具有增材制造整流罩的增材制造管道式換熱器系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】具有増材制造整流罩的増材制造管道式換熱器系統(tǒng)
[0001]發(fā)明背景
[0002]本公開涉及換熱器，并且更具體地涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的增材制造換熱器。
[0003]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如那些為現(xiàn)代商用和軍用飛機(jī)提供動(dòng)力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括管道式換熱器系統(tǒng)，該管道式換熱器系統(tǒng)具有換熱器和相關(guān)聯(lián)的設(shè)備以與氣流交換發(fā)動(dòng)機(jī)熱量。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)通常規(guī)定管道式換熱器放置在包封發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)艙內(nèi)。
[0004]常規(guī)換熱器芯部具有均勻的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)和外部幾何結(jié)構(gòu)部分原因在于制造的復(fù)雜性。雖然有效，但換熱器可受到局部應(yīng)力集中或驅(qū)使整個(gè)換熱器的厚度增加或材料變化的其他結(jié)構(gòu)要求的影響。這導(dǎo)致TMS的重量和成本增加。換熱器通常也由不同金屬構(gòu)造，所述金屬在暴露于可進(jìn)一步限制換熱器壽命的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境所特有的變化的熱邊界條件時(shí)以不同速率膨脹。
[0005]管道式換熱器也利用機(jī)艙內(nèi)的入口導(dǎo)流板和出口導(dǎo)流板，該機(jī)艙具有空氣動(dòng)力學(xué)外形，以將空氣分配到換熱器上。用于這些表面的制造技術(shù)可能并不總是有利于優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)的幾何結(jié)構(gòu)并且可影響理想的機(jī)艙空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。這可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能弊端。
發(fā)明概要
[0006]根據(jù)本公開的一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的管道式換熱器系統(tǒng)包括與換熱器連通的整流罩，該整流罩包括增材制造的表面。
[0007]本公開的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中增材制造的表面由有利于熱傳遞的材料制造。
[0008]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中增材制造的表面為至少部分弧形的。
[0009]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中增材制造的表面是芯部的延伸部。
[0010]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中增材制造的表面是至少部分地支撐芯部的框架的延伸部。
[0011]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中增材制造的表面是用于框架的安裝布置的延伸部。
[0012]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部是增材制造的。
[0013]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部的正面是非平面的，并且芯部為至少部分弧形的。
[0014]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部的正面為波狀外形的，使得進(jìn)入芯部的氣流在整個(gè)正面上大體垂直于正面。
[0015]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部的正面延伸到其內(nèi)定位有芯部的管道的入口擴(kuò)散區(qū)域中，該管道與整流罩連通。
[0016]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部的正面相對(duì)于整流罩為波狀外形的。
[0017]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部的背面為非平面的，并且芯部為至少部分弧形的。
[0018]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部的背面為波狀外形的，使得離開芯部的氣流在整個(gè)背面上大體垂直于背面。
[0019]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中芯部的背面延伸到其內(nèi)定位有芯部的管道的出口收縮區(qū)域中，該管道與整流罩連通。
[0020]根據(jù)本公開的一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的管道式換熱器系統(tǒng)包括換熱器芯部；在換熱器芯部上游并且與該換熱器芯部連通的增材制造的入口整流罩；以及在換熱器芯部下游并且與該換熱器芯部連通的增材制造的出口整流罩。
[0021]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中與等同熱容量的“磚”狀換熱器相比較，增材制造的換熱器芯部使增材制造的換熱器芯部的體積減少約15-20%。
[0022]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中增材制造的換熱器芯部相對(duì)于增材制造的入口整流罩和增材制造的出口整流罩為波狀外形的。
[0023]—種制造根據(jù)本公開的一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的管道式換熱器系統(tǒng)的整流罩的方法包括增材制造整流罩，以提供該整流罩的至少一個(gè)表面，所述至少一個(gè)表面由有利于熱傳遞的材料制造。
[0024]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中至少一個(gè)表面作為換熱器工作。
[0025]本公開的前述實(shí)施例中任何一個(gè)的進(jìn)一步實(shí)施例包括，其中至少一個(gè)表面由作為散熱片工作的材料增材制造。
[0026]除非另外明確指出，否則前述特征和元件可以在不排他的情況下以各種組合結(jié)合。根據(jù)以下描述和附圖，這些特征和元件以及其操作將變得顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理解，以下描述和附圖在本質(zhì)上旨在是示例性的和非限制性的。
[0027]附圖簡(jiǎn)述
[0028]通過(guò)以下對(duì)所公開的非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，各種特征對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。附圖中的部件未必按比例繪制。此外，在附圖中，類似附圖標(biāo)號(hào)在貫穿若干視圖中表示對(duì)應(yīng)部件。伴隨【具體實(shí)施方式】的附圖可簡(jiǎn)單描述如下:
[0029]圖1是示例燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)的示意性；
[0030]圖2是具有示例管道式換熱器系統(tǒng)的圖1的示例燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0031]圖3是機(jī)艙組件的示意圖，其中多個(gè)示例位置用于與共同空氣流交換流動(dòng)的管道式換熱器系統(tǒng)；
[0032]圖4是機(jī)艙組件的示意圖，其中多個(gè)示例位置用于與不同空氣流交換流動(dòng)的管道式換熱器系統(tǒng)；
[0033]圖5是根據(jù)一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的換熱器的示意圖；
[0034]圖6是根據(jù)一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的示例換熱器芯部的透視圖；
[0035]圖7是圖6的換熱器的視圖；
[0036]圖8是根據(jù)另一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例的管道式換熱器系統(tǒng)的示意圖；以及
[0037]圖9是用于管道式換熱器系統(tǒng)的整流罩的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1示意性地示出了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20在本文中公開為雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其通常包括風(fēng)扇區(qū)段22、壓縮機(jī)區(qū)段24、燃燒室區(qū)段26和渦輪區(qū)段28。除了風(fēng)扇區(qū)段22’、壓縮機(jī)區(qū)段24’、燃燒室區(qū)段26’和渦輪區(qū)段28’(圖2)以及其他系統(tǒng)或特征之外，替代發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)200可包括增強(qiáng)器區(qū)段12、排氣管道區(qū)段14和噴嘴區(qū)段16。風(fēng)扇區(qū)段22沿旁通流動(dòng)路徑驅(qū)動(dòng)空氣并且將空氣驅(qū)動(dòng)到壓縮機(jī)區(qū)段24中。壓縮機(jī)區(qū)段24沿核心流動(dòng)路徑驅(qū)動(dòng)空氣，以便壓縮和輸送至燃燒室區(qū)段26中，燃燒室區(qū)段26然后使空氣膨脹并且將空氣引導(dǎo)通過(guò)渦輪區(qū)段28。雖然在所公開的非限制性實(shí)施例中被描繪為渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的概念不限于與渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用，因?yàn)檫@些教導(dǎo)可應(yīng)用于其他類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和三轉(zhuǎn)子(加上風(fēng)扇)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其中中間轉(zhuǎn)子包括在低壓壓縮機(jī)(“LPC”)和高壓壓縮機(jī)(“HPC”)之間的中間壓力壓縮機(jī)(“IPC”)以及在高壓渦輪(“HPT”)和低壓渦輪(“LPT”)之間的中間壓力渦輪(“IPT”)。
[0039]發(fā)動(dòng)機(jī)20通常包括低轉(zhuǎn)子30和高轉(zhuǎn)子32，所述低轉(zhuǎn)子30和高轉(zhuǎn)子32安裝成相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體結(jié)構(gòu)36圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸向軸線旋轉(zhuǎn)。低轉(zhuǎn)子30通常包括與風(fēng)扇42、低壓壓縮機(jī)(“LPC”)44和低壓渦輪(“LPT”)46互連的內(nèi)軸40。內(nèi)軸40直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇42或通過(guò)齒輪傳動(dòng)架構(gòu)48驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇42，從而以比低轉(zhuǎn)子30低的速度驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇42。示例減速傳動(dòng)裝置是周轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，即行星齒輪系統(tǒng)或星形齒輪系統(tǒng)。
[0040]高轉(zhuǎn)子32包括與高壓壓縮機(jī)(“HPC”)52和高壓渦輪(“HPT”)54互連的外軸50。燃燒室56布置在HPC 52和HPT 54之間。內(nèi)軸40和外軸50是同軸的，并且圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
[0041]核心氣流由LPC 44壓縮，然后由HPC 52壓縮，并且在燃燒室56中與燃料混合并燃燒，然后在HPT 54和LPT 46上膨脹。響應(yīng)于該膨脹，LPT 46和HPT 54旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的低轉(zhuǎn)子30和高轉(zhuǎn)子32。發(fā)動(dòng)機(jī)主軸40、50由殼體結(jié)構(gòu)36內(nèi)的支承系統(tǒng)38支撐在多個(gè)點(diǎn)處。
[0042]在一個(gè)非限制性示例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20是高旁通的齒輪傳動(dòng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。其中旁通比大于約6(6: I)。齒輪傳動(dòng)架構(gòu)48可以包括周轉(zhuǎn)齒輪系，諸如行星齒輪系統(tǒng)或其他齒輪系統(tǒng)。示例周轉(zhuǎn)齒輪系具有大于約2.3的齒輪減速比，并且在另一個(gè)示例中為大于約2.5: 10齒輪傳動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)