CN113366222A - 用于飞行器涡轮机的风扇壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞行器涡轮机的风扇壳体(10)，该风扇壳体包括环形主体(11)和环形涂层(14)，该环形主体绕轴线延伸并且在其每个轴向端部处配备有环形附接凸缘(12a，12b)，该环形涂层由耐磨材料制成，其特征在于，主体(11)由复合材料制成，并且风扇壳体进一步包括环形加强件(13)，该环形加强件被布置在主体(11)的内部并且承载涂层(14)，该加强件(13)包括环形圈(13a)，该环形圈的径向外表面与主体(11)径向地间隔开，并且该环形圈的径向内表面接纳涂层(14)，加强件(13)包括环形附接凸片(13b)，该环形附接凸片用于将壁附接到主体。

Description

用于飞行器涡轮机的风扇壳体

技术领域

本发明涉及用于飞行器涡轮机的风扇壳体的领域。

背景技术

图1部分地示出了飞行器涡轮机的风扇。

通常，涡轮机从上游到下游(即，沿着气流的方向)包括风扇、一个或多个压缩机、燃烧室、一个或多个涡轮和用于使燃烧气体离开涡轮的排气喷嘴。

风扇1包括叶轮2，该叶轮2被风扇壳体3包围，风扇壳体3也被称为保持壳体，因为风扇壳体的功能是在叶片破裂的情况下或者在碎片进入风扇的情况下保持叶片。

如图2所示，风扇壳体3是具有旋转轴线A的大体圆柱形的形状。风扇壳体在其每个轴向端部处包括环形的紧固凸缘3’、3”。这些凸缘3’、3”用于将壳体3紧固到涡轮机的机舱的环形壁。

因此，风扇壳体3围绕风扇叶轮2延伸。风扇壳体包括内圆柱表面，在该内圆柱表面上设置有耐磨材料的环形层4。该耐磨材料的环形层4围绕叶片并且在距离叶片较短的径向距离处延伸，在运行中，叶片可能会与该材料摩擦并产生磨损。这优化了叶片和包围叶片的风扇壳体3之间的径向间隙，并且因此限制了在叶片的径向外部尖端处或端部处的气体泄漏，从而优化了涡轮机的性能。在FR-A1-2913053中描述了一个示例。

在本技术中，该耐磨材料的环形层4由实心的耐磨介质盒或蜂窝状结构组成。该盒状件通常被铆接或被螺纹连接到风扇壳体上。

图3是示出了根据现有技术的风扇壳体3的示意性横截面。

风扇壳体被连接到进气套筒5和中间壳体6。风扇壳体还带有上游声区7和下游声区8。

风扇壳体3还包括盒形式的耐磨支撑层4，该耐磨支撑层被定位在风扇壳体3的内侧，被定位在上游声区7和下游声区8之间。

该耐磨介质盒4的缺点是它局部地增加了风扇壳体3的厚度，并且因此增加了风扇壳体3的重量。

除了该保持功能以外，风扇壳体3还被设计为：

-确保进气套筒5和中间壳体罩6之间的(力和力矩的)机械连续性；

-使得能够紧固由耐磨介质盒4、上游声区7和下游声区8界定的空气动力管道的面板，从而确保空气动力管道的连续性；

-使得能够紧固已知的设备和支撑件；

-满足防火和泄漏管理规范；

-使得电流能够连续，以抵抗雷击等。

此外，在运行期间，风扇叶片2产生包括旋转压力-真空袋的动态载荷。该动态载荷激发了风扇壳体，并且导致了风扇壳体的加速和变形。事实上，风扇壳体会对这些动态载荷有强制响应，这可能导致风扇壳体的劣化，从而缩短风扇壳体的使用寿命。

因此，风扇壳体必须具有机械强度，以执行所有这些功能，并且承受风扇运行期间的动态载荷。为此，在当前的技术中，风扇壳体包括在外表面上的金属加强件，以加强风扇壳体的结构(图2)。这些加强件通常是壳体的组成部分，使得壳体的制造复杂并且昂贵。此外，这增加了风扇壳体的重量。

本发明针对现有技术的上述缺点提供了一种简单、有效并且经济的解决方案。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于飞行器涡轮机的风扇壳体，该风扇壳体包括环形主体和环形涂层，该环形主体绕轴线A延伸并且在环形主体的轴向端部的每个处配备有环形紧固凸缘，该环形涂层由耐磨材料制成，其特征在于，所述主体由复合材料制成，并且该风扇壳体进一步包括环形加强件，该环形加强件被布置在所述主体的内部并且承载所述涂层，该加强件包括环形壁，该环形壁的径向外表面与主体径向地间隔开，并且该环形壁的径向内表面接纳所述涂层，加强件包括环形凸片，该环形凸片用于将所述壁紧固到所述主体。

根据本发明的风扇壳体具有许多优点。特别地，根据本发明的风扇壳体能够确保耐磨支撑件的功能，同时具有减小的质量，并且能够改进保持能力和整体的刚度。

有利地，环形加强件具有基本上欧米茄形的横截面。

优选地并且有利地，主体由编织纤维的预制件制成且通过聚合树脂致密化。

这种纤维使得能够获得既轻又耐用的解决方案。

有利地，每个凸片具有大体L形的横截面，并且包括第一环形腿和第二环形腿，该第一环形腿用于紧固到主体，该第二环形腿用于将壁连接到紧固腿，从而使得加强件和风扇壳体主体能够固定在一起。

根据第一实施例，连接腿基本上垂直于壁和/或紧固腿。

根据另一实施例，连接腿相对于壁和/或紧固腿倾斜。

因此，在风扇叶片运行期间由风扇壳体进行的能量吸收增加，从而为风扇壳体提供更大的强度和坚固性。

特别地，加强件的这种欧米茄的形状能够在根据本发明的风扇壳体的惯性约束和风扇壳体的加强件的集成约束之间实现良好的折衷。

有利地，加强件具有基本上恒定的厚度，使得加强件能够通过已知的折叠、悬垂(drapage)和修整技术被容易地制造。

有利地，壁具有沿所述轴线A变化的直径。

这样，加强件可以符合风扇壳体的形状，以便更好地集成。

优选地和有利地，紧固凸片的连接腿相对于所述轴线A具有不同的高度或不同的径向尺寸。

因此，加强件符合风扇壳体的形状，以便更好地集成。

本发明还涉及一种用于制造如上所述的风扇壳体的方法，其特征在于，该方法包括：

a)由复合材料制造所述主体的步骤，

b)例如由碳褶皱层制造加强件的步骤，

c)例如通过胶合将加强件放置并紧固在主体内部的步骤，以及

d)将耐磨涂层放置并紧固在加强件的径向内表面上的步骤。

这样制造的风扇壳体相对于现有技术的风扇壳体，特别是相对于现有技术的螺纹连接或铆接的解决方案来说，减轻了重量，且改进了机械特性。

本发明进一步涉及一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括具有上述特征中的任何至少一个的风扇壳体。

如前所述，由于根据本发明的风扇壳体的存在，这种涡轮机呈现出了质量的减小方面的增益、刚度的改进和制造时间的增益，并且因此带来了成本方面的增益。

附图说明

通过以下以非限制性示例的方式以及参照附图进行的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的进一步细节、特征和优点将变得明显，在附图中：

[图1]如前所论述的图1部分地示出了根据现有技术的飞行器涡轮机的风扇的横截面图；

[图2]如前所论述的图2示出了根据现有技术的风扇壳体的透视图；

[图3]如前所论述的图3示出了根据现有技术的风扇壳体的示意性局部截面；

[图4]图4是根据本发明的风扇壳体的透视图；

[图5]图5是提供给根据本发明的风扇壳体的加强件的示例性实施例的横截面透视图；

[图6]图6是图5所示的加强件的横截面图；

[图7]图7示出了设置有如图5所示的加强件的根据本发明的风扇壳体的示例性实施例的横截面透视图；

[图8]图8示出了图7所示的风扇壳体的横截面图；

[图9]图9是提供给根据本发明的风扇壳体的加强件的进一步的示例性实施例的详细视图；

[图10]图10是提供给根据本发明的风扇壳体的加强件的另一实施例的进一步的详细视图。

具体实施方式

参照图4，壳体10具有大体圆柱形的环形主体11，该环形主体11具有旋转轴线A。

在本公开和权利要求中，术语“内”和“外”以及“径向”是相对于壳体10的轴线A定义的。术语“上游”和“下游”参考涡轮机中气流的流动方向使用。

壳体10在其每个轴向端部包括环形的紧固凸缘12a、12b。这些凸缘12a、12b用于将壳体10紧固到其配备的涡轮机机舱的环形壁上。在环形风扇壳体的情况下，这些凸缘12a、12b一方面用于将壳体10紧固到涡轮机的进气套筒上，另一方面用于将壳体10紧固到涡轮机的中间壳体罩上(未示出)。

环形主体11由复合材料制成。例如，环形主体是由(例如三维编织的)编织纤维的预制件制成的且通过聚合树脂致密化。

壳体10的环形主体11包括径向环形内表面11’，该径向环形内表面11’用于接纳耐磨材料的环形涂层。更具体地，主体11的径向环形内表面11’旨在接纳覆盖有一层耐磨材料涂层14的环形加强件13。

加强件13包括环形壁13a和环形凸片13b，该环形壁13a具有径向外表面13a’和径向内表面13a”，该环形凸片13b用于将加强件13的壁13a紧固到壳体10的主体11。

加强件的壁13a的径向外表面13a’与壳体10的主体11的径向内表面11’相对地布置，并且与壳体10的主体11径向地间隔开，以提供环形空间E。

加强件13的壁13a的径向内表面13a”接纳耐磨涂层14。

用于将加强件13的壁13a紧固到壳体10的主体11上的每个环形凸片13b具有大体L形的横截面，并且包括第一环形腿13b’和第二环形腿13b”，该第一环形腿13b’用于紧固到壳体10的主体11，该第二环形腿13b”用于将加强件13的壁13a连接到所述紧固腿13b’。

根据图5至图8所示的示例性实施例，连接腿13b”基本上垂直于加强件13的壁13a和/或紧固腿13b’。

根据图9和图10所示的示例性实施例，连接腿13b”相对于加强件13的所述壁13a和/或紧固腿13倾斜。

因此，连接腿13b”可以相对于加强件13的壁13a的径向外表面13a’的法线以角度α倾斜，该角度α介于10°至45°之间。凸缘13b的每个连接腿13b”的倾斜角度可以相同或不同。

因此，环形加强件13具有基本上为欧米茄(“Ω”)(大写)形的横截面。

加强件13在此位于壳体10的主体11的径向环形内表面11’的中心部分中，并且旨在与风扇叶轮的叶片的顶部相对地延伸。

加强件13跨主体11的径向环形内表面11’以360°连续地延伸。加强件13沿轴线A的轴向长度或尺寸l为风扇壳体10的长度的40％至60％，在所示的示例中为风扇壳体10的长度的50％。加强件13例如具有大约400mm的轴向尺寸l和大约30mm的高度h。加强件13还具有基本上恒定的厚度e。例如，加强件具有大约5mm的厚度e。

加强件13例如由碳褶皱层(plis)制成，使加强件具有显著的机械强度，即通过改进机械特性而增加刚度。因此，加强件13具有大约5.5kg的质量。

根据所示的但绝非限制性的实施例，加强件13的壁13a具有沿轴线A变化的直径。特别地，加强件13的壁13a包括具有直径D1的上游部分13aa和具有直径D2的下游部分13ac，上游部分13aa和下游部分13ac通过中间部分13ab连接。上游部分13aa的直径D1大于下游部分13ac的直径D2，因此中间部分13ab的直径在直径D1和直径D2之间以递减的方式变化。

如图8所示，加强件13的壁13a的横截面因此基本上复制风扇壳体10的主体11的横截面。

有利地，但非限制性地，紧固凸片13b的连接腿13”相对于风扇壳体10的旋转轴线A具有不同的高度h1、h2或不同的径向尺寸。例如，在加强件13的壁13a的上游部分13aa的上游环形侧端处的紧固凸片13b的连接腿13b”的高度h1大于在加强件13的壁13a的下游部分13ac的下游环形侧端处的紧固凸片13b的连接腿13b”的高度h2。

加强件13的欧米茄(“Ω”)形状赋予其显著的机械强度和保持能力，使得能够在涡轮机运行期间更多地吸收能量，同时保持设置在加强件13的环形壁13a的外表面13a’和壳体10的主体11的径向环形内表面11’之间的环形空间E为空，这进一步增加了根据本发明的风扇壳体10的质量减小的增益。

此外，加强件13因此具有简单且廉价的制造形状，与现有技术的蜂窝状结构的解决方案不同，该蜂窝状的解决方案需要对耐磨蜂窝状涂层进行预加工、悬垂步骤、铺设耐磨蜂窝状涂层、修整步骤、加工步骤以及将耐磨蜂窝状涂层胶合到风扇壳体的步骤。此外，与本发明的加强件13不同，蜂窝状涂层构成了实的芯，因此根据本发明的加强件13在其制造中需要更少的原材料，这构成了进一步的经济增益。

根据本发明的制造风扇壳体10的方法简单、快速，并且因此实施成本低廉，该方法包括以下步骤：

a)由复合材料制造主体11的步骤，

b)例如由碳褶皱层制造加强件的13步骤，

c)例如通过胶合将加强件13放置并紧固在主体11内部的步骤，以及

d)将耐磨涂层14放置并紧固在加强件13的径向内表面13a”上的步骤。

例如，主体11和加强件13是通过悬垂和修整步骤制造的。

此外，与螺纹连接或铆接的解决方案相比，加强件13和壳体10的主体11的固定胶合使得组件的质量能够减小。

步骤a)和b)可以同时进行，步骤c)和d)的顺序可以颠倒。

为了遵守直接从模具中取出的主体11的未加工的壳体10和加强件13的安装界面，可以设想使用一种工具，以允许加强件13关于其旨在用于的风扇壳体10符合正确尺寸。还设想了表征将加强件13定位在风扇壳体10上的方法，例如激光或安装模板。

因此，根据本发明，风扇壳体10的机械强度以及制造方法的总循环时间都得到改进。

本发明还涉及一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机从上游到下游(即，沿着气流的流动方向)包括风扇、一个或多个压缩机、燃烧室、一个或多个涡轮和用于使燃烧气体离开涡轮的排气喷嘴，风扇包括叶轮，该叶轮被根据本发明的风扇壳体10包围。

Claims (11)

1.一种用于飞行器涡轮机的风扇壳体(10)，所述风扇壳体包括环形主体(11)和环形涂层(14)，所述环形主体绕轴线(A)延伸并且在所述环形主体的轴向端部的每个处配备有环形紧固凸缘(12a，12b)，所述环形涂层由耐磨材料制成，其特征在于，所述主体(11)由复合材料制成，并且所述风扇壳体进一步包括环形加强件(13)，所述环形加强件被布置在所述主体(11)内部并且承载所述涂层(14)，所述加强件(13)包括环形壁(13a)，所述环形壁的径向外表面(13a’)与所述主体(11)径向地间隔开，并且所述环形壁的径向内表面(13a”)接纳所述涂层(14)，所述加强件(13)包括环形凸片(13b)，所述环形凸片用于将所述壁紧固到所述主体。

2.根据权利要求1所述的风扇壳体(10)，其特征在于，所述环形加强件(13)具有基本上欧米茄形的横截面。

3.根据前述权利要求中任一项所述的风扇壳体(10)，其特征在于，所述主体(11)由编织纤维的预制件制成且通过聚合树脂致密化。

4.根据前述权利要求中任一项所述的风扇壳体(10)，其特征在于，每个所述凸片(13b)具有大体L形的横截面，并且包括第一环形腿(13b’)和第二环形腿(13b”)，所述第一环形腿用于紧固到所述主体(11)，所述第二环形腿用于将所述壁(13a)连接到所述紧固腿(13b’)。

5.根据前一项权利要求所述的风扇壳体(10)，其特征在于，所述连接腿(13b”)基本上垂直于所述壁(13a)和/或所述紧固腿(13b’)。

6.根据权利要求4所述的风扇壳体(10)，其特征在于，所述连接腿(13b”)相对于所述壁(13a)和/或所述紧固腿(13b’)倾斜。

7.根据前述权利要求中任一项所述的风扇壳体(10)，其特征在于，所述加强件(13)具有基本上恒定的厚度(e)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的风扇壳体(10)，其特征在于，所述壁(13a)具有沿所述轴线(A)变化的直径。

9.根据前述权利要求中任一项所述的风扇壳体(10)，其特征在于，所述紧固凸片(13b)的所述连接腿(13b”)相对于所述轴线(A)具有不同的高度(h1，h2)或不同的径向尺寸。

10.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的风扇壳体(10)的方法，其特征在于，所述方法包括：

a)由复合材料制造主体(11)的步骤，

b)例如由碳褶皱层制造加强件的(13)步骤，

c)例如通过胶合将所述加强件(13)放置并紧固在所述主体(11)内部的步骤，以及

d)将耐磨涂层(14)放置并紧固在所述加强件(13)的径向内表面(13a”)上的步骤。

11.一种飞行器涡轮机，其特征在于，所述飞行器涡轮机包括根据权利要求1至9中任一项所述的风扇壳体(10)。

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