CN1637261A - 连接喷管衬套壁的紧凑的固定环件和栓钉及其固定方法 - Google Patents

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Abstract

一种组合件，用于连接喷管衬套的间隔开的热板和冷板，其包括连接到热板的带有主体的栓钉，一部分栓钉延伸通过冷板上的开口。支承件间隔开所述热板和冷板。一般为平面的固定环件固定到延伸通过冷板的栓钉部分。第一长度由栓钉延伸通过冷板到栓钉远端的部分形成。第二长度在环件面对冷板的第一平面部分和环件的相对第一平面的第二平面表面之间形成。第一和第二长度各小于所述栓钉主体的直径。

Description

连接喷管衬套壁的紧凑的固定环件和栓钉及其固定方法
按照美国空军和本受让人之间的合同No.F33657-01-C-1240，美国联邦政府享有对本发明的各种权利。
技术领域
本发明大体上涉及一种固定器件，可用于涡轮发动机的排气通道装衬的喷管衬套，具体涉及连接该衬套的第一和第二壁的固定器件。
背景技术
现有技术已公开了各种冷却衬套表面的结构。衬套表面接触通过涡轮发动机的排出热废气。衬套一般包括第一壁，也称作热板，其表面与排出废气接触；和第二壁，称作冷板，与第一壁间隔开并固定到第一壁。第一和第二壁之间形成空间，冷却空气在其间通过以防止热板过热。冷却空气可通过排气喷管上游的风机部分提供。在冲击冷却的过程中，在冷却空气和排出气体之间一般存在压差。压差将冷却空气抽入冷板的孔中，冷却空气冲击热板的表面。
Kishi的美国专利No.5,655,361公开了一种吸声蜂窝结构，设置在喷管板和衬套之间。冷却空气在喷管板和衬套之间流过，冷却空气冲击衬套进行冷却。在某些实施例中，衬套包括通道；可提供与排气的流体连通，使得冷却空气流入并与排出废气结合。
共同受让的Madden的美国专利No.4,747,543公开了一种涡轮发动机的喷管组件，其包括上和下移动翼片。各翼片包括衬里，衬里表面接触燃烧气体。各衬里形成冷却空气流过的空间。多个间隔开的铰链令翼片可移动。
共同受让的Froemming等人的美国专利No.5,782,294在本文中参考引用，该专利公开了间隔开并固定到一起的内壁(即热板)和外壁(即冷板)。内壁的表面面对外壁，其包括交叉的肋部，使内外壁间隔开。螺纹栓件从肋部的交叉区延伸并通过外壁上的孔。压接螺帽固定到栓件，从而将外壁固定到肋部和压接螺帽之间，将间隔开的壁固定到一起。
发明内容
根据本发明的一个方面，提出一种组合件，可用于连接喷管衬套的间隔开的热板和冷板，其包括：带有主体的栓钉，其中所述栓钉连接到热板，一部分栓钉延伸通过冷板上的开口。支承件间隔开所述热板和冷板。一般为平面的固定环件固定到栓钉延伸通过冷板的部分。第一长度在栓钉延伸通过冷板到栓钉远端的部分形成。第二长度在所述环件的面对冷板的第一平面表面和环件的相对第一平面的第二平面表面之间形成。所述第一和第二长度小于所述栓钉主体的直径。
根据本发明的另一方面，提出一种组合件，用于连接喷管衬套的间隔开的热板和冷板，其包括：带有主体的栓钉。所述栓钉连接到热板，一部分栓钉延伸通过冷板上的开口。支承件间隔开所述热板和冷板。一般为平面的固定环件固定到栓钉延伸通过冷板的部分。第一长度由所述栓钉延伸通过冷板到栓钉远端的部分形成。第二长度在环件的面对冷板的第一平面表面和环件的相对第一平面的第二平面表面之间形成。在所述热板和冷板之间形成间距。第一和第二长度小于所述冷板和热板之间的距离。
根据本发明的又一方面，提出了一种连接喷管衬套的间隔开的热板和冷板的方法，所述方法包括步骤：提供连接到热板的栓钉。所述栓钉一部分设置成通过冷板上的开口。所述部分形成从冷板到所栓钉端部的第一长度。提供一般为平面的带有孔的固定环件。所述环件的第一表面朝向所述冷板，使所述部分延伸通过孔。所述环件包括相对所述第一表面的第二表面，所述第一和第二表面之间形成第二长度。所述环件永久固定到所述栓钉。第一和第二长度都小于栓钉主体的直径。
通过研究下面的详细介绍，可对本发明的其他方面和优点有更清楚的了解。
附图说明
图1是显示热板和冷板，用于连接各板的传统栓钉和传统固定环件的分解透视图；
图2是组装好的传统的图1部件的部分截面图；
图3是显示传统的连接到冷板的悬架的部分透视图；
图4是根据本发明的板、栓钉和固定环件的分解透视图；
图5是组装好的图4部件的部分截面图；
图6是根据本发明的固定环件的放大透视图；
图7是根据本发明的冷板、环件和悬架的部分透视图。
具体实施方式
图1和图2显示了现有技术的常规的固定机构，图4到7显示了根据本发明的机构。参考图1和2，衬套25包括带有栓钉32的热板30，栓钉焊接或用其他方式固定到热板。冷板34通过适当的固定机构连接到热板30。例如，压接环件36可螺纹连接到栓钉32，然后压接永久固定环件36到栓钉32。环件36和台肩凸缘40将冷板34夹在其间，其中凸缘40从栓钉32的主体41延伸，因此将热板30和冷板34间隔开地固定到一起。应当注意到，台肩凸缘40可用任何其他适当的可将热板30和冷板34间隔开的支承件来代替。例如，简单的金属块(未显示)可置于热板30和冷板34之间。如图2所示，热板30和冷板34在其间形成通道，冷却空气通过通道，防止热板30过热，超过热板30的材料的热容量。在这种情况下，热板30的不相对通道的表面42暴露于流过涡轮发动机的喷管的热燃烧废气。表面42可包括耐热涂层。冷却空气可通过任何适当的方式供应到通道，供应冷却空气的方式对于本发明不是很重要。例如，冷板34可包括孔44，将冷却空气抽到通道中。
在冷板34上形成了多个孔48，其尺寸稍大于栓钉32的直径，因此围绕栓钉32形成周边间隙。当热板30在热环境下膨胀或收缩时，间隙允许热板30相对冷板34沿纵向移动。应当注意到，压接环件36与台肩凸缘40的固定紧密程度不如与冷板34的紧密，防止热板30相对纵向或切向移动到冷板34。图2显示了垫圈50，其可选择设置在台肩凸缘40和冷板34之间。垫圈50设置成围绕栓钉32的间隙空气密封。如果需要，垫圈50还可选择设置在压接环件36和冷板34之间。参考图3，悬架52可固定到环件36和冷板34之间。悬架52用于使衬套25离开航空发动机的固定的支承壁(未显示)。具体参考图2，各个压接环件36包括长度尺寸L1，该长度比栓钉32的主体41的直径D要大。此外，尺寸L1比板30，34之间形成的距离Y要长。延伸通过孔48的栓钉32的部分54在栓钉32的远端56和冷板34之间形成长度尺寸L2。尺寸L2基本上大于距离Y或栓钉直径D。已知尺寸L1和/或L2一般在栓钉直径D的1到3倍之间。
根据本发明，图4到6显示了根据本发明的固定机构的实施例，其尺寸比L1和L2小，因此提供了冷板34附近的更大间隙。热板30支承栓钉60，其总长度短过栓钉32。多个平面环件62固定到栓钉60延伸通过冷板34的部分64。环件62和从栓钉60的主体66延伸的台肩凸缘65将冷板34夹在其间。如上所述，台肩凸缘65可用其他适当的可间隔开板30，34的方式代替。尺寸L3在环件62的相对的平面表面之间形成。尺寸L4在延伸通过孔48的栓钉60的部分64形成。具体地，尺寸L4在栓钉60的远端67和冷板34之间形成。如图所示，相对尺寸D和Y，尺寸L3和L4比尺寸L1和L2小很多。实际上，尺寸L3，L4可小于尺寸D的一半，小于尺寸D的1/3，甚至小于尺寸D的1/5。在这个方面，对于直径为0.160英寸的栓钉，最小实际间距是大约0.030英寸。此外，尺寸L3和L4显示出小于板30，34之间距离Y的1/3。或者，尺寸L3和L4可以在Y和1/3Y之间，如1/2Y。与图1和图2所示的具有尺寸L1和L2的环件相比，尺寸L3和L4为平面固定环件62提供了更大的间隙。较短的尺寸L3和L4的第一个优点是环件62比环件36轻，可设置更多的环件62来固定热板30和冷板34到一起，同时衬套25保持在希望的重量参数内。此外，环件62具有更大的间隙更容易安装环件62到衬套25的具有非常小间隙的适当位置，因为设备或发动机壁(未显示)与衬套25的间隙很小。较大的间隙对修理喷管衬套25或修理喷管衬套25附近的设备比较有利。一旦栓钉60远端67置于或通过环件62的孔68，环件62然后可通过适当的方式永久固定到栓钉60。这包括机械方式螺纹连接环件到栓钉60，焊接环件62到栓钉60，钎焊或铜焊环件62和栓钉60，或组合的机械固定和焊接环件62到栓钉60。在这个方面，焊接环件62优于纯机械固定(如螺纹连接)，因为很大的振动会在喷管衬套发生。此外，焊接环件可比使用压接环件，如图1和2所示，提供更长时间的固定，尤其是在高振动的条件下。环件62可用角焊70(见图5)进行焊接。角焊70涉及沿环件62和栓钉60的结合点施加焊接材料。角焊的截面是普通的三角形，如图示的角焊70。焊接也可以是环件62和栓钉60之间的熔化焊接。这样可以用最少量的焊接材料将环件62和栓钉60焊接到一起。
焊接前固定环件62和栓钉60有助于进行焊接，使环件62在焊接时不移动。例如，环件62可在焊接前螺纹连接到栓钉60。进行焊接环件62只需稍微螺纹连接到栓钉60将环件62固定到适当位置。因此，环件62可包括延伸一段弧的螺纹74，而不是延伸整个孔68的周面。实际上，螺纹74可只延伸3度的弧面，就足以固定环件62到栓钉60的适当位置，进行焊接，铜焊或其他适当的可永久固定环件62到栓钉的方法。
参考图7，冷板34可包括悬架80，功能上近似于图3所示的传统悬架52。应当注意到，如图7所示的环件62的形状是圆形的，不是图4到6所示的椭圆形。在这个方面，环件62的具体形状可进行变化，但环件62一般总是保持平面和紧凑，与特定形状无关。悬架80的高度比悬架52短，从冷板34的表面延伸较短的距离，因此提供了更大的间隙。更大间隙的悬架80具有优越性，因为衬套25可更靠近飞机的发动机壁，使得带有衬套25的喷管可具有更大的直径。如果需要或必要，实际上可固定多个环件62到各个栓钉60。例如，两个环件62可固定到一个栓钉60，栓钉延伸通过悬架80，以支承额外的悬架80的重量。在多个环件固定到一个栓钉的情况下，可采用只焊接与冷板34间隔最远的最外面的环件。
通过上面的介绍，所属领域的技术人员都知道可对本发明进行多顶改进。因此，所作介绍只是对本发明概念的说明，为了使所属领域的技术人员利用和应用本发明，实现最好的模式。对这些改进的排他性的权利未脱离所附权利要求的范围。

Claims (30)

1.一种组合件，用于连接喷管衬套的间隔开的热板和冷板，其包括：
带有主体的栓钉，其中所述栓钉连接到热板，一部分栓钉延伸通过冷板上的开口；
支承件，间隔开所述热板和冷板；
一般为平面的固定环件，其固定到所述栓钉延伸通过冷板的部分；
第一长度，由所述栓钉延伸通过所述冷板到栓钉远端的部分形成；
第二长度，在所述环件的面对冷板的第一平面表面和所述环件的相对第一平面的第二平面表面之间形成；
其中，所述第一和第二长度都小于所述栓钉的主体的直径。
2.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述支承件是从所述栓钉主体延伸的台肩凸缘。
3.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述第一和第二长度都小于所述主体直径的1/2。
4.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述第一和第二长度都小于所述主体直径的1/3。
5.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述第一和第二长度都小于所述主体直径的1/5。
6.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述第一和第二长度都小于所述热板和所述冷板之间的距离。
7.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述支承件是从所述栓钉主体延伸的台肩凸缘，所述环件和所述台肩凸缘将所述冷板夹在中间。
8.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述组合件还包括设置在所述台肩凸缘和所述冷板之间的垫圈。
9.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述平面环件包括围绕所述栓钉延伸通过所述冷板的部分的孔，所述孔带有螺纹。
10.根据权利要求9所述的组合件，其特征在于，所述螺纹的延伸范围小于所述孔的周面。
11.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述环件焊接到所述栓钉。
12.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述组合件还包括固定在所述冷板和所述环件之间的悬架。
13.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述环件包括第一环，所述组合件还包括第二环，其也固定到所述栓钉，只有一个环件焊接到所述栓钉。
14.根据权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述开口的尺寸大于所述栓钉的直径，允许所述热板相对所述冷板作相对纵向移动。
15.一种组合件，用于连接喷管衬套的间隔开的热板和冷板，其包括：
带有主体的栓钉，其中所述栓钉连接到热板，一部分栓钉延伸通过冷板上的开口；
支承件，间隔开所述热板和冷板；
一般为平面的固定环件，其固定到所述栓钉延伸通过冷板的部分；
第一长度，由所述栓钉延伸通过冷板到栓钉远端的部分形成；
第二长度，在所述环件的面对所述冷板的第一平面表面和所述环件的相对第一平面的第二平面表面之间形成；
所述热板和所述冷板之间形成间距；
其中，所述第一和第二长度都小于所述冷板和热板之间距离。
16.根据权利要求15所述的组合件，其特征在于，所述各长度小于所述板之间距离的1/2。
17.根据权利要求15所述的组合件，其特征在于，所述各长度小于所述板之间距离的1/3。
18.根据权利要求15所述的组合件，其特征在于，所述各长度小于所述板之间距离的1/5。
19.根据权利要求15所述的组合件，其特征在于，所述各长度小于所述栓钉主体的直径。
20.根据权利要求15所述的组合件，其特征在于，所述组合件还包括设置在所述台肩凸缘和所述冷板之间的垫圈。
21.根据权利要求15所述的组合件，其特征在于，所述环件焊接到所述栓钉。
22.一种连接喷管衬套的间隔开的热板和冷板的方法，所述方法包括步骤：
提供连接到所述热板的栓钉；
使一部分所述栓钉通过所述冷板上的开口，所述部分形成从所述冷板到所述栓钉端部的第一长度；
提供一般为平面的带孔的固定环件；
朝所述冷板设置所述环件的第一表面，使所述部分延伸通过孔，其中所述环件包括相对所述第一表面的第二表面，所述第一和第二表面之间形成第二长度；和
将所述环件永久固定到所述栓钉；
其中，所述第一和第二长度都小于所述栓钉主体的直径。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一和第二长度都小于所述主体直径的1/2。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一和第二长度都小于所述主体直径的1/3。
25.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一和第二长度都小于所述板之间的距离。
26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述孔包括螺纹，固定步骤包括将所述孔螺纹连接到所述栓钉。
27.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述孔包括螺纹，所述螺纹的延伸范围小于所述孔的圆周范围。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述固定步骤包括焊接所述环件到所述栓钉。
29.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述环件包括第一环，所述方法还包括放置第二环到所述栓钉的步骤，与放置所述第一环的步骤相同。
30.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述固定步骤包括焊接所述环件到所述栓钉。
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