專利名稱：沖壓空氣風扇外部殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境控制系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及用于飛行器的環(huán)境控制系統(tǒng)的沖壓空氣風扇組件的外部殼體。
背景技術(shù)：
飛行器上的環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)將調(diào)節(jié)空氣提供給飛行器艙室。調(diào)節(jié)空氣是處于用于飛行器乘員舒適性和安全性所期望的溫度、壓力和濕度的空氣。處于地面水平或接近地面水平，該環(huán)境空氣溫度和/或濕度通常足夠高，使得空氣在被傳輸?shù)斤w行器艙室之前必須作為調(diào)節(jié)過程的一部分被冷卻。在飛行高度處，環(huán)境空氣通常比所期望的要冷得多，但是在這種低壓下，該環(huán)境空氣必須作為調(diào)節(jié)過程的一部分被壓縮至可接受的壓力。在飛行高度下壓縮環(huán)境空氣充分地加熱得到的加壓空氣，該加壓空氣必須被冷卻，甚至在環(huán)境空氣溫度十分低時也是如此。因此，在大多數(shù)狀況下，在空氣被傳輸?shù)斤w行器艙室之前，熱量必須由ECS從空氣移除。當熱量從空氣被移除時，該熱量由ECS驅(qū)散到分離空氣流中，所述分離空氣流流入到ECS中、橫穿ECS中的熱交換器、并且流出飛行器，從而隨該分離空氣流夾帶過量熱量。在飛行器足夠快地移動的狀況下，沖壓到飛行器中的空氣的壓力足以使得足夠空氣移動通過ECS以及經(jīng)過熱交換器，從而移除過量的熱量。雖然沖壓空氣在正常飛行狀況下運行良好，但是在較低的飛行速度下或當飛行器在地面上時，沖壓空氣壓力太低而不能提供經(jīng)過熱交換器以從ECS實現(xiàn)足夠熱量移除的足夠空氣流。在這些狀況下，ECS內(nèi)的風扇被用于提供經(jīng)過ECS熱交換器的必要空氣流。該風扇被稱為沖壓空氣風扇。如飛行器上的任何系統(tǒng)一樣，在改善的沖壓空氣風扇方面具有巨大價值，該改善的沖壓空氣風扇包括被設(shè)計成改善沖壓空氣風扇的操作效率、或降低該沖壓空氣風扇的重量的創(chuàng)新部件，例如外部殼體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種沖壓空氣風扇外部殼體，所述沖壓空氣風扇外部殼體用于將來自沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子的空氣以及來自沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到?jīng)_壓空氣風扇出口中。所述外部殼體包括在結(jié)合區(qū)域處連接的外部筒體和穩(wěn)壓室。所述外部筒體和穩(wěn)壓室由至少四個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓堆疊序列制成。堆疊序列的每層具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一層和第四層相對于第二層和第三層中的每個以四十五度取向。所述第二層和第三層被夾設(shè)在所述第一層和第四層之間。該結(jié)合區(qū)域由至少八個相鄰的平紋碳纖維織物層制成。結(jié)合區(qū)域?qū)訅憾询B序列通過使得在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰?fù)獠客搀w層與在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰穩(wěn)壓室層交織而形成。


圖1是結(jié)合本發(fā)明的沖壓空氣風扇組件的側(cè)視圖。
圖2是結(jié)合本發(fā)明的外部殼體的透視圖。圖3是圖2的外部殼體的端視圖。圖4是圖2的外部殼體的側(cè)視圖。圖5是圖4的外部殼體的一部分的截面圖。圖6是圖4的外部殼體的另一部分的截面圖。圖7是圖4的外部殼體的另一部分的截面圖。
具體實施例方式環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)中的沖壓空氣風扇組件采用外部殼體以將來自沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子的空氣以及來自沖壓空氣旁通部件的空氣通過通道弓丨導(dǎo)到?jīng)_壓空氣風扇出口中。外部殼體是沖壓空氣風扇組件的單個最大部件。本發(fā)明是這樣的沖壓空氣風扇外部殼體,該沖壓空氣風扇外部殼體是耐用的同時還是輕質(zhì)的。實施本發(fā)明的外部殼體結(jié)合增加耐用性并且確保輕質(zhì)殼體的創(chuàng)新特征。外部殼體由纖維增強聚合復(fù)合物層(例如，碳纖維層)以特定層序列取向而制成，其中層的數(shù)量以及相鄰層的重疊根據(jù)強度的需要而變化。以這種方式使用增強纖維(例如，碳纖維)提供十分強韌且輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)。外部殼體包括外部筒體以及附接到該外部筒體的穩(wěn)壓室。外部筒體以及穩(wěn)壓室的部分用升高特征來機械加固。最后，夕卜部殼體被設(shè)計成具有外部筒體的長度與外部筒體在沖壓空氣風扇出口處的直徑的極其小的比值。在沖壓空氣風扇出口處的相對大的外部筒體直徑實現(xiàn)有效的風扇流動。保持外部筒體的長度相對短會降低在外部殼體上(尤其在筒體部段與穩(wěn)壓室之間的結(jié)合處)的應(yīng)力。通過降低應(yīng)力，需要較少的材料來加固這些結(jié)合處，從而有助于得到相對輕質(zhì)的外部殼體。圖1示出了結(jié)合本發(fā)明的沖壓空氣風扇組件。圖1示出了沖壓空氣風扇組件10，其包括風扇殼體12 ;軸承殼體14 ;入口殼體16 ;外部殼體18 ;內(nèi)部殼體20 ;以及多個螺栓60。風扇殼體12包括風扇支柱22、馬達轉(zhuǎn)子24、馬達定子26、止推軸28、止推板30以及止推軸承32。軸承殼體14包括軸頸軸承軸34和軸承端蓋36。風扇殼體12和軸承殼體14一起包括系桿38以及軸頸軸承40。除了系桿38的一部分之外，入口殼體16還包含風扇轉(zhuǎn)子42和入口護罩44。外部殼體18包括端子盒46以及穩(wěn)壓室48。在所述外部殼體18內(nèi)的是擴散器50、馬達軸承冷卻管52和線纜傳送管54。風扇入口是在缺乏足夠的沖壓空氣壓力的情況下待由沖壓空氣風扇組件10移動的空氣源。旁通入口是當足夠的沖壓空氣壓力可用時流經(jīng)該沖壓空氣風扇組件10的空氣源。如圖1所不,入口殼體16和外部殼體18在風扇支柱22處借助多個螺栓60被附接到風扇殼體12。軸承殼體14被附接到風扇殼體12，并且內(nèi)部殼體20將馬達軸承冷卻管52和線纜傳送管54連接到軸承殼體14。馬達軸承冷卻管52在外部殼體18處將內(nèi)部殼體20連接到冷卻空氣源。線纜傳送管54在端子盒46處將內(nèi)部殼體20連接到外部殼體18。馬達定子26和止推板30附接到風扇殼體12。馬達轉(zhuǎn)子24被包含在馬達定子26內(nèi)并且將軸頸軸承軸34連接到止推軸28。軸頸軸承軸34、馬達轉(zhuǎn)子24和止推軸28限定用于沖壓空氣風扇組件10的旋轉(zhuǎn)軸線。風扇轉(zhuǎn)子42借助系桿38被附接到止推軸28，所述系桿沿該旋轉(zhuǎn)軸線從在軸頸軸承軸34的端部處的軸端蓋36延伸通過馬達轉(zhuǎn)子24、止推軸28和風扇轉(zhuǎn)子42到入口護罩44。螺母(未示出)將軸端蓋36緊固到位于系桿38的一端上的軸頸軸承軸34并且將入口護罩44緊固到位于該系桿38的相對端處的風扇轉(zhuǎn)子42。止推板30和風扇殼體12包含止推軸28的凸緣狀部分，其中止推軸承32定位在所述止推軸28的凸緣狀部分與所述止推板30之間并且定位在所述止推軸28的凸緣狀部分與所述風扇殼體12之間。軸頸軸承40定位在所述軸頸軸承軸24與所述軸承殼體14之間并且定位在所述止推軸28與所述風扇殼體12之間。入口護罩44、風扇轉(zhuǎn)子42、以及風扇殼體12的一部分被包含在所述入口殼體16內(nèi)。擴散器50被附接到外部殼體18的內(nèi)表面上。穩(wěn)壓室48是外部殼體18的將沖壓空氣風扇組件10連接到旁通入口的部分。入口殼體16被連接到風扇入口，并且外部殼體18被連接到風扇出口。在操作中，沖壓空氣風扇組件10被安裝到飛行器上的環(huán)境控制系統(tǒng)中并且被連接到風扇入口、旁通入口以及風扇出口。當飛行器并不移動得足夠快以產(chǎn)生滿足ECS的冷卻需求的足夠沖壓空氣壓力時，沖壓空氣風扇馬達控制器(未示出)借助從端子盒46布線行進通過線纜傳送管54、內(nèi)部殼體20和軸承殼體14的線纜而供應(yīng)電力到馬達定子26。激勵馬達定子26使得轉(zhuǎn)子24繞沖壓空氣風扇組件10的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而使得所連接的軸頸軸承軸34和止推軸28旋轉(zhuǎn)。風扇轉(zhuǎn)子42和入口護罩44還借助其與止推軸28的連接而旋轉(zhuǎn)。軸頸軸承40和止推軸承32提供用于旋轉(zhuǎn)部件的低摩擦支承。當風扇轉(zhuǎn)子42旋轉(zhuǎn)時，該風扇轉(zhuǎn)子使得空氣從風扇入口移動通過入口殼體20、經(jīng)過風扇支柱22并且進入到位于風扇殼體12和外部殼體18之間的空間中，從而增加外部殼體18中的空氣壓力。當空氣流經(jīng)外部殼體18時，該空氣流經(jīng)擴散器50和內(nèi)部殼體20，在該擴散器50和內(nèi)部殼體20中，由于所述擴散器50的形狀以及所述內(nèi)部殼體20的形狀而使得所述空氣壓力降低。一旦經(jīng)過內(nèi)部殼體20，該空氣就在風扇出口處移出所述外部殼體18。軸承殼體14和風扇殼體12內(nèi)的部件(尤其是，止推軸承32、軸頸軸承40、馬達定子26和馬達轉(zhuǎn)子24)產(chǎn)生顯著的熱量并且必須被冷卻。冷卻空氣由馬達軸承冷卻管52提供，該馬達軸承冷卻管將冷卻空氣流引導(dǎo)到內(nèi)部殼體20中。內(nèi)部殼體20將冷卻空氣流引導(dǎo)到軸承殼體14，在該軸承殼體14中，冷卻空氣流流經(jīng)軸承殼體14和風扇殼體12中的部件，從而冷卻這些部件。一旦飛行器移動得足夠快以產(chǎn)生足夠的沖壓空氣壓力以滿足ECS的冷卻需求，那么沖壓空氣從旁通入口被引導(dǎo)到穩(wěn)壓室48中。沖壓空氣在穩(wěn)壓室48處進入到外部殼體18中并且在風扇出口處移出該外部殼體18。如圖1所示，外部殼體18包括端子盒46和穩(wěn)壓室48。圖1還示出了外部殼體18具有沖壓空氣風扇出口端以及與該沖壓空氣風扇出口端相對的沖壓空氣風扇入口端。圖2是外部殼體18的透視圖，其中為了清楚起見省除了端子盒46。圖2示出了外部殼體18還包括外部筒體70。外部筒體70包括入口凸緣72 ;入口凸緣螺栓孔74 ;部件通道76 ;直徑過渡部78 ;端子盒開口 80 ;端子盒螺栓孔82 ;冷卻空氣凸緣84 ;冷卻空氣凸緣螺栓孔86 ；外部筒體支承脊部88 ;以及出口卷邊90。穩(wěn)壓室48包括穩(wěn)壓室脊部94、穩(wěn)壓室凸緣96以及穩(wěn)壓室凸緣螺栓孔98。外部筒體70包括外部殼體18的沖壓空氣風扇出口端以及沖壓空氣風扇入口端。外部筒體70具有兩個外徑，即在沖壓空氣風扇出口端處的第一外徑以及在沖壓空氣風扇入口端處的第二外徑。外部筒體70在該直徑過渡部78處從第一外徑過渡到第二外徑。因此，第一外徑從沖壓空氣風扇出口端延伸到直徑過渡部78，并且第二外徑從直徑過渡部78延伸到在入口凸緣72處的沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端。出口筒體70具有在第一外徑和第二外徑兩者的中點處延伸該外部筒體70的長度的單個軸線。一旦被附接到風扇殼體12，該外部筒體70的軸線理想地與用于參考圖1在上文描述的沖壓空氣風扇組件10的旋轉(zhuǎn)軸線對齊。如圖2所示，穩(wěn)壓室48在筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92處被附接到外部筒體70。入口凸緣72是外部筒體70的與外部殼體18的沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端對應(yīng)的端部。如圖1所示，入口凸緣72借助螺栓60在入口凸緣72的外表面處將外部殼體18連接到風扇殼體12，該螺栓穿過如圖2所示的入口凸緣螺栓孔74。部件通道76是外部筒體70的凹入部，以當沖壓空氣風扇組件10被安裝在ECS中時允許外部殼體18圍繞在該外部殼體18外部的部件來裝配。直徑過渡部78是外部筒體70的使其在兩個外徑之間過渡的部段。端子盒開口 80是外部筒體70中的孔，來自外部殼體18內(nèi)的電線穿過該孔而連接到端子盒46。端子盒螺栓孔82提供用于端子盒46的附接點，如參考圖4在下文所述的。冷卻空氣凸緣84是用于冷卻空氣導(dǎo)管(未示出)的凸緣狀連接件，以將冷卻空氣提供給如圖1所示的馬達軸承冷卻管52。冷卻空氣導(dǎo)管借助冷卻空氣凸緣螺栓孔86被緊固。外部筒體支承脊部88是外部筒體70的成形用于機械地支承外部筒體70并且在與外部筒體70的軸線垂直的平面內(nèi)沿外部筒體70的至少一部分延伸的一部分。出口卷邊90是外部筒體70的成形以保持到用于從沖壓空氣風扇組件10排出沖壓空氣的導(dǎo)管(未示出)的“軟管夾”式連接的一部分。出口卷邊90靠近外部筒體70的與外部殼體18的沖壓空氣風扇出口端對應(yīng)的端部。出口卷邊90在與外部筒體70的軸線垂直的平面內(nèi)沿外部筒體70延伸。穩(wěn)壓室脊部94是穩(wěn)壓室48的大壁部段的突出部，用于向穩(wěn)壓室48提供結(jié)構(gòu)支承。穩(wěn)壓室凸緣96是用于將穩(wěn)壓室48附接到旁通入口的連接凸緣。該連接由穿過穩(wěn)壓室凸緣螺栓孔98的螺栓來緊固。圖3是圖2的外部殼體從外部殼體18的沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端看的端視圖。圖3示出了外部筒體70的圓形輪廓。外部筒體70的軸線位于外部筒體70的圓形輪廓的中心處。穩(wěn)壓室48在外部筒體70的與穩(wěn)壓室凸緣96相對的一側(cè)附近彎曲到該外部筒體70中。穩(wěn)壓室凸緣96的背對外部筒體70的表面限定基準凸緣平面B。穩(wěn)壓室48還以穩(wěn)壓室48的曲率半徑的切線彎曲到平坦壁中，其中該平坦壁以直角會合穩(wěn)壓室凸緣96。穩(wěn)壓室48的彎曲部的曲率半徑中心與外部筒體70的圓形輪廓的中心不重合。如圖3所示，每個穩(wěn)壓室脊部94都形成在穩(wěn)壓室48的兩側(cè)的每個上，所述兩側(cè)位于外部筒體70的相對側(cè)上。圖3還示出了，穩(wěn)壓室脊部94突出使其垂直于基準凸緣平面B并且彼此平行以及平行于外部筒體70的軸線。在一個實施方式中，穩(wěn)壓室脊部94突出使得與穩(wěn)壓室脊部94突出的范圍一致的平面距離包含外部筒體70的軸線的平行平面在12. 450英寸和12. 470英寸之間(或在316. 230 mm和316. 738 mm之間)。穩(wěn)壓室脊部94向穩(wěn)壓室48的兩個最大平坦壁提供剛度，從而防止這些平坦壁在高壓或低壓狀況下起鼓。另選方案(例如，添加剛硬部件或加厚該最大平坦壁)會增加花費和重量。通過添加穩(wěn)壓室脊部94，增加重量很小，穩(wěn)壓室48能夠耐受起鼓。圖4是圖2的外部殼體的側(cè)視圖。圖4示出了端子盒46借助穿過如圖2所示的端子盒螺栓孔82的端子盒螺栓100被連接到外部筒體70。端子盒46還借助永久粘結(jié)劑緊固到外部筒體70。如參考圖2要注意的，外部筒體70具有在外部筒體70的軸線的相對端處的沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端(在入口凸緣72處)以及沖壓空氣風扇出口端(靠近出口卷邊90)。入口凸緣72的外表面限定基準凸緣平面A，該基準凸緣平面A垂直于外部筒體70的軸線。還如上所述，外部筒體70具有兩個外徑，即從沖壓空氣風扇出口端延伸到直徑過渡部78的第一外徑以及從直徑過渡部78延伸到在基準凸緣平面A處的沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端的第二外徑。第二外徑由如下來確定被包含在例如風扇殼體12、軸承殼體14、內(nèi)部殼體20和擴散器50內(nèi)的部件的尺寸；以及要由風扇轉(zhuǎn)子42移動的來自風扇入口的沖壓空氣的體積。在本發(fā)明的實施方式中，第一外徑大于第二外徑，以提供從風扇入口以及旁通入口到風扇出口的有效沖壓空氣流。然而，由于作為較大外徑的第一外徑還增加了外部殼體18上的機械應(yīng)力，因此外部筒體70的外部長度且因此出口殼體18的外部長度相對于第一外徑而言減少，以減少在外部殼體18上的機械應(yīng)力。因此，本發(fā)明的實施方式具有相對小的外部長度(L)與外徑(D)的比值，該外徑是外部筒體70的第一外徑并且該外部長度沿平行于外部筒體70的軸線的方向從外部殼體18的沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端測量至沖壓空氣風扇出口端，如圖4所不。在一個實施方式中,夕卜部長度與外徑的比值不大于1. 5827。在另一實施方式中，外部長度與外徑的比值不大于1. 5827且不小于1. 5720。在又一實施方式中，外部殼體18的外部長度在26. 755英寸和26. 875英寸之間(或在679. 58 mm和682. 63 mm之間)，并且外徑在16. 980英寸和17. 020英寸之間(或在431. 29 mm和432. 31 mm之間)。圖4還示出了穩(wěn)壓室脊部94 (示出一個)的附加細節(jié)。在如圖4所示的實施方式中，穩(wěn)壓室脊部94成形為倒置的“T”形，以沿穩(wěn)壓室48的兩個最大平坦壁的兩個主要尺寸提供合適剛度，從而防止這些平坦壁在高壓或低壓狀況下起鼓。圖5是圖4的外部殼體的一部分的截面圖。圖5示出了外部筒體支承脊部88的細節(jié)。如上所述，外部筒體支承脊部88是外部筒體70的成形用于機械地支承外部筒體70的一部分。圖5示出了，外部筒體支承脊部88由外部筒體70的大致半圓形突出部來形成。雖然穩(wěn)壓室脊部94是穩(wěn)壓室48的大壁部段的用于向穩(wěn)壓室48提供結(jié)構(gòu)支承的突出部，但是外部筒體支承脊部88是外部筒體70的用于向外部筒體70提供機械支承的突出部段。在本發(fā)明的一個實施方式中，外部筒體支承脊部88從外部筒體70的外徑徑向向外突出在
O.290英寸和O. 310英寸之間(或在7. 37 mm和7. 87 mm之間)。外部筒體支承脊部88的另選方案(例如，添加機械部件或加厚該外部筒體70的壁)會增加花費和重量。在外部筒體70中形成外部筒體支承脊部88向外部筒體70提供附加機械強度，幾乎不增加重量或花費。外部筒體70和穩(wěn)壓室48由平紋碳纖維片材制成。碳纖維以對于其尺寸和重量的極大抗拉強度而著稱。平紋碳纖維片材具有利用平紋圖案紡織成片材的碳纖維絲束(已知為股)，使得一半的股沿第一方向(例如，O度方向)取向，并且另一半的絲沿第二方向取向，所述第二方向相對于所述第一方向呈直角，例如90度。該織物取向提供沿O度和90度方向的抗拉強度。通過借助采用在高溫下強度顯著的樹脂將若干片材層壓到一起，能夠構(gòu)造出具有高強度和相對低重量的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的所有實施方式中，外部筒體70和穩(wěn)壓室48的全部壁由至少四層平紋碳纖維織物組成。這四層以獨特層壓堆疊序列來組裝，以提供沿不止O度和90度方向的優(yōu)良抗拉強度。層壓堆疊序列使得第一層和第四層相對于第二層和第三層的每個以四十五度取向，所述第二層和所述第三層夾設(shè)在所述第一層和第四層之間。例如，如果第一層具有使其股沿O度和90度方向取向的織物取向(取向A)，那么該層壓堆疊序列中的后續(xù)兩層必須具有使每層的股沿+45度和-45度方向取向的織物取向(取向B)。該層壓堆疊序列中的第四層必須具有使其股沿O度和90度方向取向的織物取向(取向A)。這種層壓堆疊序列被簡寫為A-B-B-A，并且在整個外部筒體70和穩(wěn)壓室48中被用于形成具有例如大約O. 026英寸(或大約O. 66 mm)的厚度的壁，這些壁是強韌的，但也是輕質(zhì)的。
圖6是圖4的外部殼體的另一部分的截面圖。圖6不出了筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92以及穩(wěn)壓室凸緣96的細節(jié)。筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92是其中與外部筒體70相關(guān)的顯著機械應(yīng)力被傳遞到穩(wěn)壓室48的重要結(jié)合處。筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92包括這樣的獨特層壓堆疊序列，該獨特層壓堆疊序列從相鄰的外部筒體70和穩(wěn)壓室48交織A-B-B-A堆疊序列，以形成平紋碳纖維織物的八層層壓物。因此在筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92處，該層壓堆疊序列是A-A-B-B-B-B-A-A0具有八層的該層壓堆疊序列提供必要附加強度，以支承筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92所經(jīng)歷的機械應(yīng)力水平。八層的交織延伸到外部筒體70和穩(wěn)壓室48的每個中達到確保強韌結(jié)合的程度。在一個實施方式中，八層的交織延伸到外部筒體70和穩(wěn)壓室48的每個中超過外部筒體70或穩(wěn)壓室48形成筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92的曲率半徑的切線的任何點至少O. 500英寸(或至少12. 70 _)。在另一實施方式中，八層的交織延伸到外部筒體70和穩(wěn)壓室48的每個中超過外部筒體70或穩(wěn)壓室48形成筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92的曲率半徑的切線的任何點在O. 500英寸和2. 000英寸之間(或在12. 70 mm和50. 80 mm之間)。具有八層和A-A-B-B-B-B-A-A紡織取向的該層壓堆疊序列提供必要的附加強度，以支承筒體-穩(wěn)壓室結(jié)合處92所經(jīng)歷的機械應(yīng)力水平，同時維持輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。與壁和結(jié)合處相比，外部殼體18的凸緣必須要厚得多以耐受與凸緣連接相關(guān)的機械應(yīng)力。如圖6所示，穩(wěn)壓室凸緣96比穩(wěn)壓室48的壁要厚得多。這通過如下來實現(xiàn)以層壓堆疊序列A-B-B-A建立平紋碳纖維織物的層，并且重復(fù)該層壓堆疊序列，直到達到穩(wěn)壓室凸緣96的最終目標厚度。例如，為了按照具有O. 026英寸(或6. 6 mm)的額定厚度的A-B-B-A堆疊序列將穩(wěn)壓室凸緣96建立為在O. 100英寸和O. 140英寸之間(或在2. 5 mm和
3.6 mm之間)的厚度，能夠采用在四個和五個之間的A-B-B-A序列。圖7是圖4的外部殼體的另一部分的截面圖。圖7示出了入口凸緣72以及多個入口凸緣螺栓孔74中的一個。類似于參考圖6在上文描述的穩(wěn)壓室凸緣96，入口凸緣72必須比外部筒體70的壁厚得多，以耐受與凸緣連接相關(guān)的機械應(yīng)力。同樣類似于穩(wěn)壓室凸緣96，入口凸緣72還這樣形成以層壓疊堆序列A-B-B-A建立平紋碳纖維織物層，并且重復(fù)該堆疊序列直到達到最終目標厚度。如圖7所示，對于入口凸緣72，該厚度從入口凸緣72延伸到外部筒體70的壁部段(在這里額外層逐漸減少)中，直到達到外部筒體70的單個A-B-B-A壁厚為止。本發(fā)明涉及這樣的沖壓空氣風扇外部殼體，該沖壓空氣風扇外部殼體是耐用的同時還是輕質(zhì)的。實施本發(fā)明的外部殼體由按照A-B-B-A的層壓堆疊序列取向的纖維增強聚合復(fù)合物層(例如，碳纖維層)制成，從而形成十分強韌且輕質(zhì)的壁。通過將來自外部筒體和穩(wěn)壓室的層壓堆疊序列在所述外部筒體和穩(wěn)壓室之間的結(jié)合處上交織，形成強韌的八層層壓堆疊序列，以處理該結(jié)合處的機械應(yīng)力。外部筒體和穩(wěn)壓室的部分用升高特征(例如，穩(wěn)壓室脊部和外部筒體支承脊部)來機械加固，以在需要的地方提供額外機械強度，而不增加顯著的重量或成本。最后，外部殼體設(shè)計成具有外部筒體的外部長度與外部筒體在沖壓空氣風扇出口處的外徑的極其小的比值。在沖壓空氣風扇出口處的相對大的外部筒體直徑實現(xiàn)有效的風扇流動。保持外部筒體的長度相對短減少在外部殼體上、尤其在外部筒體和穩(wěn)壓室的結(jié)合處上的應(yīng)力。通過減少應(yīng)力，需要較少的材料來加固這些結(jié)合處，從而有助于相對輕質(zhì)的外部殼體。本文描述的本發(fā)明的外部殼體18 (包括外部筒體70和穩(wěn)壓室48)的新穎方面通過大致順應(yīng)特定幾何尺寸來實現(xiàn)。要理解的是，本文未具體描述但是本領(lǐng)域通常被采用的邊緣中斷和彎曲半徑都能夠添加到外部殼體18中，以增強可制造性、易于組裝性或者改善耐用性，同時保持大致順從特定幾何尺寸。另選地，大致順從性基于例如在用于美國聯(lián)邦航空管理局(Federal AviationAdministration)、歐洲航空安全局(European Aviation Safety Agency)、中國民用航空局(Civil Aviation Administration of China)、日本民航局(Japan Civil AviationBureau)或俄羅斯聯(lián)邦空運局(Russian Federal Agency for Air Transport)的零部件認證或民用航空器零部件制造人批準(PMA)過程中的國家或國際監(jiān)管當局的確定。在這些實施方式中，大致順從性包括確定具體沖壓空氣風扇外部殼體是與包括外部筒體70和穩(wěn)壓室48的特定外部殼體18相同或充分類似，或者沖壓空氣風扇外部殼體是在類型認證的沖壓空氣風扇外部殼體中的零部件設(shè)計方面充分相同，使得沖壓空氣風扇外部殼體遵循能夠應(yīng)用到特定沖壓空氣風扇外部殼體的適航性標準。具體地，大致順從性包括特定零部件或結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的特定外部殼體18是充分類似、一致或相同的任何監(jiān)管確定，使得供使用的認證或授權(quán)至少部分地基于類似性的確定。雖然已經(jīng)參考示例性實施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，能夠作出各種變化并且能夠用等同物來替代本發(fā)明的元件，而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，能夠作出許多修改，以使得具體情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離本發(fā)明的實質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明旨在不局限于所公開的具體實施方式
，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的全部實施方式。
權(quán)利要求
1.一種沖壓空氣風扇外部殼體,所述沖壓空氣風扇外部殼體用于將來自沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子的空氣以及來自沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到?jīng)_壓空氣風扇出口中，所述外部殼體包括 外部筒體，所述外部筒體具有沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端和沖壓空氣風扇出口端，所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端和所述沖壓空氣風扇出口端位于所述外部筒體的軸線的相對兩端；所述外部筒體包括由至少四個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓堆疊序列組成的壁，所述四個相鄰?fù)獠客搀w層的每層都具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一外部筒體層和第四外部筒體層相對于第二外部筒體層和第三外部筒體層的每個以四十五度取向，所述第二外部筒體層和所述第三外部筒體層被夾設(shè)在所述第一外部筒體層和所述第四外部筒體層之間；以及 穩(wěn)壓室，所述穩(wěn)壓室用于將來自所述沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到所述外部筒體中，所述穩(wěn)壓室包括由至少四個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓堆疊序列組成的壁，所述四個相鄰層的每層都具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一穩(wěn)壓室層和第四穩(wěn)壓室層相對于第二穩(wěn)壓室層和第三穩(wěn)壓室層的每個以四十五度取向，所述第二穩(wěn)壓室層和所述第三穩(wěn)壓室層被夾設(shè)在所述第一穩(wěn)壓室層和所述第四穩(wěn)壓室層之間； 其中，所述穩(wěn)壓室在結(jié)合區(qū)域處被結(jié)合到所述外部筒體，所述結(jié)合區(qū)域由至少八個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓疊堆序列組成，所述結(jié)合區(qū)域?qū)訅憾询B序列通過使得在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰?fù)獠客搀w層與在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰穩(wěn)壓室層交織而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部殼體,其中,所述外部筒體的外部長度與所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口端處的外徑的比值不大于1. 5827，其中，所述外部筒體的外部長度是沿平行于所述外部筒體的軸線的方向從所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端到所述沖壓空氣風扇出口端的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部殼體,其中,所述外部筒體的外部長度與所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口端處的外徑的比值不大于1. 5827且不小于1. 5720，其中，所述外部筒體的外部長度是沿平行于所述外部筒體的軸線的方向從所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端到所述沖壓空氣風扇出口端的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部殼體，其中，所述外部筒體的外部長度在26.755英寸和26.875英寸之間(或在679. 58 mm和682. 63 mm之間)，并且所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口處的外徑在16. 980英寸和17. 020英寸之間(或在431. 29 mm和432. 31 mm之間)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部殼體，其中，所述結(jié)合區(qū)域延伸到所述外部筒體和所述穩(wěn)壓室的每個中超過所述外部筒體或所述穩(wěn)壓室形成所述結(jié)合區(qū)域的曲率半徑的切線的任何點至少O. 500英寸(或至少12. 70 mm)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部殼體，其中，所述結(jié)合區(qū)域延伸到所述外部筒體和所述穩(wěn)壓室的每個中超過所述外部筒體或所述穩(wěn)壓室形成所述結(jié)合區(qū)域的曲率半徑的切線的任何點在O. 500英寸和2. 000英寸之間(或在12. 70 mm和50. 80 mm之間)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部殼體，其中，所述穩(wěn)壓室還包括兩個穩(wěn)壓室脊部，每個穩(wěn)壓室脊部位于所述穩(wěn)壓室的兩個壁中的每個上，所述穩(wěn)壓室的兩個壁平行于所述外部筒體的軸線；其中，所述兩個穩(wěn)壓室脊部中的每個包括相應(yīng)穩(wěn)壓室壁的突出部段。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外部殼體，其中，所述穩(wěn)壓室脊部突出到彼此平行的平面，并且與包含所述外部筒體的軸線的平行平面距離在12. 450英寸和12. 470英寸之間(或在316. 230 mm 和 316. 738 mm 之間)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外部殼體，其中，所述穩(wěn)壓室脊部每個都形成倒置的T形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部殼體,其中,所述外部筒體還包括 外部筒體支承脊部，所述外部筒體支承脊部在與所述筒體的軸線垂直的平面內(nèi)沿所述外部筒體的至少一部分延伸，并且所述外部筒體支承脊部包括所述外部筒體壁的突出部段。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外部殼體，其中，所述外部筒體支承脊部從所述外部筒體壁徑向向外突出在O. 290英寸和O. 310英寸之間(或在7. 37 mm和7. 87 mm之間)。
12.—種沖壓空氣風扇外部殼體，所述沖壓空氣風扇外部殼體用于將來自沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子的空氣以及來自沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到?jīng)_壓空氣風扇出口中，所述外部殼體包括 外部筒體，所述外部筒體具有沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端和沖壓空氣風扇出口端，所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端和所述沖壓空氣風扇出口端位于所述外部筒體的軸線的相對兩端；以及 穩(wěn)壓室，所述穩(wěn)壓室在結(jié)合區(qū)域處結(jié)合到所述外部筒體，用于將來自所述沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到所述外部筒體中，所述穩(wěn)壓室包括 兩個穩(wěn)壓室脊部，每個穩(wěn)壓室脊部位于所述穩(wěn)壓室的兩個壁的每個處，所述穩(wěn)壓室的兩個壁平行于所述外部筒體的軸線；其中，所述兩個穩(wěn)壓室脊部的每個都包括相應(yīng)穩(wěn)壓室壁的突出部段。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的外部殼體，其中，所述穩(wěn)壓室脊部突出到彼此平行的平面，并且與包含所述外部筒體的軸線的平行平面距離在12. 450英寸和12. 470英寸之間(或在316. 230 mm 和 316. 738 mm 之間)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的外部殼體，其中，所述穩(wěn)壓室脊部每個都形成倒置的T形。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的外部殼體，其中，所述外部筒體還包括 外部筒體支承脊部，所述外部筒體支承脊部在與所述筒體的軸線垂直的平面內(nèi)沿所述外部筒體的至少一部分延伸，并且所述外部筒體支承脊部包括所述外部筒體壁的突出部段。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的外部殼體，其中，所述外部筒體的外部長度與所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口端處的外徑的比值不大于1. 5827，其中，所述外部筒體的外部長度是沿平行于所述外部筒體的軸線的方向從所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端到所述沖壓空氣風扇出口端的距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的外部殼體，其中，所述外部筒體的外部長度與所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口端處的外徑的比值不大于1.5827且不小于1. 5720，其中，所述外部筒體的外部長度是沿平行于所述外部筒體的軸線的方向從所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端到所述沖壓空氣風扇出口端的距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的外部殼體，其中，所述外部筒體的外部長度在26.755英寸和26. 875英寸之間(或在679. 58 mm和682. 63 mm之間)，并且所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口處的外徑在16. 980英寸和17. 020英寸之間(或在431. 29 mm和432. 31 mm之間)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的外部殼體，其中 所述外部筒體包括由多個相鄰的平紋纖維增強聚合復(fù)合物層的層壓堆疊序列組成的壁； 所述穩(wěn)壓室包括由多個相鄰的平紋纖維增強聚合復(fù)合物層的層壓堆疊序列組成的壁；以及 所述結(jié)合區(qū)域由多個相鄰的平紋纖維增強聚合復(fù)合物層的層壓堆疊序列組成，所述結(jié)合區(qū)域?qū)訅憾询B序列通過使得在所述結(jié)合區(qū)域中的多個相鄰?fù)獠客搀w層與在所述結(jié)合區(qū)域中的多個相鄰穩(wěn)壓室層交織而形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的外部殼體，其中 所述外部筒體層壓堆疊序列包括至少四個相鄰的平紋纖維增強聚合復(fù)合物層，所述四個相鄰?fù)獠客搀w層中的每層具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一外部筒體層和第四外部筒體層相對于第二外部筒體層和第三外部筒體層的每個以四十五度取向，所述第二外部筒體層和所述第三外部筒體層被夾設(shè)在所述第一外部筒體層和所述第四外部筒體層之間； 所述穩(wěn)壓室層壓堆疊序列包括至少四個相鄰的平紋纖維增強聚合復(fù)合物層，所述四個相鄰層中的每層具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一穩(wěn)壓室層和第四穩(wěn)壓室層相對于第二穩(wěn)壓室層和第三穩(wěn)壓室層的每個以四十五度取向，所述第二穩(wěn)壓室層和所述第三穩(wěn)壓室層被夾設(shè)在所述第一穩(wěn)壓室層和所述第四穩(wěn)壓室層之間；以及 所述結(jié)合區(qū)域?qū)訅函B堆序列包括至少八個相鄰的平紋纖維增強聚合復(fù)合物層，所述結(jié)合區(qū)域?qū)訅憾询B序列通過使得在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰?fù)獠客搀w層與在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰穩(wěn)壓室層交織而形成。
21.一種沖壓空氣風扇組件，所述沖壓空氣風扇組件包括 風扇殼體； 被附接到所述風扇殼體的風扇馬達； 風扇轉(zhuǎn)子； 止推軸，所述止推軸將所述風扇馬達連接到所述風扇轉(zhuǎn)子； 連接到所述風扇殼體的入口殼體； 附接到所述風扇殼體的軸承殼體； 附接到所述軸承殼體的內(nèi)部殼體；以及 外部殼體，所述外部殼體連接到所述風扇殼體并且容納所述軸承殼體、所述內(nèi)部殼體以及所述風扇殼體的一部分；用于將來自風扇轉(zhuǎn)子的空氣以及來自沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到?jīng)_壓空氣風扇出口中；所述外部殼體包括 外部筒體，所述外部筒體具有連接到所述風扇殼體的沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端以及沖壓空氣風扇出口端，所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端和所述沖壓空氣風扇出口端位于所述外部筒體的軸線的相對兩端；所述外部筒體包括由至少四個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓堆疊序列組成的壁，所述四個相鄰?fù)獠客搀w層的每層都具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一外部筒體層和第四外部筒體層相對于第二外部筒體層和第三外部筒體層的每個以四十五度取向，所述第二外部筒體層和所述第三外部筒體層被夾設(shè)在所述第一外部筒體層和所述第四外部筒體層之間；以及 穩(wěn)壓室，所述穩(wěn)壓室用于將來自所述沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到所述外部筒體中，所述穩(wěn)壓室包括由至少四個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓堆疊序列組成的壁，所述四個相鄰層的每層都具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一穩(wěn)壓室層和第四穩(wěn)壓室層相對于第二穩(wěn)壓室層和第三穩(wěn)壓室層的每個以四十五度取向，所述第二穩(wěn)壓室層和所述第三穩(wěn)壓室層被夾設(shè)在所述第一穩(wěn)壓室層和所述第四穩(wěn)壓室層之間； 其中，所述穩(wěn)壓室在結(jié)合區(qū)域處被結(jié)合到所述外部筒體，所述結(jié)合區(qū)域由至少八個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓疊堆序列組成，所述結(jié)合區(qū)域?qū)訅憾询B序列通過使得在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰?fù)獠客搀w層與在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰穩(wěn)壓室層交織而形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述外部筒體的外部長度與所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口端處的外徑的比值不大于1. 5827，其中，所述外部筒體的外部長度是沿平行于所述外部筒體的軸線的方向從所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端到所述沖壓空氣風扇出口端的距離。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述外部筒體的外部長度與所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口端處的外徑的比值不大于1. 5827且不小于1. 5720，其中，所述外部筒體的外部長度是沿平行于所述外部筒體的軸線的方向從所述沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子端到所述沖壓空氣風扇出口端的距離。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述外部筒體的外部長度在26. 755英寸和26. 875英寸之間(或在679. 58 mm和682. 63 mm之間)，并且所述外部筒體在所述沖壓空氣風扇出口處的外徑在16. 980英寸和17. 020英寸之間(或在431. 29 mm和432. 31 mm 之間)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述結(jié)合區(qū)域延伸到所述外部筒體和所述穩(wěn)壓室的每個中超過所述外部筒體或所述穩(wěn)壓室形成所述結(jié)合區(qū)域的曲率半徑的切線的任何點至少O. 500英寸(或至少12. 7 mm)。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述結(jié)合區(qū)域延伸到所述外部筒體和所述穩(wěn)壓室壓室的每個中超過所述外部筒體或所述穩(wěn)壓室形成所述結(jié)合區(qū)域的曲率半徑的切線的任何點在O. 500英寸和2. 000英寸之間(或在12. 70 mm和50. 80 mm之間)。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述穩(wěn)壓室還包括兩個穩(wěn)壓室脊部，每個穩(wěn)壓室脊部位于所述穩(wěn)壓室的兩個壁中的每個上，所述穩(wěn)壓室的兩個壁平行于所述外部筒體的軸線；其中，所述兩個穩(wěn)壓室脊部中的每個包括相應(yīng)穩(wěn)壓室壁的突出部段。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述穩(wěn)壓室脊部突出到彼此平行的平面，并且與包含所述外部筒體的軸線的平行平面距離在12. 450英寸和12. 470英寸之間(或在316. 230 mm和316. 738 mm之間)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述穩(wěn)壓室脊部每個都形成倒置的T形。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述外部筒體還包括 外部筒體支承脊部，所述外部筒體支承脊部在與所述筒體的軸線垂直的平面內(nèi)沿所述外部筒體的至少一部分延伸，并且所述外部筒體支承脊部包括所述外部筒體壁的突出部段。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的沖壓空氣風扇組件，其中，所述第一外部筒體支承脊部從所述外部筒體壁徑向向外突出在0. 290英寸和0. 310英寸之間(或在7. 37 mm和7. 87 mm之間)。
32.一種用于安裝沖壓空氣風扇外部殼體的方法，所述沖壓空氣風扇外部殼體包括外部筒體以及附接到所述外部筒體的穩(wěn)壓室，所述外部筒體包括與其軸線垂直的凸緣狀表面，所述方法包括 將所述沖壓空氣風扇組件的沖壓空氣風扇殼體插入到所述外部筒體中，使得附接到所述風扇殼體的軸承殼體被容納在所述外部殼體中； 定位被插入的所述風扇殼體，使得所述外部筒體的所述凸緣狀表面抵接所述風扇殼體的相應(yīng)凸緣狀表面； 將被定位的所述風扇殼體螺栓連接到所述外部筒體； 將電線從所述風扇殼體連接到端子盒，所述端子盒被附接到所述外部筒體； 將冷卻空氣導(dǎo)管螺栓連接到所述外部筒體上的冷卻空氣凸緣；以及 將所述沖壓空氣風扇組件安裝到環(huán)境控制系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及沖壓空氣風扇外部殼體，所述沖壓空氣風扇外部殼體用于將來自沖壓空氣風扇轉(zhuǎn)子的空氣以及來自沖壓空氣旁通部件的空氣引導(dǎo)到?jīng)_壓空氣風扇出口中。所述外部殼體包括在結(jié)合區(qū)域連接的外部筒體和穩(wěn)壓室。所述外部筒體和穩(wěn)壓室由至少四個相鄰的平紋碳纖維織物層的層壓堆疊序列制成。堆疊序列的每層具有這樣的織物取向，所述織物取向使得第一層和第四層相對于第二層和第三層中的每個以四十五度取向。該結(jié)合區(qū)域由至少八個相鄰的平紋碳纖維織物層制成。接合區(qū)域?qū)訅憾询B序列通過使得在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰?fù)獠客搀w層與在所述結(jié)合區(qū)域中的所述四個相鄰穩(wěn)壓室層交織而形成。
文檔編號F04D25/02GK103062128SQ201210408969
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者L.比內(nèi)克, B.J.梅里特 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司