Cmc氧化物-氧化物混合器設(shè)計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]公開(kāi)了一種改進(jìn)的排氣混合系統(tǒng)。盡管改進(jìn)措施適用于在空中推進(jìn)動(dòng)力的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣混合系統(tǒng)，但所述改進(jìn)措施也適用于在海洋中、水下和陸地上應(yīng)用的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣混合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于噴射式渦輪機(jī)例如渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，越來(lái)越希望改進(jìn)其排氣混合系統(tǒng)的整體系統(tǒng)、設(shè)計(jì)以及運(yùn)轉(zhuǎn)。在聯(lián)接至典型的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣混合系統(tǒng)中，排氣混合系統(tǒng)可以用于增大推力且降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。因此，可以改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和/或使發(fā)動(dòng)機(jī)磨損最小化。然而，低效的或失效的排氣混合系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低和噪聲增大。
[0003]因此，在本領(lǐng)域有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣混合系統(tǒng)，所述排氣混合系統(tǒng)包括連接法蘭，所述連接法蘭構(gòu)造成將波瓣排氣混合器聯(lián)接至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述連接法蘭包括:環(huán)狀物，所述環(huán)狀物構(gòu)造成聯(lián)接至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī);和多個(gè)突出物，所述多個(gè)突出物從環(huán)狀物沿與環(huán)狀物中心軸線基本平行的第一方向延伸，其中，所述多個(gè)突出物構(gòu)造成聯(lián)接至波瓣排氣混合器。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括:聯(lián)接環(huán)，所述聯(lián)接環(huán)構(gòu)造成聯(lián)接至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)接口；和多個(gè)聯(lián)接指狀物，所述聯(lián)接指狀物從聯(lián)接環(huán)沿第一方向直線地突出，其中，所述多個(gè)聯(lián)接指狀物中的每個(gè)聯(lián)接指狀物具有與聯(lián)接環(huán)相鄰的第一端和與第一端相對(duì)的第二端，并且所述多個(gè)聯(lián)接指狀物中的每個(gè)聯(lián)接指狀物的第二端構(gòu)造成聯(lián)接至排氣混合器，所述排氣混合器構(gòu)造成將發(fā)動(dòng)機(jī)中心氣流和旁路氣流混合。
[0006]本發(fā)明的又一個(gè)方面涉及一種排氣混合系統(tǒng)的制造方法，該制造方法包括制作環(huán)狀的波瓣混合器連接法蘭，其中，制作波瓣混合器連接法蘭包括:形成具有第一腿和與第一腿基本垂直的第二腿的環(huán);和形成多個(gè)聯(lián)接指狀物，所述聯(lián)接指狀物從第二腿沿基本平行于第一腿的方向突出。
【附圖說(shuō)明】
[0007]盡管權(quán)利要求書不限于具體的說(shuō)明，但是通過(guò)各種示例的討論將會(huì)對(duì)其各個(gè)方面得到最佳的了解?，F(xiàn)在參考附圖，示例性說(shuō)明被詳細(xì)示出。盡管附圖用于說(shuō)明，但不需要按照附圖的比例且某些特征可以被擴(kuò)大以更好地說(shuō)明和解釋示例的創(chuàng)新方面。此外，此處描述的示例性說(shuō)明不意在于窮舉，或在其他方面限制于附圖中所示的且在下文中詳細(xì)描述的精確的構(gòu)成和配置。參考附圖詳細(xì)說(shuō)明示例性說(shuō)明，附圖中:
[0008]圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有排氣混合系統(tǒng)的示例性渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0009]圖2A示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的示例性排氣混合系統(tǒng)；
[0010]圖2B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖2A所示的排氣混合系統(tǒng)的一部分的剖視圖；
[0011]圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的排氣混合系統(tǒng)的一部分的立體圖；
[0012]圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖3A所示的排氣混合系統(tǒng)沿A-A線的剖視圖；以及
[0013]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的表示制造排氣混合系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]公開(kāi)了一種具有改進(jìn)的排氣混合系統(tǒng)的示例性燃?xì)廨啓C(jī)。該混合系統(tǒng)包括用于將波瓣混合器緊固到發(fā)動(dòng)機(jī)接口的連接系統(tǒng)。還公開(kāi)了一種制造排氣混合系統(tǒng)的新方法。
[0015]圖1示出了示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10包括:風(fēng)扇12，低壓壓縮機(jī)14和高壓壓縮機(jī)16，燃燒器18，以及高壓、中壓和低壓渦輪，分別為20、21和22。高壓壓縮機(jī)16連接至第一轉(zhuǎn)子軸24，而低壓壓縮機(jī)14連接至第二轉(zhuǎn)子軸26。低壓渦輪22連接至另一個(gè)軸27。所述各軸沿軸向延伸且與縱向中心軸線28平行。圖1示出了一種三軸發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施例中可以考慮兩軸和/或單軸構(gòu)型。
[0016]周圍空氣30進(jìn)入風(fēng)扇12且通過(guò)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子32被導(dǎo)入環(huán)形管道34，該環(huán)形管道34部分地由風(fēng)扇殼體36界定。旁路氣流38提供大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)推力，而主氣流40(又稱中心氣流)被導(dǎo)入燃燒器18和渦輪20、21、22，然后通過(guò)產(chǎn)生推力的噴嘴排出。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括改進(jìn)的排氣混合系統(tǒng)44。所述系統(tǒng)44可以包括能夠聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)接口或支架48(例如，后部渦輪支架)的波瓣混合器46。排氣混合系統(tǒng)44增強(qiáng)通過(guò)低壓渦輪22的中心氣流40與通過(guò)波瓣混合器46的旁路氣流38的混合，從而增大推力。該中心氣流40與旁路氣流38的混合，在各自經(jīng)過(guò)尾錐50并在排氣噴嘴52排出時(shí)，也可以降低渦輪機(jī)噪聲。
[0017]現(xiàn)在參考圖2A，示出了聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)接口或后部渦輪支架202的示例性排氣混合系統(tǒng)200的立體圖。排氣混合系統(tǒng)200包括波瓣排氣混合器204和將波瓣排氣混合器204聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)接口 202的聯(lián)接配件或法蘭206。波瓣排氣混合器204例如可以由限定出360度的單個(gè)元件組成。可替換地，盡管未示出，波瓣排氣混合器204可以由共同限定出360度的兩個(gè)或多個(gè)半環(huán)形組件組成。
[0018]波瓣排氣混合器204例如由陶瓷基復(fù)合材料(CMC)制作，諸如氧化鋁復(fù)合材料基中的高強(qiáng)度陶瓷鋁纖維。在替換的實(shí)施例中，可以包括其他CMC材料，諸如陶瓷基中的硅酸鋁纖維。無(wú)論使用何種CMC材料，CMC波瓣排氣混合器204包括多個(gè)波瓣208，其增強(qiáng)中心氣流和旁路氣流的混合以增大推力且降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。根據(jù)可替換的實(shí)施例，CMC波瓣排氣混合器的波瓣數(shù)目可以多于或少于圖2A中所示出的波瓣數(shù)目。
[0019]CMC波瓣排氣混合器204構(gòu)造成通過(guò)圖2A中的多個(gè)波瓣208來(lái)混合一般暖的或熱的中心氣流(例如，圖1的主要?dú)饬?0)和較冷的旁路氣流(例如圖1的旁路氣流38)。與未被構(gòu)造成用以混合中心氣流和旁路氣流或增強(qiáng)中心氣流和旁路氣流的混合的排氣系統(tǒng)(未示出)相比，CMC波瓣排氣混合器204對(duì)兩種氣流的混合一般而言增大了推力。除了增大噴射推力，由多個(gè)波瓣208增強(qiáng)的中心氣流和旁路氣流的混合可以降低噴射導(dǎo)致的噪聲。
[0020]由CMC材料組成的結(jié)構(gòu)通常比由金屬材料組成的類似結(jié)構(gòu)重量輕。此外，由CMC材料組成的結(jié)構(gòu)在高溫下保持結(jié)構(gòu)形狀的能力上也趨于優(yōu)于許多相當(dāng)?shù)慕饘俳Y(jié)構(gòu)。因此，CMC波瓣排氣混合器204—般地比由金屬材料組成的相當(dāng)?shù)幕旌掀髦亓扛p且更耐用。重量的降低又通常能增大渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10)的燃料效率。
[0021]如圖2A所示，排氣系統(tǒng)200的聯(lián)接配件或法蘭206包括環(huán)狀物或聯(lián)接環(huán)210，該環(huán)狀物或聯(lián)接環(huán)210具有多個(gè)從其直線延伸的突出物(又稱，指狀聯(lián)接器)212。聯(lián)接配件206例如可以由金屬合金或超級(jí)合金如Inconel 625組成。此外，聯(lián)接配件206可以是由限定出360度的單個(gè)元件制作，或者，可替換地，聯(lián)接配件206可以由共同限定出360度的多個(gè)半環(huán)形組件組成。
[0022]聯(lián)接配件206的多個(gè)突出物212從環(huán)狀物210沿第一方向214突出，所述第一方向基本平行環(huán)狀物210的中心軸線216。聯(lián)接配件206將CMC波瓣排氣混合器204聯(lián)接至渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)支架或接口 202 (可替換地，例如，見(jiàn)圖1中示出的發(fā)動(dòng)機(jī)10的支架48)。也就是說(shuō)，如圖2A所示出的，聯(lián)接配件206的環(huán)狀物210聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)接口 202，而聯(lián)接配件206的多個(gè)突出物212聯(lián)接至CMC波瓣排氣混合器204。多個(gè)突出物212中的每個(gè)突出物都具有撓曲(flex)的能力。因此，當(dāng)CMC波瓣排氣混合器204承受一定范圍的空氣動(dòng)力或熱載荷時(shí)，所述多個(gè)突出物或指狀聯(lián)接器212保持完好。
[0023]可以考慮，多個(gè)突出物212中的突出物的數(shù)量與CMC波瓣排氣混合器204中的波瓣數(shù)量成比例。例如，突出物212的數(shù)量可以是波瓣208數(shù)量的兩至四倍。然而應(yīng)當(dāng)注意，突出物的數(shù)目和波瓣的數(shù)目之間的關(guān)系不需要是2:1、3:1或4:1。例如，基于CMC波瓣混合器(例如，CMC波瓣排氣混合器204)的重量和/或尺寸因素，可以使用更少或更多的突出物。
[0024]除了將CMC波瓣排氣混合器204聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)10)之外，聯(lián)接配件206也用于降低系統(tǒng)上的應(yīng)力，以最小化對(duì)混合器波瓣的結(jié)構(gòu)撓度。也就是說(shuō)，載荷能夠從支架202通過(guò)聯(lián)接配件206傳遞至CMC波瓣混合器204而不引起(或至少最小化)系統(tǒng)上的局部或結(jié)構(gòu)應(yīng)力。由于聯(lián)接配件206具有撓曲的能力，其用作后部渦輪支架202和CMC波瓣排氣混合器204之間的媒介物。
[0025]現(xiàn)在參考圖2B，示出了圖2A的示例性排氣混合系統(tǒng)200的一部分218的剖視圖。根據(jù)如圖2B所示的實(shí)施例，環(huán)狀物210通過(guò)多個(gè)環(huán)狀安裝硬件220聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)接口或后部渦輪支架202。此外，多個(gè)突出物212中的每個(gè)突出物通過(guò)多個(gè)突出物安裝硬件222聯(lián)接至CMC波瓣排氣混合器204。安裝裝置或安裝硬件220、222例如可以包括機(jī)加工螺栓和螺母或其它緊固件(未示出)。
[0026]現(xiàn)在參考圖3A，示出了示例性排氣混合系統(tǒng)300的一部分的立體圖。排氣混合系統(tǒng)300的該部分包括聯(lián)接裝置或配件302(又稱連接法蘭)的一部分和CMC波瓣排氣混合器304的一部分。連接法蘭302的該部分包括環(huán)狀物306的一部分，所述環(huán)狀物具有從該環(huán)狀物沿第一方向310直線突出的指狀物聯(lián)接器308。環(huán)狀物306固定于發(fā)動(dòng)機(jī)接口 312且指狀物聯(lián)接器308固定于CMC波瓣排氣混合器，由此將排氣混合系統(tǒng)300聯(lián)接至渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)10)。
[0027]環(huán)狀物306包括第一腿314，該第一腿與第二腿316成一體。第二腿316基本垂直于第一腿314，而第一腿314基本平行于第一方向310。
[0028]指狀物聯(lián)接器308包括孔(void)318，該孔318與CMC波瓣排氣混合器304中的孔320對(duì)準(zhǔn)。這樣，緊固件或安裝硬件(例如圖2B中的多個(gè)突出物安裝硬件222)可以穿過(guò)各孔318和320將CMC波瓣排氣混合器304聯(lián)接至聯(lián)接配件302。此外，環(huán)狀物306包括多個(gè)孔(見(jiàn)示意的環(huán)狀孔332)，從而允許安裝硬件(如圖2B中的多個(gè)環(huán)狀物安裝硬件220)穿過(guò)它們以使環(huán)狀物306可以被聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)接口 312。這樣，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)接口 312，排氣混合系統(tǒng)300被聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)(例如圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)1)。
[0029]由于指狀物聯(lián)接器(如指狀物聯(lián)接器308)的幾何形狀和CMC波瓣排氣混合器304被聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)接口 312的方式，由于空氣動(dòng)力學(xué)壓力和熱增長(zhǎng)而產(chǎn)生的載荷被減少且實(shí)質(zhì)為剪切載荷。
[0030]根據(jù)圖3A中示出的實(shí)施例，