DE69636785T2 - Isolationsdecken für hohe Temperaturen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Isolationsdecken und insbesondere Isolationsdecken für hohe Temperaturen, wie solche, welche bei der Triebwerkgondel eines Düsentriebwerks eingesetzt werden.
  • Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen und Flugbedingungen kann sich Eis auf der vorderen Kante oder dem vorderen Rand einer Düsentriebwerkgondel ausbilden. Diese Ausbildung von Eis auf der Randhaut verursacht natürlich eine Beschädigung der Gebläseflügel des Triebwerks, wenn es ihm ermöglicht wird, dass es sich ausbildet, losbricht und angesaugt wird. Es ist daher erstrebenswert, die Außenkante während eines Fluges zu enteisen. Diesbezüglich wird heiße Triebwerkluft in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem vordersten Spant der Triebwerkgondel und der Randhaut geleitet. Die heiße Luft dringt an einer Stelle ein, bewegt sich über den Umfang um den ringförmigen Zwischenraum herum und tritt an einer anderen Stelle aus.
  • Um sicherzustellen, dass eine enteisende Luft immer verfügbar ist, ist das Ventil, welches die enteisende Luft steuert, derart entworfen, dass ein offener Betriebszustand vorliegt, wenn es ausfällt. Wenn allerdings ein offener Betriebszustand vorliegt, wenn das Ventil ausfällt, bewegt sich heiße Luft mit einer hohen Geschwindigkeit kontinuierlich durch den Umfangszwischenraum hinter der Randhaut, wobei die Lufttemperatur manchmal auf die Größenordnung von 600 bis 800 Grad ansteigt. Um die Struktur und die Komponenten, welche in der Triebwerkgondel hinter dem ersten Spant angebracht sind, zu isolieren, werden Isolationsdecken montiert. Jedoch können Isolationsdecken nach dem Stand der Technik den hohen Temperaturen und den hohen Geschwindigkeiten der Luft nicht ausreichend widerstehen, welche bei einer fehlerhaften Betriebsart mit einem offenen Ventil auftreten.
  • In dem Patent US 4 522 673 der Vereinigten Staaten wird eine Decke, welche aus Hitze und Flammen beständigen Materialien ausgebildet ist, gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben.
  • Um solche bekannten Decken zu verbessern, stellt die vorliegende Erfindung eine Isolationsdecke bereit, welche umfasst:
    • – eine Rückschicht, um dicht an einem vor Hitze abzuschirmenden Objekt angeordnet zu werden;
    • – ein Isolationsinneres bzw. einen Isolationskern, welcher über der Rückschicht liegt; und
    • – eine Gewebedeckschicht eines thermisch stabilen und oxidationsstabilen Stoffs, welche über dem Isolationsinneren liegt, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schicht mit einem Keramikvorprodukt imprägniert ist, wobei das Vorprodukt zu einer Keramik härtbar ist, indem es Temperaturen zwischen 316° C-427° C (600° F-800° F) ausgesetzt wird.
  • Die vorab stehenden Aspekte und viele der begleitenden Vorteile dieser Erfindung werden leichter verstanden, wenn dasselbe mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen nachvollzogen wird.
  • 1 ist eine typische schematische Querschnittsdarstellung einer Düsentriebwerkgondel in Längsrichtung, wobei die vordere Kante oder der vordere Rand eines vordersten Spants der Triebwerkgondel dargestellt ist und wobei die erfindungsgemäße Isolationsdecke gestrichelt dargestellt ist;
  • 2 ist eine Vorderansicht der Triebwerkgondel, wobei ein Abschnitt des Randes aufgeschnitten ist, um die Isolationsdecke vor dem Spant darzustellen;
  • 3 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Aufrisses eines Abschnitts der Isolationsdecke, welche erfindungsgemäß angefertigt worden ist; und
  • 4 ist eine stark vergrößerte Querschnittsdarstellung entlang einer Abschnittlinie 4-4 der 3.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 weist die Triebwerkgondel 10 eine Außenhaut 12 und eine Innenhaut 14 auf, welche einen vordersten Spant 16 neben der vorderen Kante der Triebwerkgondel begrenzen. Die vordere Kante der Triebwerkgondel ist durch eine Randhaut 18 ausgebildet, welche sich von der Außenhaut 12 nach vorn und nach innen erstreckt, sich bezüglich der Richtung umdreht und dann nach unten und nach hinten erstreckt, um sich mit der Innenhaut 14 zu verbinden. Ein ringförmiger innerer Zwischenraum wird somit zwischen der Wandhaut 18 und dem Spant 16 ausgebildet. Dies ist der Zwischenraum, durch welchen heiße enteisende Luft auf Anforderung zirkuliert. Um den Spant 16 und die Komponenten, welche hinter dem Spant angeordnet sind, zu schützen, wird eine Isolationsdecke, welche schematisch mit 20 dargestellt ist, auf der vorderen Oberfläche des Spants 16 angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Decke mit Bolzen befestigt und mittels Klebstoff mit dem Spant verbunden, um sie an einer Stelle zu befestigen. Beide Montageverfahren oder eine Kombination davon können eingesetzt werden.
  • Mit Bezug auf die vergrößerte Darstellung der 3 ist die Isolationsdecke mit gebogenen Umfangsabschnitten ausgebildet, wobei ein Endabschnitt davon dargestellt ist. Jede Anzahl von Abschnitten kann vorhanden sein, um einen Ring einer Isolation derart zu vervollständigen, dass sie mit der Form des Spants übereinstimmt. Wie es im Folgenden im Detail beschrieben wird, umfasst die Decke mehrere Schichten. Diese Schichten sind mechanisch miteinander verbunden, indem sie mit einem gegenüber einer hohen Temperatur beständigen Faden genäht werden. Die äußeren Kanten der Decke sind doppelt genäht, wie es bei 22 dargestellt ist, während eine Umfangs- und eine Radialnaht 23, 25 mit vorbestimmten Abständen über dem Rest der Decke vorhanden ist. Durchführungen 24 erstrecken sich auch durch die Isolationsdecke und stellen Montageöffnungen bereit, durch welche die Decke durch geeignete Befestigungsmittel mit dem Spant der Triebwerkgondel befestigt wird. Die Durchführungen 24 sind über einen Bereich mit vorbestimmten Abständen verteilt, so dass die Decke fest an dem Spant der Triebwerkgondel angebracht werden kann. Die nahe Oberfläche der Decke wird auch vorzugsweise mit dem Spant verbunden, wobei ein Silikonklebstoff verwendet wird, um zu verhindern, dass heiße Luft und heiße Fluids bis zu der Rückseite der Decke durchdringen, und um darüber hinaus die Decke an dem Spant anzubringen.
  • Mit Bezug auf 4 umfasst die Decke 20 vier verschiedene Schichten. Eine erste Rückschicht 30 umfasst vorzugsweise einen trockenen Glasfaserstoff oder ein Faservlies, was mit einem Silikondichtungsmittel beschichtet sein kann. Andere Materialien, wie z.B. Metallfolien oder thermoplastische Filme können eingesetzt werden, wie zum Beispiel ein Polyimidfilm. Der primäre Zweck der Rückschicht ist, das mittlere Isolationsinnere aufzunehmen, um das Innere vor äußeren Fluids abzudichten und/oder eine Montageoberfläche bereitzustellen. Dieser Stoff wird auf der kalten (hinteren) Seite des Stoffes angeordnet, welcher an den Spant der Triebwerkgondel angrenzt. Das mittlere Innere 32 umfasst einen Isolierungsfilz oder ein anderes geeignetes Isolationsmaterial einer angemessenen Dicke, um für die notwendigen Hitzeisolierungseigenschaften zu sorgen, welche erforderlich sind, um den Spant und die Komponenten zu schützen, welche hinter dem Spant liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine doppelte Schicht 34 eines mit einem Keramikvorprodukt imprägnierten Glasfaserstoffs (gewebt oder nichtgewebt) über dem Isolationsfilz 32. Wenn es bei Bereichen, in welchen die Luft aufprallt, erforderlich ist, kann die Decke ein feines Drahtgewebe 36 aufweisen, welches auf den mit Harz imprägnierten Glasfaserschichten 34 angeordnet ist. Die Enden der äußeren Schichten des Stoffs sind um die Kante der Decke herumgeschlagen, um die Deckenkanten zu appretieren, auch wenn die Enden des Drahtgewebes verwendet werden.
  • Nachdem die Schichten aufeinander angeordnet sind, wird die Anordnung mit einem Metallfaden (z.B. Nickel-Chrom-Faden), Quarzfaden oder einem anderen geeigneten gegenüber einer hohen Temperatur beständigen Faden genäht. Die Bezeichnung Faden soll dabei herkömmliche Fäden, Monofile und Kabel umfassen. Das Isolationskernmaterial ist vorzugsweise um ungefähr 50% komprimiert, was für einen Federrückstelldruck auf die Seitenflächen und auf die Naht sorgt. Dies verhindert, dass die heiße Seite der Decke in einem eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Luftstrom flattert. Das Harz wird dann gehärtet, um für eine strukturelle Versteifung der Isolationsdecke zu sorgen und um das Isolationsinnenmaterial gegen Umgebungseffekte, wie zum Beispiel einen Luftstrom, Fluids und Dämpfe abzudichten. Anschließend werden Löcher in die Decke gestanzt und Durchführungen in einer herkömmlichen Weise eingeführt.
  • Die Stoffe, welche bei der Isolationsdecke eingesetzt werden, sind vorzugsweise nicht brennbar und umfassen vorzugsweise Glasfasern. Der Glasfaserstoff, welcher auf der kalten Seite der Isolationsdecke verwendet wird, ist von Clark-Schwebel unter der Handelsbezeichnung Style Nr. 116 oder einem Äquivalent verfügbar. Andere Beispiele von Materialien können die Glasfasern ersetzen, wie z.B. Quarzfasern oder ein Keramikstoff oder ein organischer Stoff, welcher zum Beispiel aus Grafit, aromatischem Polyamid (Kevlar) oder Polyester(Dracon)-Fasern besteht. Das Keramikvorprodukt, welches verwendet wird, um die Glasfaserschichten auf der heißen Seite der Decke zu imprägnieren, umfasst vorzugsweise ein organisches Harz, welches oxidationsstabil und wärmehärtbar ist. Vorzugsweise wird ein organisches Harz eingesetzt, welches, wenn es hohen Temperaturen in der Größenordnung von 316° C bis 427° C (600° F bis 800° F) ausgesetzt ist, einem Phasenübergangsprozess in ein Keramikmaterial unterworfen wird. Ein typisches Silikon basiertes Harz, welches dieses Kriterium erfüllt, ist unter der Handelsbezeichnung S826A von ICI Fiberite aus Orange, Kalifornien, verfügbar und ist vorteilhaft. Der Glasfaserstoff, welcher vorzugsweise eingesetzt wird, ist S2-Glas, welches unter dem Handelsnamen Style Nr. 6581 von derselben Quelle verfügbar ist oder ein Äquivalent davon. Der vorimprägnierte Glasstoff ist von ICI Fiberite unter der Handelsbezeichnung SM8030 verfügbar. Das Innere der Isolationsdecke weist vorzugsweise eine Dicke in der Größenordnung von 1,27 cm (0,5 Zoll) auf und umfasst eine Keramikisolation mit einer Dichte von ungefähr 6 Ibs pro Kubikfuß. Die Dicke des Inneren der Isolation und die Chemie werden derart ausgewählt, dass sie spezielle Anforderungen bezüglich einer Hitzebeständigkeit und einer Haltbarkeit einhalten. Eine bevorzugte Isolierung ist unter dem Handelsnamen LoCon-Filz von Carborundum Fibers Division, Niagara Falls, New York, verfügbar. Durchführungen können vorzugsweise aus irgendeinem geeigneten Metallmaterial ausgebildet werden; jedoch ist rostfreier Stahl mit einem Innendurchmesser von 0,95 cm (3/8 Zoll) bevorzugt. Das Drahtgewebe kann aus rostfreiem Stahl, Inconel oder einem anderen geeigneten Material gefertigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Draht in dem Gewebe einen Durchmesser von 0,1016 mm (4 Mil) auf. Das Gewebe weist vorzugsweise eine glatte Bindung mit 100 × 100 Strängen pro 2,54 cm (pro Zoll) auf.
  • Die Isolationsdecke wird zusammengenäht, bevor das Harz in der heißen Seite des Stoffes gehärtet wird. Es ist bevorzugt, dass die Umfangsnaht einen Mittenabstand von einem Zoll aufweist. Es wird auch bevorzugt, dass die Kanten ungefähr mit 0,762 und 2,032 cm (0,300 und 0,800 Zoll) von der Kante der Decke doppelt genäht werden. Die radiale Naht weist auch einen nominalen Abstand von einem Zoll auf, wobei sie an der Innenseite des Bogens beginnt und bis zu einem und einem halben Zoll auf der Außenseite des Bogens hoch reichen kann.
  • Das Härteverfahren für das bevorzugte Silikon basierte Harz erfordert, dass die Decke auf einer vorbestimmten Werkzeugoberfläche gehärtet wird. Die Decke wird mit einem Vakuumfolienverfahren in einer herkömmlichen Weise behandelt und wird in einen Ofen platziert. Das Vakuum wird bei einem Minimum von 67564 Pa (20 Inches of Mercury) aufrecht erhalten. Der Ofen wird dann auf eine Einsatztemperatur mit einer Rate von 1,1° C bis 5,6° C (2 bis 10° F) pro Minute aufgeheizt. Das Harz wird bei einer Einsatztemperatur von 176 ± 14° C (350° ± 25° F) für eine Periode von mindestens zwei Stunden gehalten. Das Vakuum wird aufrecht erhalten, bis das Teil auf unter ungefähr 48,9° C (120° F) abgekühlt ist.
  • Während die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt und beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden können.

Claims (9)

  1. Isolationsdecke umfassend: – eine Rückschicht, um dicht an einem vor Hitze abzuschirmenden Objekt angeordnet zu werden; – einen Isolationskern, welcher über der Rückschicht liegt; und – eine Gewebedeckschicht eines thermisch stabilen und oxidationsstabilen Stoffs, welche mit einem Keramikvorprodukt imprägniert ist, welche über dem Isolationskern liegt, wobei das Vorprodukt zu einer Keramik härtbar ist, indem es Temperaturen zwischen 316°C-427°C ausgesetzt wird.
  2. Isolationsdecke nach Anspruch 1, welche eine vor Verschleiß schützende Schicht umfasst, die ein Metalldrahtnetz umfasst, welches über der Deckschicht liegt.
  3. Decke nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rückschicht Glasfasern, Quarzfasern oder Keramikfasern oder organische Fasern umfasst.
  4. Decke nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Kern einen Keramikfilz oder Aluminiumoxidfilz oder mikroporöses pulvriges Siliciumoxid umfasst.
  5. Decke nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Deckschicht Glasfasern, Quarzfasern oder Keramikfasern umfasst.
  6. Decke nach einem der Ansprüche 2-5, wobei das Netz Edelstahl eines Inconeldrahts umfasst.
  7. Decke nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Material mit einem Faden zusammengenäht ist.
  8. Decke nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Faden Quarz- oder Nickel-Chrom-Fasern umfasst.
  9. Decke nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Vorprodukt ein Silikon basiertes Harz umfasst.
DE69636785T 1995-06-16 1996-06-14 Isolationsdecken für hohe Temperaturen Expired - Lifetime DE69636785T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US491095 1995-06-16
US08/491,095 US5654060A (en) 1995-06-16 1995-06-16 High temperature insulation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69636785D1 DE69636785D1 (de) 2007-02-08
DE69636785T2 true DE69636785T2 (de) 2007-10-04

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ID=23950762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69636785T Expired - Lifetime DE69636785T2 (de) 1995-06-16 1996-06-14 Isolationsdecken für hohe Temperaturen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5654060A (de)
EP (1) EP0748686B1 (de)
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