CN110939517A - 包壳主动间隙控制结构 - Google Patents

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Abstract

提供了一种推进系统，其包括包绕风扇转子组件的壳。壳包括限定第一热膨胀系数(CTE)的外层材料以及内层材料。壳进一步包括设置在外层材料和内层材料之间的联接外层材料和内层材料的弹簧部件。弹簧部件在外层材料和内层材料之间限定的流动通路内联接到外层材料和内层材料中的每一个。弹簧部件限定比第一CTE大的第二CTE。

Description

包壳主动间隙控制结构
技术领域
本主题大体上涉及用于推进系统的主动间隙控制系统。
背景技术
推进系统(诸如用于燃气涡轮发动机或电推进系统的风扇组件)包括在某些不利条件下可能经历硬接触或摩擦周围包壳(containment casing)的风扇转子。为了避免这种不希望的接触，可在风扇叶片的末端和包壳之间限定相对大的间隙。尽管这样的大间隙减轻了不期望的接触，但是由于较大的间隙，它们进一步导致推进系统处的效率和性能损失(例如，增加的燃料消耗)。
因此，需要一种包壳，其减轻与风扇转子的不期望的接触并且改善推进系统的效率和性能。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中阐明，或可从描述显而易见，或可通过实施本发明理解到。
提供了一种推进系统，其包括包绕风扇转子组件的壳。壳包括限定第一热膨胀系数(CTE)的外层材料以及内层材料。壳进一步包括设置在外层材料和内层材料之间的联接外层材料和内层材料的弹簧部件。弹簧部件在外层材料和内层材料之间限定的流动通路内联接到外层材料和内层材料中的每一个。弹簧部件限定比第一CTE大的第二CTE。
在一个实施例中，流动通路限定在外层材料的内表面和内层材料的外表面之间。
在另一个实施例中，弹簧部件设置在流动通路内。弹簧部件直接联接到内层材料和外层材料中的每一个的内表面。
在各种实施例中，推进系统进一步包括第一排放系统，该第一排放系统构造成向壳处的流动通路提供第一流体流。在一个实施例中，第一排放系统在第一压缩机下游限定的推进系统的第二压缩机的上游流体连通。第一流体流相比第二压缩机处或第二压缩机下游的第二流体流限定较低的温度。在另一个实施例中，第一排放系统包括联接到第一压缩机或大气空气源的第一有壁导管。第一有壁导管提供第一流体流与壳内限定的流动通路的流体连通。
在还有各种实施例中，推进系统进一步包括第二排放系统，该第二排放系统构造成向壳处的流动通路提供第二流体流。在一个实施例中，第二排放系统与第一压缩机下游的推进系统的第二压缩机流体连通。第二流体流相比第二压缩机上游的第一流体流限定较高的温度。在另一个实施例中，第二排放系统包括第二有壁导管，该第二有壁导管与第二压缩机和壳内的流动通路流体连通地联接。
在一个实施例中，内层材料限定沟槽，该沟槽设置在风扇转子组件的风扇叶片的径向外侧。沟槽填充有填充材料，该填充材料构造成在由风扇叶片接触时耗散能量。
本公开的另一方面涉及一种用于推进系统处的主动间隙控制的系统。该系统包括包绕风扇转子的壳，其中壳包括限定第一热膨胀系数(CTE)的外层材料以及内层材料，并且其中壳进一步包括在外层材料和内层材料之间限定的流动通路内联接到外层材料和内层材料的弹簧部件。弹簧部件限定比第一CTE大的第二CTE。该系统进一步包括流体装置，该流体装置构造成产生加压流体流。该系统进一步包括有壁导管组件，其在流体装置和壳处流体连通地联接。该系统包括控制器，该控制器构造成执行操作，其中操作包括在流体装置处产生加压流体流；使流体流从流体装置流到壳处的流动通路；以及至少基于流动通路处的流体流的温度来调节壳和风扇转子之间的间隙。
在该系统的一个实施例中，操作进一步包括确定壳的外层材料处的第一温度；确定壳的内层材料处的第二温度；以及至少基于流动通路处的流体流的温度、第一温度和第二温度确定壳和风扇转子之间的间隙。
在另一个实施例中，操作进一步包括至少基于壳处的流动通路处的流体流的期望温度来确定从压缩机区段的何处提取流体流。
在又一个实施例中，操作进一步包括使流体流从压缩机区段的第一压缩机流到壳的流动通路；以及基于来自第一压缩机的流体流增加壳处的推进系统入口区域。
在又一个实施例中，操作进一步包括使流体流从压缩机区段的第二压缩机流到壳的流动通路；以及基于来自第二压缩机的流体流减小壳处的推进系统入口区域。
在还有又一个实施例中，至少基于流动通路处的流体流的温度来调节壳和风扇转子之间的间隙进一步基于与流体流接触的弹簧部件的膨胀和收缩。
本公开的另一个方面涉及一种用于推进系统的包壳处的主动间隙控制的方法。该方法包括经由流体装置产生加压流体流；使流体流从流体装置流到包绕风扇转子组件的壳处的流动通路；以及至少基于流动通路处的流体流的温度来调节壳和风扇转子组件之间的间隙。
在一个实施例中，该方法进一步包括基于与流体流接触的壳处的弹簧部件的期望膨胀和收缩来调节壳处的流动通路处的流体流的温度。
在另一个实施例中，该方法进一步包括确定壳的外层材料处的第一温度；确定壳的内层材料的第二温度；以及至少基于流动通路处的流体流的温度、第一温度和第二温度确定壳和风扇转子之间的间隙。
在又一个实施例中，该方法进一步包括至少基于壳处的流动通路处的流体流的期望温度来确定从流体装置的何处提取流体流。
技术方案1. 一种推进系统，所述推进系统包括：
包绕风扇转子组件的壳，其中所述壳包括限定第一热膨胀系数(CTE)的外层材料以及内层材料，并且其中所述壳进一步包括设置在所述外层材料和所述内层材料之间的联接所述外层材料和所述内层材料的弹簧部件，其中所述弹簧部件在所述外层材料和所述内层材料之间限定的流动通路内联接到所述外层材料和所述内层材料中的每一个，并且进一步其中所述弹簧部件限定比所述第一CTE大的第二CTE。
技术方案2. 根据技术方案1所述的推进系统，其中，所述流动通路限定在所述外层材料的内表面和所述内层材料的外表面之间。
技术方案3. 根据技术方案1所述的推进系统，其中，所述弹簧部件设置在所述流动通路内，并且进一步其中所述弹簧部件直接联接到所述内层材料和所述外层材料中的每一个的内表面。
技术方案4. 根据技术方案1所述的推进系统，其中，所述推进系统进一步包括：
构造成向所述壳处的所述流动通路提供第一流体流的第一排放系统。
技术方案5. 根据技术方案4所述的推进系统，其中，所述第一排放系统在限定在第一压缩机的下游的所述推进系统的第二压缩机的上游流体连通，并且进一步其中所述第一流体流相比所述第二压缩机处或所述第二压缩机下游的第二流体流限定较低的温度。
技术方案6. 根据技术方案5所述的推进系统，其中，所述第一排放系统包括联接到所述第一压缩机或大气空气源的第一有壁导管，其中所述第一有壁导管提供所述第一流体流与限定在壳内的所述流动通路的流体连通。
技术方案7. 根据技术方案1所述的推进系统，其中，所述推进系统进一步包括：
构造成向所述壳处的所述流动通路提供第二流体流的第二排放系统，其中所述第二排放系统与第一压缩机下游的所述推进系统的第二压缩机流体连通，并且其中所述第二流体流相比所述第二压缩机上游的第一流体流限定较高的温度。
技术方案8. 根据技术方案1所述的推进系统，其中，所述内层材料限定多个开口，所述多个开口部分地沿径向方向延伸穿过所述内层材料，其中所述多个开口使得所述内层材料能够沿所述径向方向膨胀和收缩。
技术方案9. 根据技术方案1所述的推进系统，其中，所述弹簧部件至少部分地沿轴向方向、周向方向或两者在所述壳处的所述流动通路内延伸。
技术方案10. 根据技术方案1所述的推进系统，其中，所述内层材料限定沟槽，所述沟槽设置在所述风扇转子组件的风扇叶片的径向外侧，并且其中所述沟槽填充有填充材料，所述填充材料构造成在由所述风扇叶片接触时耗散能量。
技术方案11. 一种用于推进系统处的主动间隙控制的系统，所述系统包括：
包绕转子组件的壳，其中所述壳包括限定第一热膨胀系数(CTE)的外层材料以及内层材料，并且其中所述壳进一步包括在所述外层材料和所述内层材料之间限定的流动通路内联接到所述外层材料和所述内层材料的弹簧部件，并且其中所述弹簧部件限定比第一CTE大的第二CTE；
构造成产生加压流体流的流体装置；
在所述流体装置和所述壳处流体连通地联接的有壁导管组件；以及
构造成执行操作的控制器，所述操作包括：
在所述流体装置处产生所述加压流体流；
使所述流体流从所述流体装置流到所述壳处的所述流动通路；以及
至少基于所述流动通路处的流体流的温度来调节所述壳和所述转子组件之间的间隙。
技术方案12. 根据技术方案11所述的系统，其中，所述操作进一步包括：
确定所述壳的外层材料处的第一温度；
确定所述壳的内层材料处的第二温度；以及
至少基于所述流动通路处的流体流的温度、所述第一温度和所述第二温度确定所述壳和所述转子组件之间的所述间隙。
技术方案13. 根据技术方案11所述的系统，其中，所述操作进一步包括：
至少基于所述壳处的所述流动通路处的所述流体流的期望温度来确定从所述压缩机区段的何处提取所述流体流。
技术方案14. 根据技术方案11所述的系统，其中，所述操作进一步包括：
使所述流体流从所述压缩机区段的第一压缩机流到所述壳的流动通路；以及
基于来自所述第一压缩机的流体流增大所述壳处的推进系统入口区域。
技术方案15. 根据技术方案11所述的系统，其中，所述操作进一步包括：
使所述流体流从所述压缩机区段的第二压缩机流到所述壳的流动通路；以及
基于来自所述第二压缩机的流体流减小所述壳处的推进系统入口区域。
技术方案16. 根据技术方案11所述的系统，其中，至少基于所述流动通路处的所述流体流的温度来调节所述壳和所述转子组件之间的间隙进一步基于与所述流体流接触的所述弹簧部件的膨胀和收缩。
技术方案17. 一种用于推进系统的包壳处的主动间隙控制的方法，所述方法包括：
经由流体装置产生加压流体流；
使所述流体流从所述流体装置流到包绕转子组件的壳处的流动通路；以及
至少基于所述流动通路处的所述流体流的温度来调节所述壳和所述转子组件之间的间隙。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
基于与所述流体流接触的所述壳处的弹簧部件的期望膨胀和收缩调节所述壳处的所述流动通路处的所述流体流的温度。
技术方案19. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
确定所述壳的外层材料处的第一温度；
确定所述壳的内层材料处的第二温度；以及
至少基于所述流动通路处的所述流体流的温度、所述第一温度和所述第二温度确定所述壳和所述转子组件之间的所述间隙。
技术方案20. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
至少基于所述壳处的所述流动通路处的所述流体流的期望温度来确定从所述流体装置的何处提取所述流体流。
本发明的这些及其他特征、方面和优点将关于以下描述和所附权利要求书变得更好理解。结合到该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐明了本发明针对本领域的普通技术人员而言的完整且开放的公开(包括其最佳模式)，说明书对附图进行了参考，在附图中：
图1是根据本公开的方面的用于推进系统的主动间隙控制系统的示例性实施例；
图2-图3是关于图1提供的示例性推进系统的壳的示意性截面视图；
图4是根据本公开的方面的包括用于推进系统的主动间隙控制系统的实施例的飞行器的示例性实施例；以及
图5是概述用于推进系统的包壳处的主动间隙控制的方法的示例性步骤的流程图。
本说明书和附图中的参考标号的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将对本发明的实施例进行详细参考，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中作出各种改型和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，旨在使本发明覆盖落入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。
如本文使用的那样，用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，且"下游"是指流体流至的方向。
本文所述的近似值可包括基于如本领域使用的一个或多个测量装置的裕度，诸如但不限于测量装置或传感器的满量程测量范围的百分比。备选地，本文所述的近似值可包括比上限值大上限值的10%或比下限值小下限值的10%的裕度。
大体上提供了用于推进系统的包壳处的主动间隙控制的系统的实施例。本文大体上提供的系统的实施例包括包壳，其减轻与其包绕的风扇转子的不期望的接触，同时进一步提高推进系统的效率和性能。该系统经由壳内的弹簧部件提供调节的间隙控制系统以至少基于热膨胀系数的差异及其对温度调节的响应来调整风扇叶片处的间隙。
现在参考附图，图1是本文中称为"发动机10"的示例性推进系统10的示意性局部截面侧视图，其可结合本发明的各种实施例。尽管本文中进一步描述为涡轮机，但发动机10可限定涡扇、涡轮轴、涡轮螺旋桨或涡轮喷气燃气涡轮发动机，包括船用和工业发动机以及辅助动力单元。另外或备选地，尽管本文中描述为涡轮机，但发动机10可限定风扇组件，诸如电推进系统、混合电推进系统、边界层风扇或大体上由包壳(例如，壳44)包绕的其他风扇转子结构。
如图1中所示，发动机10具有延伸穿过其间的出于参考目的的纵向或轴向中心轴线12。轴向方向A与轴向中心轴线12共同延伸以供参考。发动机10进一步限定上游端99和下游端98以供参考。大体上，发动机10可包括风扇组件14和设置在风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16大体上可包括基本上管状的外壳18，其限定到核心流径70的核心入口20。外壳18包围或至少部分地形成核心发动机16。外壳18包围或至少部分地形成(成串流关系)：具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24的压缩机区段21，燃烧区段26，包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30的涡轮区段31，以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28传动地连接至HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30传动地连接至LP压缩机22。LP转子轴36还可连接到风扇组件14的风扇转子组件38。在特别的实施例中，如图1中所示，LP转子轴36可经由减速齿轮(诸如成间接驱动或齿轮驱动构造)连接到风扇转子组件38。
如图1中所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，风扇叶片42联接到风扇转子组件38并从风扇转子组件38沿径向向外延伸。壳44周向地包绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。本领域的普通技术人员应该理解，壳44可构造成通过多个沿周向间隔开的出口导叶或支柱46相对于核心发动机16受支撑。此外，壳44的至少一部分可越过核心发动机16的外部延伸，以便在其之间限定旁通气流通道48。
发动机10进一步包括用于壳44处的主动间隙控制的系统100。在各种实施例中，压缩机区段21和/或风扇组件14或两者的组合可限定流体装置110，该流体装置110构造成向壳44提供流体流101，诸如下面进一步描述的那样。
应当理解，轴34,36、压缩机22,24和涡轮机28,30的组合限定发动机10的转子组件。例如，HP轴34、HP压缩机24和HP涡轮28可限定发动机10的HP转子组件。类似地，LP轴36、LP压缩机22和LP涡轮30的组合可限定发动机10的LP转子组件。发动机10的各种实施例可进一步包括风扇转子组件38和风扇叶片42作为LP转子组件。在其他实施例中，发动机10可进一步限定经由风扇转子组件38至少部分地与LP转轴机械地解耦的风扇转子组件。更进一步的实施例可进一步限定一个或多个中间转子组件，中间转子组件由中压压缩机、中压轴和设置在LP转子组件和HP转子组件之间的中压涡轮(相对于串联空气动力学流动布置)限定。
在发动机10的操作期间，由箭头74示意性示出的空气流进入由风扇壳或壳44限定的发动机10的入口76。由箭头80示意性示出的空气的一部分通过核心入口20进入核心发动机16处的流径70，核心入口20至少部分地经由壳18限定。诸如由箭头82示意性地示出的那样，当空气流80流过压缩机22,24的连续级时，空气流80逐渐被压缩。压缩空气82进入燃烧区段26并与液态或气态燃料混合并点燃以产生燃烧气体86。在从喷射排气喷嘴区段32排出之前，燃烧气体86释放能量以驱动HP转子组件和LP转子组件的旋转。来自燃烧气体86的能量的释放进一步驱动风扇组件14(包括风扇叶片42)的旋转。诸如由箭头78示意性地示出的那样，空气的一部分74绕过核心发动机16并流过旁通气流通路48。
现在参考图2-图3，大体上提供了包绕风扇转子组件38(图1)的风扇叶片42的壳44的示意性截面视图。壳44包括限定第一热膨胀系数(CTE)的外层材料141以及内层材料142。壳44进一步包括设置在外层材料141和内层材料142之间的弹簧部件143。弹簧部件143的各种实施例可限定翅片、系带、网格结构、指状物或其他适当的弹性结构，其能够基于温度的变化和弹簧部件143的热膨胀系数实现期望的膨胀和收缩。弹簧部件143沿径向方向R以可移动的布置将外层材料141和内层材料142联接在一起。外层材料141和内层材料142一起限定流动通路145。弹簧部件143在流动通路145内联接到外层材料141和内层材料142中的每一个。弹簧部件143限定比外层材料141的第一CTE大的第二CTE。因此，弹簧部件143能够基于弹簧部件143处的温度来增大和减小流动通路145的径向截面面积147。
在各种实施例中，流动通路145更特别地限定在外层材料141的内表面151和内层材料142的外表面152之间。内层材料142进一步限定与壳44的入口区域76对应的内表面162。例如，沿径向方向R的内表面162大体上可对应于入口区域76的直径，使得壳44可限定基本上环形的几何形状。然而，在其他实施例中，壳44可限定非环形入口区域76(例如，限定二维开口，诸如长轴和短轴)。
在一个实施例中，弹簧部件143设置在流动通路145内并且直接附接或以其他方式联接到外层材料141的内表面151和内层材料142的外表面尺寸152。
在发动机10的操作期间，流体流101(图1-图2)被提供到壳44的外层材料141和内层材料142之间的流动通路145。限定第二CTE的弹簧部件143基于流体流101的温度膨胀或收缩。因此，流动通路145的径向截面面积147至少基于弹簧部件143的第二CTE与外层材料141的第一CTE之间的差异而增大或减小。另外，入口区域76以及叶片42与内层材料142的内表面162之间的间隙176基于弹簧部件143的膨胀和收缩以及径向截面面积147的变化而调整。
在各种实施例中，间隙176可调整或控制为在发动机10的多个不同或变化的操作条件下基本恒定。例如，可经由流体流101的温度的变化和流动通路145处的径向截面面积147的调节或调整(至少基于外层材料141的第一CTE和弹簧部件143的第二CTE的差异)来调整间隙176。间隙176的调整可控制为跨越经由壳44的入口76进入发动机10的空气量74的多个温度、压力或其他参数基本恒定。
在其他实施例中，基于发动机10的操作条件调整或控制间隙176以提供期望的增大或减小的间隙176。例如，间隙176可增加(例如，弹簧部件143收缩以减小流动通路145处的径向截面面积147)以减小或减轻叶片42与壳42的内层材料142的接触。作为另一示例，间隙176可减小(例如，弹簧部件143膨胀以增加流动通路145处的径向截面面积147)以提高风扇转子组件38(图1)处的效率、性能或可操作性。
现在参考图3，内层材料142可进一步包括内层材料142的内表面162处的填充材料172，其构造成在由风扇叶片42接触时耗散能量。在各种实施例中，填充材料172可包括适于在风扇叶片42摩擦、硬接触或释放到壳44上时耗散能量的一种或多种材料。在一个实施例中，填充材料172包括复合材料，诸如纤维复合材料，其包括在内层材料142的内表面162处成径向布置的一个或多个复合片内的多个纤维。例如，填充材料172可包括多片纤维复合材料，纤维复合材料包括预浸渍有聚合物的树脂或环氧树脂和固化剂(预浸料坯)。作为另一个示例，填充材料172包括热塑性材料(包括热塑性载体)。在还有各种实施例中，填充材料172大体上限定可磨耗材料，该可磨耗材料构造成在风扇叶片42接触填充材料172时允许受控地移除填充材料172。
结合图1-图2仍然参考图3中提供的轴向截面视图，弹簧部件143可在流动通路145内沿轴向方向A至少部分地延伸。在诸如关于图3描绘的一个实施例中，弹簧部件143可基本上沿轴向方向A(图1)延伸，该轴向方向对应于风扇叶片42的弦尺寸。在另一个实施例中，弹簧部件143可基本上沿壳44的整个流动通路145延伸。
在参考图3的还有各种实施例中，弹簧部件143可限定一个或多个几何形状，包括翅片、系带、指状物、星形物或直接附接到外层材料141的内表面151和内层材料142的外表面152的其他多叉多边形。在一个实施例中，诸如关于图3描绘的那样，发动机10和系统100包括沿周向方向C(图3)相对于轴向中心轴线12(图1)穿过流动通路145的成相邻布置的多个弹簧部件143。
在另一个实施例中，多个弹簧部件143可基本上沿周向方向C并且沿轴向方向A成多排延伸。在又一个实施例中，诸如大体上关于图2-图3描绘的那样，弹簧部件143可沿轴向方向A和周向方向C布置成多个。
仍然参考图3，内层材料142可大体上限定柔顺材料，以便使内层材料142能够对应于附接到其上的弹簧部件143的膨胀和收缩而膨胀和收缩。诸如上文所述的那样，沿轴向方向A和周向方向C布置的弹簧部件143的实施例可使内层材料142能够膨胀和收缩，以便合乎需要地改变入口区域76以及壳44与风扇转子组件38之间的间隙176。
在各种实施例中，内层材料142包括部分地延伸穿过内层材料142的多个开口155。多个开口155沿径向方向R部分地延伸穿过内层材料142，以使得内层材料142能够相对于弹簧部件143的膨胀和收缩而顺应。在更特别的实施例中，内层材料142围绕轴向中心轴线12沿周向延伸(诸如整体结构)。开口155沿径向方向R部分地延伸穿过内层材料142，以便能够使内层材料142膨胀和收缩，以便合乎需要地改变入口区域76和间隙176。在各种实施例中，开口155可至少部分地沿轴向方向A延伸。在一个实施例中，开口155基本上沿流动通路145的轴向方向A延伸。在另一个实施例中，开口155相对于风扇叶片42的弦沿流动通路145的轴向方向A部分地延伸。
现在参考图4，大体上提供了飞行器200的示意性实施例，该飞行器200包括用于发动机10的壳44处的主动间隙控制的系统100的实施例。在各种实施例中，飞行器200可包括固定翼飞行器、旋翼飞行器、倾转旋翼飞行器、垂直起飞和着陆(VTOL)载具，或适于推进系统的入口壳处的主动间隙控制的其他飞行器或载具。
飞行器200包括系统100的各种实施例，其包括关于图1-图3示出和描述的发动机10的壳44。飞行器200进一步包括流体装置110，流体装置110构造成在多个温度下产生并提供加压的流体流101，以便使弹簧部件143膨胀和收缩，并分别增大和减小壳44的流动通路145处的径向截面面积147，诸如关于图1-图3所述的那样。参考图1-图4，系统100进一步包括有壁导管组件120，其在流体装置110和壳44处流体连通地联接，以便提供从流体装置110到壳44的流动通路145的流体流101。
参考图4，流体装置110可在飞行器处限定装置以向壳44提供流体流101的期望温度和/或压力。例如，流体装置110可包括辅助动力单元、空气涡轮或飞行器200的"无排放"系统。在诸如上文所述的还有各种实施例中，发动机10可包括燃气涡轮发动机、电推进系统、混合电推进系统或边界层风扇，或其中期望在壳44和风扇转子组件38之间进行主动间隙控制以改善效率、性能和/或可操作性的其他系统。
参考图1，在各种实施例中，流体装置110大体上包括发动机10的压缩机区段21。例如，流体装置可包括第一压缩机，诸如LP压缩机22和/或风扇转子组件38。在另一个实施例中，另外或备选地，流体装置110包括第二压缩机，诸如HP压缩机24。
仍参考图1，在各种实施例中，系统100的有壁导管组件120进一步包括第一排放系统121，第一排放系统121构造成在壳44处向流动通路105提供第一流体流111。在一个实施例中，第一排放系统121在发动机10的第二压缩机(例如，在第一压缩机或LP压缩机22的下游限定的HP压缩机24)的上游(例如，朝向上游端99)流体连通地联接。
在一个实施例中，第一排放系统121包括联接到第一压缩机(例如，LP压缩机22或风扇组件14)或大气空气源的第一有壁导管131。例如，在一个实施例中，第一有壁导管131可延伸穿过围绕风扇转子组件38支撑壳44的支柱46。作为另一个示例，第一有壁导管131可从壳44延伸以接收来自大气空气源(例如，壳44外部)的空气流。在又一个实施例中，第一有壁导管131联接到限定LP压缩机22的第一压缩机，以便从LP压缩机22处或LP压缩机22下游以及HP压缩机24上游的流径70提取第一流体流111。在还有各种实施例中，第一有壁导管131可限定分叉排放系统的一部分。第一有壁导管131的各种实施例在壳44处与流动通路145流体连通地联接以将第一流体流111提供给流动通路145作为本文中所述的流体流101。
仍参考图1，在各种实施例中，系统100的有壁导管组件120进一步包括第二排放系统122，第二排放系统122构造成向壳44处的流动通路145提供第二流体流112。在一个实施例中，第二排放系统122在发动机10的第一压缩机(例如，在第二压缩机或HP压缩机24的上游限定的LP压缩机22)的下游(例如，朝向下游端98)流体连通地联接。
在一个实施例中，第二排放系统122包括联接到第二压缩机(例如，HP压缩机24)的第二有壁导管132。例如，第二有壁导管132可联接到限定HP压缩机24的第二压缩机，以便从HP压缩机24处的流径70提取第二流体流112。在还有各种实施例中，第二有壁导管132可限定环境控制系统(ECS)排气的一部分。第二有壁导管132的各种实施例在壳44处与流动通路145流体连通地联接以将第二流体流112提供给流动通路145作为本文中所述的流体流101。
应当理解，当空气82通过发动机10的流径70受压缩时，空气82的压力和温度大体上跨越第一压缩机或LP压缩机22和第二压缩机或HP压缩机24的连续级上升。因此，来自第一压缩机的第一空气流111大体上限定比来自第二压缩机的第二空气流112更低的压力和温度。更一般地来说，从流径提取的空气流相对于在其上游提取的其他流大体上在更高的压力和温度下。
在还有各种实施例中，有壁导管组件120包括设置在其中的一个或多个阀125以允许对到壳44的流动通路145的流111,112的调节。例如，阀125可设置在第一有壁导管131、第二有壁导管132或两者中的一个或多个处。阀125可通信地联接到控制器210(下面进一步描述)，以便使得第一流体流111、第二流体流112或其混合物能够进入流动通路145作为流体流101。作为另一个示例，诸如下面关于方法1000进一步描述的那样，阀125可基于流动通路145处的流体流101的期望温度来调节流111,112或其混合物。
在各种实施例中，系统100进一步包括构造成执行操作的控制器210。控制器210可被包括在发动机10的实施例中，诸如关于图1描绘的那样。控制器210可对应于任何合适的基于处理器的装置，包括一个或多个计算装置。例如，图1示出了可包括在控制器210内的合适构件的一个实施例。如图1中所示，控制器210可包括处理器212和相关联的存储器214，其构造成执行各种计算机实现的功能。在各种实施例中，诸如关于图1-图3所述的那样，控制器210可构造成使流体101从流体装置110流到壳44处的流动通路145，以便至少基于流动通路145处的流体流101的温度来调节壳44和风扇叶片42之间的间隙176。
如本文中使用的用语"处理器"不但是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，以及其他可编程电路。另外，存储器214可大体上包括存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存储存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其他适合的存储器元件，或其组合。在各种实施例中，控制器210可限定全权限数字引擎控制器(FADEC)、螺旋桨控制单元(PCU)、发动机控制单元(ECU)或电子发动机控制器(EEC)中的一个或多个。
如图所示，控制器210可包括储存在存储器214中的控制逻辑216。控制逻辑216可包括指令，该指令在由一个或多个处理器212执行时引起该一个或多个处理器212执行操作，诸如基于流体流101的温度来确定壳44和风扇叶片42之间的期望间隙176，或确定将从流体装置110提供给流动通路145的流体流101的一个或多个温度。
另外，如图1中所示，控制器210还可包括通信接口模块230。在各种实施例中，通信接口模块230可包括用于发送和接收数据的相关联的电子电路。因此，控制器210的通信接口模块230可用于从外层材料141、内层材料142、弹簧部件143和流体流101接收数据，诸如温度、压力、流率或其他操作参数或其组合。通信接口模块230可从传感器接收和发送与操作参数相对应的数据。此外，通信接口模块230还可用于与发动机10的任何其他合适的构件(包括构造成监测发动机10的一个或多个操作参数的任何数量的传感器)通信。
应认识到，通信接口模块230可为适合的有线和/或无线通信接口的任何组合，且因此可经由有线和/或无线连接来通信地联接至发动机10的一个或多个构件。因此，控制器210可与一个或多个传感器通信以确定弹簧部件143的期望的膨胀或收缩、径向截面面积147的期望增大或减小、期望的入口区域76或期望的间隙176。
现在参考图5，大体上提供了概述用于推进系统的包壳(例如，风扇组件14的壳44)处的主动间隙控制的方法的示例性步骤的流程图(在下文中，"方法1000")。方法1000可限定由推进系统或飞行器的一个或多个计算装置(诸如经由系统100)执行的步骤或操作，系统100包括在关于图1-图4示出和描述的发动机10或飞行器200处的控制器210。然而，应当认识到，方法1000可经由本文未提供的其他结构、系统或计算装置来执行。
结合图1-图4参考图5，方法1000包括在1010处经由流体装置(例如，产生流101的流体装置110)产生加压流体流；在1020处使流体流从流体装置流到包绕风扇转子组件的壳处的流动通路(例如，将流101提供到包绕风扇转子组件38的风扇叶片42的壳44的流动通路145)；以及在1030处至少基于流动通路处的流体流的温度调节壳和风扇转子组件之间的间隙(例如，调节壳44的内层材料142的内表面162和风扇叶片42的末端之间的间隙176)。
在一个实施例中，诸如关于图1-图4示出和描述的那样，方法1000进一步包括在1040处基于与流体流接触的壳处的弹簧部件的期望膨胀和收缩来调节壳处的流动通路处的流体流的温度。
在另一个实施例中，方法1000进一步包括在1002处确定壳的外层材料(例如，外层材料141)处的第一温度；在1004处确定壳的内层材料(例如，内层材料142)处的第二温度；以及在1006处至少基于流动通路处的流体流的温度、第一温度和第二温度确定壳和风扇转子之间的间隙。
例如，参考图1-图3，确定壳44的外层材料141处的第一温度可包括经由控制器210参考预定的表格、图表、功能、时间表等(例如，存储在控制器210的存储器214中)，其中将外层材料141的第一CTE与壳44(或此外，发动机10和/或飞行器200)所处的高度相对于在该高度的时间段进行比较。例如，外层材料141所处的高度可对应于该高度的外部空气温度，并且与外层材料141的第一CTE相比的时间段可用于确定外层材料141的第一温度。应当认识到，在其他示例性实施例中，外层材料141的第一CTE可另外或备选地与外部空气压力、密度、温度、空气速度、高度或其组合相对于时间段进行比较，以确定外层材料141处的第一温度。
作为另一个示例，一个或多个传感器可设置在外层材料141的表面(例如，内表面151)之内或之上以确定第一温度。应当认识到，一个或多个传感器可通信地联接到控制器210以发送用于确定第一温度的温度数据或其他数据。
在还有其他示例中，确定壳44的内层材料142处的第二温度可包括经由控制器210参考预定的表格、图表、功能、时间表等(例如，存储在控制器210的存储器214中)，其中将内层材料142的热膨胀系数与进入入口区域76的空气量74(图1)的温度、压力、密度或其他操作参数进行比较。例如，进入入口区域76的空气量74与内部材料层142的内表面162热连通。在各种实施例中，确定内层材料142处的第二温度可经由控制器210确定，诸如关于确定外层材料141处的第一温度所描述的那样。
在还有各种实施例中，方法1000在1006处(其中至少基于流动通路处的流体流的温度、第一温度和第二温度来确定壳和风扇转子之间的间隙)包括基于包括第二CTE的弹簧部件143的膨胀或收缩相对于包括与第二CTE不同的第一CTE的外层材料141的膨胀或收缩来经由控制器210确定间隙176。例如，流体通路145处的流体流101的温度改变或以其他方式调整弹簧部件143的膨胀或收缩。外层材料141处的第一温度和内层材料142处的第二温度可各自进一步确定每个相应层材料141,142的膨胀或收缩。弹簧部件143处的膨胀或收缩与外层材料141和内层材料142中的每一个处的膨胀或收缩的差异至少部分地确定流动通路145处的径向截面面积147。径向截面面积147经由弹簧部件143中的变化或弹簧部件143相对于外层材料141和/或内层材料142的膨胀或收缩的改变、调整或调节确定或以其他方式调节风扇叶片142与内层材料142的内表面162之间的间隙176的变化。因此，方法1000在1030处(其中壳和风扇转子之间的间隙至少基于流动通路处的流体流的温度来调节)进一步基于与流体流接触的弹簧部件的膨胀和收缩。
在还有各种实施例中，方法1000进一步包括在1022处至少基于壳处的流动通路处的流体流的期望温度来确定从流体装置(例如，流体装置110)的何处提取流体流。例如，诸如上文关于步骤1006和1030所述，间隙176至少基于弹簧部件143的膨胀和收缩，其中弹簧部件143的第二CTE与外层材料141的第一CTE之间的差异使得能够调整、调节、更改或以其他方式改变流动通路145处的径向截面面积147，以便调节风扇叶片42与内层材料142的内表面162之间的间隙176。
在一个实施例中，诸如关于图1描绘的那样，方法1000在1022处包括确定从相应的第一压缩机(例如，LP压缩机22或风扇组件14)或第二压缩机(例如，HP压缩机24)提取第一流体流111或第二流体流112或其混合物中的哪一个，以便在流动通路145处提供所需温度下的流体流101以便调整间隙176，诸如上文所述的那样。
结合图5往回参考图1-图4，在一个实施例中，方法1000在1024处包括使流体流(例如，第一流体流111)从流体装置的第一压缩机(例如，风扇组件14和/或LP压缩机22)流到壳的流动通路；以及在1026处基于来自第一压缩机的流体流增大壳处的推进系统入口区域(例如，入口区域76)，诸如关于图1-图4所述的那样，并且以便调整或调节壳44和风扇叶片42之间的间隙76。
仍结合图5参考图1-图4，在另一实施例中，方法1000在1025处包括使流体流(例如，第二流体流112)从流体装置的第二压缩机(例如，HP压缩机24)流到壳的流动通路；以及在1027处基于来自第二压缩机的流体流减小壳处的推进系统入口区域(例如，入口区域76)，诸如关于图1-图4所述的那样，并且以便调整或调节壳44和风扇叶片42之间的间隙76。
用于推进系统10的包壳44处的主动间隙控制的系统100的实施例可减轻与风扇转子组件38的不期望的接触，同时进一步改善推进系统10的效率和性能。系统100经由壳44内的弹簧部件143提供调节的间隙控制系统，以至少基于外层材料141处的第一热膨胀系数与弹簧部件143处的第二热膨胀系数之间的差异来调整风扇叶片42处的间隙176。在壳44处的流动通路145处调节温度以便提供弹簧部件143的期望的膨胀和收缩，从而按期望增大或减小壳44的内表面162与风扇叶片42的末端之间的间隙176以改善性能、可操作性和效率。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其它示例处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种推进系统，所述推进系统包括：
包绕风扇转子组件的壳，其中所述壳包括限定第一热膨胀系数(CTE)的外层材料以及内层材料，并且其中所述壳进一步包括设置在所述外层材料和所述内层材料之间的联接所述外层材料和所述内层材料的弹簧部件，其中所述弹簧部件在所述外层材料和所述内层材料之间限定的流动通路内联接到所述外层材料和所述内层材料中的每一个，并且进一步其中所述弹簧部件限定比所述第一CTE大的第二CTE。
2.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述流动通路限定在所述外层材料的内表面和所述内层材料的外表面之间。
3.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述弹簧部件设置在所述流动通路内，并且进一步其中所述弹簧部件直接联接到所述内层材料和所述外层材料中的每一个的内表面。
4.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述推进系统进一步包括：
构造成向所述壳处的所述流动通路提供第一流体流的第一排放系统。
5.根据权利要求4所述的推进系统，其特征在于，所述第一排放系统在限定在第一压缩机的下游的所述推进系统的第二压缩机的上游流体连通，并且进一步其中所述第一流体流相比所述第二压缩机处或所述第二压缩机下游的第二流体流限定较低的温度。
6.根据权利要求5所述的推进系统，其特征在于，所述第一排放系统包括联接到所述第一压缩机或大气空气源的第一有壁导管，其中所述第一有壁导管提供所述第一流体流与限定在壳内的所述流动通路的流体连通。
7.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述推进系统进一步包括：
构造成向所述壳处的所述流动通路提供第二流体流的第二排放系统，其中所述第二排放系统与第一压缩机下游的所述推进系统的第二压缩机流体连通，并且其中所述第二流体流相比所述第二压缩机上游的第一流体流限定较高的温度。
8.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述内层材料限定多个开口，所述多个开口部分地沿径向方向延伸穿过所述内层材料，其中所述多个开口使得所述内层材料能够沿所述径向方向膨胀和收缩。
9.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述弹簧部件至少部分地沿轴向方向、周向方向或两者在所述壳处的所述流动通路内延伸。
10.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述内层材料限定沟槽，所述沟槽设置在所述风扇转子组件的风扇叶片的径向外侧，并且其中所述沟槽填充有填充材料，所述填充材料构造成在由所述风扇叶片接触时耗散能量。
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