CN112543843A - 具有柔性配件的排气锥 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于飞行器涡轮喷气发动机的组装件，其包括中心排气元件(1)和连接法兰(9)，所述连接法兰插入于上游的涡轮喷气发动机的金属出口(22a)与下游的所述中心元件(1)之间。所述连接法兰由环形部分(9a)和柔性凸耳(11)组成，柔性凸耳轴向具有：‑第一末端(11a)，在第一末端处凸耳连接到所述环形部分，以及‑第二自由末端(11b)，第二自由末端从第一末端径向朝外突出且所述凸耳朝向第二自由末端与所述中心元件(1)固定。

Description

具有柔性配件的排气锥
发明领域
本发明涉及一种位于飞行器涡轮喷气发动机的后部(下游端)的组装件，用以优化所述涡轮喷气发动机排出的热气体流，且可能吸收由[来自内部引擎零件(燃烧室、涡轮)的这些热气体与环境空气以及与涡轮喷气发动机风扇排出的冷空气流的相互作用]生成的至少部分噪声。
具体地，本发明涉及经常称为“排气锥”且仅位于上游的物件与涡轮喷气发动机的气体出口之间的连接。
通常，排气锥由称为“主喷嘴”的零件完成(包围)；这些元件针对排气锥和“喷嘴”通常被称为“柱塞”或“尾部锥”，且针对喷嘴通常被称为“主喷嘴”。
“排气锥”既定定位于涡轮喷气发动机的涡轮(部分)下游，主喷嘴围绕其同心地放置。排气锥和主喷嘴均通过带法兰的紧固系统附接到涡轮喷气发动机壳体。
因此本身已知一种飞行器涡轮喷气发动机组装件，其包括：
-中心排气元件(指：用于排气的中心元件)，中心排气元件围绕轴(X)是环形的且适于使涡轮喷气发动机在其周围从上游到下游喷射气体，以及
-连接法兰，连接法兰插入于上游的涡轮喷气发动机的一个金属出口与下游的中心元件之间以将它们连接在一起。
上文所提到的X轴是涡轮机(具体来说发动机12的跟随风扇20和移动叶片)的纵向轴线或旋转轴线。在此上下文中，“轴向”指沿着(或平行于)X轴的方向；“径向”指相对于X轴径向，且“圆周”指周围X轴。
中心排气元件可以对应于上文所提到的排气锥(下文标记为1)，或至少对应于下文的上游部分1a。
图1中示出常规排气锥1，其中沿着发动机轴(上述X轴)的结构的上游(AM)和下游(AV)分别位于图的左边和右边。
更一般化地，图1中所示出的是飞行器气体涡轮喷气发动机10，其形成气体涡轮发动机12的中心区段安装于发动机短舱组装件14内部，如针对亚音速运作设计的飞行器通常的那样。短舱组装件14大体上由称为核心16的短舱发动机以及包围风扇20的风扇短舱18组成，所述风扇轴向位于发动机12的上游。
在轴向下游，发动机12包括至少一个涡轮(可以是低压涡轮)，并且进一步在下游，包括排气壳体22，所述排气壳体包括内部环形壳22a和外部环形壳22b，在它们之间界定主要风路24的下游部分，来自发动机12的燃烧室的燃烧气体在所述主要风路中循环。
轴向上，内部环形壳22a连接到排气锥1，所述排气锥可以包括基本上圆柱形形状的上游部分1a(通常被称为前柱塞)和圆锥形形状的下游部分1b(通常被称为后柱塞)。
将前述涡轮喷气发动机的金属出口——可以是所述内部环形壳22a——以及所述上游部分1a的所述中心元件——可以是排气锥1——连接(接合)在一起是困难的。事实上，如图2中所示出，在球根状体7的水平处将前述涡轮喷气发动机的金属出口——可以是所述内部环形壳22a——和中心元件(大体上标识为3)轴向固定在一起会是困难的，所述中心元件在以下本发明的实施方案的实例中将被同化为排气锥1，球根状体7是径向朝外膨胀的区域，中心元件3可存在于其中。
确切地说，这就可能产生问题：
-要管理中心元件的入口直径以用于柔性支撑的通过，
-复杂的连接，
-以及球根状体中的倾斜的连接(不平行于X轴)。
对这些问题中的至少一些提出的解决方案是：连接法兰包含：
-环形部分，以及
-沿圆周的柔性凸耳，柔性凸耳各自轴向地具有：
--第一末端，凸耳在第一末端处连接到所述环形部分，以及
--第二自由末端，凸耳通过中心元件附接到第二自由末端。
确切地说，这使得有可能吸收所述中心元件与所述环形部分之间的差异膨胀，其可分别属于或界定金属排气壳体和非金属排气锥。
在此方面，进一步提出柔性凸耳从第一末端和/或从形成于环形部分中的开口径向朝外延伸。
这允许安装区域径向偏移且结合了安装的灵活性和简易性。
另外，且具体来说在此情况下，更精确地界定出两种可能性：
-首先，提出一个凸耳可以在一个第一末端处借助于突片连接到所述环形部分，所述突片向下游延伸且将在上游与所述环形部分成一体式；
-随后，可替代地，提出一个凸耳可以在所述环形部分的形成一个开口的下游边缘的部分的位置处以一个整体件连接到所述环形部分。
在第二种情况中，通过在例如矩形区域的位置处在环形部分上局部切割三侧并弯曲切割部分以形成所谓的柔性凸耳，便避免了增加重量且使得容易制造且容易实现所需的柔性固定。
在第一种情况中，如果提供集成在所述环形部分的锯齿形状中的此类突片，那么也将限制重量，事实上便以另一方式减轻了此环形部分。
在此文字中，词语“连接”指“通过机械方式保持在适当的位置”(例如，旋拧、焊接)或指“作为其一部分”。如果这样做产生了单件式连接，那么如此指定。
优选地，所述环形部分与中心元件是同轴的。
优选地，每一个凸耳的第二自由末端应轴向位于所述凸耳的第一末端的上游。这一点很重要。
实际上，通过经由所述柔性凸耳确保固定件中从下游到上游的柔性，可使得中心元件/排气锥的附接更接近上游(即，朝向连接法兰)，因此有利于轴向位于一个球根状体之外的附接区以及可以提供的声学处理区。
就此而言，还提出所述中心元件具有外围壁，所述外围壁具有上游末端部分，在所述上游末端部分处中心元件将在柔性凸耳的第二自由末端处与柔性凸耳固定。
确切地说，所述外围壁可以有用地：
-局部具备声音衰减结构(可以是蜂巢形的)，且
-在声音衰减结构的上游存在其所述上游(附接)末端部分。
甚至可使得所述声音衰减结构轴向延伸到所述凸耳的右边(指：仅在周围，在同一轴向水平处)。
因此，可能使得所述中心元件——包含由CMC(本身已知的陶瓷基质复合物)制成的中心元件——固定，而不会影响声学处理且无需定位于球根状空气动力学型面中。连接法兰则可毫不费力地由金属制成。并且更是如此，这将使中心元件的以声学方式处理的表面最大化。
以上应当优选地如下来完成：
-用于固定中心元件的一个上游末端部分平行于所述轴(X)延伸(因此避免了上文所提到的倾斜的连接)，
-同样对于朝向其所述第二末端的所述凸耳，使得这些凸耳和中心元件/排气锥的所述上游末端部分借助穿过它们的螺丝而附接到一起。
使得上文所提到的外围壁以如下方式延伸也可以是适用的：
-向上游轴向延伸，以及
-相对于所述上游末端部分向外径向延伸，所述外围壁覆盖所述上游末端部分，但在用于所述螺丝的径向通路位置处除外。
通过所述柔性凸耳确保从下游到上游的附接的柔性，这便能够：
-变得更紧凑，
-因此与其它柔性介质相比可以限制解决方案的质量，
-通过包含金属连接法兰，相对于配备有上游和下游加强件的气体风路(见上文的主要风路24)集成了具备声学处理的中心元件架构/排气锥(CMC或金属)。
如有需要，在阅读借助于非限定性实例给出的以下描述，同时参考附图，将更好得了解本发明的其它细节、特性和优点。
附图说明
图1是根据本发明的涡轮发动机的示意图；
-图2对应于图1的框架II中的局部视图，呈符合本发明的型式；
-图3是根据第一实施例的连接法兰(下文的9)的透视图；
-图4是在图3中标记为IV的区域的放大细节；
-图5是根据第二实施例的在图2中标记为V的区域的放大；以及
-图6是与图4相同的视图，但使用第二实施例。
具体实施方式
在图2中，我们通过参考图1并且因此在涡轮喷气发动机10上找到发动机12的尾部单元2，其包括中心排气元件1(或排气锥)和连接法兰9，所述连接法兰插入于上游的涡轮喷气发动机的金属出口(此处是排气壳体的内部环形壳22a)与下游的所述中心元件1之间，以经由轴向紧固件5将它们连接在一起。中心元件1由陶瓷基质复合物制成且围绕(X)轴呈环形的。其适于使涡轮喷气发动机在其周围从上游到下游喷射气体；见图1、2的箭头F。
根据本发明且如图2和3中所示，连接法兰9包括与中心元件1同轴的环形部分9a，且沿圆周包括柔性凸耳11。
柔性凸耳11在环形部分9a上围绕X轴以规则顺序沿圆周相互排列。凸耳11呈现为可大致为矩形的叶片。它们相对于环形部分9a是柔性的且各自地并且轴向地呈现出：
-第一末端11a，在此(位置)处凸耳一体地连接到所述环形部分9a，以及
-第二自由末端11b，其从第一末端11a向外径向(Z轴)突出且凸耳11通过中心元件1固定到所述第二自由末端。
每一个因此可以在第一末端11a处弯曲。它们被定义为许多柔性支撑件。
下文系统地称为“中心元件”的中心元件/排气锥1，其由陶瓷基质复合物制成，且连接法兰9是金属。它可以是钛合金或任何其它耐高温合金。
具体来说，为了不将凸耳11固定到为了声学衰减而处理的区域(细节见下文；区域13)中或球根状体7中的中心元件1，与中心元件1固定的(每)一个柔性凸耳11的第二自由末端11b位于此凸耳的第一末端11a的轴向上游(AM)；具体参见图5。
具体来说在此情况下，中心元件1可以具有外围壁15，所述外围壁：
-局部地具备声音衰减蜂巢核心结构17，且
-在声音衰减结构17的上游具有上游末端部分19，其中中心元件1与柔性凸耳11在其第二自由末端11b处固定。
因此，声音衰减结构17将被较好地限制于与凸耳11的固定的部分19的下游。
为了使附接更可靠，上游末端部分19将形成周向闭合的环，其从作为轴向的声音衰减结构17向上游以一个整体件延伸外围壁15。此环形法兰19具有孔21，固定螺丝23穿过所述孔，所述固定螺丝还分别朝向其第二自由末端11b穿过柔性凸耳11中的其它孔25。
另外，为了允许大的径向间隙和安装紧固件(例如螺丝23；见图2、5)，柔性凸耳11可以优选从形成于环形部分9中的开口(在此情况下为切口18)径向延伸；见图3、4、6。
实际上，如参考图1中所示，中心元件1预期可以包括基本上圆柱形形状的上游部分1a(通常被称为“前柱塞”)以及(例如，通过螺栓连接)轴向固定到其的圆锥形状的下游部分1b(通常被称为“后柱塞”)。则此上游部分1a将配备有至少一个所谓的声音衰减结构17，且因此具有壁15和部分19。
通过上游末端部分19平行于所述X轴延伸的定向，同样对于朝向其第二末端11b的凸耳11，中心元件1的上游部分1a和连接法兰9可以平行于X轴固定在一起，因此避免了倾斜应力。
在径向上径向穿过同轴孔21、25的螺丝23随后将能够确保可靠且有效的附接而无过量的应力。
具体来说为了这些螺丝的安装和/或维护，还提出外围壁15由壁区段27以如下方式延伸：
-向上游轴向，
-以及相对于此壁区段27将随后覆盖的所述上游末端部分19向外径向，但在用于螺丝23的径向通路29的位置处除外；见图2、5。
在图2和5中还应当注意，借助于所述凸耳11因此确保在紧固件中从下游到上游的柔性，声音衰减结构17可在上游末端处轴向延伸到凸耳11的右边。
图6示出图2、5中的解决方案的替代方案。事实上，与中心元件1同轴的环形部分9a不再沿圆周位于凸耳11的上游和下游(部分9a1和9a2b，图4)，而是仅在这些凸耳的上游：部分9a1，图6。从环形部分9a1，轴向突片31轴向延伸，在轴向突片之间是预留的所述开口18，此处各自呈扇区化狭槽18a的形式。图5中的解决方案同样如下。随后经由突片31做出到环形部分9a的连接。且所述第一末端11a连接(例如，焊接)到每一个突片31的下游自由末端31a(见图6)。仍从第一末端11a向外径向(Z轴)突出且凸耳11朝向其与中心元件1固定的第二自由末端11b仍从所述第一末端11a向上定位。在此情况下，凸耳11沿圆周位于两个连续开口18之间且与相应突片31径向相对。
图4和6示出径向法兰，穿过其轴向孔35的例如螺丝的轴向紧固件5(见图2)允许连接法兰9使其固定到涡轮喷气发动机的所述金属出口，此处为排气壳体22的内部环圈壳22a。

Claims (11)

1.一种用于飞行器涡轮喷气发动机的组装件，所述组装件包括：
-用于排气的中心元件(1)，所述中心元件围绕轴(X)是环形的且适于使所述涡轮喷气发动机在其周围从上游到下游排出气体；以及
-连接法兰(9)，所述连接法兰插入于上游的涡轮喷气发动机的金属出口(22a)与下游的所述中心元件(1)之间以将所述金属出口和所述中心元件接合在一起，
其特征在于，所述连接法兰(9)包括环形部分(9a)且沿圆周包括柔性凸耳(11)，柔性凸耳各自轴向地具有：
-第一末端(11a)，在第一末端处凸耳连接到所述环形部分，以及
-第二自由末端(11b)，凸耳朝向第二自由末端与所述中心元件(1)固定，第二自由末端(11b)轴向位于第一末端(11a)的上游。
2.根据权利要求1所述的组装件，其特征在于，柔性凸耳(11)从第一末端和/或从所述连接法兰(9)的开口(18，18a)径向向外延伸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组装件，其特征在于，所述中心元件(1)具有外围壁(15)，所述外围壁具有上游末端部分(19)，在所述上游末端部分处所述中心元件(1)在柔性凸耳的第二自由末端(11b)处与柔性凸耳(11)固定。
4.根据权利要求1或2所述的组装件，其特征在于，所述中心元件(1)具有外围壁(15)，所述外围壁：
-局部具备声音衰减结构(17)；以及
-在所述声音衰减结构的上游具有上游末端部分(19)，在所述上游末端部分处所述中心元件(1)在柔性凸耳的第二自由末端(11b)处与柔性凸耳(11)固定。
5.根据权利要求3或4所述的组装件，其特征在于，所述中心元件(1)的上游末端部分(19)如同柔性凸耳(11)那样朝向柔性凸耳的第二末端(11b)平行于所述轴(X)延伸，以便通过穿过它们的螺丝(23)接合在一起。
6.根据权利要求5所述的组装件，其特征在于，所述外围壁(15)向上游(在27)轴向延伸且相对于所述上游末端部分(19)向外径向延伸，所述外围壁覆盖所述上游末端部分，但在用于所述螺丝(23)的径向通路(29)的位置处除外。
7.根据权利要求4到6中任一项所述的组装件，其特征在于，所述声音衰减结构(17)轴向延伸到所述凸耳(11)的右边。
8.单独根据权利要求4所述的组装件或结合根据权利要求5到7中任一项所述的组装件，其特征在于，所述声音衰减结构(17)是蜂巢形的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组装件，其特征在于，所述中心元件(1)由陶瓷基质复合材料制成，且所述连接法兰(9)是金属。
10.根据前述权利要求中任一项所述的组装件，其特征在于，一个凸耳(11)在第一末端(11a)处借助于突片(31)连接到所述环形部分(9a)，所述突片向下游延伸且在上游与所述环形部分(9a)成一体式。
11.单独根据权利要求2所述的组装件或结合根据权利要求3到9中任一项所述的组装件，其特征在于，一个凸耳(11)在所述环形部分的形成一个开口(18)的下游边缘(18a)的部分处一体地连接到所述环形部分(9a)。
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