冲压空气风扇进口护罩的制作方法
【专利摘要】本文提供一种用于冲压空气风扇组件的冲压空气风扇进口护罩。所述冲压空气风扇进口护罩包括从圆锥部分向外延伸的护罩部分。所述圆锥部分提供中心部分与内冲压空气风扇毂接合部分之间的过渡。所述圆锥部分包括具有一定槽弧长并且间隔开一定槽间距角的多个内冷却槽。所述槽间距角与所述槽弧长的比是在约1.24与1.4之间。所述冲压空气风扇进口护罩还包括凹陷部分，所述凹陷部分位于所述内冲压空气风扇毂接合部分与外冲压空气风扇毂接合部分之间。所述凹陷部分包括多个外冷却孔。
【专利说明】冲压空气风扇进口护罩
[0001] 发明背景 本文所公开的主题涉及飞行器环境控制。更确切地说，本公开涉及一种用于飞行器环 境控制系统的冲压空气风扇的进口护罩。
[0002] 许多类型的飞行器出于各种目的而使用冲压气流，如在用于飞行器的冷却系统 中。例如，冲压气流可以用来从各个飞行器润滑和电气系统移除热量和/或用于调节飞行 器机舱空气。当飞行器处于飞行状态时，飞行器的运动产生可用于以上所描述目的的充足 的冲压气流来源。当飞行器在地面上或正在以低速运行时，冲压空气风扇通常用于增加流 向冷却系统的气流。这样一种冲压空气风扇由电动机驱动，而电动机又必须由流动跨越它 的空气来冷却。冷却流在热交换器进口处被抽吸并且跨越电动机到达冲压空气风扇进口。 冷却空气的流动、并且因此电动机和冲压空气风扇的性能通常受从热交换器进口到冲压空 气风扇进口的压力下降的限制。必须在可以影响热交换器性能的这个压力下降与向电动机 和冲压空气风扇组件的其它部件提供充足的冷却流之间实现平衡。
[0003] 发明简述 根据本发明的一个方面，提供一种用于冲压空气风扇组件的冲压空气风扇进口护罩。 所述冲压空气风扇进口护罩包括从圆锥部分向外延伸的护罩部分。所述圆锥部分提供中心 部分与内冲压空气风扇毂接合部分之间的过渡。所述圆锥部分包括具有一定槽弧长并且间 隔开一定槽间距角的多个内冷却槽。所述槽间距角与所述槽弧长的比是在约1. 24与1. 4 之间。所述冲压空气风扇进口护罩还包括凹陷部分，所述凹陷部分位于所述内冲压空气风 扇毂接合部分与外冲压空气风扇毂接合部分之间。所述凹陷部分包括多个外冷却孔。
[0004] 根据本发明的另一个方面，冲压空气风扇组件包括设置于风扇进口处的冲压空气 风扇。所述冲压空气风扇包括连接到多个风扇叶片的冲压空气风扇毂。冲压空气风扇电机 可操作地连接到所述冲压空气风扇。所述冲压空气风扇组件还包括设置在所述冲压空气风 扇毂附近的冲压空气风扇进口护罩。所述冲压空气风扇进口护罩包括从圆锥部分向外延伸 的护罩部分。所述圆锥部分提供中心部分与内冲压空气风扇毂接合部分之间的过渡。所述 圆锥部分包括具有一定槽弧长并且间隔开一定槽间距角的多个内冷却槽。所述槽间距角与 所述槽弧长的比是在约1. 24与1. 4之间。所述冲压空气风扇进口护罩还包括凹陷部分，所 述凹陷部分位于所述内冲压空气风扇毂接合部分与外冲压空气风扇毂接合部分之间。所述 凹陷部分包括多个外冷却孔。
[0005] 根据本发明的再一个方面，提供一种将冲压空气风扇进口护罩安装在冲压空气风 扇组件中的方法。所述冲压空气风扇进口护罩被布置在连接到多个风扇叶片的冲压空气风 扇毂附近。所述风扇叶片被构造成至少部分地延伸跨越所述冲压空气风扇组件的冲压空气 风扇进口。横拉杆被定位成沿冲压空气风扇中线穿过冲压空气风扇进口护罩和冲压空气风 扇毂、处于冲压空气风扇轴的内部部分内。在冲压空气风扇组件中建立用于冷却流的多个 流动路径，包括穿过冲压空气风扇进口护罩中的多个内冷却槽和外冷却孔。所述冲压空气 风扇进口护罩还包括从圆锥部分向外延伸的护罩部分。所述圆锥部分提供中心部分与内冲 压空气风扇毂接合部分之间的过渡。所述圆锥部分包括具有一定槽弧长并且间隔开一定槽 间距角的所述多个内冷却槽。所述槽间距角与所述槽弧长的比是在约1. 24与1. 4之间。所 述冲压空气风扇进口护罩进一步包括凹陷部分，所述凹陷部分位于所述内冲压空气风扇毂 接合部分与外冲压空气风扇毂接合部分之间。所述凹陷部分包括所述多个外冷却孔。
[0006] 附图简述 图1是包括冲压空气风扇进口护罩的冲压空气风扇组件的一个实施方案的视图； 图2是图1的冲压空气风扇进口护罩的一个实施方案的透视图； 图3是图1的冲压空气风扇进口护罩的视图； 图4是图1的冲压空气风扇进口护罩的截面图；以及 图5是图1的冲压空气风扇进口护罩的内冷却槽的视图。
[0007] 详述参照附图以举例方式来说明本发明的实施方案连同优点和特征。
[0008] 发明详述 图1中示出用于飞行器环境控制系统（ECS)的冲压风扇组件10的视图。冲压风扇组 件10包括冲压空气风扇（RAF) 12,所述冲压空气风扇12位于RAF进口 14处。冲压气流 16流进RAF进口 14中并且穿过风扇通道54到达热交换器(未描绘）和/或机外。
[0009] RAF 12包括连接到RAF毂38的风扇叶片40,其中RAF毂38通过RAF轴22可操 作地连接到RAF电机20。位于电机壳体56中的RAF电机20是以下电动机，所述电动机具 有可转动地位于RAF轴22处的转子24、以及定子26,所述定子26具有径向设置在所述转 子24外侧的多个定子绕组28。RAF电机20还包括设置在RAF轴22处的一个或多个轴颈 轴承30。RAF 12和RAF电机20通常用来在进入RAF进口 14中的自然气流16不足以满足 气流要求时，迫使另外的气流16穿过所述RAF进口 14。
[0010] 为防止RAF电机20,具体地定子绕组28、轴颈轴承30以及一个或多个推力轴承34 过热，冷却流32被抽吸穿过电机壳体56跨越RAF电机20。通过进口集管36抽吸冷却流 32。冷却流32行进穿过多个流动路径50,包括流过轴颈轴承30、定子绕组28、定子26以及 转子24以从它们移除热能。流动路径50允许冷却流32经过RAF毂38中的多个冷却开口 42并且从RAF电机20朝向RAF进口 14排出。
[0011] 冷却流32还由流动路径50发送到推力轴承34附近。另外，流动路径50中的冷 却流32进入RAF轴22的内部部分46,所述RAF轴22包括沿冲压空气风扇中线（CLA)定位 的横拉杆48。流动路径50中的冷却流32还经过RAF进口护罩44的多个内冷却槽60和外 冷却孔62而朝向RAF进口 14。RAF进口护罩44设置在RAF毂38附近。在一个实施方案 中，内冷却槽60被构造成接收冷却空气32的经过RAF轴22的内部部分46的一部分，而外 冷却孔62被构造成接收冷却流32的冷却推力轴承34的一部分。
[0012] 冷却流32进入RAF进口护罩44与连接到RAF毂38的风扇叶片40之间的RAF进 口 14以与气流16混合。冷却流32 -般通过进口集管36与RAF进口 14之间的压力差和 流动路径50的构造来驱动。
[0013] 图2是图1的RAF进口护罩44的一个实施方案的透视图。RAF进口护罩44包括 护罩部分70、内RAF毂接合部分72、外RAF毂接合部分74、圆锥部分76、中心部分78以及 凹陷部分80。RAF进口护罩44的圆锥部分76提供所述RAF进口护罩44的内RAF毂接合 部分72与中心部分78之间的过渡。护罩部分70从RAF进口护罩44的圆锥部分76向外 延伸。凹陷部分80位于内RAF毂接合部分72与外RAF毂接合部分74之间，这给予所述内 RAF毂接合部分72以环形外观。内冷却槽60位于RAF进口护罩44的圆锥部分76中，并且 外冷却孔62位于RAF进口护罩44的凹陷部分80中。如在图2中可见，内冷却槽60中的 每一个具有大致上狭长的肾形状，而外冷却孔62中的每一个大致上为圆形。内冷却槽60 和外冷却孔62的数量、尺寸确定以及布局有助于使图1的冷却流32最优化，并且从而提高 图1的RAF组件10和关联的飞行器ECS的性能。
[0014] 图3是图1的RAF进口护罩44的视图。在图3的实施方案中，RAF进口护罩44包 括五个大致上等间距的内冷却槽60,其中内冷却槽60中的每一个以约28. 50度的角度θ 1 大致上对称，并且横跨约57. 00度的槽弧长0 2。内冷却槽60中的每一个间隔开约72. 00 度的槽间距角?3,例如在邻近槽中心之间所测得。槽间距角Θ3与槽弧长Θ2的比是在约 1. 23与1. 4之间。由五个内冷却槽60所提供的总内冷却面积是约0. 915平方英寸（5. 903 平方厘米）。
[0015] 图3的RAF进口护罩44具有约6. 6英寸（16. 76 cm)的直径D1。如在图3中可 见，RAF进口护罩44包括i^一个大致上等间距的外冷却孔62。外冷却孔62定位在具有约 2. 4英寸（6. 10 cm)的直径D2的外冷却孔布局圆（placement circle) 81的周围。外冷却 孔布局圆81的中心位于RAF进口护罩44的轴向中心82处。外冷却孔62中的每一个具有 约0.375英寸（0.9525 cm)的直径D3。由i^一个外冷却孔62所提供的总外冷却面积是约 1.215平方英寸（7. 838平方厘米）。在一个实施方案中，外冷却孔62的总外冷却面积与内 冷却槽60的总内冷却面积的比是在约1. 242与1. 419之间。
[0016] 图4是在图3的截面线4-4处所取得并且沿邻近中心部分78的RAF进口护罩44 的轴向中心82围绕RAF进口护罩中线（CLB)所示出的RAF进口护罩44的截面图。RAF进 口护罩中线CLB沿RAF进口护罩44的轴向中心82相交于原点84,所述原点84与外RAF 毂接合部分74齐平。图4中描绘RAF进口护罩44的圆锥部分76中的内冷却槽60之一的 凸起86,其中槽中线（CLC)离与RAF进口护罩中线CLB的原点84交点具有约0. 100英寸 (0. 254 cm)的偏移（01)。内冷却槽60的宽度（W1)为约0. 28英寸（0. 711 cm)。相对于原 点84,内冷却槽60中的每一个被形成为具有约45度的角度0 4。RAF进口护罩44的凹陷 部分80中的外冷却孔62中的每一个大致上垂直于外RAF毂接合部分74,从而相对于原点 84具有约90度的角度05。在一个实施方案中，角度Θ5与角度Θ4的比是在约1.87与 2. 14之间。
[0017] 图5是在图4的截面线5-5处所取得的RAF进口护罩44的内冷却槽60的视图。 图5更好地描绘内冷却槽60的狭长的肾形状和宽度W1。
[0018] 回顾图1，将RAF进口护罩44安装在RAF组件10中的方法包括将所述RAF进口 护罩44布置在连接到风扇叶片40的RAF毂38附近，其中所述风扇叶片40被构造成至少 部分地延伸跨越所述RAF组件10的RAF进口 14。横拉杆48被定位成沿RAF中线CLA穿 过RAF进口护罩44和RAF毂38、处于RAF轴22的内部部分46内。在RAF组件10中建立 用于冷却流32的流动路径50,包括穿过RAF进口护罩44中的内冷却槽60和外冷却孔62。 流动路径50还被构造成发送冷却流32穿过RAF毂38中的冷却开口 42。横拉杆48被固定 到RAF轴22和RAF进口护罩44。
[0019] 尽管本发明只结合有限数量的实施方案进行详细描述，但应当易于理解的是，本 发明并不限于所述公开的实施方案。相反，本发明可以进行修改来并入之前并未描述但与 本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、替代、替换或等效布置。此外，尽管已描述本 发明的各种实施方案，但应理解，本发明的各个方面可以只包括所述实施方案中的一些。因 此，本发明不应被视为受前述描述的限制，而只受限于所附权利要求书的范围。
【权利要求】
1. 一种用于冲压空气风扇组件的冲压空气风扇进口护罩，所述冲压空气风扇进口护罩 包括： 从圆锥部分向外延伸的护罩部分，所述圆锥部分提供中心部分与内冲压空气风扇毂接 合部分之间的过渡，所述圆锥部分包括具有一定槽弧长并且间隔开一定槽间距角的多个内 冷却槽，其中所述槽间距角与所述槽弧长的比是在约1. 24与1. 4之间；以及 凹陷部分，所述凹陷部分位于所述内冲压空气风扇毂接合部分与外冲压空气风扇毂接 合部分之间，所述凹陷部分包括多个外冷却孔。
2. 如权利要求1所述的冲压空气风扇进口护罩，其中所述外冷却孔的总外冷却面积与 所述内冷却槽的总内冷却面积的比是在约1. 242与1. 419之间。
3. 如权利要求1所述的冲压空气风扇进口护罩，其中所述冲压空气风扇进口护罩进 一步包括冲压空气风扇进口护罩中线和沿着所述冲压空气风扇进口护罩中线与所述外冲 压空气风扇毂接合部分齐平的原点，并且所述内冷却槽中的每一个的槽中线从所述原点偏 移。
4. 如权利要求3所述的冲压空气风扇进口护罩，其中所述偏移为约0. 100英寸（0.254 cm)，并且所述内冷却槽中的每一个的宽度为约0.28英寸（0.711 cm)。
5. 如权利要求3所述的冲压空气风扇进口护罩，其中所述外冷却孔中的每一个到所述 原点的角度与所述内冷却槽中的每一个到所述原点的角度的比是在约1. 87与2. 14之间。
6. 如权利要求1所述的冲压空气风扇进口护罩，其中所述外冷却孔包括十一个等间距 的孔，所述孔各自具有约〇. 375英寸（0. 9525 cm)的直径，并且定位在具有约2. 4英寸（6. 10 cm)的直径的外冷却孔布局圆的周围。
7. 如权利要求1所述的冲压空气风扇进口护罩，其中所述内冷却槽中的每一个具有大 致上狭长的肾形状，而所述外冷却孔中的每一个大致上为圆形。
8. -种将冲压空气风扇进口护罩安装在冲压空气风扇组件中的方法，所述方法包括： 将所述冲压空气风扇进口护罩布置在连接到多个风扇叶片的冲压空气风扇毂附近，所 述多个风扇叶片被构造成至少部分地延伸跨越所述冲压空气风扇组件的冲压空气风扇进 Π ； 将横拉杆定位成沿冲压空气风扇中线穿过所述冲压空气风扇进口护罩和所述冲压空 气风扇毂、处于冲压空气风扇轴的内部部分内；以及 在所述冲压空气风扇组件中建立用于冷却流的多个流动路径，包括穿过所述冲压空 气风扇进口护罩中的多个内冷却槽和外冷却孔，其中所述冲压空气风扇进口护罩进一步包 括： 从圆锥部分向外延伸的护罩部分，所述圆锥部分提供中心部分与内冲压空气风扇毂接 合部分之间的过渡，所述圆锥部分包括具有一定槽弧长并且间隔开一定槽间距角的所述多 个内冷却槽，其中所述槽间距角与所述槽弧长的比是在约1.24与1.4之间；以及 凹陷部分，所述凹陷部分位于所述内冲压空气风扇毂接合部分与外冲压空气风扇毂接 合部分之间，所述凹陷部分包括所述多个外冷却孔。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述外冷却孔的总外冷却面积与所述内冷却槽的总 内冷却面积的比是在约1. 242与1. 419之间。
10. 如权利要求8所述的方法，其中所述冲压空气风扇进口护罩进一步包括冲压空气 风扇进口护罩中线和沿着所述冲压空气风扇进口护罩中线与所述外冲压空气风扇毂接合 部分齐平的原点，并且所述内冷却槽中的每一个的槽中线从所述原点偏移。
11. 如权利要求10所述的方法，其中所述偏移为约0.100英寸（0.254 cm)，并且所述 内冷却槽中的每一个的宽度为约0.28英寸（0.711 cm)。
12. 如权利要求10所述的方法，其中所述外冷却孔中的每一个到所述原点的角度与所 述内冷却槽中的每一个到所述原点的角度的比是在约1. 87与2. 14之间。
13. 如权利要求8所述的方法，其中所述外冷却孔包括十一个等间距的孔，所述孔各自 具有约0. 375英寸（0. 9525 cm)的直径，并且定位在具有约2. 4英寸（6. 10 cm)的直径的 外冷却孔布局圆的周围。
【文档编号】F04D29/70GK104121233SQ201410169919
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】C.M.比尔斯, D.A.科森, C.J.怀塔斯 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司