本公开大体上涉及用于在航空航天应用中使用的空隙控制系统，并且更具体地涉及用于在空隙控制系统中使用的歧管。
背景技术：
至少一些已知的燃气涡轮发动机，如飞行器发动机包括绕着压缩机沿周向延伸的发动机壳，和均包括转子组件和定子组件的涡轮。已知的转子组件包括至少一排旋转叶片，其从联接于转子组件的叶片根部沿径向向外延伸至在定子组件附近经过的叶片末端。径向末端空隙限定在旋转叶片末端与附接于发动机壳的静止护罩之间。
在这些已知的组件中，在发动机操作期间，发动机中的热环境的变化可引起转子和定子组件的热膨胀或收缩。此类热膨胀或收缩可并未在大小或速率方面一致地发生。结果，如在转子叶片末端与护罩之间的意外摩擦可发生。此外，径向空隙可产生，其比可接受的设计空隙更宽。这些较宽的空隙可不利地影响发动机性能。转子叶片末端与发动机壳之间的继续摩擦可导致转子叶片的过早故障。
至少一些已知的飞行器发动机使用主动空隙控制系统来控制发动机壳的热膨胀或收缩。例如，至少一些已知的主动空隙控制系统从压缩机或其它适合的流体源朝发动机壳排放空气流。在一些实施例中，空气流从绕着发动机壳沿周向延伸的歧管排放。歧管典型地由金属片制造，并且在滚轧成型过程中形成。然而，金属片的厚度和用于形成歧管的过程大体上限制歧管的最终形状。此外，金属片的厚度典型地为有限的，以减小飞行器发动机的重量。
技术实现要素：
在一方面，提供了一种用于在空隙控制系统中使用的歧管。歧管包括：包括至少部分地限定壳体内部的多个壁的壳体，以及与壳体集成地形成的喷嘴部分。喷嘴部分在多个壁中的相邻壁之间延伸，并且包括至少一个喷嘴凸起，其具有限定在其中的多个冲击开口。至少一个喷嘴凸起从相邻壁沿关于壳体的内部的向外方向延伸。
在另一方面，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括流体源，以及构造成接收来自流体源的空气流的歧管。歧管包括：包括至少部分地限定壳体的内部的多个壁的壳体，以及与壳体集成地形成的喷嘴部分。喷嘴部分在多个壁中的相邻壁之间延伸，并且包括至少一个喷嘴凸起，其具有限定在其中的多个冲击开口。至少一个喷嘴凸起从相邻壁沿关于壳体的内部的向外方向延伸。
在又一方面，提供了一种制造用于在空隙控制系统中使用的歧管的方法。该方法包括提供壳体，其包括至少部分地限定壳体的内部的多个壁，以及使喷嘴部分与壳体集成地形成。喷嘴部分在多个壁中的相邻壁之间延伸，并且包括至少一个喷嘴凸起，其具有限定在其中的多个冲击开口。至少一个喷嘴凸起从相邻壁沿关于壳体的内部的向外方向延伸。
技术方案1.一种用于在空隙控制系统中使用的歧管，所述歧管包括：
壳体，其包括至少部分地限定所述壳体的内部的多个壁；以及
与所述壳体集成地形成的喷嘴部分，所述喷嘴部分在所述多个壁中的相邻壁之间延伸，并且包括具有限定穿过其的多个冲击开口的至少一个喷嘴凸起，其中所述至少一个喷嘴凸起从所述相邻壁沿关于所述壳体的所述内部的向外方向延伸。
技术方案2.根据技术方案1所述的歧管，其特征在于，所述喷嘴部分与所述壳体分开地形成并且随后与其集成地形成。
技术方案3.根据技术方案1所述的歧管，其特征在于，所述多个壁包括第一壁、第二壁和在所述第一壁与所述第二壁之间延伸的第三壁，所述喷嘴部分在所述第一壁与所述第三壁之间延伸。
技术方案4.根据技术方案1所述的歧管，其特征在于，所述多个壁包括大致与彼此平行延伸的第一壁和第二壁，所述喷嘴部分在所述第一壁与所述第二壁之间延伸。
技术方案5.根据技术方案4所述的歧管，其特征在于，所述喷嘴部分包括形成在所述喷嘴部分的相邻端处的第一喷嘴凸起和第二喷嘴凸起。
技术方案6.根据技术方案1所述的歧管，其特征在于，至少一个喷嘴凸起具有一厚度，使得所述多个冲击开口的长度与直径比大于大约1:1。
技术方案7.一种燃气涡轮发动机，其包括：
流体源；以及
歧管，其构造成接收来自所述流体源的空气流，所述歧管包括：
壳体，其包括至少部分地限定所述壳体的内部的多个壁；以及
与所述壳体集成地形成的喷嘴部分，所述喷嘴部分在所述多个壁中的相邻壁之间延伸，并且包括具有限定穿过其的多个冲击开口的至少一个喷嘴凸起，其中所述至少一个喷嘴凸起从所述相邻壁沿关于所述壳体的所述内部的向外方向延伸。
技术方案8.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述歧管具有弧形形状。
技术方案9.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述歧管由均具有弧形形状的多个歧管节段形成。
技术方案10.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括壳，其包括外表面和从所述外表面延伸的径向部件，其中所述至少一个喷嘴凸起定向成朝限定在所述外表面与所述径向部件之间的填角区域延伸。
技术方案11.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述喷嘴部分与所述壳体分开地形成并且随后与其集成地形成。
技术方案12.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个壁包括第一壁、第二壁和在所述第一壁与所述第二壁之间延伸的第三壁，所述喷嘴部分在所述第一壁与所述第三壁之间延伸。
技术方案13.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个壁包括大致与彼此平行延伸的第一壁和第二壁，所述喷嘴部分在所述第一壁与所述第二壁之间延伸。
技术方案14.根据技术方案13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述喷嘴部分包括形成在所述喷嘴部分的相邻端处的第一喷嘴凸起和第二喷嘴凸起。
技术方案15.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，至少一个喷嘴凸起具有一厚度，使得所述多个冲击开口的长度与直径比大于大约1:1。
技术方案16.一种制造用于在空隙控制系统中使用的歧管的方法，所述方法包括：
提供壳体，其包括至少部分地限定所述壳体的内部的多个壁；以及
使喷嘴部分与所述壳体集成地形成，其中所述喷嘴部分在所述多个壁中的相邻壁之间延伸，并且包括具有限定穿过其的多个冲击开口的至少一个喷嘴凸起，所述至少一个喷嘴凸起从所述相邻壁沿关于所述壳体的所述内部的向外方向延伸。
技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在使所述喷嘴部分与所述壳体集成地形成之前除去所述相邻壁的部分。
技术方案18.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
限定所述多个壁中的至少一个壁中的多个开口；以及
使所述喷嘴部分关于所述壳体定向，使得所述多个冲击开口和所述多个开口大致对准。
技术方案19.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用添加制造技术来形成所述喷嘴部分。
技术方案20.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，使喷嘴部分与所述壳体集成地形成包括铸造所述喷嘴部分和所述壳体、将所述喷嘴部分硬钎焊于所述壳体，或将所述喷嘴部分焊接于所述壳体中的至少一种。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它的特征、方面和优点，在该附图中，相似的标记在所有附图中表示相似的部件，其中：
图1为示例性涡扇发动机的示意图；
图2为图1中所示的涡扇发动机的一部分的截面视图；
图3为可与图2中所示的空隙控制系统一起使用的示例性歧管组件的一部分的透视截面图；
图4为可用于图3中所示的歧管组件中的第一歧管的放大透视图；
图5为根据本公开的第一实施例的图2中所示的空隙控制系统的一部分的截面视图；
图6为根据本公开的第二实施例的图2中所示的空隙控制系统的一部分的截面视图；
图7为根据本公开的第三实施例的图2中所示的空隙控制系统的一部分的截面视图；
图8为根据本公开的第四实施例的图2中所示的空隙控制系统的一部分的截面视图；
图9为根据本公开的第五实施例的图2中所示的空隙控制系统的一部分的截面视图；
图10为根据本公开的第六实施例的可用于图3中所示的歧管组件中的第一歧管的放大透视图；以及
图11为图10中所示的第一歧管的局部断面视图。
除非另外指出，否则本文中提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。这些特征认为是适用于多种系统，其包括本公开的一个或更多个实施例。就此而言，附图不意在包括本文中公开的实施例的实践所需的、本领域技术人员已知的所有常规特征。
部件列表
10涡扇发动机
12风扇组件
14增压压缩机
16高压压缩机
18燃烧器组件
20高压涡轮
22低压涡轮
24风扇叶片
26转子盘
28第一传动轴
30第二传动轴
32进气口
34排气口
36中心线
38壳
40外表面
42第一径向部件
44第二径向部件
46填角区域
47空隙控制系统
48歧管组件
50分送集管
52第一歧管
54第二歧管
56第三歧管
58空气流
60第一壳体
62第一喷嘴部分
64第二壳体
66第二喷嘴部分
68内部
70第一壁
72第二壁
74第三壁
75喷嘴凸起
76内部
78第一壁
80第二壁
82第一喷嘴凸起
84第二喷嘴凸起
86会聚壁
88冲击开口
90出口
92第一喷嘴部分
94开口
96第一喷嘴部分
98弯曲壁
100第一喷嘴部分
102喷嘴凸起
104第一喷嘴部分
106结节。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参照一定数量的用语，其应当限定为具有以下意义。
单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数参照，除非上下文另外清楚地指出。
"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可或可不发生，并且描述包括其中事件发生的情况，以及其中其不发生的情况。
如本文中遍及说明书和权利要求使用的近似语言可应用于修饰可在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下可容许地改变的任何数量表达。因此，由用语或多个用语如"大约"、"近似"和"大致"修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。此处和遍及说明书和权利要求，范围限制可组合和/或互换，此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
如本文中使用的，用语"轴向"和"轴向地"是指大致平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，用语"径向"和"径向地"是指大致垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，如本文中使用的，用语"周向"和"周向地"是指围绕涡轮发动机的中心线弧形地延伸的方向和定向。
本公开的实施例涉及涡轮发动机如涡扇及其制造方法。更具体而言，本文中所述的涡轮发动机包括主动空隙控制系统，其包括用于朝涡轮发动机的壳导送空气流的至少一个歧管。歧管包括壳体，以及与壳体分开地形成并且随后与壳体集成地形成的喷嘴部分。喷嘴部分包括至少一个喷嘴凸起，其便于减小喷嘴凸起与壳之间的距离和/或提高喷嘴部分的文丘里效应中的至少一种，以提高朝壳导送的空气流的冷却效率。此外，喷嘴部分使用添加制造技术与壳体分开地形成，例如，以确保可实现喷嘴凸起的复杂形状，而不增大歧管的总体的厚度和重量。
图1为示例性涡扇发动机10的示意图，示例性涡扇发动机10包括风扇组件12、低压或增压压缩机14、高压压缩机16和燃烧器组件18。风扇组件12、增压压缩机14、高压压缩机16和燃烧器组件18流动连通联接。涡扇发动机10还包括与燃烧器组件18和低压涡轮22流动连通联接的高压涡轮20。风扇组件12包括从转子盘26沿径向向外延伸的风扇叶片24的阵列。低压涡轮22通过第一传动轴28联接于风扇组件12和增压压缩机14，并且高压涡轮20通过第二传动轴30联接于高压压缩机16。涡扇发动机10具有进气口32和排气口34。涡扇发动机10还包括中心线36，风扇组件12、增压压缩机14、高压压缩机16以及涡轮20和22绕着中心线36旋转。
在操作中，穿过进气口32进入涡扇发动机10的空气朝增压压缩机14导送穿过风扇组件12。压缩空气从增压压缩机14朝高压压缩机16排放。高度压缩的空气从高压压缩机16朝燃烧器组件18导送，与燃料混合，并且混合物在燃烧器组件18内燃烧。由燃烧器组件18生成的高温燃烧气体朝涡轮组件20和22导送。燃烧气体随后从涡扇发动机10经由排气口34排放。
图2为涡扇发动机10(图1中所示)的部分的截面视图。在示例性实施例中，涡扇发动机10包括从高压涡轮20沿径向向外定位的壳38。壳38包括外表面40，以及从外表面40延伸的第一径向部件42和第二径向部件44。在一个实施例中，第一径向部件42和第二径向部件44实施为热控制环，其从外表面40沿径向向外延伸。此外，填角区域46限定在外表面40与第一径向部件42和第二径向部件44中的各个之间。
涡扇发动机10还包括空隙控制系统47，其包括从壳38沿径向向外定位的歧管组件48。在示例性实施例中，歧管组件48包括分送集管50，以及与分送集管50流动连通的第一歧管52、第二歧管54和第三歧管56。在操作中，分送集管50接收来自流体源的空气流58，如但不限于风扇组件12、增压压缩机14(均在图1中示出)，或任何其它适合的源。就此而言，歧管组件48中的各个歧管52,54和56接收来自流体源的空气流58，用于朝壳38导送空气流58。在备选实施例中，壳38和歧管组件48从低压涡轮22(图1中所示)沿径向向外定位。
图3为可与空隙控制系统47(图2中所示)一起使用的歧管组件48的一部分的透视截面图。在示例性实施例中，第一歧管52和第二歧管54均包括壳体和与壳体集成地形成的喷嘴部分。更具体而言，第一歧管52包括第一壳体60和与第一壳体60集成地形成的第一喷嘴部分62，并且第二歧管54包括第二壳体64和与第二壳体64集成地形成的第二喷嘴部分66。第一壳体60包括多个壁，其至少部分地限定第一壳体60的内部68。更具体而言，多个壁包括第一壁70、第二壁72，以及在第一壁70与第二壁72之间延伸的第三壁74。如下文将更详细所述，第一歧管52和第二歧管54的喷嘴部分在多个壁中的相邻壁之间延伸，并且包括具有限定在其中的多个冲击开口(图3中未示出)的至少一个喷嘴凸起75。在示例性实施例中，第一喷嘴部分62在第一壁70与第三壁74之间延伸。
第二壳体64包括至少部分地限定第二壳体64的内部76的多个壁。更具体而言，多个壁包括大致与彼此平行延伸的第一壁78和第二壁80。第二喷嘴部分66在第一壁78与第二壁80之间延伸。第二喷嘴部分66与第一喷嘴部分62的差别在于，第二喷嘴部分66包括一个以上的喷嘴凸起。更具体而言，第二喷嘴部分66包括形成在第二喷嘴部分66的相邻端处的第一喷嘴凸起82和第二喷嘴凸起84。就此而言，第二歧管54能够在定位在第一径向部件42与第二径向部件44(所有在图2中示出)之间时朝壳38的相邻填角区域46导送空气流58。
此外，第一歧管52、第二歧管54和第三歧管56(图2中示出)均具有弧形形状，以使得歧管组件能够绕着壳38沿周向延伸(图2中示出)。在一个实施例中，各个歧管52,54和56由均具有弧形形状的多个歧管节段形成。将第一歧管52、第二歧管54和第三歧管56分成多个歧管节段便于解决在涡扇发动机10的操作期间在其间的热膨胀的差异。
图4为可用于歧管组件48(图3中所示)中的第一歧管52的放大透视图，并且图5为根据本公开的第一实施例的空隙控制系统47(图2中所示)的一部分的截面视图。在示例性实施例中，第一壁70和第三壁74(即，相邻壁)的部分在使第一喷嘴部分62与第一壳体60集成地形成之前除去，并且第一喷嘴部分62联接于第一壁和第三壁74，以覆盖曾经由除去的部分占据的空间。更具体而言，第一喷嘴部分62在第一壁70与第三壁74之间延伸，并且包括具有限定在其中的多个冲击开口88的至少一个喷嘴凸起75。喷嘴凸起75由具有限定在其间的小于大约90°的角的一对会聚的壁86形成。就此而言，会聚的壁86使得喷嘴凸起75能够从相邻壁沿关于第一壳体60的内部68的向外方向延伸，以减小冲击开口88的出口90与壳38的填角区域46之间的距离。
在示例性实施例中，第一喷嘴部分62与第一壳体60分开地形成并且随后与其集成地形成。如本文中使用的，"集成地形成"是指将设备的单独的构件或特征形成为单个整体结构。例如，第一喷嘴部分62和第一壳体60可铸造为单个整体结构，或者第一喷嘴部分62可硬钎焊或焊接于第一壳体60。此外，在一个实施例中，第一喷嘴部分62使用添加制造技术形成，以确保可实现第一喷嘴部分62的期望形状。示例性添加制造技术包括但不限于激光烧结过程。在备选实施例中，第一喷嘴部分62使用常规金属片制造，其具有大于第一壁70、第二壁72或第三壁74的厚度，以便于产生期望的喷嘴效果。
图6为根据公开的第二实施例的空隙控制系统47(图2中所示)的一部分的截面视图。在示例性实施例中，第一喷嘴部分92的喷嘴凸起75具有一厚度，使得多个冲击开口88的长度(l)与直径(d)比大于大约1:1。更具体而言，喷嘴凸起75比第一壁70和第二壁72更厚。增大喷嘴凸起75的厚度便于减小冲击开口88的出口90与填角区域46之间的距离，以及改进冲击开口88的文丘里效应。
图7为根据本公开的第三实施例的空隙控制系统47(图2中所示)的一部分的截面视图。在示例性实施例中，第一壳体60包括限定在多个壁中的至少一个壁中的多个开口94。更具体而言，替代除去第一壁70和第三壁74的部分(如本公开的第一实施例和第二实施例中所示)，第一喷嘴部分96联接于第一壳体60，并且定向成使得多个冲击开口88和多个开口94大致对准。就此而言，喷嘴凸起75与填角区域46之间的距离减小，并且冲击开口88的文丘里效应改进，而不必除去第一壁70和第三壁74的部分。
图8为根据本公开的第四实施例的空隙控制系统47(图2中所示)的一部分的截面视图。在示例性实施例中，第一壳体60包括联接在第一喷嘴部分62与第二壁72之间的弯曲壁98。弯曲壁98具有便于将空气从内部68内朝第一喷嘴部分62平稳地引导的扫掠(swept)构造。
图9为根据本公开的第五实施例的空隙控制系统47(图2中所示)的一部分的截面视图。在示例性实施例中，第一壁70和第二壁72的部分在使第一喷嘴部分100与第一壳体60集成地形成之前除去，并且第一喷嘴部分100联接于第一壁70和第二壁72，以覆盖曾经由除去的部分占据的空间。更具体而言，第一喷嘴部分100在第一壁70与第二壁72之间延伸，并且包括具有限定在其中的多个冲击开口88的至少一个喷嘴凸起102。喷嘴凸起102定位成使得从冲击开口88排放的空气朝壳38的除了填角区域46之外的一部分引导。
图10为根据本公开的第六实施例的第一歧管52的放大透视图，第一歧管52可用于歧管组件48(图3中所示)中，并且图11为第一歧管52的部分的局部断面视图。在示例性实施例中，第一喷嘴部分104包括从第一喷嘴部分104延伸并且与其集成地形成的多个结节106。多个结节106提供局部增大的厚度，以便于改进冲击开口88的文丘里效应。此外，局部增大的厚度便于减小第一歧管52的重量。
本文中所述的系统和方法的示例性技术效果包括以下中的至少一种：(a)减小喷嘴的冲击开口的出口与发动机壳之间的距离；(b)提高喷嘴的文丘里效应；以及(c)改进朝发动机壳导送的空气流的冷却效率。
上文详细描述了涡扇发动机和相关构件的示例性实施例。系统不限于本文中所述的特定实施例，而是相反，系统的构件和/或方法的步骤可独立于本文中所述的其它构件和/或步骤并且与它们分开地使用。例如，本文中所述的构件的构造还可与其它过程组合使用，并且不限于仅利用如本文中所述的涡扇发动机和相关方法来实践。相反，示例性实施例可结合其中期望朝物体导送流体的许多应用实施和使用。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可在一些附图中示出并且在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的实施例的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来参照和/或要求权利。
该书面的描述使用实例以公开本公开的实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本公开的实施例(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本文中描述的实施例的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。