KR20230002852A

KR20230002852A - 항공기 추진 시스템들을 위한 적응형 공기 흐름 억제제 시일

Info

Publication number: KR20230002852A
Application number: KR1020227040316A
Authority: KR
Inventors: 댄 엘. 렐러; 니콜라스 에프. 콜리슨; 파울 티. 후닥
Original assignee: 레이던 컴퍼니
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2023-01-05
Also published as: US20210347493A1; AU2020446482A1; EP4146960A1; US11878807B2; JP2023525243A; WO2021225631A1

Abstract

첨단 항공기 추진 및 미사일 시스템에 사용하기 위해 고도로 적응성인 시일이 제공된다. 시일은 유입되는 공기 흐름을 관리 및 제어하여 항공기의 내부 시스템들 및 하드웨어에 침입성 열 에너지 및 부식성 공기 흐름을 효과적으로 제한할 수 있다. 시일은 항공기의 컴포넌트 부품 사이에 배치되고 공기 흐름을 위한 구불구불한 경로를 생성하도록 구성된다. 시일은 컴포넌트 부품들의 상당한 반경 방향 및 축 방향 변위 자유를 허용하여 실링하는 컴포넌트 부품들과의 접촉을 유지한다. 따라서 고온 가스의 침입은 다양한 동적 환경 및 컴포넌트 변위 조건에서 제한될 수 있다. 이러한 고온 가스 침입을 제한하는 것은 항공기의 자유 비행 과정에서 컴포넌트의 생존 가능성에 상당한 영향을 미친다.

Description

항공기 추진 시스템들을 위한 적응형 공기 흐름 억제제 시일

본 발명은 일반적으로 항공기 및 미사일 추진(propulsion) 시스템들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공기 및 미사일 추진 시스템들의 인터페이스 컴포넌트(interfacing component)들 사이의 시일들에 관한 것이다.

항공기 및 미사일 추진 시스템들은 내부 캐빈(cabin) 시스템들 및 항공기 내의 하드웨어를 보호하기 위해 고도로 침입성(invasive)인 열 에너지 및 부식성(corrosive)인 공기 흐름(airflow)을 제한해야 하는 고도로 동적인 환경을 수반하는 경우가 많다. 고도로 동적인 환경에서, 큰 열 및 동적 부하의 결과로, 기체 기본 구조로부터 자유로이 부유하는 엔진 노즐들과 같은 항공기 컴포넌트들 사이에 큰 비대칭 방사형 및 축 방향 변위들이 발생할 수 있다. 이러한 변위들의 결과로, 고도로 침입성인 열 에너지와 부식성 공기 흐름이 내부 캐빈 시스템으로 유입되어 시간이 지남에 따라 내부 하드웨어 생존 가능성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 극초음속 미사일 시스템들은 뜨거운 가스 침입에 특히 민감하다. 기존의 O-링 또는 패킹 시일(seal)들과 같은 기존의 실링(sealing) 방법들은 중요한 항공기 컴포넌트들 상에서 상당한 비대칭 방사상 및 축 방향 변위들이 발생할 수 있는 고도로 동적인 환경에서 열 에너지 또는 부식성 공기 흐름를 억제하는 데 효과적이지 않다.

일반적인 실시예에서, 항공기 추진 시스템의 컴포넌트들 사이를 실링하기 위한 시일은 2개의 층들을 포함할 수 있다. 시일의 각 층은 평평한 부분과 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들을 포함할 수 있다. 각각의 층의 독립적으로 유연한 세그먼트들은 제1 층의 세그먼트들 사이의 각각의 공간들과 제2 층의 세그먼트들 사이의 공간들이 서로 오프셋되도록 원주방향(circumferentially)으로 오프셋(offset)될 수 있다. 이러한 방식으로, 시일은 이를 통한 공기 흐름을 위한 비직접적 또는 구불구불한 경로를 생성한다. 시일은 항공기 추진 시스템의 컴포넌트들 사이의 시일에 축방향으로 인접하게 배치된 절연 부재와 쌍을 이룰 수 있다. 절연 부재는 외부 환경에서 항공기의 내부 공간으로 시일을 통과할 수 있는 모든 공기에 추가적인 냉각 효과를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 항공기 추진 시스템의 컴포넌트들 사이를 실링하기 위한 시일이 제공된다. 시일은, 시일의 길이방향 축 주위(around)에 원주방향으로 연장하는 평평한 부분, 및 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 평평한 부분으로부터 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 복수의 독립적인 유연한 세그먼트들을 포함한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 실시예에 따르면, 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각은 평평한 부분으로부터 원위의 단부에 플랜지 부분(flanged portion)을 갖는다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에 따르면, 평평한 부분 및 복수의 유연한 세그먼트들은 각각 시일의 제1 층의 제1 평평한 부분 및 제1 복수의 유연한 세그먼트들이다. 시일은 제1 층에 축방향으로 인접한 제2 층을 더 포함한다. 제2 층은, 길이방향 축 주위에서 원주방향으로 연장하는 제2 평평한 부분, 및 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 제2 평평한 부분으로부터 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 제2 복수의 독립적 유연한 세그먼트들을 포함한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에 따르면, 제1 복수의 유연한 세그먼트들 및 제2 복수의 유연한 세그먼트들은 서로에 대해 원주방향으로 오프셋되어 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 항공기 추진 시스템의 컴포넌트들 사이를 실링하기 위한 환형(annular) 실링 시스템이 제공된다. 환형 실링 시스템은, 평평한 환형 부분의 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 평평한 환형 부분 및 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 평평한 환형 부분으로부터 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들을 포함하는 환형 시일을 포함한다. 환형 실링 시스템은 환형 시일에 축방향으로 인접한 절연 부재를 더 포함하고, 절연 부재는 길이방향 축 주위에서 원주방향으로 연장한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 실시예에 따르면, 절연 부재는 L자형 또는 J자형을 갖는다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에 따르면, 환형 시일의 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각은 평평한 환형 부분으로부터 원위의 단부에 플랜지 부분을 갖는다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에 따르면, 절연 부재는 환형 시일의 평평한 환형 부분과 접한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에 따르면, 평평한 환형 부분 및 복수의 유연한 세그먼트들은 각각 환형 시일의 제1 층의 제1 평평한 환형 부분 및 제1 복수의 유연한 세그먼트들이다. 환형 시일은 제1 층에 축방향으로 인접한 제2 층을 더 포함한다. 제2 층은 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 제2 평평한 환형 부분 및 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 제2 평평한 환형 부분으로부터 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 제2 복수의 독립적 유연한 세그먼트들을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 엔진 노즐과 기체 사이의 인터페이스에 실링된 시스템이 제공된다. 실링된 시스템은 평평한 환형 부분의 길이 방향 축 주위에 원주 방향으로 연장하는 평평한 환형 부분과 길이 방향 축 주위에 원주 방향으로 배열되고 평평한 환형 부분에서 길이 방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들을 포함하는 환형 시일을 포함한다. 실링된 시스템은, 외부 표면을 갖는 엔진 노즐, 및 상기 엔진 노즐의 외부 표면 및 상기 내부 표면 사이의 공간과 함께 엔진 노즐의 외부 표면 주위에 원주방향으로 배열되는 내부 표면을 갖는 기체를 더 포함한다. 환형 시일은 엔진 노즐의 외부 표면과 기체의 내부 표면 사이의 공간에 배치되고 환형 시일의 평평한 환형 부분은 기체의 내부 표면에 장착된다. 평평한 환형 부분으로부터의 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각의 원위 단부는 엔진 노즐의 외부 표면과 접촉한다. 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들은 엔진 노즐의 상기 외부 표면 상에 편향된 힘을 가하여, 엔진 노즐의 외부 표면과 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각의 원위 단부의 접촉은 엔진 노즐의 상기 외부 표면의 반경방향 및 축방향 변위 시에 유지된다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 일 실시예에서, 실링된 시스템은 엔진 노즐의 외부 표면과 기체의 내부 표면 사이의 공간에서 환형 시일에 축방향으로 인접하게 배열되고 길이방향 축 주위에서 원주방향으로 연장되는 절연 부재를 더 포함한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 절연 부재는 L자형 또는 J자형을 갖는다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 환형 시일의 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각은 평평한 환형 부분으로부터 원위의 단부에 플랜지 부분을 갖는다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 절연 부재는 기체의 내부 표면에 장착된다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 절연 부재는 환형 시일의 평평한 환형 부분이 기체의 내부 표면에 장착되는 동일한 부착 지점에서 기체의 내부 표면에 장착된다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 평평한 환형 부분 및 복수의 유연한 세그먼트들은 각각 환형 시일의 제1 층의 제1 평평한 환형 부분 및 제1 복수의 유연한 세그먼트들이다. 환형 시일은 제1 층에 축방향으로 인접한 제2 층을 더 포함한다. 제2 층은 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 제2 평평한 환형 부분 및 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 제2 평평한 환형 부분으로부터 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 제2 복수의 독립적 유연한 세그먼트들을 포함한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 제1 복수의 유연한 세그먼트들 및 제2 복수의 유연한 세그먼트들은 서로에 대해 원주방향으로 오프셋되어 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 환형 시일을 형성하는 방법이 제공된다. 방법은 환형 시일의 제1 부분을 공급 재료로부터 미리 결정된 형상으로 절단하는 단계를 포함한다. 방법은 환형 시일의 적어도 하나의 추가 부분을 공급 재료로부터 미리 결정된 형상으로 절단하는 단계를 더 포함한다. 그 다음, 방법은 제1 부분과 적어도 하나의 추가 부분을 함께 배열하여 환형 시일을 형성하는 단계를 포함한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 실시예에서, 미리 결정된 형상은 초승달 형상일 수 있다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 방법은 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들이 환형 시일의 적어도 하나의 추가 부분 및 제1 부분 각각의 편평한 환형 부분으로부터 연장하는 각도를 형성하기 위해 다상-성형(multi-phase) 다이(die)에 제1 부분 및 적어도 하나의 추가 부분을 설치하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 엔진 노즐과 항공기 추진 시스템의 기체 사이의 인터페이스에서 실링된 시스템을 조립하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기체의 내부 표면에 환형 시일을 장착하는 단계를 포함한다. 방법은 기체의 내부 표면에 절연 부재를 장착하는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 환형 시일 및 절연 부재가 엔진 노즐의 외부 표면과 접촉하여 기체의 내부 표면과 엔진 노즐의 외부 표면 사이의 공간에 시일을 제공하도록 엔진 노즐에 대해 환형 시일 및 절연 부재가 장착된 기체를 조립하는 단계를 포함한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 실시예에서, 환형 시일을 기체의 내부 표면에 장착하는 것은 환형 시일의 평평한 환형 부분을 부착 지점을 통해 기체의 내부 표면에 장착하는 것을 포함한다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 실시예에서, 부착 지점들은 관통 홀들이다.

이 요약의 임의의 단락(들)의 다른 실시예에서, 기체의 내부 표면에 절연 부재를 장착하는 것은 환형 시일과 동일한 부착 지점들을 통해 기체의 내부 표면에 절연 부재를 장착하는 것을 포함한다.

다음 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 특정 예시적인 양태를 상세히 설명한다. 그러나, 이들 양태는 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 다양한 방식 중 일부만을 나타낸다. 본 발명의 다른 이점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 다양한 양태들을 보여준다.
도 1은 엔진 노즐과 기체 사이의 인터페이스에서 예시적인 실링된 시스템의 측단면도이다.
도 2는 예시적인 환형 시일의 일부의 사시도이다.
도 3은 예시적인 환형 시일의 사시도이다.
도 4는 예시적인 실링된 시스템의 사선 단면도이다.
도 5는 예시적인 환형 시일의 일부의 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 엔진 노즐과 기체의 위치 상태들을 도시한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 예시적인 환형 시일의 비스듬한 도면이다.
도 8은 예시적인 실링된 시스템의 사시도이다.
도 9는 예시적인 실링된 시스템의 다른 사시도이다.
도 10은 예시적인 실링된 시스템의 사선 단면도이다.
도 11은 예시적인 실링된 시스템의 다른 사면 단면도이다.

첨단 항공기 추진 및 미사일 시스템에 사용하기 위한 고도로 적응성(adaptive)인 시일이 여기에 개시되어 있다. 본 발명에 따른 시일은 유입되는 공기 흐름을 관리 및 제어함으로써 항공기의 내부 시스템 및 하드웨어로 들어가는 침입성 열 에너지 및 부식성 공기 흐름를 효과적으로 제한할 수 있다. 시일은 기체와 엔진 노즐 사이와 같은 항공기의 컴포넌트 부품(component part)들 사이에 배치되도록 구성된다. 시일은 공기 흐름을 위한 구불구불한 경로를 생성하여 통과할 수 있는 양을 제한하도록 구성된다. 시일은 컴포넌트 부품들의 상당한 반경 방향 및 축 방향 변위 자유를 허용하여 실링하는 컴포넌트 부품들과의 접촉을 유지한다. 특히, 시일은 반경 방향 및 축 방향 변위를 수용하기 위해 형상의 높은 변형을 통해 접촉을 유지할 수 있다. 설치 시, 시일의 형상은 의도적으로 공칭 값으로 변형된다. 시일은 시일이 최소 규정된 응력 수준 아래에 있기 때문에 더 나쁜 경우 변위 예측에서 사전 하중 값을 유지하도록 구성된다. 따라서 고온 가스의 침입은 다양한 동적 환경 및 컴포넌트 변위 조건에서 제한될 수 있다. 본 발명에 따른 시일은 항공기 프로파일에 대해 불가지론적이며 SCRAM 제트에서 터빈 에어 브리더(air breather)들에 이르는 광범위한 미사일 응용에서 고온 가스 침입을 제한하기 위해 다양한 형상에 맞춰질 수 있다. 이러한 고온 가스 침입을 제한하는 것은 항공기의 자유 비행 과정에서 컴포넌트의 생존 가능성에 상당한 영향을 미친다.

이제 도면들을 참조하고, 처음에 도 1을 참조하면, 도 1은 예를 들어 미사일과 같은 항공기의 기체(14)와 엔진 노즐(16) 사이의 인터페이스에서 예시적인 실링된 시스템(10)을 도시한다. 예시된 실시예에서, 실링된 시스템(10)은 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)과 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 주위에 원주방향으로 배열된 기체(14)의 내부 표면(13) 사이의 공간에 배치된 환형 시일(12)을 포함한다. 본 명세서의 설명을 위해, 환형 시일(12)은 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 및 기체(14)의 내부 표면(13)이 항공기의 길이방향 축(A)을 둘러싸는(예를 들어, 원주 방향으로 배열되는) 도시된 실시예에 대해 설명될 것이다. 그러나, 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 및 기체(14)의 내부 표면은 타원형 또는 다각형과 같은 길이방향 축(A) 주위에 상이한 기하학적 구조를 가질 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 용어 "환형 시일"은 이러한 다양한 대안적인 기하학적 구조를 지칭하는 것으로 이해될 것이며 그에 따라 기하학적으로 맞춰질 수 있다.

환형 시일(12)은 기체(14)에 장착되도록 구성되며, 그 부분은 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)을 향하여 연장하고 접촉한다. 이러한 방식으로, 환형 시일(12)은, 기체(14)의 내부 표면(13)과 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 사이의 공간을 효과적으로 밀봉하거나 폐쇄하여, 외부 환경(18)으로부터 항공기의 내부 캐빈 또는 공간(20)으로 들어가는 것으로부터 점선 화살표로 일반적으로 표시된, 침입하는 열 에너지 및 부식성 공기 흐름을 제한할 수 있다.

이제 도 2 내지 도 5를 참조하여, 환형 시일(12)을 보다 상세하게 설명한다. 전술한 바와 같이, 환형 시일(12)은 원형 기하학적 구조(geometry)를 갖는 것으로 기술될 것이다. 그러나, 환형 시일은 위에서 설명한 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)과 기체(14)의 내부 표면(13)의 기하학적 구조에 따라 길이방향 축(A) 주위에 타원형 또는 다각형과 같은 다양한 다른 기하학적 구조를 가질 수 있다는 것이 이해된다. 환형 시일(12)은 도시된 실시예에서 길이방향 축(A)(도 3) 주위에서 원주방향으로 연장하는 평평한 환형 부분(24)을 포함한다. 평평한 환형 부분(24)은 기체(14)의 내부 표면(14)에 장착되도록 구성된다. 따라서, 평평한 환형 부분(24)은 예를 들어 나사 또는 볼트로 기체(14)의 내부 표면(13)에 환형 시일(12)의 편평한 환형 부분(24)을 장착하기 위한 관통 홀(25)(도 2) 또는 다른 부착 지점들을 포함할 수 있다.

"핑거(finger) 시일"로 지칭될 수 있는 환형 시일(12)은, 길이방향 축(A) 주위에 원주형으로 배열되고 평평한 환형 부분(24)으로부터 길이방향 축(A)을 향해 안쪽으로 비스듬히 연장하는, 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트(26)들 또는 "핑거들"을 포함한다. 복수의 세그먼트(26)들은 이웃하는 세그먼트(26)들의 각 쌍 사이에 공간 또는 애퍼쳐(aperture)(27)를 갖고 서로 분리되고 구별될 수 있다. 각 세그먼트(26) 사이의 애퍼쳐(27)의 크기는 환형 시일(12)의 전자기 간섭(EMI) 차폐 효과를 제공하도록 맞춰질 수 있다. 구체적으로, 애퍼쳐(27)의 크기 및 형상은 관심 있는 특정 파장 또는 주파수를 감쇠시키기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 원치 않는 EMI의 효과적인 감쇠는 EMI 파장의 1/2 미만으로 애퍼쳐(27)를 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 애퍼쳐(27) 특성은 환형 시일(12) 및 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트(26)들의 동적 변형 범위를 통해서도 유지된다.

평평한 환형 부분(24) 및 각 세그먼트(26)를 포함하는 환형 시일(12)의 재료 선택, 두께, 굽힘 각도 및 기하학적 구조는 컴포넌트 변위 예측, 압력 차이 및 다양한 기하학적 응용을 고려하도록 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 환형 시일의 재료 및 두께는 예를 들어 300 시리즈 스테인리스 스틸 합금 및 0.2032 mm와 같은 스테인리스 스틸 합금일 수 있다. 그러나, 환형 시일(12)의 재료 및 두께는 그것이 사용되는 환경(온도, 차압, 예상되는 변형 및 차폐 효과)에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 더 시원한 환경에서 플라스틱 또는 폴리머 환형 시일(12)이 사용될 수 있다. 다른 재료도 적합할 수 있다. 궁극적으로, 환형 시일(12)의 재료, 두께 및 기하학적 구조의 선택은 그것이 적용되는 응용에 따라 맞춰질 수 있다.

도 4를 참조하면, 복수의 세그먼트(26)들 각각의 원위 단부(29)(평평한 환형 부분(24)에 대해 원위인 단부)에서, 각각의 세그먼트(26)는 플랜지 부분(28)을 포함할 수 있다. 플랜지 부분(28)은 만곡될 수 있거나 적어도 하나의 예각을 포함할 수 있다. 플랜지 부분(28)은 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)과 접촉하고 변위 동안 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)을 가로질러 이동하는 각 세그먼트(26)의 표면적이 최소화되도록 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 각 세그먼트(26)의 원위 단부(29)와 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 사이의 마찰이 감소될 수 있다.

환형 시일(12)이 기체(14)와 엔진 노즐(16) 사이에 끼워질 때, 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트(26)들은 각각 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)에 부하된 힘을 가하도록 구성되어 원위 단부(29)의 접촉이 복수의 세그먼트(26)들 각각의 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)은 견고하게 유지된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 세그먼트(26)들 각각은 평평한 환형 부분(24)으로부터 연장하는 각도가 변경되도록 독립적으로 구부러질 수 있다. 복수의 세그먼트(26)들 각각의 유연한 특성은, 임의의 반경방향 및 축방향 변위시 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)과 복수의 세그먼트(26)들 각각의 원위 단부(29)의 접촉을 견고하게 유지하면서, 환형 시일(12)이 기체(14)와 엔진 노즐(16) 사이의 다양한 정도의 반경방향 및 축방향 변위를 적응적으로 수용할 수 있게 한다. 기체(14)와 엔진 노즐(16) 사이의 최대 변위에서, 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트(26)들은 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)에 충분한 부하를 유지하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 환형 시일(12)은 고도로 동적인 환경에서 예상되는 압력 및 온도 차이의 전체 범위에 걸쳐 컴포넌트들 사이의 시일을 효과적으로 유지할 수 있고, 이로써 기체(14)와 엔진 노즐(16) 사이에 상당한 축방향 및 반경방향 변위가 발생할 수 있는 열 에너지 또는 부식성 공기 침입을 제한한다.

예를 들어, 도 6a 내지 도 6c는 환형 시일(12)이 기체(14)와 엔진 노즐(16) 사이를 효과적으로 실링할 수 있는 몇 가지 예시적인 조건을 도시한다. 도 6a는 엔진 노즐(16)과 기체(14) 사이의 간극(clearance)이 전체 원주(circumference)를 따라 일관된 예시적인 정상 상태를 도시한다. 이러한 조건에서, 환형 시일(12)의 복수의 세그먼트(26)들 각각은 따라서 모두 환형 시일(12)의 원주 주위에서 동일한 정도로 휘어질 수 있고, 각각은 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)에 하중을 가한다. 도 6b는 엔진 노즐(16)이 열적으로 격리될 수 있는 동안 기체(14)가 열 구배 때문에 왜곡될 수 있는 예시적인 순항 상태를 도시한다. 이 상태에서, 엔진 노즐(16)과 기체(14) 사이의 간극은 전체 주위에서 일정하지 않을 수 있다. 따라서, 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트(26)들은 복수의 유연한 세그먼트(26)들 각각의 원위 단부(29)와 엔진 노즐(16)의 외부 표면 사이의 접촉을 유지하기 위해 다양한 정도로 구부러질 수 있다. 마지막으로 도 6c는 엔진 노즐(16)이 열적으로 격리되어 있는 동안, 기체(14)가 열 구배 및 기체 굽힘으로 인해 왜곡될 수 있는 예시적인 말단 상태를 도시한다. 다시, 이 조건에서, 엔진 노즐(16)과 기체(14) 사이의 간극은 전체 주위에 걸쳐 일정하지 않을 수 있고, 복수의 세그먼트(26)들은 도 6b를 참조하여 설명된 바와 같이 다양한 정도로 굴곡될 수 있다. 따라서, 각 조건에서, 환형 시일(12)은 컴포넌트들 사이의 시일을 유지할 수 있다.

이제 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 환형 시일(12)은 하나보다 많은 시일 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 평평한 환형 부분(24) 및 복수의 독립적 유연한 세그먼트(26)들은 각각 제1 시일 층(30)의 제1 평평한 환형 부분(24a) 및 제1 복수의 독립적 유연한 세그먼트(26a)들일 수 있다. 따라서, 환형 시일(12)은 제2 평평한 환형 부분(24b) 및 제2 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트(26b)들을 포함하는 제2 시일 층(32)을 더 포함할 수 있다. 제2 시일 층(32)은 앞서 상세히 설명된 바와 같이 제1 시일 층(30)과 동일하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 제2 평평한 환형 부분(24b)은 길이방향 축(A) 주위에서 원주방향으로 연장하고 제2의 복수의 독립적 유연한 세그먼트(26b)들은 길이방향 축(A) 주위에 원주방향으로 배열되고 제2 평평한 환형 부분(24b)으로부터 길이방향 축(A)을 향해 비스듬하게 연장한다.

제2 층(32)은 제1 층(30)과 중첩되고 환형 시일(12)의 제1 층(30) 및 제2 층(32)이 동일한 길이방향 축(A)을 공유하도록 제1 층(30)과 축방향으로 정렬된다. 제1 복수의 유연한 세그먼트(26a)들 및 제2 복수의 유연한 세그먼트(26b)들이 서로에 대해 원주방향으로 오프셋되도록 제1 층(30)을 형성한다. 따라서, 이 실시예에서, 이웃하는 세그먼트(26a)들 사이의 애퍼쳐(27a)들과 이웃하는 세그먼트(26b)들 사이의 애퍼쳐(27b)들은 또한 서로에 대해 원주방향으로 오프셋된다(즉, 축방향으로 정렬되지 않는다). 이러한 방식으로, 환형 시일(12)의 제1 층(30) 및 제2 층(32)을 통한 부식성 공기 흐름 침입을 효과적으로 억제하기 위해 공기 흐름를 위한 구불구불한 축 방향 경로가 생성된다.

도 8 및 도 9는 기체(14)의 내부 표면(13)과 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 사이의 공간에서 기체(14)의 내부 표면(13)에 장착된 다층 환형 시일(12)을 도시한다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 추가적인 단열 및 고온 가스 침입의 억제를 위해, 기체(14)의 내부 표면(13)과 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 사이의 공간에서 환형 시일(12)에 축방향으로 인접하여 절연 부재(22)가 제공될 수 있다. 절연 부재(22)는 환형 시일(12)과 동일한 방식으로 길이방향 축(A) 주위에서 원주방향으로 연장한다. 절연 부재(22)는 기체(14)의 내부 표면(13)에 장착될 수 있고, 따라서 부착 지점(미도시)으로 구성될 수 있다. 기체(14)에 장착될 때, 절연 부재(22)의 부착 지점들은 환형 시일(12)의 관통 홀(25)들과 정렬될 수 있어, 절연 부재(22)와 환형 시일(12)은 모두 나사 또는 볼트와 같은 공통 부착 수단을 사용하여 공통 부착 지점들을 통해 기체(14)의 내부 표면(13)에 장착될 수 있다. 도시된 바와 같이, 절연 부재(22)는 단면 L자형 또는 J자형을 가질 수 있어서, L자형 또는 J자형의 하나의 레그가 기체(14)의 내부 표면(13)에 장착될 수 있고, L자형 또는 J자형의 다른 쪽 레그는 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)과 접촉할 수 있으며, 레그 사이의 공간은 환형 시일(12)을 수용한다. 절연 부재(22)는 유리 섬유 시트를 사용한 세라믹 코드 절연체와 같이 세라믹 및 유리 섬유를 포함하는 재료로 만들어질 수 있다. 절연 부재(22)는 임의의 종류의 배팅된(batted) 절연체 또는 누비질된(quilted) 절연체일 수 있다.

절연 부재(22)가 환형 시일(12)과 커플링될 때, 외부 환경(18)으로부터 내부 캐빈(20)으로 유입되는 열 에너지 및 부식성 공기 흐름은 먼저 전술한 환형 시일(12)에 의해 생성된 구불구불한 경로를 통해 느려지고, 이어서 절연 부재(22)에 의해 냉각될 것이다. 따라서, 내부 캐빈(20)으로 들어가는 임의의 침입 열 에너지 및 부식성 공기 흐름의 부정적인 영향이 완화될 수 있다.

환형 시일(12)은 조각-부분 방식으로 형성될 수 있으며, 여기서 다수의 세그먼트들 또는 부분들이 개별적으로 형성되고 후속적으로 함께 결합되어 전체 환형 시일을 형성한다. 금속 브레이크 성형 또는 하이드로 성형과 같은 전통적인 제조 방법을 사용할 수 있다.

구체적으로, 환형 시일(12)을 형성하는 방법은 환형 시일(12)의 제1 부분을 절단하여 공급 재료로부터 형상화하는 것을 포함할 수 있다. 공급 재료는 전술한 바와 같이 환형 실링이 사용되는 특정 환경 및 응용 분야에 따라 달라질 수 있으며 금속 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 제1 부분은 본 명세서에 도시된 실시예에서와 같이 전체 환형 시일이 원형이 되도록 의도된 실시예에서 초승달 형상으로 형성될 수 있다. 특히, 평면 또는 초승달 형상의 패턴은 정밀한 치수 제어를 위해 전통적으로 기계 가공, 레이저 절단 또는 워터젯이 될 수 있다. 관통 홀(25)들 및 슬롯과 같은 모든 부착 특징부뿐만 아니라 세그먼트(26) 사이의 주변 형상 및 애퍼쳐(27)들은 레이저 또는 워터젯을 사용하여 성형 전 또는 성형 후에 절단될 수 있다. 애퍼쳐(27)들은 와이어 방전 가공(EDM)에 의해 형성될 수 있다. 일련의 계단형 다이를 사용하여 반-복합 단면을 형성할 수 있다. 환형 시일(12)이 폴리머로 만들어진 실시예에서, 몰딩 또는 드레이프 형성과 같은 전통적인 방법이 이용될 수 있다. 환형 시일(12)이 금속 또는 폴리머로 만들어진 어느 하나의 실시예에서, 최종 형상은 성형 공정 후에 트리밍될(trimmed) 수 있거나 또는 단부에서 네트 몰딩된 형상을 위해 이전에 완성될 수 있다.

방법은 제1 부분에 대해 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 공급 재료로부터 형상화하기 위해 환형 시일의 적어도 하나의 추가 부분을 절단하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 환형 시일(12)의 복수의 부분들은 전체 환형 시일(12)을 형성하기 위해 부분들을 함께 결합하기 전에 개별적으로 절단되고 형성될 수 있다. 그러나 이러한 공정을 통해 전체 환형 시일(12)을 일체로 형성하는 것도 가능하다.

방법은 제1 부분 및 적어도 하나의 추가 부분을 다상 성형 다이에 설치하여 각 부분의 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트(26)들이 각 부분의 평평한 환형 부분(24)으로부터 연장하는 각도를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

방법은 전체 360° 환형 시일을 형성하기 위해 제1 부분 및 적어도 하나의 추가 부분을 함께 배열하는 단계를 포함할 수 있다. 이 단계에서, 제1 부분 및 적어도 하나의 추가 부분은 각각의 이웃 부분과 중첩될 수 있다. 따라서 중첩 부분은 예를 들어 전자 빔 또는 레이저 스폿 용접 기술에 의해 제1 부분과 적어도 하나의 추가 부분을 결합하기 위해 함께 용접될 수 있다.

엔진 노즐과 기체 사이의 인터페이스에서 실링된 시스템을 조립하는 방법은 먼저 기체(14)의 내부 표면(13)에 위에서 상세히 설명된 환형 시일(12)을 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 환형 시일(12)의 평평한 환형 부분(24)은 구체적으로 관통 홀(25)과 같은 부착 지점들을 통해 기체(14)의 내부 표면(13)에 장착될 수 있다. 그 다음, 방법은 상술한 절연 부재(22)를 기체(14)의 내부 표면(13)에 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 절연 부재(22)는 환형 시일(12)과 동일한 부착 지점들 또는 관통 홀(25)들을 통해 기체(14)의 내부 표면(13)에 장착될 수 있다. 그 다음 방법은 엔진 노즐(16)에 대해 환형 시일(12) 및 절연 부재(22)가 장착된 기체(14)를 조립하는 단계를 포함하여, 환형 시일(12) 및 절연 부재(22)가 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17)과 접촉하여 기체(14)의 내부 표면(13)과 엔진 노즐(16)의 외부 표면(17) 사이의 공간에 시일을 제공하도록 한다.

본 발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부된 도면들을 읽고 이해하면 등가의 변경 및 수정이 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발생할 것이라는 것은 명백하다. 특히 위에서 기술한 요소들(컴포넌트들, 어셈블리들, 디바이스들, 구성(composition)들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 이러한 요소들을 기술하는데 사용되는 용어들("수단"에 대한 참조 포함)은 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 나타낸 본 발명의 예시된 실시예 또는 실시예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동일하지 않더라도, 기술된 요소의 특정 기능(즉, 기능적으로 동등함)을 수행하는 임의의 요소에 대응하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 예시된 실시예들 중 단지 하나 이상과 관련하여 위에서 설명되었을 수 있지만, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 적용에서 바람직하고 유리할 수 있으므로, 다른 실시예들 중 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다.

Claims

평평한 부분의 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 상기 평평한 부분; 및
상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 상기 평평한 부분으로부터 상기 길이방향 축을 향해 비스듬히 연장하는 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들;
을 포함하는,
시일.
제1항에 있어서,
상기 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각은 상기 평평한 부분으로부터 원위에 있는 단부에서 플랜지 부분을 갖는,
시일.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 평평한 부분 및 상기 복수의 유연한 세그먼트들은 각각 상기 시일의 제1 층의 제1 평평한 부분 및 제1 복수의 유연한 세그먼트들이고, 상기 시일은 상기 제1 층에 축방향으로 인접한 제2 층을 더 포함하고, 상기 제2 층은,
상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 제2 평평한 부분; 및
상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 상기 제2 평평한 부분으로부터 상기 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 제2 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들;
를 포함하는,
시일.
제3항에 있어서,
상기 제1 복수의 유연한 세그먼트들 및 상기 제2 복수의 유연한 세그먼트들은 서로에 대해 원주방향으로 오프셋되어 있는,
시일.
평평한 환형 부분의 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 상기 평평한 환형 부분 및 상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 상기 평평한 환형 부분으로부터 상기 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들을 포함하는 환형 시일; 및
상기 환형 시일에 축방향으로 인접한 절연 부재;
를 포함하고,
상기 절연 부재는 상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는,
환형 실링 시스템.
제5항에 있어서,
상기 절연 부재는 L자형 또는 J자형을 갖는,
환형 실링 시스템.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 환형 시일의 상기 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각은 상기 평평한 환형 부분으로부터 원위에 있는 단부에서 플랜지 부분을 갖는,
환형 실링 시스템.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 환형 시일의 상기 평평한 환형 부분과 접하는,
환형 실링 시스템.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평평한 환형 부분 및 상기 복수의 유연한 세그먼트들은 각각 상기 환형 시일의 제1 층의 제1 평평한 환형 부분 및 제1 복수의 유연한 세그먼트들이고, 상기 환형 시일은 상기 제1 층에 축방향으로 인접한 제2 층을 더 포함하고, 상기 제2 층은,
상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 제2 평평한 환형 부분; 및
상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 상기 제2 평평한 환형 부분으로부터 상기 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 제2 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들;
을 포함하는,
환형 실링 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제1 복수의 유연한 세그먼트들 및 상기 제2 복수의 유연한 세그먼트들은 서로에 대해 원주방향으로 오프셋되어 있는,
환형 실링 시스템.
평평한 환형 부분의 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 상기 평평한 환형 부분 및 상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 상기 평평한 환형 부분으로부터 상기 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들을 포함하는 환형 시일;
외부 표면을 갖는 엔진 노즐; 및
내부 표면을 갖는 기체로서, 상기 내부 표면은 상기 엔진 노즐의 외부 표면 및 상기 내부 표면 사이의 공간과 함께 상기 엔진 노즐의 상기 외부 표면 주위에 원주방향으로 배열된, 상기 기체;
를 포함하고,
상기 환형 시일은 상기 엔진 노즐의 상기 외부 표면과 상기 기체의 상기 내부 표면 사이의 공간에 배치되고, 상기 환형 시일의 상기 평평한 환형 부분은 상기 기체의 내부 표면에 장착되고;
상기 평평한 환형 부분으로부터의 상기 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각의 원위 단부는 상기 엔진 노즐의 상기 외부 표면과 접촉하고;
상기 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들은 상기 엔진 노즐의 상기 외부 표면 상에 편향된 힘을 가하여, 상기 엔진 노즐의 외부 표면과 상기 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각의 원위 단부의 접촉은 상기 엔진 노즐의 상기 외부 표면의 반경방향 및 축방향 변위 시에 유지되는,
실링된 시스템.
제11항에 있어서,
상기 엔진 노즐의 상기 외부 표면과 상기 기체의 상기 내부 표면 사이의 공간에서 상기 환형 시일에 축방향으로 인접하게 배열되고 상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 절연 부재를 더 포함하는,
실링된 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 절연 부재는 L자형 또는 J자형을 갖는,
실링된 시스템.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환형 시일의 상기 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들 각각은 상기 평평한 환형 부분으로부터 원위에 있는 단부에서 플랜지 부분을 갖는,
실링된 시스템.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 기체의 상기 내부 표면에 장착되는,
실링된 시스템.
제15항에 있어서,
상기 절연 부재는 상기 환형 시일의 상기 평평한 환형 부분이 상기 기체의 상기 내부 표면에 장착되는 지점과 동일한 부착 지점에서 상기 기체의 상기 내부 표면에 장착되는,
실링된 시스템.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평평한 환형 부분 및 상기 복수의 유연한 세그먼트들은 각각 상기 환형 시일의 제1 층의 제1 평평한 환형 부분 및 제1 복수의 유연한 세그먼트들이고, 상기 환형 시일은 상기 제1 층에 축방향으로 인접한 제2 층을 더 포함하고, 상기 제2 층은,
상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 연장하는 제2 평평한 환형 부분; 및
상기 길이방향 축 주위에 원주방향으로 배열되고 상기 제2 평평한 환형 부분으로부터 상기 길이방향 축을 향해 비스듬하게 연장하는 제2 복수의 독립적으로 유연한 세그먼트들;
을 포함하는,
실링된 시스템.
제17항에 있어서,
상기 제1 복수의 유연한 세그먼트들 및 상기 제2 복수의 유연한 세그먼트들은 서로에 대해 원주방향으로 오프셋되어 있는,
실링된 시스템.