專利名稱：用于可變面積風扇噴管的主密封件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于可變面積風扇噴管的主密封件。
背景技術：
典型的航空渦扇噴氣發(fā)動機包含發(fā)動機核心，圍繞發(fā)動機核心的發(fā)動機艙，以及吸入氣流的風扇，該氣流被分為旁路氣流和發(fā)動機核心氣流。發(fā)動機艙提供環(huán)繞發(fā)動機核心的旁路管道。旁路氣流被輸送穿過旁路管道。發(fā)動機艙配置為促進穿過旁路管道的空氣層流。發(fā)動機核心包括壓縮發(fā)動機核心氣流的多級壓縮機，給被壓縮的發(fā)動機核心氣流添加熱能的燃燒室，以及在燃燒室下游從發(fā)動機核心氣流產(chǎn)生機械功率的渦輪部。通常的渦輪部有兩個，并且有時是三個渦輪級。這些渦輪級用于驅(qū)動壓縮機和風扇。在離開渦輪部之后，發(fā)動機核心氣流通過在發(fā)動機尾端的排氣噴管排出。在渦輪風扇發(fā)動機中，風扇通常會產(chǎn)生由發(fā)動機產(chǎn)生的推力的大部分。旁路氣流可用來產(chǎn)生通常在著陸過程中使用的反推力。被安裝在發(fā)動機艙內(nèi)的推力換向器有選擇地逆轉(zhuǎn)旁路氣流的方向以產(chǎn)生反推力。在正常的發(fā)動機操作中，在排出發(fā)動機組件之前，旁路氣流可以或可以不與發(fā)動機核心廢氣流混合。一些渦輪風扇發(fā)動機參數(shù)對發(fā)動機性能具有顯著的影響。涵道比(BPR)是旁路氣流速率與發(fā)動機核心氣流速率的比。高BPR發(fā)動機(如，BPR為5或更多)通常具有更好的燃油消耗率(SFC)，并且通常比同等推力的低BPR發(fā)動機更安靜。一般來說，更高的BPR導致在特定推力下較低的平均排氣速度和更少的噴氣噪聲。渦輪風扇發(fā)動機的性能也受到發(fā)動機的風扇壓力比(FPR)的影響。FPR是發(fā)動機風扇噴管出口的空氣壓力與進入風扇的空氣壓力的比。較低的FPR導致較低的排氣速度和更高的推進效率。然而，減少發(fā)動機的FPR能達到實際極限，因為低FPR可能不會產(chǎn)生足夠的推力，并可能導致在某些操作條件下的發(fā)動機風機失速，葉片顫動，和/或壓縮機喘振。一種用于優(yōu)化在各種飛行條件下的發(fā)動機性能的方法，包括改變風扇噴管出口面積。通過有選擇地改變風扇噴管的出口面積，發(fā)動機的旁路流特性能被調(diào)整以更好地匹配特定的飛行條件，例如通過相對于正被采用的特定推力水平優(yōu)化FPR。例如，形成旁路管道的后面外部的可變面積風扇噴管(VAFN)能被移動到尾部，以打開VAFN前面的附加旁路流出口。VAFN能被有選擇地定位在收起位置和完全展開位置之間的任何位置，其中，在收起位置沒有形成附加旁路出口，在完全展開位置，附加旁路出口打開到最大程度。然而，將VAFN集成到發(fā)動機艙內(nèi)存在源于相互沖突的目標的挑戰(zhàn)。在收起位置，優(yōu)選的是VAFN與發(fā)動機艙的其余部分對接，使得附加旁路出口被關閉且密封，而不會造成在用于定位VAFN的致動器內(nèi)與收起相關的高負載。因此，為了滿足收起位置的密封目標，需要低剛度的接口組件。然而，在展開位置，優(yōu)選的是由此產(chǎn)生的附加旁路出口具有良好的空氣動力學特性，如低空氣阻力。因此，為了滿足展開位置的空氣動力學目標，需要前述的接口組件足夠硬以避免不良的偏轉(zhuǎn)，其能導致空氣動力學阻力。

因此，需要用于VAFN的改進的接口組件，比如具有好的收起和展開位置特征的主密封組件。

發(fā)明內(nèi)容
下面對本發(fā)明的一些實施例做簡單的概述，以提供對本發(fā)明的基本了解。該概述并不是對本發(fā)明的全面綜述。其目的并不是識別本發(fā)明的關鍵/重要元件或勾畫本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些實施例，作為下文更詳細闡述的前序。用于裝備在渦輪風扇發(fā)動機上的可變面積風扇噴管(VAFN)的主密封組件被公開。并且配備有VAFN和相關的VAFN主密封組件的渦輪風扇發(fā)動機被公開。所公開的主密封組件采用具有腹板的密封件，當VAFN處于收起結構中時，這些腹板可變形為非平面結構，從而提供收起位置密封，而不會造成大的致動器收起負載。該密封件也配置成避免過度的展開位置偏轉(zhuǎn)，從而避免相關的空氣動力學阻力增加。并且重量輕的密封件護圈被公開，當被附接到VAFN前面的發(fā)動機艙組件上時，其準確地定位密封件并將來自密封件的負載反作用到發(fā)動機艙前向組件。除了具有良好的耐久性，所公開的密封組件在需要時容易被移除和更換。因此，在一個方面，提供發(fā)動機艙用于具有發(fā)動機中心線的渦輪風扇發(fā)動機。發(fā)動機艙包括前向組件、設置在前向組件后面的可變面積風扇噴管(VAFN)，以及附接到前向組件上的密封件。該前向組件限定至少部分地圍繞發(fā)動機中心線周向延伸的旁路管道。該旁路管道配置為輸送發(fā)動機的旁路氣流。該前向組件具有至少部分地圍繞旁路管道周向延伸的尾部邊緣。該VAFN相對于前向組件可在收起位置和展開位置之間移動。當VAFN處在展開位置時，旁路管道的上游旁路流出口被限定在前向組件和VAFN之間。VAFN的外表面為通過旁路流出口排出的旁路氣流提供空氣動力學邊界。該密封件包括內(nèi)壁和附接到內(nèi)壁上并從內(nèi)壁橫向延伸的多個腹板。每個腹板都至少部分地圍繞旁路管道周向延伸。該內(nèi)壁限定至少部分地圍繞旁路管 道周向延伸的被暴露內(nèi)表面。當VAFN處在展開位置時，內(nèi)表面為通過旁路流出口排出的旁路氣流提供基本光滑的空氣動力學邊界。當VAFN處于收起位置時，內(nèi)表面的至少一部分與VAFN外表面對接，以密封旁路流出口。當VAFN處于收起位置時，每個腹板都具有非平面結構。密封件可被配置為在很大程度上圍繞發(fā)動機中心線周向延伸。例如，密封件可圍繞發(fā)動機中心線周向延伸至少90度。密封件可以順應前向組件和VAFN的幾何形狀。例如，密封件的高度在密封件的端部附近逐漸變細。發(fā)動機艙可以包含適合于前向組件和VAFN的幾何形狀的額外密封件。例如，發(fā)動機艙可進一步包括附接到前向組件且被設置在密封件端部附近的球狀密封件。當VAFN處于收起位置時，該球狀密封件在前向組件和VAFN之間被壓縮。在許多實施例中，當VAFN處于展開位置時，每個腹板都具有平面結構。平面腹板結構用于為內(nèi)壁提供堅實的支撐，以便使內(nèi)壁偏轉(zhuǎn)最小化，而且在任何情況下從空氣動力學的角度都是可接受的。在許多實施例中，密封件包括彈性體材料。例如，彈性體材料可以包括任何適當?shù)膹椥宰冃尾牧?，如硅橡膠。該密封件可以包括任何合適數(shù)量的腹板。并且當VAFN處于收起位置時，任何適當子組的腹板可被配置為彈性地變形為非平面結構。例如，所述多個腹板可以包括三個腹板。當VAFN處于收起位置時，三個腹板的任何適當子組(例如，一個，兩個，三個)可彈性地變形為非平面結構。并且當VAFN處于展開位置時，三個腹板的任何適當子組(例如，一個，兩個，三個)可具有平面結構。再比如，所述多個腹板可以包括四個腹板。當VAFN處于收起位置時，四個腹板的任何適當子組(例如，一個，二個，三個，四個)可以彈性地變形為非平面結構。并且當VAFN處于展開位置時，四個腹板的任何適當子組(例如，一個，二個，三個，四個)可具有平面結構。在許多實施例中，發(fā)動機艙進一步包括密封件護圈，其限定密封件的密封件接收腔。該密封件接收腔具有弧形形狀，所述弧形形狀至少部分地圍繞旁路管道周向延伸。該密封件護圈包括護圈前凸緣、護圈尾凸緣以及在護圈前凸緣和護圈尾凸緣之間延伸的護圈中間部。護圈前凸緣和護圈尾凸緣的每個都至少部分地圍繞旁路管道周向延伸且附接到發(fā)動機艙前向組件上。當VAFN處于收起位置時，該密封件位于VAFN和護圈中間部之間。該密封件可包括至少部分地圍繞旁路管道周向延伸的密封件前凸緣，以及至少部分地圍繞旁路管道周向延伸的密封件尾凸緣。密封件前凸緣可被設置在護圈前凸緣和前向組件之間。密封件尾凸緣可被設置在護圈尾凸緣和前向組件之間。密封件前凸緣或密封件尾凸緣中至少一個可包括嵌入層以用作關于附接緊固件負載傳遞的內(nèi)部加強。在許多實施例中，該密封件包括偏離內(nèi)壁且附接到腹板上的外壁，使得多個封閉隔室區(qū)域被限定在該密封件內(nèi)。該封閉隔室區(qū)域至少部分地圍繞旁路管道周向延伸。外壁可以被附接到任何合適的支撐上，如護圈中間部或發(fā)動機艙前向組件所提供的支撐件。例如，外壁可被結合到護圈中間部上。在許多實施例中，密封件包括排氣口，其可被用于有選擇地分配在密封件內(nèi)所施加的壓力。例如，內(nèi)壁可包括與封閉隔室區(qū)域的第一封閉隔室連通的排氣口。并且腹板之一可包括與所述封閉隔室區(qū)域的第一封閉隔室區(qū)域和第二封閉隔室區(qū)域溝通的排氣口，第一和第二封閉隔室區(qū)域是不同的。在許多實施例中，外壁包括至少部分地圍繞旁路管道周向延伸的多個凹槽。這些凹槽被配置為容納用于將外壁·結合到支撐件上的粘合劑，例如用于將外壁結合到護圈上的粘合劑。這些凹槽被設置在基本與腹板對齊的非凹槽區(qū)域之間。非凹槽區(qū)域基本上與支撐件(例如，護圈中間部)對接。在許多實施例中，該密封件包括多個細長穿過(pull-through)結構,其從外壁延伸通過護圈中間部內(nèi)的孔。這些穿過結構與護圈中間部內(nèi)的孔對接，以相對于護圈中間部定位外壁。在許多實施例中，內(nèi)壁包括一個嵌入式增強層。該內(nèi)壁增強層增加了內(nèi)壁的剛度，從而在VAFN處于展開位置時用于減少空氣動力學誘導的偏轉(zhuǎn)和相關的空氣阻力。該嵌入式增強層可有至少部分地圍繞發(fā)動機中心線沿圓周方向分布的多個剛度降低部，以降低環(huán)繞發(fā)動機中心線的增強層的剛度。在另一方面，公開了一種用于具有VAFN的渦輪風扇發(fā)動機的密封組件。發(fā)動機包含前向組件和設置在該前向組件后面且相對于前向組件可在收起位置和展開位置之間移動的VAFN。該前向組件限定至少部分地圍繞發(fā)動機中心線周向延伸的旁路管道。該旁路管道被配置為輸送發(fā)動機的旁路氣流。該前向組件具有至少部分地圍繞旁路管道周向延伸的尾部邊緣。當VAFN處于展開位置時，旁路管道的上游旁路流出口被限定在前向組件和VAFN之間。VAFN的外表面為通過旁路流出口排出的旁路氣流提供空氣動力學邊界。密封組件包括密封件和附接到密封件上的密封件護圈。密封件包括內(nèi)壁和附接到內(nèi)壁上并從內(nèi)壁橫向延伸的多個腹板。腹板的至少兩個中的每個都被配置成至少部分地圍繞旁路管道周向延伸。內(nèi)壁限定被配置成至少部分地圍繞旁路管道周向延伸的被暴露內(nèi)表面。當VAFN處在展開位置時，內(nèi)表面被配置成為通過旁路流出口排出的旁路氣流提供基本光滑的空氣動力學邊界。當VAFN處于收起位置時，內(nèi)表面的至少一部分被配置成與VAFN外表面對接，以密封旁路流出口。當VAFN處于收起位置時，腹板的至少兩個中的每個都被配置成變形成為非平面結構。密封件護圈限定用于密封件的密封件接收腔。該密封件接收腔具有弧形形狀被配置成至少部分地圍繞旁路管道周向延伸。該密封件護圈包括護圈前凸緣，護圈尾凸緣以及在護圈前凸緣和護圈尾凸緣之間延伸的護圈中間部。護圈前凸緣和護圈尾凸緣的每個都被配置成至少部分地圍繞旁路管道周向延伸且被附接到前向組件上。當VAFN處于收起位置時，該密封件被配置成在VAFN和護圈中間部之間被壓縮。為更全面地理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點，應該參考隨后的詳細描述和附圖。


圖1是渦輪風扇發(fā)動機的透視圖，該渦輪風扇發(fā)動機包括根據(jù)許多實施例的可變面積風扇噴管(VAFN)組件。圖2是圖1的渦輪風扇發(fā)動機的剖視圖。圖3是圖1的渦輪風扇發(fā)動機的端視圖。圖4是示出圖1的渦輪風扇發(fā)動機的VAFN組件的一部分的透視圖。圖5是示出圖1的渦輪風扇發(fā)動機的VAFN組件的一部分的另一透視圖。圖6的剖視圖示出根據(jù)許多實 施例的附接到發(fā)動機艙前向組件的VAFN密封組件。圖7的剖視圖示出根據(jù)許多實施例的在VAFN和VAFN主密封件護圈之間被壓縮的VAFN主密封件。圖8的剖視圖示出根據(jù)許多實施例的當VAFN處在展開位置時的圖6的VAFN密封組件。圖9的剖視圖詳細說明了根據(jù)許多實施例的圖6中的VAFN密封組件。圖10是根據(jù)許多實施例的附接到發(fā)動機艙組件的VAFN密封組件的后視圖，示出了 VAFN密封組件的回轉(zhuǎn)表面(SOR)區(qū)域、過渡區(qū)域以及平坦區(qū)域。圖11包括根據(jù)許多實施例的與VAFN密封組件在平面區(qū)域之一和在回轉(zhuǎn)表面(SOR)區(qū)域內(nèi)對接的處于收起位置的VAFN的剖視圖。圖12的透視圖示出了圖10的VAFN密封組件。圖13a和13b的透視圖示出了圖10的VAFN密封組件的過渡區(qū)域之一和平坦區(qū)域
之一 O圖14的透視圖示出了圖12的VAFN密封組件的內(nèi)部增強層。圖15是根據(jù)許多實施例的VAFN主密封件的剖視圖，示出了粘合劑容納凹槽和相關的相鄰非凹槽區(qū)域。圖16a和16b的透視圖示出了根據(jù)許多實施例的VAFN主密封件的細長穿過結構，其與密封件護圈內(nèi)的孔對接以在主密封件結合到密封件護圈的過程中相對于密封件護圈準確地定位主密封件。圖17的剖視圖示出了根據(jù)許多實施例的在VAFN主密封件內(nèi)通風口的位置。
具體實施例方式在下面的描述中，本發(fā)明的各種實施例將被描述。出于解釋的目的，闡述具體的配置和細節(jié)以提供對實施例的全面了解。然而，對本領域普通技術人員也顯而易見的是，沒有這些具體細節(jié)也可以實踐本發(fā)明。此外，為了不使要描述的實施例難以理解，可以省略或簡化公知的特征?，F(xiàn)在參照附圖，其中相同的附圖標記代表遍及幾幅視圖中的相同部件，圖1示出了渦輪風扇發(fā)動機10，其包括可變面積風扇噴管(VAFN)組件12，該組件12具有平移風扇噴管50，該噴管例如隨著發(fā)動機10在不同的飛行條件下運行可被有選擇地調(diào)整的。正如上面所討論的，這樣的調(diào)整可用于優(yōu)化發(fā)動機的性能。如圖2所示，該平移風扇噴管50可被有選擇地平移(即，前后移動)以改變風扇噴管的出口面積52并調(diào)整多少旁路氣流通過由VAFN組件12所形成的上游出口 60排出。例如，當平移風扇噴管50處于收起位置時，上游出口 60被關閉，并且出口面積52最小化，從而使得用于特定操作條件的風扇壓力比(FPR)最大化。并且當平移風扇噴管50處于完全展開位置時，上游出口 60的開口最大化且出口面積52最大化，從而使用于特定操作條件的FPR最小化。因此，有選擇地定位平移風扇噴管50可用于有選擇地改變FPR。并且改變FPR可用于優(yōu)化發(fā)動機的性能，提高風機失速余量，避免發(fā)動機故障和/或避免發(fā)動機關閉。為了說明的目的，該VAFN組件12在渦輪風扇航空發(fā)動機10的背景中被示出。發(fā)動機10可被安裝到飛機的機翼或機身上，例如，通過外掛架或其它類似的支撐件(圖中未顯示)。

發(fā)動機10包含發(fā)動機核心16和發(fā)動機艙18。發(fā)動機核心16被容納在核心整流罩19內(nèi)。如圖2所示，風扇20被安裝到鄰近發(fā)動機艙18的上游端部，且包括在發(fā)動機運行中繞發(fā)動機中心線CL旋轉(zhuǎn)的一系列風扇葉片22，以將氣流吸進發(fā)動機10的入口端26。環(huán)形旁路管道24限定在發(fā)動機核心16和發(fā)動機艙18之間。被吸進發(fā)動機10的氣流通過旋轉(zhuǎn)風扇葉片22被加速。氣流的一部分被導入并穿過發(fā)動機核心16內(nèi)的多級壓縮機(圖中未顯示)。穿過發(fā)動機核心16的發(fā)動機核心氣流最初通過壓縮機以增加氣流壓力，之后被加壓的空氣通過燃燒室(未顯示)，在這里其被與燃料混合且混合物被點燃。在燃燒室內(nèi)燃料和空氣混合物的燃燒導致空氣膨脹，其進而驅(qū)動在發(fā)動機后部的一系列渦輪，通常被標為38，旋轉(zhuǎn)并進而給風扇20提供動力。通過旋轉(zhuǎn)風扇葉片22加速的旁路氣流穿過旁路管道24，越過定子40，通過噴管組件12排出。風扇20產(chǎn)生大部分的發(fā)動機推力。來自燃料和空氣混合物燃燒的高壓加熱廢氣在潤輪部38下游被導出發(fā)動機核心16的后部。平移風扇噴管50可包括被安裝在推力換向器80尾端的環(huán)狀環(huán)形翼結構，鄰近和限制發(fā)動機核心整流罩19的至少一部分。在平移風扇噴管50尾邊緣和核心整流罩19之間的區(qū)域限定了用于平移風扇噴管12的噴管出口面積52。如圖1和圖3所示，平移風扇噴管50包括弧形第一環(huán)形部54和弧形第二環(huán)形部56。每個環(huán)形部54，56在雙向箭頭58的方向上是軸向可平移的。風扇噴管50的平移導致上游出口 60的所需尺寸并改變出口幾何形狀和發(fā)動機旁路氣流的風扇噴管12出口的出口面積52。風扇噴管50可例如通過多個環(huán)致動器70被平移。推力換向器80鄰近平移風扇噴管50并在其前面，以阻塞旁路管道24內(nèi)的旁路氣流并使該旁路氣流改變方向成為反向推力矢量。在圖1中，推力換向器80和平移風扇噴管50處于收起(關閉)位置。推力換向器80包括弧形第一套筒(整流罩)部82和相對的弧形第二套筒(整流罩)部84(圖3所示)。該推力換向器套筒部82，84通過多個套筒致動器90在雙向箭頭86的方向上是軸向可平移的。推力換向器套筒部82，84在一系列的葉柵導葉88之上是可平移的。葉柵導葉88在圖1中用虛引線表示，因為當推力換向器80處于收起位置時它們是看不見的。套筒部82，84在前后方向的軸向平移允許旁路氣流穿過葉柵導葉88以生成反向推力矢量。圖3 是發(fā)動機10尾端的剖視圖，并圖示了分別圍繞發(fā)動機10外圍的環(huán)致動器和套筒致動器70、90的布置。如圖1所示，并且在圖3中更清楚，套筒半部82和環(huán)形部54配合通常限定組合的推力換向器和平移風扇噴管的大約180度扇區(qū)。同樣，套筒半部84和環(huán)形半部56配合通常限定推力換向器和平移風扇噴管的相對的大約180度扇區(qū)。這些大約180度的扇區(qū)一起配合定限整個大約360度的推力換向器和平移風扇噴管。如圖1-3所示，推力換向器80的每個推力反向器套筒半部82，84通過固定安裝在發(fā)動機艙18中的一個或多個(顯示了 3個)周向隔開的套筒致動器90被平移。在示出的實施例中，三個致動器90用于每個套筒半部82，84。平移風扇噴管50的每個環(huán)形部54，56同樣地通過一個或多個(顯示了 3個)周向隔開的環(huán)致動器70被平移。環(huán)致動器70可分別被安裝在相鄰的推力反向器套筒半部82、84上。環(huán)致動器70可由例如電力，機械裝置，氣動裝置、液壓裝置或者其它合適的裝置供能，適當?shù)碾娎|和管道(未顯示)經(jīng)由預定通道在推力換向器葉柵盒(cascade box)或樞軸門之間或之上通過。環(huán)致動器和套筒致動器70，90的數(shù)量和布置可改變，例如，根據(jù)推力換向器和平移風扇噴管布置，以及根據(jù)其它因素。環(huán)形部54，56可被安裝在例如分別位于對應套筒部82、84的每一端的上部和下部導向機構102中。引導管104可被安裝在發(fā)動機艙18內(nèi)并可延伸進入環(huán)形部54，56從而穩(wěn)定環(huán)形部54,56以防止不希望的平移和/或振動。引導管還可有選擇地安裝在推力換向器80中。平移風扇噴管50可以是連續(xù)的(例如一件式)，或如圖3所示的繼續(xù)的(例如分開的或多部分的)大致環(huán)形圈，其具有翼型截面。因此，上游出口 60 (當平移風扇噴管50向后方遠離套筒部82、84移動時形成的)可具有圍繞發(fā)動機艙18后部外周延伸的大致環(huán)狀間隙的形式。其它出口形狀也可以使用，例如橢圓形等。環(huán)形部54，56和套筒部82，84之間的大致環(huán)形間隙可以是例如連續(xù)的，或在一個或多個位置被中斷，比如，例如在平移風扇噴管50的分叉點或其它分離點。旁路管道24也可在一個或多個位置被中斷。平移風扇噴管50及環(huán)圍結構下面參照圖4和圖5所述。在圖4和圖5中，由于干涉元件而被遮擋或部分遮擋的元件用虛引線表示。圖4是用于平移風扇噴管50的第一環(huán)形部54和推力換向器80的相應的鄰近的第一套筒部82的安裝結構的局部視圖。平移風扇噴管50的第二環(huán)形部56和推力換向器80的第二套筒部84，在圖1和圖3中示出，可以相似的方式安裝。在圖4中，推力換向器80處于收起位置，覆蓋了葉柵導葉(cascade vane)88。平移風扇噴管50處于打開或展開位置，因此上游出口 60被限定在第一環(huán)形部54和第一套筒部84之間。用箭頭A表示第一環(huán)形部54向后軸向平移到展開位置。環(huán)致動器70可從套筒部82延伸，穿過上游出口 60，并且連接到環(huán)形部54的前端。引導管104也可從套筒部82延伸，穿過上游出口 60，并且連接到環(huán)形部54的前端。套筒致動電纜96可連接到每個套筒致動器90上以提供每個致動器90的同時致動。圖5示出了處于展開位置的推力換向器80和處于打開位置的平移風扇噴管50。第一套筒部82從圖4所示的位置到展開位置的向后軸向平移用箭頭B表示。在推力換向器80的操作過程中，套筒部82的向后平移暴露了葉柵導葉88。環(huán)形部54也可在推力換向器80的操作過程中被向后平移，如這個實施例所示。在推力換向器80展開的同時環(huán)形部54的平移是可選擇的，因為旁路流改道通過葉柵導葉88。VAFN密封組件圖6示出了根據(jù)許多實施例被附接到發(fā)動機艙組件202的VAFN密封組件200的剖視圖。VAFN密封組件200包括主密封件204和主密封件護圈206。主密封件204包含內(nèi)壁208，外壁210，四個腹板212，主密封件前凸緣214和主密封件尾凸緣216，所有這些都至少部分地圍繞旁路管道周向延伸，例如，至少90度圍繞旁路管道。內(nèi)壁208限定被暴露內(nèi)表面218，其在VAFN處于展開位置時為通過旁路流出口排出的旁路氣流提供大致光滑的空氣動力學邊界。內(nèi)壁208，腹板212以及外壁210確定了四個封閉隔室區(qū)域220。外壁210被固定和/或附接到主密封件護圈206上，例如，通過粘合劑結合。主密封件護圈206包括護圈前凸緣222，護圈尾凸緣224，以及一個在護圈前凸緣222和護圈尾凸緣224之間延伸的護圈中間部226。周向延伸的螺母板228排被附接到護圈前凸緣222上，用于接收對應的可移動緊固件229排，該緊固件排用于將VAFN密封組件200的前端附接到發(fā)動機艙組件202的凸緣230上。并且周向延伸的螺母板232排被附接到護圈尾凸緣224上，用于接收對應的可移動緊固件排(未顯示)，該緊固件排用于將VAFN密封組件200的尾端附接到發(fā)動機艙組件202的外面板234上。密封件前凸緣214被夾在護圈前凸緣222和發(fā)動機艙組件凸緣230之間。密封件尾凸緣216也被夾在發(fā)動機艙組件外面板234和護圈尾凸緣224之間。密封件護圈206和發(fā)動機艙組件外面板234的組合為主密封件204提供了支撐結構，其準確地定位主密封件204并將來自主密封件204的負載反作用到發(fā)動機艙組件202中。該密封件護圈206被配置為提供容納主密封件204的密封件接收腔。并且該密封件護圈206的周向附接到發(fā)動機艙組件202上提供了相對于VAFN準確地定位密封件接收腔的組合結構。在所示的實施例中，每個腹板212都具有恒定厚度的平面結構。雖然恒定厚度的平面腹板212被示出了，但是任何合適的替代腹板結構都可被使用。例如，具有不同厚度的腹板和/或非平面腹板可被使用。圖7示出了在收起位置VAFN環(huán)形部54和主密封件護圈206之間被壓縮的主密封件204的剖視圖。在收起位置，相對剛性的VAFN環(huán)形部54使內(nèi)表面218朝向外壁210偏轉(zhuǎn)，從而使內(nèi)壁208變形且使四個腹板212顯著地變形，這樣每個腹板212都被彈性地變形為非平面結構，從而在主密封件204和VAFN環(huán)形部54之間形成“密封線”。盡管在所描述的實施例中每個腹板212都被彈性地變形為非平面結構，但是具有一個或多個沒有變形為非平面結構的腹板的其 它實施例也是可能的。在所示的實施例中，腹板212不與內(nèi)壁208偏轉(zhuǎn)的同一方向上對齊，從而在腹板212上產(chǎn)生偏心負載。這樣的偏心負載減少了驅(qū)動腹板212進入所示的后屈曲(post-buckled)的非平面結構所需的力。在許多實施例中，主密封件204主要是由具有合適彈性的增強彈性體材料形成的，這樣主密封件204不會由于收起的VAFN環(huán)形部54所施加的變形而永久地變形。主密封件204可由合適的材料制成。例如，主密封件204可由航空航天材料規(guī)范(AMS) 3346中的硅橡膠制成，在表面上具有聚酯織物。圖8示出了相對于處于展開位置的VAFN環(huán)形部54的發(fā)動機艙組件202和VAFN密封組件200。當VAFN環(huán)形部54處于展開位置時，旁路流出口 236在發(fā)動機艙組件202和VAFN密封組件200的組合與VAFN環(huán)形部54之間形成。如圖所示，主密封件204的內(nèi)表面218為通過旁路流出口 236排出的氣流238提供空氣動力學邊界。當VAFN環(huán)形部分54處于展開位置時，主密封件204受到所施加的壓力負載。主密封件204設計成反作用所施加的壓力載荷，而不經(jīng)受會產(chǎn)生過度水平空氣動力學阻力的偏轉(zhuǎn)。例如，平面腹板212在沿內(nèi)壁208的多個位置支撐內(nèi)壁208，從而幫助維護內(nèi)壁208的定位和形狀。由發(fā)動機艙組件外面板234和主密封件護圈206提供的組合結構提供了硬后緣240，其相對于相鄰的發(fā)動機艙組件202的前部經(jīng)受很少或不顯著水平的偏轉(zhuǎn)。并且由發(fā)動機艙組件外面板234和主密封件護圈206提供的組合結構準確地支撐主密封件204并反作用來自主密封件204的負載，而不經(jīng)受相對于相鄰的發(fā)動機艙組件202的前部的顯著水平的偏轉(zhuǎn)。圖9示出了 VAFN密封組件200的額外細節(jié)。主密封件204包括硬化內(nèi)壁208的至少尾部的嵌入式表面增強件242，增強主密封件尾凸緣216的嵌入式后面附接增強件244，以及增強主密封件前凸緣214的嵌入式前附接增強件246。嵌入式表面增強件242可由任何合適的剛性 材料制成，例如，固化復合層壓板，如玻璃纖維層壓板。嵌入式表面增強件242可被配置為在前后方向上硬化內(nèi)壁，且可以包括減小在圓周方向被添加到主密封件204的剛度量的特征(如，周向分布式減小的截面面積)，以減少與由VAFN環(huán)形部54處于收起位置時內(nèi)壁208的徑向偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的嵌入式表面增強件242的周向偏轉(zhuǎn)有關的額外周向箍負載。后面附接增強件244和前面附接增強件246可由合適的材料制成，例如，合適厚度的耐腐蝕鋼片。主密封件護圈206可由合適的材料(如，金屬板，復合層壓板)制成。例如，主密封件護圈206可由石墨環(huán)氧層壓板制成。主密封件204可包括密封件內(nèi)壁208上的“撞不穿(no strike-through) ”表面織物248,用于耐用性和VAFN環(huán)形部54和內(nèi)壁208之間的低摩擦。主密封件204可沿著外壁210被粘結和/或機械地保持到主密封件護圈206上。替代地，持久的和低摩擦的材料可被用作主密封件204或被一體地編到主密封件204中。圖10是附接到發(fā)動機艙組件202上的VAFN密封組件200的后視圖。VAFN密封組件200包括回轉(zhuǎn)表面(SOR)區(qū)域250，過渡區(qū)域252以及平坦區(qū)域254。在整個SOR區(qū)域250中，主密封件204具有恒定截面(圖9所示)，且相對于發(fā)動機中心線是軸對稱的。在過渡區(qū)域中，主密封件204的深度從SOR區(qū)域250的全截面在相應的平坦區(qū)域254附近減小到正好內(nèi)壁208。例如，主密封件204可初始形成具有延伸通過過渡區(qū)域252的SOR區(qū)域250的全截面，然后主密封件204的部分和過渡區(qū)域252內(nèi)的腹板212可在高度上逐漸變細，直到只有內(nèi)壁208保留。圖11包括處于收起位置的VAFN環(huán)形部54的剖視圖，其與VAFN密封組件200在平坦區(qū)域254之一中和在回轉(zhuǎn)表面(SOR)區(qū)域250 (未描述主密封件204的偏轉(zhuǎn))中對接。
圖12的透視圖示出了與發(fā)動機艙組件202分離的VAFN密封組件200。該密封組件包括跨越SOR區(qū)域250和過渡區(qū)域252的主密封件204，以及可選擇地，在平坦區(qū)域254每一端的球狀密封件256 ;如果空氣動力學龍骨線(aerodynamic loft line)使得主密封件204本身在這些區(qū)域不能提供足夠的密封，可以使用球狀密封件。圖13a和13b的透視圖示出了 VAFN密封組件200的過渡區(qū)域之一和平坦區(qū)域之一。主密封件護圈206的過渡區(qū)域部分258被成形為與在過渡區(qū)域252中的主密封件204的被修剪形狀對接。箍護圈(hoop retainer) 260被用在主密封件204的每一端并且球形密封件護圈262被用于保持每個球狀密封件256。圖14的透視圖示出了主密封件204的內(nèi)部增強層，為清晰起見未示出主密封件204的彈性體。如圖所示，嵌入式表面增強件242周向延伸且具有周向間隔的剛度降低部264(例如，剪出部(trim-out)，位于離散斷開部分之間的位置)，其用于降低通過嵌入式表面增強件242被添加到主密封件204上的圓周方向的剛度。相反，后面附接增強件244和前面附接增強件246的每個都具有在圓周方向上的恒定截面。當VAFN環(huán)形部54處于收起位置時(如圖7所示)，后面附接增強件244和前面附接增強件246未受到任何顯著的徑向偏轉(zhuǎn)。因此，周向箍負載并未受到通過后面附接增強件244和前面附接增強件246添加的周向剛度的顯著影響。圖15的剖視圖示出了主密封件204內(nèi)的粘合劑容納凹槽266和相關的鄰近非凹槽區(qū)域268。凹槽266沿主密封件204的圓周長度周向延伸，且容納用于將外壁210結合到主密封件護圈206上的粘合劑。凹槽266被設置在與腹板212對齊的非凹槽區(qū)域268之間并與之相鄰。如圖所示，非凹槽區(qū)域268與主密封件護圈206對接，從而相對于主密封件護圈206準確地定位主密封件204。圖16a和16b透視圖示出了主密封件204的細長穿過結構270。穿過結構270與主密封件護圈206中的孔對接(部分地被移除以增強清晰度)以在主密封件204結合到主密封件護圈206的過程中相對于 主密封件護圈206準確地定位主密封件204。穿過結構270是主密封件204的整體形成部分。穿過結構270包括下圓柱部分272和上圓柱部分274。每個下圓柱部分272都具有直徑被選定為適當?shù)卮笥谥髅芊饧o圈206內(nèi)相應孔的直徑，這樣當被安裝時適當量的干涉配合產(chǎn)生在下圓柱部分272和孔之間。每個上圓柱部分274都具有直徑小于主密封件護圈206中相應孔的直徑，這樣上圓柱部分274可在安裝過程中被自由地插入到相應的孔中。上圓柱部分274隨后插入主密封件護圈206的孔中，每個穿過結構270被相對于主密封件護圈206拉動以拉下圓柱部分272通過孔。當穿過結構270被拉動時，響應于被施加在下圓柱部分272上的軸向應變，下圓柱部分272的直徑暫時減小，從而允許下圓柱部分272被部分地拉動通過相應的孔。在釋放穿過結構270時，下圓柱部分272膨脹回到原始直徑，從而接合孔并用于相對于主密封件護圈206保持主密封件204。穿過結構270沿著主密封件204分布。許多穿過結構270與非凹槽區(qū)域268對齊，從而提供沿主密封件204的多個位置，在這些位置穿過結構270用于確保非凹槽區(qū)域268和主密封件護圈206之間的接觸，以在主密封件204結合到主密封件護圈206的過程中相對于主密封件護圈206準確地定位主密封件204。穿過結構270的突出部在安裝后可被切斷以減少重量。圖17的剖視圖示出了根據(jù)許多實施例的VAFN主密封件204內(nèi)的通風口 276，278，280的位置。內(nèi)壁208包括第一通風口 276，其將主密封件204的第一封閉隔室區(qū)域282置于與旁路管道相連通。腹板通風口 278將第一封閉隔室區(qū)域282置于與第二封閉隔室區(qū)域284，第三封閉隔室區(qū)域286以及第四封閉隔室區(qū)域288相連通。因此，由于第一通風口 276和腹板通風口 278，在主密封件204前部中的跨越內(nèi)壁208的壓力差被降低，其有助于減少內(nèi)壁208的相關偏轉(zhuǎn)。相反，壓力差被轉(zhuǎn)移到外壁210，其直接傳輸相關負載到主密封件護圈206上。外部通風口 280給通過發(fā)動機艙組件外面板234的尾腔290通風。其它變化是在本發(fā)明的精神內(nèi)。因此，雖然本發(fā)明容易有各種修改和替代結構，但是其一些說明實施例在附圖中示出并已在上面詳細地描述。然而，應該理解的是，本發(fā)明的目的不是將本發(fā)明限制在公開的具體形式中，相反，本發(fā)明的目的是覆蓋落在所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、替換結構及其等同結構。在描述本發(fā)明的上下文中所使用的術語“一種((a)和(an))”以及“所述(the) ” (特別是在下面權利要求的上下文中)解釋為包括單數(shù)和復數(shù)，除非本文另有說明或上下文另有清楚的相反指示。術語“包括”、“具有”、“包括”和“包含”理解為開放式術語(即，指的是“包括但不限于”)，除非另有注明。術語“連接”解釋為部分或完全地被包含在內(nèi)，被附接到，或連結在一起，即使存在一些干涉。本文中引述數(shù)值的范圍僅僅旨在用作獨立提及落入該范圍內(nèi)的每個分離值的速寫方法，除非在此另有說明，并且每個分離值被納入說明書，就如在本文中獨立描述一樣。本文中所述的所有方法可以任何適當?shù)捻樞驅(qū)嵤潜疚牧碛姓f明或上下文另有清楚的相反指示。任何和所有的實施例的使用，或本文所提供的示例性語言(例如，“例如”)，目的僅僅是為了更好地闡明本發(fā)明的實施例且不構成對本發(fā)明范圍的限制，除非另有聲明。說明書中任何語言均不應解釋為指示未要求權利保護的元素對本發(fā)明的實施是必要的。本發(fā)明的優(yōu)選實施例在本文中被描述，包括用于實施本發(fā)明的對于發(fā)明人已知的最佳模式。這些優(yōu)選實施例的變化對于本領域普通技術人員通過閱讀上述說明書可能變得明顯。發(fā)明人期望本領域技術人員采用這樣適當?shù)淖兓?，并且本發(fā)明人期望本發(fā)明的實施并不限于本文具體描述的。因此，本發(fā)明包括適用法律準許的隨附權利要求中所陳述的發(fā)明主題的所有修改和等 同物。此外，本發(fā)明包括上述元素的所有可能變體的任意組合，除非本文另有說明或者上下文另有清楚的相反指示。在本文中引用的包括出版物、專利申請和專利的所有參考文獻通過引用結合到本文中，其程度就像每個參考文獻被單獨地和具體地標明通過引用被結合在本文中，并且就像其整體被在本文中陳述。
權利要求
1.一種用于具有發(fā)動機中心線的渦輪風扇發(fā)動機的發(fā)動機艙，該發(fā)動機艙包括 前向組件，其限定至少部分地圍繞發(fā)動機中心線周向延伸的旁路管道，所述旁路管道配置為傳輸發(fā)動機的旁路氣流，所述前向組件具有至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸的尾部邊緣； 可變面積風扇噴管(VAFN)，其被設置在所述前向組件之后并相對于所述前向組件可在收起位置和展開位置之間移動，用于所述旁路管道的上游旁路流出口在VAFN處于所述展開位置時被限定在所述前向組件和所述VAFN之間，所述VAFN的外表面提供用于通過旁路流出口排出的旁路氣流的空氣動力學邊界；以及 附接到所述前向組件的密封件，所述密封件包括內(nèi)壁和附接到所述內(nèi)壁且從其橫向延伸的多個腹板，每個腹板至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸，內(nèi)壁限定至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸的被暴露內(nèi)表面，當所述VAFN處于所述展開位置時，所述內(nèi)表面提供用于通過所述旁路流出口排出的旁路氣流的基本光滑的空氣動力學邊界；當所述VAFN處于所述收起位置時，所述內(nèi)表面的至少一部分與VAFN外表面對接以密封所述旁路流出口 ；當所述VAFN處于所述收起位置時，每個腹板具有非平面結構。
2.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)動機艙，其中，所述密封件圍繞所述發(fā)動機中心線周向延伸至少90度。
3.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機艙，其中，所述密封件的高度在所述密封件的端部附近逐漸變細。
4.根據(jù)權利要求3所述的發(fā)動機艙，進一步包括球狀密封件，其附接到所述前向組件上且被設置在所述密封件的末端，當所述VAFN處于所述收起位置時，所述球狀密封件在所述前向組件和所述VAFN之間被壓縮。
5.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)動機艙，其中，當所述VAFN處于所述展開位置時，每個腹板具有平面結構。
6.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)動機艙,其中,所述密封件包括彈性體材料。
7.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)動機艙，其中，所述彈性體材料包括硅橡膠。
8.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)動機艙，進一步包括密封件護圈，其限定用于所述密封件的密封件接收腔，所述密封件接收腔具有弧形形狀，所述弧形形狀至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸；所述密封件護圈包括護圈前凸緣，護圈尾凸緣以及在所述護圈前凸緣和所述護圈尾凸緣之間延伸的護圈中間部；所述護圈前凸緣和護圈尾凸緣的每個都至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸并附接到所述前向組件；當所述VAFN處于所述收起位置時，所述密封件位于所述VAFN和所述護圈中間部之間。
9.根據(jù)權利要求8所述的發(fā)動機艙，其中，所述密封件包括至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸的密封件前凸緣和至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸的密封件尾凸緣，所述密封件前凸緣被設置在所述護圈前凸緣和所述前向組件之間，所述密封件尾凸緣被設置在所述護圈尾凸緣和所述前向組件之間。
10.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)動機艙，其中，所述密封件前凸緣或密封件尾凸緣中的至少一個包括嵌入式增強層。
11.根據(jù)權利要求10所述的發(fā)動機艙，其中 所述密封件前凸緣包括嵌入式增強層；所述密封件尾凸緣包括嵌入式增強層，以及 所述內(nèi)壁包括嵌入式增強層。
12.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)動機艙，其中，所述內(nèi)壁增強層具有至少部分地圍繞發(fā)動機中心線周向分布的多個剛度降低部，以減少環(huán)繞所述發(fā)動機中心線的內(nèi)壁增強層的剛度。
13.根據(jù)權利要求8所述的發(fā)動機艙，其中，所述密封件包括與所述內(nèi)壁偏置且附接到所述腹板上的外壁，多個封閉隔室區(qū)域限定在所述密封件內(nèi)且至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸，所述外壁附接到所述護圈中間部。
14.根據(jù)權利要求13所述的發(fā)動機艙，其中 所述內(nèi)壁包括與所述封閉隔室區(qū)域的第一封閉隔室區(qū)域連通的通風口 ；以及 所述腹板之一包括與所述封閉隔室區(qū)域的第一封閉隔室區(qū)域和第二封閉隔室區(qū)域連通的通風口，第一和第二封閉隔室區(qū)域是不同的。
15.根據(jù)權利要求13所述的發(fā)動機艙，其中，所述外壁被結合到所述護圈中間部。
16.根據(jù)權利要求15所述的發(fā)動機艙，其中，所述外壁包括至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸的多個凹槽，所述凹槽容納用于將所述外壁結合到所述護圈上的粘合劑，所述凹槽設置在基本與所述腹板對齊的非凹槽區(qū)域之間，所述非凹槽區(qū)域基本上與所述護圈中間部對接。
17.根據(jù)權利要求16所述的發(fā)動機艙，其中，所述密封件包括從所述外壁延伸通過所述護圈中間部中的孔的多個細長穿過結構，所述穿過結構與所述護圈中間部中的孔對接，以相對于所述護圈中間部定位所述外壁。
18.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)動機艙，其中，所述內(nèi)壁包含嵌入式增強層。
19.根據(jù)權利要求18所述的發(fā)動機艙，其中，所述內(nèi)壁增強層具有至少部分地圍繞所述發(fā)動機中心線周向分布的多個剛度降低部，以降低環(huán)繞所述發(fā)動機中心線的所述增強層的剛度。
20.一種用于渦輪風扇發(fā)動機的密封組件，所述發(fā)動機包括前向組件和設置在所述前向組件之后并相對于所述前向組件可在收起位置和展開位置之間移動的VAFN，所述前向組件限定至少部分地圍繞發(fā)動機中心線周向延伸的旁路管道，所述旁路管道配置為傳輸所述發(fā)動機的旁路氣流，所述前向組件具有至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸的尾部邊緣；用于所述旁路管道的上游旁路流出口在所述VAFN處于所述展開位置時限定在所述前向組件和所述VAFN之間，所述VAFN的外表面提供用于通過旁路流出口排出的旁路氣流的空氣動力學邊界；該密封組件包括 密封件，其包括內(nèi)壁和附接到所述內(nèi)壁且從所述內(nèi)壁橫向延伸的多個腹板，所述腹板的至少兩個中的每個都被配置成至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸，所述內(nèi)壁限定至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸的被暴露內(nèi)表面，所述內(nèi)表面配置成當所述VAFN處于所述展開位置時為通過所述旁路流出口排出的旁路氣流提供基本光滑的空氣動力學邊界；所述內(nèi)表面的至少一部分配置成當所述VAFN處于所述收起位置時與所述VAFN外表面對接以密封所述旁路流出口 ；所述腹板的至少兩個中的每個都配置成當所述VAFN處于收起位置時變形為非平面結構；以及 密封件護圈，其附接到所述密封件上且限定用于所述密封件的密封件接收腔；所述密封件接收腔具有弧形形狀，所述弧形形狀至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸；所述密封件護圈包括護圈前凸緣，護圈尾凸緣以及在所述護圈前凸緣和所述護圈尾凸緣之間延伸的護圈中間部；所述護圈前凸緣和護圈尾凸緣的每個都配置成至少部分地圍繞所述旁路管道周向延伸并附接到所述前向組件；所述密封件配置為當所述VAFN處于所述收起位置時在所 述VAFN和所述護圈中間部之間被壓縮。
全文摘要
一種用于裝備在渦輪風扇發(fā)動機上的可變面積風扇噴管(VAFN)的主密封組件，包括可變形的密封件和附接到所述密封件上的密封件護圈。所述密封件包括內(nèi)壁和附接到所述內(nèi)壁且從所述內(nèi)壁橫向延伸的腹板。內(nèi)壁和腹板至少部分地圍繞渦輪風扇發(fā)動機的旁路管道周向延伸。當VAFN處于收起位置時，內(nèi)壁的內(nèi)表面與VAFN對接。當VAFN處于收起位置時，密封件在VAFN和密封件護圈之間被壓縮。并且當VAFN處于收起位置時，每個腹板都被變形為非平面結構。
文檔編號F02K3/06GK103256122SQ20121059929
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者T·K·戈姆利 申請人:羅爾公司