本公開大體上涉及用于在航空航天應用中使用的空隙控制系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于在空隙控制系統(tǒng)中使用的歧管。
背景技術：
至少一些已知的燃氣渦輪發(fā)動機，如飛行器發(fā)動機包括繞著壓縮機沿周向延伸的發(fā)動機殼，和均包括轉子組件和定子組件的渦輪。已知的轉子組件包括至少一排旋轉葉片，其從聯接于轉子組件的葉片根部沿徑向向外延伸至在定子組件附近經過的葉片末端。徑向末端空隙限定在旋轉葉片末端與附接于發(fā)動機殼的靜止護罩之間。
在這些已知的組件中，在發(fā)動機操作期間，發(fā)動機中的熱環(huán)境的變化可引起轉子和定子組件的熱膨脹或收縮。此類熱膨脹或收縮可并未在大小或速率方面一致地發(fā)生。結果，如在轉子葉片末端與護罩之間的意外摩擦可發(fā)生。此外，徑向空隙可產生，其比可接受的設計空隙更寬。這些較寬的空隙可不利地影響發(fā)動機性能。轉子葉片末端與發(fā)動機殼之間的繼續(xù)摩擦可導致轉子葉片的過早故障。
至少一些已知的飛行器發(fā)動機使用主動空隙控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機殼的熱膨脹或收縮。例如，至少一些已知的主動空隙控制系統(tǒng)從壓縮機或其它適合的流體源朝發(fā)動機殼排放空氣流。在一些實施例中，空氣流從繞著發(fā)動機殼沿周向延伸的歧管排放。歧管典型地由金屬片制造，并且在滾軋成型過程中形成。然而，金屬片的厚度和用于形成歧管的過程大體上限制歧管的最終形狀。此外，金屬片的厚度典型地為有限的，以減小飛行器發(fā)動機的重量。
技術實現要素：
在一方面，提供了一種用于在空隙控制系統(tǒng)中使用的歧管。歧管包括：包括至少部分地限定殼體內部的多個壁的殼體，以及與殼體集成地形成的噴嘴部分。噴嘴部分在多個壁中的相鄰壁之間延伸，并且包括至少一個噴嘴凸起，其具有限定在其中的多個沖擊開口。至少一個噴嘴凸起從相鄰壁沿關于殼體的內部的向外方向延伸。
在另一方面，提供了一種燃氣渦輪發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機包括流體源，以及構造成接收來自流體源的空氣流的歧管。歧管包括：包括至少部分地限定殼體的內部的多個壁的殼體，以及與殼體集成地形成的噴嘴部分。噴嘴部分在多個壁中的相鄰壁之間延伸，并且包括至少一個噴嘴凸起，其具有限定在其中的多個沖擊開口。至少一個噴嘴凸起從相鄰壁沿關于殼體的內部的向外方向延伸。
在又一方面，提供了一種制造用于在空隙控制系統(tǒng)中使用的歧管的方法。該方法包括提供殼體，其包括至少部分地限定殼體的內部的多個壁，以及使噴嘴部分與殼體集成地形成。噴嘴部分在多個壁中的相鄰壁之間延伸，并且包括至少一個噴嘴凸起，其具有限定在其中的多個沖擊開口。至少一個噴嘴凸起從相鄰壁沿關于殼體的內部的向外方向延伸。
技術方案1.一種用于在空隙控制系統(tǒng)中使用的歧管，所述歧管包括：
殼體，其包括至少部分地限定所述殼體的內部的多個壁；以及
與所述殼體集成地形成的噴嘴部分，所述噴嘴部分在所述多個壁中的相鄰壁之間延伸，并且包括具有限定穿過其的多個沖擊開口的至少一個噴嘴凸起，其中所述至少一個噴嘴凸起從所述相鄰壁沿關于所述殼體的所述內部的向外方向延伸。
技術方案2.根據技術方案1所述的歧管，其特征在于，所述噴嘴部分與所述殼體分開地形成并且隨后與其集成地形成。
技術方案3.根據技術方案1所述的歧管，其特征在于，所述多個壁包括第一壁、第二壁和在所述第一壁與所述第二壁之間延伸的第三壁，所述噴嘴部分在所述第一壁與所述第三壁之間延伸。
技術方案4.根據技術方案1所述的歧管，其特征在于，所述多個壁包括大致與彼此平行延伸的第一壁和第二壁，所述噴嘴部分在所述第一壁與所述第二壁之間延伸。
技術方案5.根據技術方案4所述的歧管，其特征在于，所述噴嘴部分包括形成在所述噴嘴部分的相鄰端處的第一噴嘴凸起和第二噴嘴凸起。
技術方案6.根據技術方案1所述的歧管，其特征在于，至少一個噴嘴凸起具有一厚度，使得所述多個沖擊開口的長度與直徑比大于大約1:1。
技術方案7.一種燃氣渦輪發(fā)動機，其包括：
流體源；以及
歧管，其構造成接收來自所述流體源的空氣流，所述歧管包括：
殼體，其包括至少部分地限定所述殼體的內部的多個壁；以及
與所述殼體集成地形成的噴嘴部分，所述噴嘴部分在所述多個壁中的相鄰壁之間延伸，并且包括具有限定穿過其的多個沖擊開口的至少一個噴嘴凸起，其中所述至少一個噴嘴凸起從所述相鄰壁沿關于所述殼體的所述內部的向外方向延伸。
技術方案8.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述歧管具有弧形形狀。
技術方案9.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述歧管由均具有弧形形狀的多個歧管節(jié)段形成。
技術方案10.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述燃氣渦輪發(fā)動機還包括殼，其包括外表面和從所述外表面延伸的徑向部件，其中所述至少一個噴嘴凸起定向成朝限定在所述外表面與所述徑向部件之間的填角區(qū)域延伸。
技術方案11.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述噴嘴部分與所述殼體分開地形成并且隨后與其集成地形成。
技術方案12.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述多個壁包括第一壁、第二壁和在所述第一壁與所述第二壁之間延伸的第三壁，所述噴嘴部分在所述第一壁與所述第三壁之間延伸。
技術方案13.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述多個壁包括大致與彼此平行延伸的第一壁和第二壁，所述噴嘴部分在所述第一壁與所述第二壁之間延伸。
技術方案14.根據技術方案13所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述噴嘴部分包括形成在所述噴嘴部分的相鄰端處的第一噴嘴凸起和第二噴嘴凸起。
技術方案15.根據技術方案7所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其特征在于，至少一個噴嘴凸起具有一厚度，使得所述多個沖擊開口的長度與直徑比大于大約1:1。
技術方案16.一種制造用于在空隙控制系統(tǒng)中使用的歧管的方法，所述方法包括：
提供殼體，其包括至少部分地限定所述殼體的內部的多個壁；以及
使噴嘴部分與所述殼體集成地形成，其中所述噴嘴部分在所述多個壁中的相鄰壁之間延伸，并且包括具有限定穿過其的多個沖擊開口的至少一個噴嘴凸起，所述至少一個噴嘴凸起從所述相鄰壁沿關于所述殼體的所述內部的向外方向延伸。
技術方案17.根據技術方案16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在使所述噴嘴部分與所述殼體集成地形成之前除去所述相鄰壁的部分。
技術方案18.根據技術方案16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：
限定所述多個壁中的至少一個壁中的多個開口；以及
使所述噴嘴部分關于所述殼體定向，使得所述多個沖擊開口和所述多個開口大致對準。
技術方案19.根據技術方案16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使用添加制造技術來形成所述噴嘴部分。
技術方案20.根據技術方案16所述的方法，其特征在于，使噴嘴部分與所述殼體集成地形成包括鑄造所述噴嘴部分和所述殼體、將所述噴嘴部分硬釬焊于所述殼體，或將所述噴嘴部分焊接于所述殼體中的至少一種。
附圖說明
當參照附圖閱讀下列詳細描述時，將更好地理解本公開的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點，在該附圖中，相似的標記在所有附圖中表示相似的部件，其中：
圖1為示例性渦扇發(fā)動機的示意圖；
圖2為圖1中所示的渦扇發(fā)動機的一部分的截面視圖；
圖3為可與圖2中所示的空隙控制系統(tǒng)一起使用的示例性歧管組件的一部分的透視截面圖；
圖4為可用于圖3中所示的歧管組件中的第一歧管的放大透視圖；
圖5為根據本公開的第一實施例的圖2中所示的空隙控制系統(tǒng)的一部分的截面視圖；
圖6為根據本公開的第二實施例的圖2中所示的空隙控制系統(tǒng)的一部分的截面視圖；
圖7為根據本公開的第三實施例的圖2中所示的空隙控制系統(tǒng)的一部分的截面視圖；
圖8為根據本公開的第四實施例的圖2中所示的空隙控制系統(tǒng)的一部分的截面視圖；
圖9為根據本公開的第五實施例的圖2中所示的空隙控制系統(tǒng)的一部分的截面視圖；
圖10為根據本公開的第六實施例的可用于圖3中所示的歧管組件中的第一歧管的放大透視圖；以及
圖11為圖10中所示的第一歧管的局部斷面視圖。
除非另外指出，否則本文中提供的附圖意在示出本公開的實施例的特征。這些特征認為是適用于多種系統(tǒng)，其包括本公開的一個或更多個實施例。就此而言，附圖不意在包括本文中公開的實施例的實踐所需的、本領域技術人員已知的所有常規(guī)特征。
部件列表
10渦扇發(fā)動機
12風扇組件
14增壓壓縮機
16高壓壓縮機
18燃燒器組件
20高壓渦輪
22低壓渦輪
24風扇葉片
26轉子盤
28第一傳動軸
30第二傳動軸
32進氣口
34排氣口
36中心線
38殼
40外表面
42第一徑向部件
44第二徑向部件
46填角區(qū)域
47空隙控制系統(tǒng)
48歧管組件
50分送集管
52第一歧管
54第二歧管
56第三歧管
58空氣流
60第一殼體
62第一噴嘴部分
64第二殼體
66第二噴嘴部分
68內部
70第一壁
72第二壁
74第三壁
75噴嘴凸起
76內部
78第一壁
80第二壁
82第一噴嘴凸起
84第二噴嘴凸起
86會聚壁
88沖擊開口
90出口
92第一噴嘴部分
94開口
96第一噴嘴部分
98彎曲壁
100第一噴嘴部分
102噴嘴凸起
104第一噴嘴部分
106結節(jié)。
具體實施方式
在以下說明書和權利要求中，將參照一定數量的用語，其應當限定為具有以下意義。
單數形式"一"、"一個"和"該"包括復數參照，除非上下文另外清楚地指出。
"可選"或"可選地"意思是隨后描述的事件或情形可或可不發(fā)生，并且描述包括其中事件發(fā)生的情況，以及其中其不發(fā)生的情況。
如本文中遍及說明書和權利要求使用的近似語言可應用于修飾可在不導致其涉及的基本功能的變化的情況下可容許地改變的任何數量表達。因此，由用語或多個用語如"大約"、"近似"和"大致"修飾的值不限于指定的精確值。在至少一些情況中，近似語言可對應于用于測量值的器具的精度。此處和遍及說明書和權利要求，范圍限制可組合和/或互換，此類范圍被識別并且包括包含在其中的所有子范圍，除非上下文或語言另外指出。
如本文中使用的，用語"軸向"和"軸向地"是指大致平行于渦輪發(fā)動機的中心線延伸的方向和定向。此外，用語"徑向"和"徑向地"是指大致垂直于渦輪發(fā)動機的中心線延伸的方向和定向。此外，如本文中使用的，用語"周向"和"周向地"是指圍繞渦輪發(fā)動機的中心線弧形地延伸的方向和定向。
本公開的實施例涉及渦輪發(fā)動機如渦扇及其制造方法。更具體而言，本文中所述的渦輪發(fā)動機包括主動空隙控制系統(tǒng)，其包括用于朝渦輪發(fā)動機的殼導送空氣流的至少一個歧管。歧管包括殼體，以及與殼體分開地形成并且隨后與殼體集成地形成的噴嘴部分。噴嘴部分包括至少一個噴嘴凸起，其便于減小噴嘴凸起與殼之間的距離和/或提高噴嘴部分的文丘里效應中的至少一種，以提高朝殼導送的空氣流的冷卻效率。此外，噴嘴部分使用添加制造技術與殼體分開地形成，例如，以確保可實現噴嘴凸起的復雜形狀，而不增大歧管的總體的厚度和重量。
圖1為示例性渦扇發(fā)動機10的示意圖，示例性渦扇發(fā)動機10包括風扇組件12、低壓或增壓壓縮機14、高壓壓縮機16和燃燒器組件18。風扇組件12、增壓壓縮機14、高壓壓縮機16和燃燒器組件18流動連通聯接。渦扇發(fā)動機10還包括與燃燒器組件18和低壓渦輪22流動連通聯接的高壓渦輪20。風扇組件12包括從轉子盤26沿徑向向外延伸的風扇葉片24的陣列。低壓渦輪22通過第一傳動軸28聯接于風扇組件12和增壓壓縮機14，并且高壓渦輪20通過第二傳動軸30聯接于高壓壓縮機16。渦扇發(fā)動機10具有進氣口32和排氣口34。渦扇發(fā)動機10還包括中心線36，風扇組件12、增壓壓縮機14、高壓壓縮機16以及渦輪20和22繞著中心線36旋轉。
在操作中，穿過進氣口32進入渦扇發(fā)動機10的空氣朝增壓壓縮機14導送穿過風扇組件12。壓縮空氣從增壓壓縮機14朝高壓壓縮機16排放。高度壓縮的空氣從高壓壓縮機16朝燃燒器組件18導送，與燃料混合，并且混合物在燃燒器組件18內燃燒。由燃燒器組件18生成的高溫燃燒氣體朝渦輪組件20和22導送。燃燒氣體隨后從渦扇發(fā)動機10經由排氣口34排放。
圖2為渦扇發(fā)動機10(圖1中所示)的部分的截面視圖。在示例性實施例中，渦扇發(fā)動機10包括從高壓渦輪20沿徑向向外定位的殼38。殼38包括外表面40，以及從外表面40延伸的第一徑向部件42和第二徑向部件44。在一個實施例中，第一徑向部件42和第二徑向部件44實施為熱控制環(huán)，其從外表面40沿徑向向外延伸。此外，填角區(qū)域46限定在外表面40與第一徑向部件42和第二徑向部件44中的各個之間。
渦扇發(fā)動機10還包括空隙控制系統(tǒng)47，其包括從殼38沿徑向向外定位的歧管組件48。在示例性實施例中，歧管組件48包括分送集管50，以及與分送集管50流動連通的第一歧管52、第二歧管54和第三歧管56。在操作中，分送集管50接收來自流體源的空氣流58，如但不限于風扇組件12、增壓壓縮機14(均在圖1中示出)，或任何其它適合的源。就此而言，歧管組件48中的各個歧管52,54和56接收來自流體源的空氣流58，用于朝殼38導送空氣流58。在備選實施例中，殼38和歧管組件48從低壓渦輪22(圖1中所示)沿徑向向外定位。
圖3為可與空隙控制系統(tǒng)47(圖2中所示)一起使用的歧管組件48的一部分的透視截面圖。在示例性實施例中，第一歧管52和第二歧管54均包括殼體和與殼體集成地形成的噴嘴部分。更具體而言，第一歧管52包括第一殼體60和與第一殼體60集成地形成的第一噴嘴部分62，并且第二歧管54包括第二殼體64和與第二殼體64集成地形成的第二噴嘴部分66。第一殼體60包括多個壁，其至少部分地限定第一殼體60的內部68。更具體而言，多個壁包括第一壁70、第二壁72，以及在第一壁70與第二壁72之間延伸的第三壁74。如下文將更詳細所述，第一歧管52和第二歧管54的噴嘴部分在多個壁中的相鄰壁之間延伸，并且包括具有限定在其中的多個沖擊開口(圖3中未示出)的至少一個噴嘴凸起75。在示例性實施例中，第一噴嘴部分62在第一壁70與第三壁74之間延伸。
第二殼體64包括至少部分地限定第二殼體64的內部76的多個壁。更具體而言，多個壁包括大致與彼此平行延伸的第一壁78和第二壁80。第二噴嘴部分66在第一壁78與第二壁80之間延伸。第二噴嘴部分66與第一噴嘴部分62的差別在于，第二噴嘴部分66包括一個以上的噴嘴凸起。更具體而言，第二噴嘴部分66包括形成在第二噴嘴部分66的相鄰端處的第一噴嘴凸起82和第二噴嘴凸起84。就此而言，第二歧管54能夠在定位在第一徑向部件42與第二徑向部件44(所有在圖2中示出)之間時朝殼38的相鄰填角區(qū)域46導送空氣流58。
此外，第一歧管52、第二歧管54和第三歧管56(圖2中示出)均具有弧形形狀，以使得歧管組件能夠繞著殼38沿周向延伸(圖2中示出)。在一個實施例中，各個歧管52,54和56由均具有弧形形狀的多個歧管節(jié)段形成。將第一歧管52、第二歧管54和第三歧管56分成多個歧管節(jié)段便于解決在渦扇發(fā)動機10的操作期間在其間的熱膨脹的差異。
圖4為可用于歧管組件48(圖3中所示)中的第一歧管52的放大透視圖，并且圖5為根據本公開的第一實施例的空隙控制系統(tǒng)47(圖2中所示)的一部分的截面視圖。在示例性實施例中，第一壁70和第三壁74(即，相鄰壁)的部分在使第一噴嘴部分62與第一殼體60集成地形成之前除去，并且第一噴嘴部分62聯接于第一壁和第三壁74，以覆蓋曾經由除去的部分占據的空間。更具體而言，第一噴嘴部分62在第一壁70與第三壁74之間延伸，并且包括具有限定在其中的多個沖擊開口88的至少一個噴嘴凸起75。噴嘴凸起75由具有限定在其間的小于大約90°的角的一對會聚的壁86形成。就此而言，會聚的壁86使得噴嘴凸起75能夠從相鄰壁沿關于第一殼體60的內部68的向外方向延伸，以減小沖擊開口88的出口90與殼38的填角區(qū)域46之間的距離。
在示例性實施例中，第一噴嘴部分62與第一殼體60分開地形成并且隨后與其集成地形成。如本文中使用的，"集成地形成"是指將設備的單獨的構件或特征形成為單個整體結構。例如，第一噴嘴部分62和第一殼體60可鑄造為單個整體結構，或者第一噴嘴部分62可硬釬焊或焊接于第一殼體60。此外，在一個實施例中，第一噴嘴部分62使用添加制造技術形成，以確?？蓪崿F第一噴嘴部分62的期望形狀。示例性添加制造技術包括但不限于激光燒結過程。在備選實施例中，第一噴嘴部分62使用常規(guī)金屬片制造，其具有大于第一壁70、第二壁72或第三壁74的厚度，以便于產生期望的噴嘴效果。
圖6為根據公開的第二實施例的空隙控制系統(tǒng)47(圖2中所示)的一部分的截面視圖。在示例性實施例中，第一噴嘴部分92的噴嘴凸起75具有一厚度，使得多個沖擊開口88的長度(l)與直徑(d)比大于大約1:1。更具體而言，噴嘴凸起75比第一壁70和第二壁72更厚。增大噴嘴凸起75的厚度便于減小沖擊開口88的出口90與填角區(qū)域46之間的距離，以及改進沖擊開口88的文丘里效應。
圖7為根據本公開的第三實施例的空隙控制系統(tǒng)47(圖2中所示)的一部分的截面視圖。在示例性實施例中，第一殼體60包括限定在多個壁中的至少一個壁中的多個開口94。更具體而言，替代除去第一壁70和第三壁74的部分(如本公開的第一實施例和第二實施例中所示)，第一噴嘴部分96聯接于第一殼體60，并且定向成使得多個沖擊開口88和多個開口94大致對準。就此而言，噴嘴凸起75與填角區(qū)域46之間的距離減小，并且沖擊開口88的文丘里效應改進，而不必除去第一壁70和第三壁74的部分。
圖8為根據本公開的第四實施例的空隙控制系統(tǒng)47(圖2中所示)的一部分的截面視圖。在示例性實施例中，第一殼體60包括聯接在第一噴嘴部分62與第二壁72之間的彎曲壁98。彎曲壁98具有便于將空氣從內部68內朝第一噴嘴部分62平穩(wěn)地引導的掃掠(swept)構造。
圖9為根據本公開的第五實施例的空隙控制系統(tǒng)47(圖2中所示)的一部分的截面視圖。在示例性實施例中，第一壁70和第二壁72的部分在使第一噴嘴部分100與第一殼體60集成地形成之前除去，并且第一噴嘴部分100聯接于第一壁70和第二壁72，以覆蓋曾經由除去的部分占據的空間。更具體而言，第一噴嘴部分100在第一壁70與第二壁72之間延伸，并且包括具有限定在其中的多個沖擊開口88的至少一個噴嘴凸起102。噴嘴凸起102定位成使得從沖擊開口88排放的空氣朝殼38的除了填角區(qū)域46之外的一部分引導。
圖10為根據本公開的第六實施例的第一歧管52的放大透視圖，第一歧管52可用于歧管組件48(圖3中所示)中，并且圖11為第一歧管52的部分的局部斷面視圖。在示例性實施例中，第一噴嘴部分104包括從第一噴嘴部分104延伸并且與其集成地形成的多個結節(jié)106。多個結節(jié)106提供局部增大的厚度，以便于改進沖擊開口88的文丘里效應。此外，局部增大的厚度便于減小第一歧管52的重量。
本文中所述的系統(tǒng)和方法的示例性技術效果包括以下中的至少一種：(a)減小噴嘴的沖擊開口的出口與發(fā)動機殼之間的距離；(b)提高噴嘴的文丘里效應；以及(c)改進朝發(fā)動機殼導送的空氣流的冷卻效率。
上文詳細描述了渦扇發(fā)動機和相關構件的示例性實施例。系統(tǒng)不限于本文中所述的特定實施例，而是相反，系統(tǒng)的構件和/或方法的步驟可獨立于本文中所述的其它構件和/或步驟并且與它們分開地使用。例如，本文中所述的構件的構造還可與其它過程組合使用，并且不限于僅利用如本文中所述的渦扇發(fā)動機和相關方法來實踐。相反，示例性實施例可結合其中期望朝物體導送流體的許多應用實施和使用。
盡管本公開的各種實施例的特定特征可在一些附圖中示出并且在其它附圖中未示出，但這僅是為了方便。根據本公開的實施例的原理，附圖的任何特征可與任何其它附圖的任何特征組合來參照和/或要求權利。
該書面的描述使用實例以公開本公開的實施例(包括最佳模式)，并且還使本領域技術人員能夠實踐本公開的實施例(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本文中描述的實施例的可專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有不與權利要求的字面語言不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的字面語言無顯著差別的等同結構元件，則這些其它實例意圖在權利要求的范圍內。