CN113748063A - 具有声学板的机舱进气道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮喷气发动机机舱的进气道(1)，所述进气道包括环形结构(110)，所述环形结构包括限定外部空气动力学表面的外部整流罩(100)和限定内部空气动力学表面的内部整流罩(102)，所述外部整流罩(100)和所述内部整流罩(102)通过形成前缘的进气道唇缘(108)在上游处连接，所述内部整流罩(102)包括通过上游紧固凸缘(118)紧固到所述进气道唇缘(108)的外表层(114)，所述外表层(114)用于通过下游紧固凸缘(122)固定到外风扇外壳(116)，所述进气道(1)包括至少一个独立的声学板(2)，所述至少一个独立的声学板附接到所述外表层(114)并且包括穿孔的声学板(200)和蜂窝芯体(202)。

Description

具有声学板的机舱进气道

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的机舱进气道，所述涡轮机例如为飞行器的涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

飞行器由一个或多个推进单元推进，每个推进单元包括容纳在管状机舱内的涡轮喷气发动机/涡轮螺旋桨发动机。每个推进单元通过通常位于机翼下方或机身水平处的吊架而附接到飞行器。

机舱通常具有管状结构，该管状结构包括上游段、中间段、下游段，上游段形成涡轮喷气发动机上游的进气道，中间段用于围绕涡轮喷气发动机的风扇，下游段适于容纳推力反向装置并围绕涡轮喷气发动机的燃烧室，并且机舱通常终止于喷嘴，喷嘴的出口位于涡轮喷气发动机的下游。

进气道旨在优化在整个飞行包线上供给涡轮喷气发动机的风扇以及将空气引向风扇所需的空气捕获。

进气道基本上包括形成前缘的进气道唇缘，该进气道唇缘附接在环形结构上。

环形结构包括确保机舱的外部空气动力学连续性的外部整流罩和确保机舱的内部空气动力学连续性的内部整流罩，特别是在风扇外壳体处于中间段的水平处的情况下。进气道唇缘确保这两个整流罩上游之间的接合。

进气道的内部整流罩暴露于相当大的气流，并且位于风扇的叶片附近。因此，它有助于将源自涡轮喷气发动机的噪声向飞行器外部传递。

此外，从现有技术中已知，为机舱的进气道的内部整流罩配备声学板，以减弱由涡轮喷气发动机产生的噪声的传递。

通常地，声学板包括穿孔的声学表层和组装在声学表层上的蜂窝芯体。

蜂窝芯体包括多个声学单元，形成亥姆霍兹共振器，这些声学单元通过周边隔板彼此分开。

穿孔表层指向噪声发射区域，使得声波可以穿过穿孔表层的开口进入声学单元。声能通过声学单元内的粘热效应而耗散。

声学板的蜂窝芯体可以包括一个单一单元厚度，或者由微穿孔隔膜分开的两个厚度，以改善板的声学性能。

除了它们的声衰减功能之外，这些板还确保两个其它功能：

-空气动力学功能：与流过涡轮喷气发动机和机舱的气流和流动流接触的穿孔表层引导所述流并且应该尽可能少地干扰这些流；

-力吸收结构功能：声学板能够吸收机舱所承受的一些力。

现有技术的声学板的缺点在于，例如在由鸟撞击、外来物体的吸入等引起的损坏的情况下，难以维护和修理它们。

另一个缺点在于空气动力学损失，该空气动力学损失可能由声学表层的穿孔引起，该穿孔通常被较差地制造并且干扰进气道的正常操作，并且该穿孔由发动机性能的降低反映。为了限制这些空气动力学损失，这些穿孔的截面应当尽可能地减小。

另一个缺点在于，与进气道的可用表面相比，声学板的处理表面不能最佳地使用，声学板通常利用结构增强件来增强，以解决力传递的需要，其中，声学穿孔仅仅是有效的，甚至是不可能的。

另一个缺点在于这些声学板的制造成本，特别是由两个单元厚度形成的那些声学板，这需要额外的制造步骤和更昂贵的生产。

另一个缺点在于，难以将风扇叶片布置在具有截头圆锥形总体几何形状的所谓短进气道结构中。从空气动力学的角度来看，这种结构是最佳的，但是该结构使得叶片的布置复杂，因为风扇叶片朝向进气道唇缘的轴向平移位移意味着与进气道的干涉。

发明内容

本发明的目的尤其在于克服这些缺点中的至少一个，并且根据第一方面，涉及一种涡轮喷气发动机机舱的进气道，进气道包括环形结构，环形结构包括限定外部空气动力学表面的外部整流罩和限定内部空气动力学表面的内部整流罩，外部整流罩和内部整流罩通过形成前缘的进气道唇缘在上游处连接，内部整流罩包括通过上游紧固凸缘紧固至进气道唇缘的外表层，外表层旨在通过下游紧固凸缘紧固至风扇外壳，进气道包括至少一个独立的声学板，所述至少一个独立的声学板附接至外表层并且包括穿孔的声学板和蜂窝芯体。

根据另一方面，本发明涉及一种涡轮喷气发动机机舱的进气道，进气道包括环形结构，环形结构包括限定外部空气动力学表面的外部整流罩和限定内部空气动力学表面的内部整流罩，外部整流罩和内部整流罩通过形成前缘的进气道唇缘在上游处连接，内部整流罩包括通过上游紧固凸缘紧固至进气道唇缘的外表层，外表层旨在通过下游紧固凸缘紧固至风扇外壳，进气道包括至少两个独立的声学板，所述至少两个独立的声学板附接至外表层并且包括穿孔的声学板和蜂窝芯体，所述至少两个声学板相邻并通过重叠连接在一起。通过重叠，应当理解，至少一个板与另一个板部分地叠置。该特征允许便于声学板的组装，并因此便于进气道的制造。

通过表述“连接”一词，应当理解，机械元件彼此是一体的，或者机械元件通过任何合适的紧固装置，例如螺钉、铆钉、焊接、胶合而组装在它们之间。

通过附接的独立的声学板，应当理解，声学板与进气道分开制造，并且随后组装在进气道的外表层上，声学板的维护和修理操作得以简化。

因此，该声学板与现有技术的不同之处在于其是非结构性的。

对于非结构声学板，应该理解声学板的刚度明显低于其所组装的进气道的内部整流罩的刚度，以限制由此传递的力。

此外，附接的声学板允许在将声学板组装到进气道上之前优化和控制在声学板的声学表层中形成穿孔，从而形成具有非常小的截面的穿孔，以限制空气动力损失并改善声学操作。这也允许使用新材料来制造这些非结构性声学板。

根据本发明的其它特征，本发明的进气道包括单独考虑或根据任何可能的组合考虑的一个或多个以下可选特征。

根据一个特征，上游紧固凸缘与外表层成一体。这允许降低进气道的生产成本并减少其质量。

根据一个特征，上游紧固凸缘与外表层形成90°的范围内的角度。

根据一个实施例，外表层由复合材料制成。

根据一个实施例，声学板可移除地附接到外表层。

根据一个实施例，声学板由金属材料制成。

根据一个实施例，蜂窝芯体通过钎焊紧固到穿孔声学表层。

根据一个实施例，进气道包括至少两个相邻的声学板，声学板附接到外表层并通过并置连接在一起。

根据一个实施例，进气道包括至少两个相邻的声学板，声学板附接到外表层并通过重叠连接在一起。

根据一个实施例，至少一个声学板包括重叠带，该重叠带设计成与相邻声学板叠置。

有利地，进气道包括布置在环形结构的高度处的至少一个可移动舱口盖。

舱口盖可在闭合位置和打开位置之间移动，在闭合位置，舱口盖与环形结构的外部整流罩齐平，在打开位置，舱口盖打开通向声学板的通路。例如，可移动舱口盖由滑动或枢转舱口盖组成，或者由适于从进气道的环形结构移除的舱口盖组成。

根据另一方面，本发明涉及一种包括如前所述的进气道的机舱。

根据另一方面，本发明的目的是一种推进单元，其包括如前所述的进气道和包括多个风扇叶片的风扇，其中，所述至少一个声学板所附接的进气道的外表层具有从进气道唇缘向上至风扇叶片发散的形状，并且推进单元在外表层与风扇叶片之间具有由至少一个声学板的缩进部形成的径向间隙。

根据另一方面，本发明的目的是一种用于布置推进单元的风扇叶片的方法，所述推进单元包括如前所述的进气道和多个风扇叶片，所述方法包括以下步骤：

-布置至少一个独立的声学板，该声学板附接到外表层以形成径向间隙；

-根据由径向间隙允许的在进气道唇缘的方向上的轴向位移平移待布置的风扇叶片。

根据一个实施例，该方法包括旋转风扇以便将待布置的风扇叶片定位成与已布置的声学板相对的步骤。

根据一个实施例，声学板通过紧固凸缘附接至外表层，并且所述方法包括从环形结构移除可移动舱口盖以获取声学板的紧固凸缘的步骤。

附图说明

通过阅读以下非限制性描述并从附图中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，附图示意性地示出了根据本发明的机舱进气道的若干实施例。

图1是根据本发明的机舱进气道的纵向截面的示意图。

图2是根据本发明的机舱进气道的纵向截面的示意图。

图3是包括若干声学板的进气道的局部视图的横截面示意图。

图4是根据本发明的声学板的放大图。

图5是根据本发明的声学板的放大图。

图6是根据现有技术的机舱进气道的图示。

图7是根据本发明的风扇叶片的布置的示意图。

图8是根据本发明的风扇叶片的布置的示意图。

图9是根据本发明的特征的进气道的示意图。

图10是根据本发明的特征的进气道的示意图。

图11是根据本发明的特征的机舱进气道的纵向截面的示意图。

为了简单起见，在所有附图中，相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

表述“上游”和“前”将被不加区分地用于指代进气道的上游，并且表述“下游”和“后”将被不加区分地用于指代进气道的下游。

表述“上游”和“下游”是指气流进出机舱的方向。

图1示出了涡轮机机舱的进气道1。进气道包括进气道唇缘108和环形结构110。环形结构110包括限定外部空气动力学表面的外部整流罩100和限定内部空气动力学表面的内部整流罩102。外部整流罩100和内部整流罩102在它们的上游端104、106处通过形成前缘的进气道唇缘108连接。进气道唇缘108确保两个整流罩100、102之间的接合，并且可以具体地集成到进气道1的外部整流罩100。进气到唇缘108由称为“前隔板”的隔板112界定，该隔板形成具有类似“D”形截面的环形体积。优选地，隔板由钛制成，并通过具有L形形状的紧固凸缘113紧固到进气道唇缘。优选地，紧固凸缘113也由钛制成。

进气道1的内部整流罩102包括外表层114。外表层114从风扇外壳116向上延伸到进气道唇缘108。风扇外壳116围绕包括风扇叶片126的风扇136。在本示例中，示出了一个单个风扇叶片。

以本身已知的方式，风扇136被设计成旋转的。风扇136的旋转驱动风扇叶片126，其压缩进入涡轮喷气发动机的空气。

外表层114在其上游端106通过上游紧固凸缘118紧固到进气道唇缘108，在其下游端120通过下游紧固凸缘122紧固到风扇壳体116。外表层114的下游端120可连接到用于加强和力传递的横向环形隔板124的内周边，该横向环形隔板被称为“后隔板”，该横向环形隔板的外周边连接到进气道1的外部整流罩100。

因此，外表层114确保了力从进气道唇缘108向上传递到风扇壳体116。外表层114是结构性的。

上游紧固凸缘118可与外表层114成一体。通过与之形成一体，应当理解，上游紧固凸缘118和外表层114形成为一件。优选地，紧固凸缘和外表层由复合材料制成，例如注入热塑性树脂中的干纤维。上游紧固凸缘118和外表层114可以通过成形制成。成形包括将待变形的材料在第一工具上的位置固定和通过具有所需最终形状的第二工具使材料变形的步骤。该方法还允许在上游紧固凸缘118和外表层之间形成包括在80°和100°之间的角度，优选地，上游紧固凸缘118与外表层114形成90°的角度。

进气道1包括独立的声学板2。声学板2包括穿孔的声学表层200。穿孔的声学表层200包括均匀地形成在声学表层200中的多个孔(未示出)。

声学板2还包括蜂窝芯体202，其包括多个声学单元，这些声学单元通过周边隔板204彼此分离。

图2示出了用于涡轮机机舱的进气道1，其中声学板2附接到外表层114。

声学板2通过紧固凸缘208、210附接到外表层114。通过附接的声学板，应当理解，板与进气道1的外表层114分开制造，并且之后将其组装在该外表层114上。

声学板2可以可移除地紧固在外表层114上，以便于在损坏的情况下更换。

声学板2沿着外表层114从进气道唇缘108向上延伸至风扇壳体116。因此，声学板2设置在风扇叶片126的上游。

因此，结构和声学功能是分离的。通过从进气道唇缘108向上延伸至风扇壳体116的内部整流罩的外表层114确保了能够传递力的结构功能。通过借助于紧固凸缘208、210附接到外表层114的声学板2来确保声学处理功能。由于声学板的制造独立于进气道的制造，所以声学板的制造不受进气道的制造限制(尤其是压力和温度限制)。

因此，声学板2可以由金属材料和/或复合材料制成。在一个实施例中，声学表层和蜂窝芯体都可以由金属材料制成。优选地，声学表层和蜂窝芯体由铝制成，甚至更优选地，声学表层和蜂窝芯体由6000系列中选择的铝合金制成。金属蜂窝芯体通过钎焊紧固到金属声学表层。金属声学表层通过激光进行的微穿刺技术穿刺。

由于声学和结构功能的分离，使得这些不同材料的使用成为可能。

图3是根据图2的平面IV-IV的进气道的局部横截面图。该图示出了两个独立的声学板2、2'，其分别包括一个穿孔表层200、200'，所述穿孔表层连接到外表层114并通过紧固凸缘(未示出)紧固在外表层上。

尽管图3的示例示出了包括附接到外表层的两个声学板的进气道，但是可以考虑附接其它声学板以覆盖机舱的进气道的整个周边。

图4和5是图3的V部分的放大图，其示出了图3所示的进气道的实施例的变型。

参考该附图，两个声学板2、2'相邻并通过并置而彼此连接，即边缘对边缘。

根据图5中所示的第二变型，声学板2、2'相邻并且通过重叠连接在一起。

在该变型中，第一声学板2'的穿孔的声学表层200'的重叠带201'被设计成与相邻声学板的穿孔的声学表层200叠置。

图6是现有技术的推进单元5'的图示，在该图示上可以看到风扇叶片126'的布置。推进单元5'包括机舱进气道1'、围绕包括风扇叶片126'的风扇136'的风扇壳体116'。可以进行风扇叶片的布置以便维护或修理风扇叶片。

进气道1'包括进气道唇缘108'和环形结构110'。

环形结构110'包括限定外部空气动力学表面的外部整流罩100'和限定内部空气动力学表面的内部整流罩102'。机舱的进气道1'具有基本截头圆锥形的形状。

沿着箭头(a)的方向朝向风扇叶片126'的进气道唇缘108'的轴向平移位移导致叶片126'与进气道的干涉(在部分VI中示出)。这个问题尤其在现有技术中已知的机舱中遇到，机舱在进气道唇缘的方向上会聚。

图7和8示出了根据本发明实施例的推进单元5的风扇叶片126的布置，其中至少一个附接的声学板已经被移除。在本示例中，已经移除了一个单个的声学板2。推进单元5具有包括进气道唇缘108和环形结构110的机舱进气道1、围绕包括风扇叶片126的风扇136的风扇外壳116。图8更具体地示出了风扇叶片126沿箭头(a)的方向朝向进气道唇缘108轴向平移而布置的位移。

机舱的进气道具有基本截头圆锥形的形状，因此进气道的外表层114具有从进气道唇缘108向上发散至风扇叶片126的形状。

附接的声学板2的缩进部允许在外表层114和风扇叶片126之间形成径向间隙(r)，使得风扇叶片126在其轴向平移位移期间不与进气道1接触。

至少一个独立的声学板2被布置为远离外表层114以形成径向间隙(r)。包括风扇叶片的风扇例如手动旋转，以将待布置的风扇叶片定位成与已布置的板相对，然后风扇叶片126根据径向间隙(r)所允许的在进气道唇缘108的方向上的轴向位移(a)平移地移动。风扇叶片126在其轴向平移位移期间不与进气道1干涉。

图9示出了包括进气道唇缘108和包括外部整流罩100的环形结构110的进气道1。环形结构110包括舱口盖4，其可在闭合位置和打开位置之间移动，在闭合位置，舱口盖与外部整流罩100齐平，在打开位置，舱口该打开到声学板2的通路。舱口盖适于完全从外部整流罩100移除(图10)。可移动舱口盖的移除允许在不必布置进气道唇缘的外部整流罩的情况下获取声学板。

有利地，舱口盖还可以用于提供进入可能存在于进气道中的其它元件的通路，例如除冰系统的元件或发动机监测所需的探测器。

图11示出了涡轮机机舱的进气道1，其中，舱口4已经从环形结构上移除，以允许获取声学板2的紧固凸缘208、210。舱口盖4从环形结构110的外部整流罩100上移除，以允许获取声学板2的紧固凸缘208、210。布置声学板2。包括风扇叶片的风扇136旋转，以将待布置的风扇叶片定位成与布置的声学板相对。待布置的风扇叶片126通过径向间隙(r)(图8)所允许的在进气道唇缘108的方向上沿着箭头(a)的方向的轴向平移而移位。由于声学板2的布置，风扇叶片126在其布置期间不与进气道接触。

本发明的描述作为非限制性示例提供。

因此，由于根据本发明的进气道，其中声学板被附接而不是结构性的，因此维护和修理操作被简化。此外，可以最佳地控制在声学表层中形成穿孔，以限制空气动力学损失。

最后，本发明允许解决现有技术的风扇叶片布置问题。

Claims (13)

1.一种涡轮喷气发动机机舱的进气道(1)，所述进气道包括环形结构(110)，所述环形结构包括限定外部空气动力学表面的外部整流罩(100)和限定内部空气动力学表面的内部整流罩(102)，所述外部整流罩(100)和所述内部整流罩(102)通过形成前缘的进气道唇缘(108)在上游处连接，所述内部整流罩(102)包括通过上游紧固凸缘(118)紧固到所述进气道唇缘(108)的外表层(114)，所述外表层(114)旨在通过下游紧固凸缘(122)紧固到风扇外壳(116)，所述进气道(1)包括至少两个独立的声学板(2、2')，所述至少两个独立的声学板附接到所述外表层(114)并且包括穿孔的声学板(200)和蜂窝芯体(202)，所述至少两个声学板(2、2')相邻并且通过重叠连接在一起。

2.根据权利要求1所述的机舱进气道，其特征在于，所述上游紧固凸缘(118)与所述外表层(114)成一体。

3.根据前述权利要求中任一项所述的机舱进气道，其中，所述上游紧固凸缘(118)与所述外表层(114)形成90°的范围内的角度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机舱进气道，其特征在于，所述外表层(114)由复合材料制成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机舱进气道，其特征在于，所述声学板(2)可移除地附接至所述外表层(114)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机舱进气道，其特征在于，所述声学板(2)由金属材料制成。

7.根据权利要求6所述的机舱进气道，其特征在于，所述蜂窝芯体(202)通过钎焊紧固至所述穿孔声学表层(200)。

8.根据权利要求1所述的机舱进气道，其特征在于，所述声学板中的至少一个包括重叠带(201')，所述重叠带被设计成与相邻的声学板叠置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机舱进气道，其特征在于，至少一个可移动舱口盖(4)布置在所述环形结构(110)的高度处。

10.一种推进单元(5)，包括根据权利要求1至9中任一项所述的进气道(1)和包括多个风扇叶片(126)的风扇(136)，其特征在于，所述至少一个声学板(2)附接于其上的所述进气道的外表层(114)具有从所述进气道唇缘(108)向所述风扇叶片(126)发散的形状，并且所述推进单元(5)在所述外表层(114)与所述风扇叶片(126)之间具有由至少一个声学板(2)的缩进形成的径向间隙(r)。

11.一种用于布置根据权利要求10所述的推进单元(5)的风扇叶片的方法，所述方法包括以下步骤：

-布置至少一个独立的声学板(2)，所述至少一个独立的声学板附接到所述外表层(114)以形成径向间隙(r)；

-根据由所述径向间隙(r)允许的在所述进气道唇缘(108)的方向上的轴向位移(a)平移待布置的风扇叶片。

12.根据权利要求11所述的风扇叶片布置方法，其特征在于，所述方法包括旋转所述风扇以将待布置的风扇叶片定位成与已布置的所述声学板相对的步骤。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的风扇叶片布置方法，其特征在于，所述声学板(2)通过紧固凸缘(208、210)附接至所述外表层(114)，并且所述方法包括从环形结构(110)移除可移动舱口盖(4)以获取所述声学板(2)的所述紧固凸缘(208、210)的步骤。

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