復(fù)合風扇容納箱組件的制作方法
【專利摘要】一種用于燃氣渦輪機發(fā)動機的風扇箱包括具有外表面、前部和后部的復(fù)合風扇容納箱。附接凸緣和安裝環(huán)分別設(shè)置在所述前部和后部上。螺栓附接裝置被支撐在所述外表面上。復(fù)合風扇容納箱具有被配置為與風扇葉片軸向?qū)R的容納區(qū)域。防彈內(nèi)襯被布置在容納區(qū)域中。
【專利說明】復(fù)合風扇容納箱組件
[0001] 本公開是于2009年8月31日提交的美國專利申請序列號12/551，018、于2009年 12月11日提交的12/636,388、于2010年9月28日提交的12/892, 037、于2010年10月 26日提交的12/912, 189、于2011年1月7日提交的12/986, 209和于2011年2月10日提 交的13/024, 386的部分繼續(xù)申請。

【背景技術(shù)】
[0002] 本公開涉及用于燃氣渦輪機發(fā)動機的復(fù)合風扇容納箱。
[0003] 燃氣渦輪機發(fā)動機可包括風扇部段，風扇部段包括由被支撐在機艙內(nèi)的風扇箱包 圍的風扇葉片。風扇箱的功能是沿徑向方向容納風扇葉片的斷裂和分離部分。金屬風扇箱 可能不期望地過重而不能執(zhí)行此容納功能。由非金屬材料構(gòu)成的復(fù)合風扇箱可降低重量并 提供與金屬風扇箱相同的容納能力。
[0004] 雖然這些風扇箱具有許多期望的特征，但是一個挑戰(zhàn)是部件必須附接到箱的外 周，通常通過螺紋緊固件來附接。然而，用于形成風扇箱的材料并未設(shè)置有螺栓孔。此外， 復(fù)合材料制造和成形技術(shù)受限于能夠可靠獲得的公差范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個例子中，用于燃氣渦輪機發(fā)動機的風扇箱包括具有外表面、前部和后部的 復(fù)合風扇容納箱。附接凸緣和安裝環(huán)分別設(shè)置在所述前部和后部上。螺栓附接裝置被支撐 在所述外表面上。復(fù)合風扇容納箱具有在容納區(qū)域中提供外殼的容納殼，容納區(qū)域被配置 為與風扇葉片對齊。防彈內(nèi)襯被布置在位于外殼內(nèi)部的容納區(qū)域中。
[0006] 在上述的另一個實施例中，風扇容納箱包括限定大致圓筒形箱的多個復(fù)合層。附 接凸緣在所述前部從圓筒形箱徑向向外延伸。附接凸緣包括復(fù)合層的一部分。金屬襯環(huán)被 固定到附接凸緣。
[0007] 在上述中任一者的另一實施例中，安裝環(huán)是金屬的并且在所述后部被固定到外表 面。
[0008] 在上述中任一者的另一實施例中，復(fù)合風扇容納箱包括限定大致圓筒形箱的多個 復(fù)合層。安裝環(huán)與復(fù)合層一體形成。
[0009] 在上述中任一者的另一實施例中，螺栓附接裝置包括具有至少一個金屬插入件的 內(nèi)部復(fù)合凸臺。凸臺利用至少一個纖維加固層板和粘合劑附接到所述外表面。
[0010] 在上述中任一者的另一實施例中，防彈內(nèi)襯由樹脂浸漬的KEVLAR、陶瓷材料和金 屬材料中的一種制成。
[0011] 在另一個例子中，用于燃氣渦輪機發(fā)動機的風扇箱包括具有外表面、前部和后部 的復(fù)合風扇容納箱。附接凸緣和安裝環(huán)分別設(shè)置在所述前部和后部上。螺栓附接裝置被支 撐在所述外表面上。
[0012] 在上述的另一個實施例中，復(fù)合風扇容納箱包括限定大致圓筒形箱的多個復(fù)合 層。附接凸緣在所述前部從圓筒形箱徑向向外延伸。附接凸緣包括復(fù)合層的一部分，并且 金屬襯環(huán)被固定到附接凸緣。
[0013] 在上述中任一者的另一實施例中，安裝環(huán)是金屬的并且在所述后部被固定到外表 面。
[0014] 在上述中任一者的另一實施例中，復(fù)合風扇容納箱包括限定大致圓筒形箱的多個 復(fù)合層。安裝環(huán)與復(fù)合層一體形成。
[0015] 在上述中任一者的另一實施例中，螺栓附接裝置包括具有至少一個金屬插入件的 內(nèi)部復(fù)合凸臺。凸臺利用至少一個纖維加固層板和粘合劑附接到所述外表面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 通過參照結(jié)合附圖考慮的下述詳細描述，可進一步理解本公開，在附圖中： 圖1是示例性燃氣渦輪機發(fā)動機的示意圖。
[0017] 圖2是沿線2-2截取的圖3所示的貫穿容納箱的剖視圖。
[0018] 圖3是示例性容納箱的立體圖。
[0019] 圖4是容納箱和安裝環(huán)的放大剖視圖。
[0020] 圖5是另一示例性容納箱和安裝環(huán)的剖視圖。
[0021] 圖6是由容納箱附接裝置支撐的部件的立體圖。
[0022] 圖7是圖6所示的附接裝置的放大立體圖。
[0023] 圖8是沿線8-8截取的圖7所示的附接裝置的剖視圖。
[0024] 圖9是貫穿緊固元件的容納箱附接凸緣的剖視圖。
[0025] 圖10是圖9所示的容納箱附接凸緣的剖視圖，但是該圖貫穿附接孔。
[0026] 圖11是容納箱的葉片容納特征的放大剖視圖。

【具體實施方式】
[0027] 參照圖1，燃氣渦輪機發(fā)動機由10示意性地指示并且包括核心12,所述核心12具 有壓縮機部段14、燃燒部段16和渦輪機部段18。示例性燃氣渦輪機發(fā)動機10包括風扇部 段20,所述風扇部段20位于機艙22內(nèi)并包括多個葉片28。壓縮機部段14、燃燒部段16、 渦輪機部段18和風扇部段20圍繞軸線A布置。機艙22限定用于進入空氣流的入口 24。 風扇容納箱26靠近風扇部段20內(nèi)的葉片28設(shè)置。
[0028] 參照圖2和3,示例性風扇容納箱26包括用于復(fù)合容納結(jié)構(gòu)的附接特征和容納 特征。安裝環(huán)32被設(shè)置在風扇容納箱26的后部33處，并且附接凸緣62被設(shè)置在其前部 31，用于相對于其它發(fā)動機結(jié)構(gòu)來固定風扇容納箱26。螺栓附接裝置72被設(shè)置在風扇容 納箱26上，用于支撐風扇容納箱26上的部件。容納特征包括復(fù)合容納殼112和防彈內(nèi)襯 (ballistic liner)152。在本公開要求其優(yōu)先權(quán)并且 申請人:將其全部內(nèi)容通過引用合并于 本文的如下專利申請中充分闡述了這些附接和容納特征：于2009年8月31日提交的美國 專利申請序列號12/551,018 ;于2009年12月11日提交的12/636,388 ;于2010年9月28 日提交的12/892, 037 ;于2010年10月26日提交的12/912, 189 ;于2011年1月7日提交 的12/986, 209 ;以及于2011年2月10日提交的13/024, 386。
[0029] 再次參照圖1，示例性容納箱包括附接到安裝梁36上的安裝環(huán)32,安裝梁36附接 到框架構(gòu)件，諸如航空器的塔架44。安裝環(huán)32還附接到從發(fā)動機核心12延伸到容納箱26 的至少一個導(dǎo)流板部段30。示例性容納箱26包括支撐發(fā)動機核心12的一部分的安裝環(huán) 32。被設(shè)置在風扇部段20后面的導(dǎo)流板30相對于旋轉(zhuǎn)的葉片28靜止并且提供支撐發(fā)動 機核心12的多個安裝位置中的一個。
[0030] 參照圖3,在一個例子中，安裝環(huán)32被固定到風扇箱30的后端的外表面34上，并 且與復(fù)合容納箱30的外表面34的一部分重疊。安裝環(huán)32包括一個或多個安裝凸緣42。示 例性安裝凸緣42從安裝環(huán)32徑向向外延伸，以提供至向前的主發(fā)動機安裝梁36的連接。 示例性安裝凸緣42包括在主凸耳38之間向上延伸的故障保護凸耳40。安裝凸緣42對應(yīng) 于用于將發(fā)動機核心12固定到航空器的塔架44上的發(fā)動機安裝梁36的配置。如可以明 白的，在本公開的構(gòu)想內(nèi)，可采用其它安裝凸緣配置，例如，如圖4所示的。
[0031] 參照圖4,并繼續(xù)參照圖3,示例性風扇容納箱26包括結(jié)構(gòu)46,所述結(jié)構(gòu)46由多個 復(fù)合層組成從而形成風扇容納箱26的大體圓筒形幾何形狀。安裝環(huán)32配合在風扇容納箱 26的外表面34上，并且在一個例子中是金屬材料的鍛造環(huán)。示例性安裝環(huán)32包括引入斜 面48,其有助于在組裝期間在風扇箱30上導(dǎo)引安裝環(huán)32。安裝環(huán)32還包括用于安裝的軸 向定位特征。示例性軸向定位特征是耳片50,所述耳片50徑向向內(nèi)延伸以抵接復(fù)合結(jié)構(gòu) 46的后端52。安裝環(huán)32滑到外表面34上，以使耳片50抵靠后端52。
[0032] -旦安裝環(huán)32位于風扇箱30上，緊固件54就被布置為通過安裝環(huán)32內(nèi)的開口 56和復(fù)合結(jié)構(gòu)46中的開口 58,以將安裝環(huán)32和復(fù)合結(jié)構(gòu)46附接到風扇出口導(dǎo)流板30。 過盈配合和多個緊固件54的結(jié)合將安裝環(huán)32固定到復(fù)合結(jié)構(gòu)46。此外，安裝環(huán)32通過導(dǎo) 流板30被固定到發(fā)動機核心12。
[0033] 參照圖5,示出了具有安裝環(huán)32'的另一個風扇容納箱26'，其中，所述安裝環(huán)32' 與復(fù)合結(jié)構(gòu)46' 一體形成。術(shù)語"一體形成"意味著安裝環(huán)32'和復(fù)合結(jié)構(gòu)46'形成為單 個單元。風扇出口導(dǎo)流板30通過布置在主凸耳38'的兩個軸向側(cè)上的緊固件54'被固定 到復(fù)合結(jié)構(gòu)46'。
[0034] 圖6示出了風扇容納箱26的另一附接特征。風扇容納箱26具有被安裝在外表面 34上的帶螺紋螺栓附接裝置72。部件64附接到附接裝置72,諸如通過安裝在支架68處的 銷66實現(xiàn)。在例子中，部件64是流體管。任何數(shù)量的其它部件和多種類型的配件可從本 發(fā)明受益。支架68通過諸如螺栓70 (見圖7)被螺紋附接到附接裝置72。
[0035] 圖7和8示出附接裝置72的細節(jié)，附接裝置72包括可由布置在多個層板78、80 之間的復(fù)合材料74形成的模制錐形凸臺。凸臺可以是任何數(shù)量的不同形狀的，包括矩形、 正方形、橢圓形等。金屬插入件76被嵌入復(fù)合材料74內(nèi)。一個或多個層板和粘合劑86的 結(jié)合體被附接到復(fù)合材料74的外表面上。此結(jié)合體將附接到復(fù)合風扇容納箱26的外表面 34上。插入件76具有平坦的端部82,其防止在復(fù)合材料74內(nèi)旋轉(zhuǎn)。插入件的一部分包括 孔84,在一個例子中，孔84將容納帶螺紋插入件(未示出）。
[0036] 參照圖9和10,并繼續(xù)參照圖3,示例性金屬襯板90利用粘合劑94和/或機械緊 固件96被固定到復(fù)合結(jié)構(gòu)46的向前凸緣部分92上，以提供附接凸緣62。復(fù)合結(jié)構(gòu)46包 括多個層98。示例性機械緊固件96包括延伸通過金屬襯板90并進入向前凸緣部分92中 的鉚釘。金屬襯板90包括容納鉚釘96的整個頭部的埋頭孔100,從而使得鉚釘頭不會從金 屬襯板90突起。金屬襯板90和復(fù)合結(jié)構(gòu)46限定用于緊固件的孔102,所述緊固件用于將 容納箱26固定在機艙22內(nèi)。金屬襯板90包括與復(fù)合結(jié)構(gòu)46的半徑對應(yīng)的半徑。
[0037] 參照圖11，風扇容納箱26包括繞軸線A限定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)134、防彈內(nèi)襯136和外 殼138。內(nèi)部結(jié)構(gòu)34可包括可磨耗層140和蜂窩結(jié)構(gòu)142?？赡ズ膶?40提供在風扇葉片 末端和內(nèi)部結(jié)構(gòu)134之間保持的高精度公差。蜂窩結(jié)構(gòu)142提供聲音阻尼以及保留較小的 葉片碎片的可能性。應(yīng)該理解，內(nèi)部結(jié)構(gòu)134重量輕并且對葉片碎片穿透(如果存在的話） 提供最小的阻力。
[0038] 在一個例子中，防彈內(nèi)襯136是剛性材料的圓筒形殼，諸如樹脂浸漬KEVLAR材料 (諸如用于Hard Armor的KEVLAR XP?)、LEXAN、金屬結(jié)構(gòu)或陶瓷材料。也就是說，防彈內(nèi)襯 136是硬的并且操作作為外殼138的徑向內(nèi)表面上的剛性撞擊內(nèi)襯，外殼138可由諸如碳復(fù) 合物的復(fù)合材料制成。由于硬的防彈內(nèi)襯136徑向地直接位于風扇葉片28的外側(cè)，因此防 彈內(nèi)襯136僅需要延伸相對短的軸向長度。
[0039] 在另一個例子中，防彈內(nèi)襯136通常包括多個單向粗紡纖維層和多個無褶皺織物 層，如在與本申請同一日提交并且以其全部內(nèi)容通過引用合并于本文的本 申請人:的名稱為 "Case with Ballistic Liner"共同未決申請中所描述的。一般而言，多個單向粗紡纖維層 中的每個的厚度約為多個無褶皺織物層中的每個的厚度的一半。在一個實施例中，在防彈 內(nèi)襯136中，多個單向粗紡纖維層中的每個包括三層并且多個無褶皺織物層中的每個包括 兩層。
[0040] 盡管已經(jīng)公開了示例性實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，某些修改將在權(quán) 利要求的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)該研究以下權(quán)利要求以確定它們的實際范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于燃氣潤輪機發(fā)動機的風扇箱，包括： 包括外表面、前部和后部的復(fù)合風扇容納箱； 分別設(shè)置在所述前部和后部上的附接凸緣和安裝環(huán)； 被支撐在所述外表面上的螺栓附接裝置；并且 其中，所述復(fù)合風扇容納箱具有：在容納區(qū)域中提供外殼的容納殼，所述容納區(qū)域被配 置為與風扇葉片對齊；以及被布置在位于所述外殼內(nèi)部的所述容納區(qū)域中的防彈內(nèi)襯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風扇箱，其中，所述復(fù)合風扇容納箱包括：限定大致圓筒形箱 的多個復(fù)合層；在所述前部從圓筒形箱徑向向外延伸的附接凸緣，所述附接凸緣包括所述 復(fù)合層的一部分；以及被固定到所述附接凸緣的金屬襯環(huán)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風扇箱，其中，所述安裝環(huán)是金屬的并且在所述后部被固定 到所述外表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風扇箱，其中，所述復(fù)合風扇容納箱包括限定大致圓筒形箱 的多個復(fù)合層，并且所述安裝環(huán)與所述復(fù)合層一體形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風扇箱，其中，所述螺栓附接裝置包括具有至少一個金屬插 入件的內(nèi)部復(fù)合凸臺，所述凸臺利用至少一個纖維加固層板和粘合劑附接到所述外表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風扇箱，其中，所述防彈內(nèi)襯由樹脂浸漬的KEVLAR、陶瓷材料 和金屬材料中的一種制成。
7. -種用于燃氣潤輪機發(fā)動機的風扇箱，包括： 包括外表面、前部和后部的復(fù)合風扇容納箱； 分別設(shè)置在所述前部和后部上的附接凸緣和安裝環(huán)；以及 被支撐在所述外表面上的螺栓附接裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風扇箱，其中，所述復(fù)合風扇容納箱包括：限定大致圓筒形箱 的多個復(fù)合層；在所述前部從所述圓筒形箱徑向向外延伸的附接凸緣，所述附接凸緣包括 所述復(fù)合層的一部分；以及被固定到所述附接凸緣的金屬襯環(huán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風扇箱，其中，所述安裝環(huán)是金屬的并且在所述后部被固定 到所述外表面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風扇箱，其中，所述復(fù)合風扇容納箱包括限定大致圓筒形箱 的多個復(fù)合層，并且所述安裝環(huán)與所述復(fù)合層一體形成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風扇箱，其中，所述螺栓附接裝置包括具有至少一個金屬插 入件的內(nèi)部復(fù)合凸臺，所述凸臺利用至少一個纖維加固層板和粘合劑附接到所述外表面。
【文檔編號】F01D25/24GK104105868SQ201380009679
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月16日
【發(fā)明者】D.S.盧西耶, T.J.小羅伯森, M.W.科斯塔, S.R.沃列蒂, R.A.奈克 申請人:聯(lián)合工藝公司