CN105765204B - 具有金属和复合构造的混合式内部固定结构 - Google Patents

Abstract

本公开内容的方面涉及一种用于飞机的系统，所述系统包括：钛制瓶状部分，其包括被配置成容纳发动机的至少两个部分；以及耦接到所述瓶状部分的至少一个分岔壁板，其中所述至少一个分岔壁板包括不同于钛的材料。

Description

具有金属和复合构造的混合式内部固定结构

相关申请的交叉参考

本申请案主张2013年10月7日提交的第61/887,858号美国临时申请的权益。

技术领域

本公开内容的方面涉及用于飞机的涡轮风扇推进系统的机舱系统，且更确切地说，涉及反推力装置的内部固定结构。

背景技术

用于飞机的涡轮风扇推进发动机包括为涡轮风扇提供动力的燃气涡轮发动机核心。风扇鼓动的空气在环形围绕发动机核心形成的旁通风管中流动。机舱系统包括界定了旁通风管、通向风扇和发动机的入口以及用于旁通风管中的旁通空气和来自核心发动机的排气的排气喷管的所有结构。图1中示出典型机舱部件的示意图。

风扇管道的内表面由所属领域的技术人员通常称为内部固定结构的结构形成。内部固定结构（IFS）通常形成为接合在一起的两个半部，图2中示出典型IFS的其中一个半部。IFS的内表面朝向发动机核心并且帮助界定围绕发动机核心的腔室，以便进行保护并且阻止可能会围绕发动机核心发生的任何火逃窜和蔓延到机舱的其他区域。IFS的外表面朝向旁通风管并且必须要平滑，以最小化阻力。IFS的内表面可暴露于从操作发动机核心发出的极高温度，因此，必须能够承受那些温度，同时保持结构稳固。IFS的外表面通过旁通风管中的环境空气的快速流动得到非常有效地冷却。这意味着IFS的内表面与外表面之间通常存在较宽的温度梯度，从而可呈现出通过材料选择和设计得以解决的许多挑战。

为了最小化温度梯度，以及为了最小化IFS材料将会接触到的最大温度，通常用保护热层覆盖IFS的内表面。保护热层是独立形成的部件，它在离散的位置附接到IFS的内表面。保护层形成为柔性薄片，具有钛或不锈钢或者其他耐热金属的外表皮。薄片可围绕IFS的复合弯曲表面以及围绕从中伸出的部件、线缆或管路进行模制。热层（有时与来自旁通风管的空气的计划冷却流一起）在降低IFS的内表面的温度方面非常有效，因而IFS通常可由碳纤维增强型复合材料制成，复合材料因其轻质而成为理想材料。

然而，热层本身会增加机舱的重量和尺寸。热层可能需要IFS的内表面进一步与发动机核心外壳径向隔开一英寸或更多。此额外的英寸意味着整体机舱系统的直径将更大，从而可大大增加机舱的重量和阻力。此外，热层比较昂贵、增加额外的安装时间、有时并不如期望的那么可靠，并且在检修过程中难以移动或维修IFS的任何部分。

期望一种不需要热层但重量较轻并且满足结构和温度要求的IFS。

简述

下文呈现出简单概述，以便提供本公开内容的一些方面的基本理解。此概述并非本公开内容的广泛概述。这并不意图给出本公开内容的重要或关键元素，也不意图描述本公开内容的范围。以下概述仅仅以简化的方式呈现出本公开内容的一些概念，作为下文描述内容的序言。

本公开内容的方面涉及一种用于飞机的系统，该系统包括：钛制瓶状部分，其包括被配置成容纳发动机的至少两个部分；以及耦接到瓶状部分的至少一个分岔壁板，其中至少一个分岔壁板包括不同于钛的材料。在一些实施方案中，该系统包括至少一个v形叶片，其被配置成在发动机的前端处耦接瓶状部分和发动机。在一些实施方案中，该系统包括下列一个：至少一个平衡物，其被配置成在发动机的后端处耦接瓶状部分和发动机；以及至少第二v形叶片，其被配置成在发动机的后端处耦接瓶状部分和发动机。在一些实施方案中，该系统包括耦接到至少一个分岔壁板的至少一个横梁。在一些实施方案中，至少一个横梁与至少一个分岔壁板成整体。在一些实施方案中，至少一个横梁是铰接梁。在一些实施方案中，该系统包括管壁，其被配置成可在向前方向或向后方向中的至少一个上平移的单件。在一些实施方案中，该系统包括吊架，其耦接到至少一个分岔壁板并且与至少一个分岔壁板成整体。在一些实施方案中，钛制瓶状部分是彼此耦接时形成360°桶形的两个部分。在一些实施方案中，钛制瓶状部分是彼此耦接时形成360°桶形的至少三个部分。在一些实施方案中，至少三个部分中的第一个被配置成耦接到吊架。在一些实施方案中，至少三个部分中的第一个被配置成经过管道、线缆、导线、管路和发动机支撑结构中的至少一个。在一些实施方案中，至少一个分岔壁板位于至少三个部分中的第一个的跨度中。在一些实施方案中，至少一个分岔壁板附接到瓶状部分。在一些实施方案中，至少一个分岔壁板包括复合材料。在一些实施方案中，瓶状部分被配置成轴向沿着瓶状部分来转移发动机产生的负载。

附图简述

通过实例来说明本公开内容，但并不限于附图，在附图中，相同的参考编号表示相同的元件。

图1是描绘典型机舱系统的示意图。

图2是描绘典型IFS半部的示意图。

图3是根据本公开内容的原理的IFS的图解。

图4是图3所示IFS的附加视图。

图5A到图5B示出用于将IFS附接到发动机的示例性实施方案。

图6A到图6E示出用于将一个或多个分岔壁板接合/耦接到一个或多个横梁的示例性实施方案。

图7A到图7D示出用于将IFS的瓶状部分彼此耦接和去耦的示例性实施方案。

详述

应注意，以下描述内容和附图（其内容以引用的方式并入本公开内容中）中列出了各种连接。应注意，这些连接是通用的，并且除非另外说明，否则这些连接可以是直接或间接的，并且本说明书并不意图限制这一方面。两个或更多个实体之间的连接可以指直接连接或间接连接。间接连接可包括一个或多个介入的实体。

根据公开内容的各方面，所描述的设备、系统和方法用于制作和使用机舱。在一些实施方案中，IFS半部由全钛的桶形瓶状部分和独立形成的分岔机翼构成，该分岔机翼可由复合材料或其他材料（例如，铝）构成。

图3示出具有钛制瓶状部分110和独立形成的分岔半部120的IFS 100。

钛制瓶状部分110可以是由钛制（实心）内蒙皮、钛制六边形（或其他形状）蜂窝芯以及钛制（穿孔）外表皮形成的接合结构壁板。如有需要，这种接合的壁板可形成完整的360°桶形。这有效形成至少两个瓶状部分110，其在桶形完全接合之后可彼此分开。

单独的分岔壁板120可形成为复合接合壁板，其中碳纤维增强型环氧内蒙皮和外表皮接合到中心的六边形（或其他形状）蜂窝芯，以便采用已知的方式形成坚固而轻质的结构。在一些实施方案中，一个或多个外表皮有穿孔。

瓶状部分110配合在一起，从而它们围绕发动机核心形成大体密封的燃烧室，如图4所示。瓶状部分110在接合处112配合在一起。防火密封件（图4中未示出）配合在这些接合处112中，以围绕发动机核心形成密封环境，防止任何火或热气逃窜和蔓延。瓶状部分110可彼此紧固或夹紧，以支持在发动机核心周围的管道破裂时可能发生的内部压力条件的突然增加。在这方面，瓶状部分110可充当压力容器。

瓶状部分110中可形成穿孔，以使得管道、线缆、导线、管路和发动机支撑结构穿过瓶状部分110并且到达发动机核心。这些穿孔中的一个或多个可被密封，以便在两个接合的瓶状部分110的内部维持密封环境。可添加预防措施，以便对过度加压的发动机核心室进行释压。

由于瓶状部分110界定并形成围绕发动机核心的腔室，因此，分岔壁板并不暴露于发动机核心周围的高温环境，并且可由先前描述的复合壁板制成，无需任何热层保护。

全钛的瓶状部分110可以承受发动机核心环境的高热量以及从内到外的较大热梯度，并且无需热层。

瓶状部分110可被配置成最小化/减少将负载转移到分岔壁板120和一个或多个横梁（横梁的实例在下文进一步描述）。如果施加在分岔壁板120和横梁上的负载可以减少，那么分岔壁板120和横梁的尺寸/尺度可以制得更小，从而导致分岔壁板120和横梁的重量减少。

分岔壁板120可在单独形成之后接合到瓶状部分110。或者，分岔壁板120可以只是压在和密封在瓶状部分110的外表面上，而改为安装到其他结构并由其支撑，例如，吊架或者反推力装置的外部固定结构。

与瓶状部分110分开的分岔壁板120的使用可减轻因瓶状部分110想要比分岔壁板120在轴向上热增长更多而产生的应力集中。图5A描绘用于附接的第一技术/选择，其中钛制桶形/瓶状部分110经由附接构件504在前端处附接到发动机的风扇外壳502。附接构件504可包括v形叶片/v形凹槽、螺栓接头、插销以及铰链等。与发动机轴同心的后部浮动阻尼器/平衡物506用于将瓶状部分110耦接到发动机，而无需将瓶状部分110附接到发动机的后部。这种缺少后部附接件的情况允许上述的热增长。

图5B描绘用于附接的第二技术/选择。此第二技术类似于图5A中使用的技术，但代替使用阻尼器/平衡物506，将第二附接构件556用在后部以将瓶状部分110附接到发动机。附接构件556可包括或对应于可结合上述附接构件504使用的附接构件。尽管图5B中描绘的第二技术可能不像图5A的第一技术那样容易应用于实现热增长，但部件和装置可因同样邻近彼此而增长到相同的程度（在量级上），从而无需合并用来调节热增长的机构。图5B中描绘的第二技术可促进瓶状部分110与发动机核心之间的负载共享，从而使得瓶状部分110可被视作/当作发动机核心的外骨骼。结合相对于风扇直径而具有更小发动机核心的趋势并且因此刚度更小且更容易弯曲的发动机/发动机核心，这一效果尤其明显。

图6A到图6E示出用于将分岔壁板120连接/耦接到横梁的各个实施方案。下文进一步详细地描述这些实施方案。

在图6A中，上部分岔壁板120与（复合）铰接梁602成整体（例如，与之混合）。类似地，下部分岔壁板120与（复合）闩锁梁604成整体（例如，与之混合）。因此，上部分岔壁板120与铰接梁602采用相同的（复合）材料，并且下部分岔壁板120与闩锁梁604采用相同的（复合）材料。此外，如图6A所示，铰接梁602可耦接到吊架606（或其他结构）。

在图6B中，上部分岔壁板120紧固或用螺栓固定到铰接梁602。类似地，下部分岔壁板120紧固或用螺栓固定到闩锁梁604。因此，不同于其中分岔壁板120与梁602和604成整体的图6A，在图6B中，分岔壁板120可由与梁602和/或梁604的材料不同的材料（例如，复合材料）制成。

图6C描绘可称为O形管道的配置，其中相对于图6A到图6B的实施方案而言，在图6C中省略了下部分岔壁板120。在图6C中，上部分岔壁板120与铰接梁602之间的连接可粘附到图6A的整体配置或图6B的紧固。

在图6D中，示出了类似于图6C的O形管道。然而，鉴于图6C（和图6A到图6B）的实施方案/配置包括可旋转/铰接式管壁616，在图6D中，管壁616是可在向前或向后方向上平移的单件。

在一些实施方案中，上部分岔壁板120可以是吊架606的延伸。因此，类似于其中分岔壁板120与梁602和/或604成整体的图6A，在图6E中，上部分岔壁板120可与吊架606成整体。在图6E中，瓶状部分110中的第一个被表示为110-1，并且瓶状部分110中的第二个被表示为110-2。

图6E的实施方案示为包括支撑结构610。下文进一步描述此类支撑结构的角色和作用。

图7A到图7D示出用于将瓶状部分的第一个110-1连接/耦接到瓶状部分的第二个110-2的各个实施方案。下文进一步详细地描述这些实施方案。

在图7A中，第一瓶状部分110-1和第二瓶状部分110-2各自促成整体360°桶形中的180°，并且可在顶部和底部沿着共用中心线接合。在部分110-1和110-2在中心线处接合的地方，可提供防火密封件702，以确保发动机内的任何火或高压条件都容纳在瓶状部分110内。类似地，在分岔壁板120与部分110-1和110-2之间的接口点704处，可提供性能密封件，以便维持在管壁616（表示为图7A中的管壁部分616-1和616-2）与部分110-1和110-2之间形成的管道706（例如，发动机风扇管道）内的气流或压力。

在图7A中，管壁部分616-2示为处于打开位置，这可便于接近与吊架606、部分110-1和110-2或者部分110-1和110-2内容纳的发动机相关联的系统。在这方面，部分110-1和/或部分110-2可包括一个或多个罩板722。罩板722可调整尺寸或位置，以便于接近容纳在瓶状部分110内的发动机的一个或多个部件。罩板722的位置或尺寸可进行选择，以便于接近被视作关键或者可能需要高度检修/维护的发动机的部件。因此，罩板722可用来实现接近发动机部件，而无需将部分110-1和110-2彼此分开。

在图7B中，部分110-1和110-2示为围绕共用中心线在底部接合。然而，替代于如图7A中在顶部接合起来，部分110-1和110-2耦接（例如，附接）到承台/工作台/支撑结构710（其可对应于图6E的支撑结构610）。因此，在图7B中，桶由至少三个部分/零件（例如，部分110-1、110-2以及支撑结构710）形成。不同于图7A的实施方案，在图7B的实施方案中，部分110-1和110-2可促成少于360°桶形中的180°。

支撑结构710可对应于吊架606的实际底板的偏移，从而支撑结构710可在制造/组装吊架时被制成/组装起来。或者，支撑结构710可作为制造部分110-1和110-2的一部分而被制成。不管支撑结构710是如何制成的，支撑结构710最终都可形成吊架606的一部分或固定到吊架。通过这种方式，由飞机的其他部分产生的最终转移到吊架606中的任何负载都不会影响部分110-1和110-2（反之亦然）。此外，支撑结构710可表示参考的固定支撑结构/机架，以用于组装或拆除包括固定和铰接接头的部分110-1和110-2。

支撑结构710可用作隔板，以使得管道、线缆、导线、管路和发动机支撑结构穿过瓶状部分110并且到达发动机核心。

在图7C中，部分110-2示为以枢转方式围绕支撑结构710旋转（可能是经由铰链和/或销）。此外，在图7C中，上部分岔壁板120位于支撑结构710的跨度内，并且当管壁部分616-1或616-2打开/旋转时不会随着管壁部分616-1或616-2一起移动（不同于图7B的实施方案）。在这方面，图7C的实施方案类似于图6E的实施方案（其中上部分岔壁板120与吊架606成整体）。

在图7D中，分岔壁板120耦接（例如，附接）到瓶状部分110-1和110-2以及管壁部分616-1和616-2。因此，当管壁部分616-1和616-2被摆动打开时，部分110-1和110-2可分别摆动打开。部分110-1和110-2可包括切口或孔眼，以便发动机连接件穿过。

在图7A到图7D中，一个或多个附接构件可用来将部分110-1和110-2彼此附接，或者将部分110-1和/或部分110-2附接到另一部件/装置（例如，支撑结构710）。此类附接构件可包括紧固件、闩锁、铰链、销等。当这些部分经由附接构件被附接时，这些部分可用来调节圆周应力，例如，基于超压力条件的圆周应力。

本公开内容的技术效果和效益包括通过使用耦接到由不同于钛的材料（例如，复合材料、铝等）制成的一个或多个额外部件（例如，分岔壁板120）的钛制瓶状部分110（或子部分110-1和110-2），减少IFS的重量和相关成本。例如，由容纳在瓶状部分110中的发动机产生的任何负载可沿着瓶状部分110在跨度方向/轴向转移，从而允许最小化/减少分岔壁板120和横梁602，604的尺寸/重量。因此，可以实现最小化重量/成本而同时仍提供结构和功能完整性的设计。

尽管为了方便说明，已经结合各离散实施方案描述了本公开内容的方面，但应理解，第一实施方案的一个或多个方面可与一个或多个额外实施方案的一个或多个额外方面相结合。所有此类变化和修改都属于本公开内容的范围和精神。

已经结合说明性实施方案描述了本公开内容的方面。所属领域的技术人员在阅读本公开内容后将认识到所附权利要求书的范围和精神内的许多其他实施方案、修改和变化。例如，所属领域的技术人员将了解，结合说明性附图描述的步骤可按照不同于所述顺序来执行，并且根据本公开内容的方面，所说明的一个或多个部件是可选的。

Claims (12)

1.一种用于飞机的系统，其包括：

钛制瓶状部分，其被配置成容纳发动机；以及

耦接到所述瓶状部分的至少一个分岔壁板，

其中所述至少一个分岔壁板包括不同于钛的材料，

其中所述至少一个分岔壁板独立形成，

其中所述钛制瓶状部分是彼此耦接时形成360°桶形的至少三个部分，所述至少三个部分中的第一部分被配置成耦接到吊架。

2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

至少一个v形叶片，其被配置成在所述发动机的前端处耦接所述瓶状部分和所述发动机。

3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括下列一个：

至少一个平衡物，其被配置成在所述发动机的后端处耦接所述瓶状部分和所述发动机；以及

至少第二v形叶片，其被配置成在所述发动机的后端处耦接所述瓶状部分和所述发动机。

4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

耦接到所述至少一个分岔壁板的至少一个横梁。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述至少一个横梁与所述至少一个分岔壁板成整体。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述至少一个横梁是铰接梁。

7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

管壁，其被配置成可在向前方向或向后方向中的至少一个上平移的单件。

8.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

吊架，其耦接到所述至少一个分岔壁板并与所述至少一个分岔壁板成整体。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少三个部分中的第一部分被配置成使管道、线缆、导线、管路和发动机支撑结构穿过所述瓶状部分。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个分岔壁板位于所述至少三个部分中的第一部分的跨度中。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个分岔壁板附接到所述瓶状部分。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个分岔壁板包括复合材料，并且其中所述瓶状部分被配置成轴向沿着所述瓶状部分来转移所述发动机产生的负载。