的抗拉伸强度。

本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的冷却器，所述一组流体通道中的至少一个流体通道包括热增强结构。

本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的冷却器，所述热增强结构包括沿着所述至少一个流体通道的长度的至少一部分延伸的肋条。

本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的冷却器，所述一组散热片中的至少一个散热片包括具有散热孔或防护罩中的至少一个的主体。

本申请技术方案11涉及根据技术方案10所述的冷却器，所述防护罩包括从所述至少一个散热片的至少一个远端部分延伸的侧部。

本申请技术方案12涉及一种形成热交换器的方法，其包括：提供底板；将一组立体光刻部件连接到所述底板，其中所述一组立体光刻部件包括一组返回歧管和一组流体通道通路结构；在所述底板的暴露表面和所述一组立体光刻部件的外表面上方电铸金属层；以及移除热交换器，所述一体式整体主体具有一组流体通道，所述一组流体通道中的至少一些经由所述一组返回歧管流体连接。

本申请技术方案13涉及根据技术方案12所述的方法，所述一组立体光刻部件进一步包括一组散热片结构。

本申请技术方案14涉及根据技术方案12所述的方法，所述一组立体光刻部件进一步连接到经机械加工的歧管段。

本申请技术方案15涉及根据技术方案12所述的方法，所述金属层包括具有不同材料特性的区。

本申请技术方案16涉及根据技术方案15所述的方法，相比于所述热交换器的另一部分，所述一组流体通道通路结构具有增强的导热性。

本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的方法，相比于所述一组流体通道通路结构，所述一组返回歧管具有增强的抗拉伸强度。

本申请技术方案18涉及一种热交换器，其包括：一体式整体主体，其包括：在所述一体式整体主体内的一组流体通道，其中所述一组流体通道中的至少一个流体通道包括热增强结构；具有入口和出口的歧管连接；流体连接所述一组流体通道中的至少一些的一组返回歧管；以及一组散热片。

本申请技术方案19涉及根据技术方案18所述的热交换器，相比于所述整体主体的第二部分，所述一体式整体主体邻近所述一组流体通道的部分具有增强的导热性，且相比于所述整体主体邻近所述一组流体通道的所述部分，所述一组返回歧管具有增强的抗拉伸强度。

本申请技术方案20涉及根据技术方案18所述的热交换器，所述一组散热片中的散热片包括具有从所述散热片的至少一个远端部分延伸的侧部的主体。

附图说明

在附图中：

图1是根据本文中所描述的各个方面的包括具有安装的热交换器的罩的涡轮发动机组合件的示意图。

图2是根据本文中所描述的各个方面的可包括在图1的涡轮发动机组合件中的热交换器的透视图。

图3是图2的热交换器的分解图。

图4是根据本文中所描述的各个方面的跨越图2的IV-IV段截得的图2的热交换器的横截面图，其说明设置于在热交换器中设置的流体通道的内部中的热增强结构。

图5是说明一组散热片的图2的热交换器的底部的透视图。

图6是根据本文中所描述的各个方面的具有散热孔且通过防护罩互连的图5的两个散热片的透视图。

图7是根据本文中所描述的各个方面的图2的热交换器的透视图，其说明穿过热交换器且将热交换器分隔成具有不同材料特性的区的流动路径。

图8是图2的热交换器的透视图，其中两个安装支架在热交换器的任一侧周围分解以安装热交换器。

图9是安装到用于形成图2的热交换器的经机械加工元件的牺牲模具的透视图。

图10是根据本文中所描述的各个方面的具有用于形成流体通道的一组凹槽的一个杆条的透视图，所述流体通道具有图2和4的热增强结构。

图11是说明形成图2的热交换器的方法的流程图。

图12是根据本文中所描述的各个方面的用于利用多个阴极电铸呈图2的热交换器形式的部件的示意的示范性电镀槽的透视图。

图13是图11的方法所利用的底板的示意性截面图。

图14是图13的底板的示意性截面图，其中牺牲模具形式(sacrificial moldforms)连接到底板。

图15是图14的底板和牺牲模具形式的示意性截面图，包括电铸在底板和牺牲模具形式上方以形成整体主体的金属层。

图16是移除牺牲模具形式的图15的整体主体的示意性截面图。

图17是说明用于形成图16的部件的脉冲电流的曲线图。

图18是说明用于形成图16的部件的反向脉冲电流的曲线图。

具体实施方式

本文中所公开的实施例涉及热交换器，且更具体地说，涉及对流冷却式热交换器，其利用沿着一个或多个散热片传递的流体冷流冷却热交换器内的热流体。热交换器可沿着例如飞机发动机的发动机中的罩安装，其中空气流可提供冷却流。示范性热交换器可用于提供高效冷却。另外，如本文中所使用的术语“热交换器”可与术语“冷却器”或“表面冷却器”互换地使用。另外，如本文中所描述的热交换器说明部件的示例性整体主体。应了解，以示例性形式将整体主体说明为热交换器，但整体主体可涵盖广泛多种部件。如本文中所使用，热交换器适用于各种类型的应用，例如但不限于涡轮喷气发动机、涡轮风扇、涡轮推进发动机、飞机发动机、燃气涡轮、蒸汽涡轮、风力涡轮和水力涡轮。如本文中所使用，“一组”可包括任何数目个元素，包括仅一个。如本文中所使用的“一体式整体主体”或“整体主体”是指单个不可分开件的单个主体。

传统的热交换器和热交换器组件复杂且可能包括多个互连部分。此类热交换器可能较为昂贵且为劳动密集型的，同时需要大量的维护。类似地，目前的热交换器并不适于优化热传递表面处的热传递，也不适于优化与热传递表面间隔开的区域处的强度。

另外，本文中所公开的实施例涉及具有被分成具有不同材料特性的不同区的整体主体的部件。尽管所描述的部件涉及涡轮发动机的热交换器，但是应了解，部件不限于此，且尤其是在希望具有不同材料特性的整体部件时可为用于多个不同系统、实施方案或用途的部件。

热交换器的各方面具有改善的设计，且使得热传递改善，同时调整热交换器以改善局部所要区域处的热传递，并提高其它局部所要区域处的强度。因为热交换器可被配置成用于在飞机发动机的油冷却系统中使用，图1提供其中可使用本发明的实施例的环境的简要解释。更具体地说，图1说明具有界定发动机中心线12的纵向轴线的示范性涡轮发动机组合件10。涡轮发动机16、风扇组合件18和机舱20可包括在涡轮发动机组合件10中。涡轮发动机16可包括具有压缩机24、燃烧段26、涡轮28和排气口30的发动机核心22。内机罩32径向围绕发动机核心22。

为了清楚起见，已切除机舱20的部分。机舱20围绕包括内机罩32的涡轮发动机16。以此方式，机舱20形成径向围绕内机罩32的外机罩34。外机罩34与内机罩32间隔开以在内机罩32与外机罩34之间形成环形通道36。环形通道36表征、形成或以其它方式界定喷嘴和大体上从前至后的旁路气流路径。具有环形前罩40和后罩42的风扇罩组合件38可形成由机舱20形成的外机罩34的部分，或可经由支撑杆(未示出)从机舱20的部分悬挂下来。

在操作中，空气流过风扇组合件18，且气流的第一部分44通过压缩机24用通道输送，其中气流被进一步压缩且传送到燃烧段26。来自燃烧段26的燃烧(未示出)的热产物用于驱动涡轮28，且因此产生发动机推力。环形通道36用于绕过从在发动机核心22周围的风扇组合件18排出的气流的第二部分46。

涡轮发动机组合件10可呈现独特的热管理挑战，且热交换器组合件50可附接到涡轮发动机组合件10上以辅助经由从风扇组合件18排出的气流的第二部分46通过对流热传递耗散热。在示范性实施例中，热交换器组合件50可安装到环形风扇罩52且以可操作方式连接到环形风扇罩52，所述环形风扇罩52具有形成外机罩34的内部部分的环形周边壁54。在一个非限制性实例中，设置在风扇罩52处的热交换器可为表面气冷式油冷却器。因而，热交换器50可布置成将热从穿过表面气冷式油冷却器的受热流体传递到流经形成为环形通道36的旁路管道的空气。

在非限制性实例中，风扇罩52可为风扇罩组合件38，或前罩40或后罩42。应了解，风扇罩52可为任一罩区域，使得罩围住为由风扇罩组合件38界定的环形管道的部分的任一结构硬件。因此，热交换器50可在沿着由罩组合件38界定的管道的任一位置处连接到风扇罩52。虽然表面冷却器50已被说明为在风扇组合件18的下游，且安装到风扇罩52的后部部分，但也预期，热交换器50可替代地在风扇组合件18的上游，或在沿着外机罩34或风扇罩52的任一位置处。更进一步，虽未说明，但热交换器50可位于邻近内机罩32处。因而，应理解，热交换器50可定位在沿着环形通道36的轴向长度的任何位置。

在图2中，热交换器50说明为包括歧管60，所述歧管60具有包住入口管道64和出口管道66的壳体62。一体式整体主体68可包括在热交换器50中，并界定第一表面70和第二表面72。整体主体68可被配置成在飞机发动机中使用，或者可用于任何合适的热交换器实施方案。

第一歧管连接74和第二歧管连接76包括在整体主体68中。第一歧管连接74在入口管道64处将歧管60连接到整体主体68，且第二歧管连接76在出口管道66处将整体主体68连接到歧管60。应了解，尽管入口管道64和出口管道66表示流动方向，但是第一歧管连接74和第二歧管连接76可以任何组织形式设置，以提供在任何方向上到整体主体68的流动。此外，尽管说明为两个单独的歧管连接74、76，但是应理解，预期任何数目包括单个歧管连接。

一组流体通道82包括在整体主体68中，且此类通道的表面可至少部分地界定第一表面74的形状。一组流体通道82可被分隔成与第一歧管连接74对齐的第一组流体通道84和与第二歧管连接76对齐的第二组流体通道86。通路80可形成于整体主体68内、第一组流体通道84和第二组流体通道86之间。或者，预期整体主体68可形成为不具有通路80。

一组返回歧管88包括在整体主体68中，且可流体地连接流体通道82中的至少一些，例如流体地连接第一组流体通道84与第二组流体通道86。示范性热交换器50包括三个返回歧管88。应了解，可利用任何数目个返回歧管，包括一个或多个，并且歧管可具有任何合适的形状和任何数目个流体连接。

一组散热片90也可包括在整体主体68中。所述一组散热片90可从第二表面72延伸。在一个非限制性实例中，第二表面72可为平坦的，以提供均匀表面，从而用于延伸散热片90。一组散热片90可包括设置在散热片90上的一个或多个防护罩92。防护罩92可在一个或多个邻近散热片90之间沿着散热片90部分或完全地延伸。因而，预期防护罩92的任何组织。一个或多个散热孔94可在散热片90中形成。散热孔94可从散热片90的任一侧延伸。另外，预期散热孔94设置在防护罩92上。此外，在非限制性实例中，预期散热片90可包括额外的几何结构，例如小翼或螺旋形肋条。

支撑托架96可以可操作方式连接到歧管60，从而相对于整体主体68支撑歧管60。支撑托架96可形成为整体主体68的部分，或可为连接到整体主体68的单独元件。

图3中的分解图更好地说明热交换器50的元件。应了解，尽管说明为分解的组合件，但是一体式整体主体68包括第一歧管连接74和第二歧管连接76、一组流体通道82、返回歧管88和散热片90作为一体式整体元件，并且仅是为了促进对整体主体68的具体部分的理解而分解。

如模拟分解图中所更好地说明，第一歧管连接74包括调适成经由(例如)直接离子金属沉积连接到歧管60的入口管道64的入口100。第二歧管连接76上的出口102调适成以类似方式连接到歧管60的出口管道66。或者，入口100可设置在第二歧管连接76上，且出口102可设置在第一歧管连接74上，这由通过热交换器50的流动方向限定。一组开口104可在第一歧管连接74和第二歧管连接76中形成，其与一组流体通道82互补以将入口100和出口102流体地连接到一组流体通道82。类似地，一组开口106可设置在返回歧管88上，其与一组流体通道82互补以将返回歧管88流体地连接到流体通道82。

在示范性说明中，返回歧管88可被分隔成第一返回歧管110、第二返回歧管112和第三返回歧管114，其中每一返回歧管88具有入口端116和出口端118。第一返回歧管110可为基本平坦的，而第二返回歧管112可具有一组第一斜坡120，且第三返回歧管114可具有在与第一斜坡相反的方向上延伸的一组第二斜坡122。第一斜坡120可将第二返回歧管112定位在第一返回歧管110上方，且第二斜坡122可将第三返回歧管114定位在第一返回歧管110下方。因而，返回歧管88的所需纵向程度被最小化，从而节省了空间。此外，歧管用于维持几乎均匀的流动分布和相关的压降。如图所示，每一入口端116和出口端118可包括四个开口106，但是预期开口106的数目与流体通道82的数目互补。在一个替代性实例中，整体主体68可包括两个返回歧管88，每一返回歧管在入口端116和出口端118处具有六个开口。应了解，返回歧管88的数目可经调适以最小化与在第一组流体通道84和第二组流体通道86之间使流体转向相关的压力损失。利用三个歧管88使得穿过单独通道的流动更均匀，这可通过使歧管88的长度保持几乎相等来实现。通过使穿过所有流体通道的流速维持几乎相等，所维持的流动的均匀性有助于平衡通道的流动，以及每一通道的相关对流热传递。类似地，将返回歧管88分成多个部分可使得返回歧管88的强度增加。应了解，改变返回歧管88的数目可用于针对具体热交换器50平衡最小化压力损失、流动效率和一体式强度。

另外，一组流体通道82中的通道的数目可与单独的流体通道82的体积或截面积相平衡，以基于通过热交换器50的必需流动速率而最大化热传递效率。返回歧管88的数目可根据一组流体通道82的需要而调整。一组流体通道82被说明为示范性圆柱形通道，其具有圆形横截面轮廓。圆形横截面轮廓更适合于流体通道82的环向应力效率。圆柱形管对于分散应力和准许壁厚减小以最小化总体部件重量来说是最有效的。或者，预期任何横截面形状或面积。此类横截面形状或面积可调适成最大化来自穿过一组流体通道82的流体的热传递。在非限制性实例中，此类大小设定可基于预期流动速率或局部温度。

支撑托架96的第一臂130和第二臂132形成用于安放歧管60的支座134。支腿136从支座134延伸。为了将歧管60安装到整体主体68上或在相对于支撑托架96形成整体主体68期间，支腿136的大小可设定成适配在通路80内。虽然未示出，但是第一臂130或第二臂132可视需要包括用于在未与整体主体68成一体式时将支撑托架96机械紧固到歧管60上的孔口。

图4示出跨越图2的段IV-IV截得的一组流体通道82的截面图。一组小翼140可从散热片90的一个端部延伸。小翼140可形成为散热片90的三角形延伸部。例如，小翼140可定位在散热片90的下游端部上，以用于增加由散热片90、散热孔94或防护罩92产生的热交换器50下游的局部紊流。如图所示，散热孔94沿着散热片90的几乎整个长度设置。在替代性实例中，预期散热孔94仅沿着散热片90的一部分设置，或组织成基于邻近散热片90、防护罩92或其它散热孔94所产生的紊流和混合流动模式来最大化热传递。此外，额外或替代性增强特征可沿着热交换表面设置在散热片90上，以产生局部紊流并破坏边界层，从而增加对流热传递。可利用如本文中所描述的电铸方法形成任何此类几何结构或促进对流热传递改善的额外复杂的几何结构，其中传统的工装较为昂贵或不可能进行。

热增强结构144可在一组流体通道82中的一个或多个中形成。热增强结构144示出为一组半螺旋形肋条146。肋条146可沿着流体通道82的长度的至少一部分延伸。视需要，肋条146可形成为沿着流体通道82的长度延伸的单个连续螺旋形肋条。在额外的替代性实例中，热增强结构可为锯齿形物、凸块、突出部、隆凸、紊流器，或意图增强穿过流体通道82的流动的任何类似结构。或者，预期热增强结构144可形成到流体通道82的壁中的负特征(negative feature)，从而增强穿过流体通道82的流体流动。尽管示出为在所有流体通道82中，但是热增强结构144可在至少一个流体通道82上形成。此类热增强结构144可调适成提高整体主体68的部分内的热传递，同时平衡添加到热交换器50上的重量。例如，可每隔一个流体通道82设置热增强结构。在又另一实例中，热增强结构144可设置在整体主体68的中心附近，其中热可更易于聚集。

现参考图5，热交换器50的仰视图更好地说明了沿着第二表面72组织的散热片90。散热片90延伸的方向可与一组流体通道82的方向正交。尽管示出了十八个散热片90，但是还预期任何数目的散热片90。散热片90的间距可调适成最大化穿过散热片90的热传递和气流。

散热片90可具有主体154。防护罩92形成散热片90的侧部150，且可形成于散热片90的主体154的远端152处，同时与第二表面72间隔开并跨越两个散热片90。防护罩92用于包括穿过散热片90的流体流，从而防止流穿过散热片90的远端152从歧管主体68流出。防止流流出增加了散热片90的效率。尽管防护罩92示出为仅覆盖散热片90的一部分，但是应了解，防护罩92可沿着散热片90的任何长度在任何位置延伸，并且可跨越呈任一组织形式的多个横向散热片90。另外，预期防护罩92仅连接到单个散热片90。通过利用多个防护罩92，散热片90可调适成最大化效率，同时最小化重量。

现参考图6，说明通过两个防护罩92互连的两个分离的散热片90。尽管说明为与整体主体68分离，但是应理解，散热片90形成为整体主体68的部分，且说明为与其分离是为了促进对散热片90的理解。

开口160可在散热孔94中形成。开口160可准许流体流穿过散热孔94到散热片90的另一侧。开口160用于形成供流体穿过散热片90的非线性流动路径，从而提高沿着散热片90的热传递系数。散热孔94进一步提供增大的表面区域以改善从散热片90的热传递。尽管所有散热孔94如所说明地沿着散热片90的一侧延伸，其中开口160全部朝向同一侧定向，但是应了解，散热孔94可在散热片90的任一侧上或在散热片90的两侧上延伸。在一个非限制性替代性实例中，散热孔94可组织成在散热片90的任一侧上穿过开口160来回移动流。

在替代性实例中，散热片90可包括任一形状的散热孔94，其具有或不具有开口160。在非限制性实例中，散热孔94可形成为从主体98延伸的替代性元件，例如紊流器、凸块或额外散热片，以影响沿着散热片90传递的流体流。

图7说明穿过热交换器50而界定的流动路径170。传递到歧管60的流体172的受热流可进入入口管道64，并传递到第一歧管连接74中。第一歧管连接74可沿着加宽位置分散受热流体172，并穿过开口104到第一组流体通道84中。受热流体172沿着第一组流体通道84传递。来自受热流体172的热可传递到整体主体68中，并且进入散热片90。冷流体174的流，例如穿过涡轮发动机的旁路段的空气流，可穿过散热片90，并对流冷却从流体172的流传递到散热片90的热。尽管被描述为受热流体172和冷流体174，但是受热流体172不必为高温流体，且冷流体174不必为低温的。受热流体172仅需要比冷流体174热，且冷流体172仅需要比受热流体172冷，以促进通过热交换器50的热传递。

受热流体172的流离开第一组流体通道84，并传递到返回歧管88中，且转向穿过返回歧管以传递到第二组流体通道86中。在第二组流体通道86内，流体172的受热流内的额外热可传递到散热片90中，其中穿过散热片90的流体174的流可进一步以对流方式去除从一组流体通道82传递的热。现在已通过热交换器50经由散热片90冷却的流体172的受热流可传递到第二歧管连接76中。第二歧管通道76可用于汇聚流体172的流以通过歧管60中的出口管道66排出流体172的流。

整体主体68可被分隔成具有不同材料特性的区。示范性材料特性可包括使得抗拉伸强度增加的增加的硬度，或增加的导热性。在非限制性实例中，替代性特性可包括提高的导电性、熔点、表面硬度、耐磨性、防腐蚀性或热膨胀速率。此类示范性特性可为如本文中所描述的电铸整体主体68的结果。

热交换器50的第一区180可界定在一组流体通道82和散热片90处。相比于沿着整体主体68邻近散热片90的第二区182，整体主体68的第一区180可具有增加的导热性。整体主体68的第二区182可包括一组返回歧管88及第一歧管连接74和第二歧管连接76。相比于第一区180，即一组流体通道82和散热片90，第二区182可包括增加的硬度或增加的抗拉伸强度。另外，预期第一区180中的流体通道82可具有增加的抗拉伸强度，且具有降低的导热性，从而准许更大数量的热传递朝向散热片90以供对流去除。具有包括带有例如增加的抗拉伸强度或导热性等不同材料特性的多个区的热交换器可提供一种可局部调整的热交换器，从而最大化热传递区域处的导热性，同时最大化需要增加的强度的其它区域处的部件强度。此外，利用所述区可最大化效率，同时平衡发动机重量。提高的导热性可提高热交换器效率，而提高的强度可最小化所需维护并增加部件使用寿命。图8说明从热交换器50分解的一组安装支架190。安装支架190包括主体192，所述主体192具有一对支柱194和凹槽196。耐磨材料198可设置在凹槽196中以界定狭槽200。在一个非限制性实例中，耐磨材料198可为聚醚醚酮(polyether ether ketone，PEEK)。类似地，耐磨材料198可抗振，以减弱在操作期间向热交换器50或从热交换器50传递的任何可操作振动。狭槽200可定形成收纳整体主体68以将热交换器50固定到安装支架190。在一个非限制性实例中，在组装期间，安装支架190可利用一个或多个紧固件安装到图1的风扇罩组合件38。

参考图9，立体光刻部件210的组合件可安装到包括底板222和歧管60的经机械加工部分上。安装到底板222和歧管60上的立体光刻组合件可用于电铸图1到8的热交换器50。

立体光刻部件组合件210包括第一歧管连接结构212、第二歧管连接结构214、一组流体通道通路结构216、一组返回歧管结构218和一组散热片结构220，它们分别调适成形成包括图2的第一歧管连接74、第二歧管连接76、一组流体通道82、返回歧管88和散热片90的整体主体68。预期立体光刻部件组合件210中的至少一些可形成为单个一体式元件，或可通过集成单独的结构进行组合。视需要，立体光刻部件组合件210可包括支撑托架结构208，所述支撑托架结构208调适成形成支撑托架96作为整体主体68的部分。在一个非限制性实例中，立体光刻部件组合件210可为充当牺牲模具的增材制造塑料形式。

底板222可连接立体光刻部件组合件210。在一个非限制性实例中，底板222可由铝制成，但是还预期额外的金属材料，例如镍。板凹槽224可在底板222中于一组流体通道通路结构216之间形成，其调适成收纳支撑托架结构208。

在最终电铸过程期间，第一歧管连接结构212和第二歧管连接结构214可插入模制到歧管60上，并通过所沉积金属在组合部分的表面上包覆模制进行接合。应理解，歧管60并不是立体光刻部件组合件210的部分，并且在一个非限制性实例中可以由经机械加工的铝形成，且在第一歧管连接结构212和第二歧管连接结构214处连接到立体光刻部件组合件210。或者，预期歧管60可用于形成立体光刻部件组合件210的部分。

一组杆条226可形成一组流体通道通路结构216。一组杆条226可安装在第一歧管连接结构212和第二歧管连接结构214与一组返回歧管结构218之间，且定位于底板222上。杆条226可包括至少部分地布置在杆条226周围的凹槽230。参考图10，凹槽230可以螺旋形方式仅布置在杆条226的部分232上。部分232可覆盖例如杆条226的下三分之一234。螺旋形凹槽230可调适成形成图4的热增强结构144。替代性凹槽可为通路、锯齿形物、麻点或具有成形为杆条226的任何几何结构的任何结构，其覆盖杆条226的任一部分。或者，预期凹槽230可为正元件，其从杆条226向外延伸，而不是到杆条226中。因而，图4的所得热增强结构144将为形成到一组流体通道82的壁中的负特征。

参考图11，描述一种利用立体光刻部件210、底板222和歧管60形成热交换器50的方法250。方法可包括提供底板，例如底板222。在252处，方法250可包括将一组立体光刻部件连接到底板，其中所述一组立体光刻部件包括一组返回歧管和一组流体通道通路结构。底板、一组返回歧管和一组流体通道通路结构可为如图9中所描述的底板222、一组返回歧管218和一组流体通道通路结构216。另外，一组立体光刻部件可进一步包括一组散热片结构，例如图9的一组散热片结构220。在方法250中，一组立体光刻部件可进一步连接到经机械加工的歧管段，例如如本文中所描述的歧管60。在一个实例中，歧管段可由经机械加工的铝制成。

在254处，方法250可进一步包括在底板222或歧管60的暴露表面和任何其它部件的上方电铸金属层，所述任何其它部件例如一组立体光刻部件的外表面。预期在电铸之前，暴露表面可进行预处理以清洁暴露的金属表面，从而用于沉积带电荷金属离子。初始金属层可在暴露表面和立体光刻部件上方形成，以便促进电铸，例如在电铸之前将无电极电镀作为化学过程使用。在一个非限制性实例中，电铸可为增材制造，例如电沉积。一个替代性实例可包括电镀。此类电沉积可用于由铝合金形成金属层，但是还预期其它合金。在一个非限制性实例中，金属层可由铝(Al)和锰(Mn)制成，例如Al₆Mn。利用电沉积控制包括在金属层中的Mn的量可用于形成具有不同材料特性的区，例如图7的区180、182。例如，更小量的Mn可使得合金具有更小硬度，同时具有增加的导热性，这与具有增加的硬度的部分相反。或者，更大含量的Mn可提供高得多的硬度，同时具有最小导热性。基于Mn的含量，在电铸热交换器50期间Mn的含量可为某一区，例如图7的第一区180，提供增加的硬度，或者为某一区，例如图7的第二区182，提供降低的硬度，同时具有提高的导热性。因而，区可具有不同材料特性，例如产生提高的抗拉伸强度的增强的硬度，或增强的导热性。在替代性实例中，电沉积可用于电铸金属层以具有额外的材料特性，例如非限制性实例中的增加的或降低的导电性、熔点或热膨胀速率。在一个非限制性实例中，电铸的金属层可具有在0.030和0.050英寸之间的壁厚，所述壁厚比典型热交换器组合件的典型壁厚薄。

在256处，方法250可进一步包括移除一组立体光刻部件，以界定具有一体式整体主体的热交换器，所述一体式整体主体具有一组流体通道，所述一组流体通道中的至少一些通过一组返回歧管流体连接。在一个非限制性实例中，立体光刻部件的移除可通过热冲洗或化学蚀刻实现。

现参考图12，示范性电镀槽280载有单一金属组分溶液282。在一个非限制性实例中，单一金属组分溶液282可包括载有锰离子的铝合金。在一个替代非限制性实例中，单一金属组分溶液282可包括载有合金离子的镍合金。立体光刻部件284设置在电镀槽280中。在一个实例中，立体光刻部件284可表示用于形成如本文中所描述的整体主体68的立体光刻部件组合件210。立体光刻部件284可连接到由铝制成的底板286，例如如所描述的图9的底板222。立体光刻部件284可包括外表面288，所述外表面288类似于本文中所描述的图14的外表面270，同时底板286可具有未被立体光刻部件284覆盖的暴露表面。

与阴极292间隔开的三个阳极290设置在电镀槽280中。阳极290可为牺牲阳极或惰性阳极。尽管示出了三个阳极，但是电镀槽280可包括任何数目个阳极290，包括一个或多个。立体光刻部件284可形成具有导电材料的阴极292。当部件284的牺牲模具最低限度地导电或不导电时，可向外表面288提供导电喷射或类似处理，以促进阴极292的形成。尽管说明为一个阴极292，但是应了解，预期一个或多个阴极。

在一个非限制性实例中可由塑料制成的第一屏障遮罩300可定位于立体光刻部件284上方，从而将立体光刻部件284分成在第一屏障遮罩300的一侧上的第一区294和在第一屏障遮罩300的另一侧上的第二区296。第二屏障遮罩302可在带式位置定位于立体光刻部件284周围，从而将立体光刻部件的顶部处的第一区294和第二区296与立体光刻部件284下方的第三区298分开。屏障遮罩300、302是不导电元件。可在每一区294、296、298中放置一个阳极290，所述阳极290与立体光刻部件284间隔开。利用屏障遮罩300、302分隔阳极290可用于通过分离电解质来控制金属组分溶液282中合金离子的局部含量。

可包括电源的控制器310可通过电气管道312电连接到阳极290和阴极292，以经由导电金属组分溶液282形成电路。视需要，可沿着电气管道312在控制器310和阳极290与阴极292之间包括开关314或子控制器。开关314可选择性地向单独的阳极290供电，从而有效地将控制器310分成延伸到多个阳极290的多个电源。或者，预期开关314形成以通信方式连接到控制器310来为阳极290和阴极292中的每一个提供单独功率的单独的多个电源314，这与利用共同电源相反。

在操作期间，电流可从阳极290供应到阴极292，以在立体光刻部件284和底板286处电铸整体主体。在电流的供应期间，来自单一金属组分溶液282的铝和锰形成金属层，例如在图15和16中描述的金属层274，以在立体光刻部件284上方形成整体主体。

单独的阳极290在单独的区294、296、298内的位置可用于具体地控制整体主体的形成。例如，利用控制器310或开关314来选择性地操作阳极290可用于局部地确定整体主体的含量和形成，从而可用于局部地确定整体主体的材料特性。

图13说明形成整体部件中的一个步骤，例如图12的步骤，并且可呈如本文中所描述的热交换器的示范性形式，但是应理解，方法可用于形成具有不同材料特性的任何部件且不限于如所描述的热交换器。电沉积组合件258的示意性部分可包括底板222或由金属材料制成的任何合适的底板，所述金属材料例如一个非限制性实例中的经机械加工的铝。底板222可具有可为平坦的第一侧面260和具有一组延伸部264的第二侧面262。现参考图14，以短划线说明的一组经3D打印的牺牲模具形式可连接到底板222。一组牺牲散热片形式266可沿着第一平坦侧面260布置，且一组流体通道形式268可沿着第二侧面262在延伸部264之间布置。牺牲模具266、268与底板222的暴露部分组合可形成外表面270。应了解，牺牲模具266、268可仅覆盖底板222的一部分，而剩下底板222的暴露表面272。在一个非限制性实例中，牺牲模具266、268可通过增材制造由塑料形成。牺牲模具形式(sacrificial moldforms)可通过任何合适的增材制造或3D打印方法制得，或可通过任何其它合适的方法制得，例如模制或挤塑。在其中通过电沉积形成的部件是复杂部件的实例中，可能需要通过3D打印形成牺牲模具形式，以实现适于形成复杂部件的复杂构造。

在图15中，可在塑料形式266、268的外表面270和底板222的暴露表面272周围形成金属层274。尽管金属层274已经说明为分开界定的层，但是应理解，金属层274可通过电沉积形成，并且可形成部件的整体或一体式部分。金属层274可利用局部阳极，例如图12的那些局部阳极来形成，而电沉积组合件258的暴露金属部分可形成阴极。为了促进在牺牲模具266、268周围形成金属层274，类似材料的金属喷射可被施加到牺牲模具266、268。在一个非限制性实例中，金属层274可由铝合金制成。

在图16中，牺牲模具266、268已经移除以在底板222周围形成整体主体276，所述整体主体276可为如本文中所描述的整体主体68。所移除的牺牲模具266、268可通过任何合适的方法移除，例如热冲洗或化学蚀刻。在第一非限制性实例中，所移除的牺牲散热片形式266可形成图2的散热片90，且在另一非限制性实例中，所移除的牺牲通道形式268可形成图2的一组流体通道82。

现参考图17，曲线图320说明脉冲电流波形，其具有包括接通周期324和断开周期326的周期性循环322。利用脉冲电流，可在接通周期324期间以预定电流密度向一个或多个阴极供应电流达一时间段，并接着针对断开周期326停止电流达预定时间量。电流的供应和终止的周期性循环322可在预定时段内重复。周期性循环322可表示在电铸整体部件时电流到图12的阳极290中的一个或多个的供应。利用脉冲电流波形，可在各种区，例如图12的区294、296、298邻近处使用例如图12的阳极290的多个阳极。使用多个阳极290提供相对于共阴极电位的波形。

现参考图18，曲线图330说明具有周期性循环332的脉冲反向电流波形。限定以特定电流密度供应负电流的接通周期334和不供应电流的断开周期336，它们形成周期性循环332。周期性循环332可表示在电铸整体部件时电流从图12的阳极290到阴极292的供应，且可以与也可以不与图17的脉冲电流波形组合使用。

图17的脉冲电流波形或图18的脉冲反向电流可用于在图12的电镀槽280中产生电场，以经由电泳电铸整体部件。利用脉冲电流或反向脉冲电流，结合例如流体温度的其它变量，可用于影响粒度以及整体主体的金属层的分子组织。在其中图12的单一金属组分溶液282包括具有锰离子的铝的实例中，脉冲电流、反向电流、调制电流、电流量或屏障遮罩的位置可用于使所电铸的整体部件上的锰离子的局部含量变化。这些参数以及额外参数可进行变化以控制所电铸的部件中的锰的量以及分子结构，例如结晶或准晶体构造。使用具有多个电源的多个阳极290可用于分开地控制在单独的区294、296、298内的锰的局部量，以局部调整部件的所述区内的不同材料特性。

例如，0到7.5％含量的锰可使得合金具有在15到7微米(μm)范围内的晶粒尺寸(grain sizes)，从而形成使得硬度在从大约1.0到2.8吉帕斯卡(GPa)的晶体结构。类似地，含量为从8.2到12.3和13.6到15.8的Mn可提供小得多的在10到25纳米(nm)的范围内的晶粒尺寸，同时具有在4.8和5.5GPa之间的高得多的硬度。在电铸热交换器50期间的Mn含量可为某一区提供增加的硬度，或者提供降低的硬度，以及增加的导热性。相比于具有增加的硬度的区，具有降低的硬度的区可具有增加的导热性和增加的导电性，例如通过以0到7.5％的锰形成的晶体结构。因而，应了解，控制用于形成整体部件的锰的量可用于确定局部材料特性，例如产生提高的抗拉伸强度的增强的硬度，或增强的导热性。尽管相对于铝和锰进行描述，但是应了解，预期替代性金属合金。修改离子在此类替代性合金溶液中的含量可调适成使特定部件的不同金属特性变化。

利用具有对共阴极的多个电源的多个阳极可用于局部地控制锰的含量来调整部件以在不同区中具有不同材料特性。例如图17的脉冲电流或图18的反向脉冲反向电流的参数的变化，以及其它变量，例如阴极的数目、多个电源、在控制器310内界定的函数产生器、电流取样器(current thieves)、池温度或屏障遮罩300的定位，可用于通过控制金属层的局部含量或晶体构造而具体地修改或调谐局部材料特性。具体地说，电流取样的使用可用于局部调谐经调制电流密度，而屏障遮罩的位置可用于控制金属合金的局部含量，例如单一金属组分溶液内的锰。

使用多个区阳极、一个或多个阴极、多个电源、电流取样和屏障遮罩使得能够针对相同整体部件界定单独的区，从而准许整体主体具有分散的局部材料特性。在如图4中所描述的热交换器50的实例中，散热片90和一组流体通道82可具有增强的导热性以改善热传递，而歧管连接74、76和返回歧管88可具有提高的抗拉伸强度以增加部件使用寿命并最小化所需维修或维护。

应进一步了解，如本文中所描述的热交换器提供一种完全集成的整体热交换器或表面气冷式油冷却器。整体主体提供减少的总成本、重量、组装过程操作和部件缺陷。制造热交换器的方法可提供由较坚固的铝合金形成的热交换器，所述铝合金的坚固度可比目前的铝合金高达三倍或更多。通过消除对二次成形、机械加工或焊接操作的需要降低了整体主体的制造成本。此外，在不具有此类二次操作的情况下，材料浪费被最小化。

热交换器或通过如本文中所描述的工艺和方法形成的其它部件用于形成复杂的热增强特征，例如如本文中所描述的包括防护罩、散热孔或其它元件的散热片，所述热增强特征不可能利用目前的挤塑或切削工艺形成。改善的散热片提供最小散热片高度，这可减小整体阻力，从而改善比燃料消耗量。防护罩用于防止通过散热片顶部的气流的损失。多达30％到40％的气流可通过散热片之间的通路的顶部离开。防护罩用于最小化这些损失，从而提高整体热交换器效率。类似地，热增强结构实现主体内的改善的热传递。此外，形成具有增加的导热性的整体主体的部分进一步提高了热交换器的效率。

热交换器还包括改善的部件耐用性和长久性，从而实现总成本节省。用于整体主体的电铸合金可提供具有更长部件使用寿命加强型合金，同时减少了所需维护。热交换器的提高的强度可提供比目前设计坚固三倍且延展性未明显损失的合金。提高的强度实现降低的部件厚度，从而减少总重量、质量和成本。

此外，通过如本文中所描述的电沉积方法形成的部件的热交换器可具有局部调整且不同的材料特性，以根据不同的局部需要定制部件，例如非限制性实例中的导热性或结构完整性。

前文已描述热交换器或表面冷却器设备。虽然已关于有限数目个实施例描述本发明，但具有本发明权益的所属领域的技术人员将了解，可设计不脱离如本文中所描述的本发明的范围的其它实施例。虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可用等效物取代其元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可进行许多修改以使特定情形或材料适于本发明的教示。例如，如本文中所描述的热交换器可配置成用于在许多不同类型的飞行器发动机架构中或非飞机实施方案使用，例如但不限于，多线轴设计(额外压缩机和涡轮段)、齿轮涡轮风扇型架构、包括无管道风扇的发动机、单轴发动机设计(单个压缩机和涡轮段)等。因此，希望本发明不限于被公开作为预期用于进行本发明的最佳模式的特定实施例。因此，应理解，所附权利要求书意图涵盖如属于本发明的真实精神的所有此类修改和改变。

在尚未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可按需要彼此组合使用。一个特征未在所有实施例中都说明并不意味着被解释为它不能这样，而是解释为是为了简化描述才这样。因此，必要时可以混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，而无论是否已明确描述所述新的实施例。本发明涵盖本文所描述的特征的所有组合或排列。

此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种用于飞机发动机的热交换器，其包括：

一体式整体单个主体，其包括在所述一体式整体单个主体内的成组流体通道，所述一体式整体单个主体包括具有入口或出口且与多个成组流体通道流体联接的至少一个歧管连接，所述一体式整体单个主体包括流体联接所述成组流体通道中的至少一些的成组返回歧管，且所述一体式整体单个主体包括成组散热片，其中所述一体式整体单个主体至少包括第一区和第二区，其中所述第二区在位置上与所述第一区不同且具有与所述第一区不同的材料特性，其通过所述一体式整体单个主体的金属壁的不同的电沉积局部集中或不同的电沉积结晶成形中的至少一种来实现。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述一体式整体单个主体用作表面气冷式油冷却器。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括安装支架，所述安装支架配置成将所述热交换器安装到所述飞机发动机。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述一体式整体单个主体的限定所述成组流体通道的部分具有增强的导热性。

5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，相比于所述一体式整体单个主体的邻近所述成组流体通道的部分，所述成组返回歧管具有增强的抗拉伸强度。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述成组流体通道中的至少一个流体通道包括热增强结构。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述热增强结构包括沿着所述至少一个流体通道的长度的至少一部分延伸的肋。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述成组散热片中的至少一个散热片包括具有散热孔或防护罩中的至少一个的主体。

9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于，所述防护罩包括从所述至少一个散热片的至少一个远端部分延伸到所述成组散热片中的邻近散热片的侧部。

10.一种形成根据权利要求1所述的热交换器的方法，其包括：

将成组立体光刻部件联接到底板和歧管区段，其中所述成组立体光刻部件包括成组返回歧管、至少一个歧管连接以及成组流体通道通路结构；

在所述底板的暴露表面和所述成组立体光刻部件的外表面上方电铸金属层；以及

移除所述成组立体光刻部件以限定具有一体式整体主体的所述热交换器，所述一体式整体主体具有成组流体通道，所述成组流体通道中的至少一些经由所述成组返回歧管流体联接。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述歧管区段是经机加工的歧管区段。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述金属层包括具有不同材料特性的区。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述成组流体通道通路结构具有增强的导热性。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，相比于所述成组流体通道通路结构，所述成组返回歧管具有增强的抗拉伸强度。

15.一种热交换器，其包括：

单个一体式整体歧管主体，其包括带有金属层的底板，所述底板限定：成组流体通道，具有限定了流体联接至所述成组流体通道的成组入口的第二端和第一端的第一歧管连接结构，以及具有限定了流体联接至所述成组流体通道的成组出口的第二端和第一端的第二歧管连接结构；以及

第二歧管，其具有带入口和出口的主体，所述入口流体联接至所述第一歧管连接结构的所述第一端，并且所述出口流体联接至所述第二歧管连接结构的所述第一端，

其中，所述单个一体式整体歧管主体的限定所述成组流体通道的部分具有增强的导热性。

16.根据权利要求15所述的热交换器，其特征在于，所述单个一体式整体歧管主体还包括成组散热片。

17.根据权利要求15所述的热交换器，其特征在于，所述成组流体通道中的至少一个流体通道包括热增强结构。

18.根据权利要求16所述的热交换器，其特征在于，所述成组散热片包括具有在所述散热片的两个相邻散热片之间延伸的侧部的主体。

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