专利名称：用于可变面积风扇喷管的主密封件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于可变面积风扇喷管的主密封件。
背景技术：
典型的航空涡扇喷气发动机包含发动机核心，围绕发动机核心的发动机舱，以及吸入气流的风扇，该气流被分为旁路气流和发动机核心气流。发动机舱提供环绕发动机核心的旁路管道。旁路气流被输送穿过旁路管道。发动机舱配置为促进穿过旁路管道的空气层流。发动机核心包括压缩发动机核心气流的多级压缩机，给被压缩的发动机核心气流添加热能的燃烧室，以及在燃烧室下游从发动机核心气流产生机械功率的涡轮部。通常的涡轮部有两个，并且有时是三个涡轮级。这些涡轮级用于驱动压缩机和风扇。在离开涡轮部之后，发动机核心气流通过在发动机尾端的排气喷管排出。在涡轮风扇发动机中，风扇通常会产生由发动机产生的推力的大部分。旁路气流可用来产生通常在着陆过程中使用的反推力。被安装在发动机舱内的推力换向器有选择地逆转旁路气流的方向以产生反推力。在正常的发动机操作中，在排出发动机组件之前，旁路气流可以或可以不与发动机核心废气流混合。一些涡轮风扇发动机参数对发动机性能具有显著的影响。涵道比(BPR)是旁路气流速率与发动机核心气流速率的比。高BPR发动机(如，BPR为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发动机更安静。一般来说，更高的BPR导致在特定推力下较低的平均排气速度和更少的喷气噪声。涡轮风扇发动机的性能也受到发动机的风扇压力比(FPR)的影响。FPR是发动机风扇喷管出口的空气压力与进入风扇的空气压力的比。较低的FPR导致较低的排气速度和更高的推进效率。然而，减少发动机的FPR能达到实际极限，因为低FPR可能不会产生足够的推力，并可能导致在某些操作条件下的发动机风机失速，叶片颤动，和/或压缩机喘振。一种用于优化在各种飞行条件下的发动机性能的方法，包括改变风扇喷管出口面积。通过有选择地改变风扇喷管的出口面积，发动机的旁路流特性能被调整以更好地匹配特定的飞行条件，例如通过相对于正被采用的特定推力水平优化FPR。例如，形成旁路管道的后面外部的可变面积风扇喷管(VAFN)能被移动到尾部，以打开VAFN前面的附加旁路流出口。VAFN能被有选择地定位在收起位置和完全展开位置之间的任何位置，其中，在收起位置没有形成附加旁路出口，在完全展开位置，附加旁路出口打开到最大程度。然而，将VAFN集成到发动机舱内存在源于相互冲突的目标的挑战。在收起位置，优选的是VAFN与发动机舱的其余部分对接，使得附加旁路出口被关闭且密封，而不会造成在用于定位VAFN的致动器内与收起相关的高负载。因此，为了满足收起位置的密封目标，需要低刚度的接口组件。然而，在展开位置，优选的是由此产生的附加旁路出口具有良好的空气动力学特性，如低空气阻力。因此，为了满足展开位置的空气动力学目标，需要前述的接口组件足够硬以避免不良的偏转，其能导致空气动力学阻力。
因此，需要用于VAFN的改进的接口组件，比如具有好的收起和展开位置特征的主密封组件。
发明内容
下面对本发明的一些实施例做简单的概述，以提供对本发明的基本了解。该概述并不是对本发明的全面综述。其目的并不是识别本发明的关键/重要元件或勾画本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本发明的一些实施例，作为下文更详细阐述的前序。用于装备在涡轮风扇发动机上的可变面积风扇喷管(VAFN)的主密封组件被公开。并且配备有VAFN和相关的VAFN主密封组件的涡轮风扇发动机被公开。所公开的主密封组件采用具有腹板的密封件，当VAFN处于收起结构中时，这些腹板可变形为非平面结构，从而提供收起位置密封，而不会造成大的致动器收起负载。该密封件也配置成避免过度的展开位置偏转，从而避免相关的空气动力学阻力增加。并且重量轻的密封件护圈被公开，当被附接到VAFN前面的发动机舱组件上时，其准确地定位密封件并将来自密封件的负载反作用到发动机舱前向组件。除了具有良好的耐久性，所公开的密封组件在需要时容易被移除和更换。因此，在一个方面，提供发动机舱用于具有发动机中心线的涡轮风扇发动机。发动机舱包括前向组件、设置在前向组件后面的可变面积风扇喷管(VAFN)，以及附接到前向组件上的密封件。该前向组件限定至少部分地围绕发动机中心线周向延伸的旁路管道。该旁路管道配置为输送发动机的旁路气流。该前向组件具有至少部分地围绕旁路管道周向延伸的尾部边缘。该VAFN相对于前向组件可在收起位置和展开位置之间移动。当VAFN处在展开位置时，旁路管道的上游旁路流出口被限定在前向组件和VAFN之间。VAFN的外表面为通过旁路流出口排出的旁路气流提供空气动力学边界。该密封件包括内壁和附接到内壁上并从内壁横向延伸的多个腹板。每个腹板都至少部分地围绕旁路管道周向延伸。该内壁限定至少部分地围绕旁路管 道周向延伸的被暴露内表面。当VAFN处在展开位置时，内表面为通过旁路流出口排出的旁路气流提供基本光滑的空气动力学边界。当VAFN处于收起位置时，内表面的至少一部分与VAFN外表面对接，以密封旁路流出口。当VAFN处于收起位置时，每个腹板都具有非平面结构。密封件可被配置为在很大程度上围绕发动机中心线周向延伸。例如，密封件可围绕发动机中心线周向延伸至少90度。密封件可以顺应前向组件和VAFN的几何形状。例如，密封件的高度在密封件的端部附近逐渐变细。发动机舱可以包含适合于前向组件和VAFN的几何形状的额外密封件。例如，发动机舱可进一步包括附接到前向组件且被设置在密封件端部附近的球状密封件。当VAFN处于收起位置时，该球状密封件在前向组件和VAFN之间被压缩。在许多实施例中，当VAFN处于展开位置时，每个腹板都具有平面结构。平面腹板结构用于为内壁提供坚实的支撑，以便使内壁偏转最小化，而且在任何情况下从空气动力学的角度都是可接受的。在许多实施例中，密封件包括弹性体材料。例如，弹性体材料可以包括任何适当的弹性变形材料，如硅橡胶。该密封件可以包括任何合适数量的腹板。并且当VAFN处于收起位置时，任何适当子组的腹板可被配置为弹性地变形为非平面结构。例如，所述多个腹板可以包括三个腹板。当VAFN处于收起位置时，三个腹板的任何适当子组(例如，一个，两个，三个)可弹性地变形为非平面结构。并且当VAFN处于展开位置时，三个腹板的任何适当子组(例如，一个，两个，三个)可具有平面结构。再比如，所述多个腹板可以包括四个腹板。当VAFN处于收起位置时，四个腹板的任何适当子组(例如，一个，二个，三个，四个)可以弹性地变形为非平面结构。并且当VAFN处于展开位置时，四个腹板的任何适当子组(例如，一个，二个，三个，四个)可具有平面结构。在许多实施例中，发动机舱进一步包括密封件护圈，其限定密封件的密封件接收腔。该密封件接收腔具有弧形形状，所述弧形形状至少部分地围绕旁路管道周向延伸。该密封件护圈包括护圈前凸缘、护圈尾凸缘以及在护圈前凸缘和护圈尾凸缘之间延伸的护圈中间部。护圈前凸缘和护圈尾凸缘的每个都至少部分地围绕旁路管道周向延伸且附接到发动机舱前向组件上。当VAFN处于收起位置时，该密封件位于VAFN和护圈中间部之间。该密封件可包括至少部分地围绕旁路管道周向延伸的密封件前凸缘，以及至少部分地围绕旁路管道周向延伸的密封件尾凸缘。密封件前凸缘可被设置在护圈前凸缘和前向组件之间。密封件尾凸缘可被设置在护圈尾凸缘和前向组件之间。密封件前凸缘或密封件尾凸缘中至少一个可包括嵌入层以用作关于附接紧固件负载传递的内部加强。在许多实施例中，该密封件包括偏离内壁且附接到腹板上的外壁，使得多个封闭隔室区域被限定在该密封件内。该封闭隔室区域至少部分地围绕旁路管道周向延伸。外壁可以被附接到任何合适的支撑上，如护圈中间部或发动机舱前向组件所提供的支撑件。例如，外壁可被结合到护圈中间部上。在许多实施例中，密封件包括排气口，其可被用于有选择地分配在密封件内所施加的压力。例如，内壁可包括与封闭隔室区域的第一封闭隔室连通的排气口。并且腹板之一可包括与所述封闭隔室区域的第一封闭隔室区域和第二封闭隔室区域沟通的排气口，第一和第二封闭隔室区域是不同的。在许多实施例中，外壁包括至少部分地围绕旁路管道周向延伸的多个凹槽。这些凹槽被配置为容纳用于将外壁·结合到支撑件上的粘合剂，例如用于将外壁结合到护圈上的粘合剂。这些凹槽被设置在基本与腹板对齐的非凹槽区域之间。非凹槽区域基本上与支撑件(例如，护圈中间部)对接。在许多实施例中，该密封件包括多个细长穿过(pull-through)结构,其从外壁延伸通过护圈中间部内的孔。这些穿过结构与护圈中间部内的孔对接，以相对于护圈中间部定位外壁。在许多实施例中，内壁包括一个嵌入式增强层。该内壁增强层增加了内壁的刚度，从而在VAFN处于展开位置时用于减少空气动力学诱导的偏转和相关的空气阻力。该嵌入式增强层可有至少部分地围绕发动机中心线沿圆周方向分布的多个刚度降低部，以降低环绕发动机中心线的增强层的刚度。在另一方面，公开了一种用于具有VAFN的涡轮风扇发动机的密封组件。发动机包含前向组件和设置在该前向组件后面且相对于前向组件可在收起位置和展开位置之间移动的VAFN。该前向组件限定至少部分地围绕发动机中心线周向延伸的旁路管道。该旁路管道被配置为输送发动机的旁路气流。该前向组件具有至少部分地围绕旁路管道周向延伸的尾部边缘。当VAFN处于展开位置时，旁路管道的上游旁路流出口被限定在前向组件和VAFN之间。VAFN的外表面为通过旁路流出口排出的旁路气流提供空气动力学边界。密封组件包括密封件和附接到密封件上的密封件护圈。密封件包括内壁和附接到内壁上并从内壁横向延伸的多个腹板。腹板的至少两个中的每个都被配置成至少部分地围绕旁路管道周向延伸。内壁限定被配置成至少部分地围绕旁路管道周向延伸的被暴露内表面。当VAFN处在展开位置时，内表面被配置成为通过旁路流出口排出的旁路气流提供基本光滑的空气动力学边界。当VAFN处于收起位置时，内表面的至少一部分被配置成与VAFN外表面对接，以密封旁路流出口。当VAFN处于收起位置时，腹板的至少两个中的每个都被配置成变形成为非平面结构。密封件护圈限定用于密封件的密封件接收腔。该密封件接收腔具有弧形形状被配置成至少部分地围绕旁路管道周向延伸。该密封件护圈包括护圈前凸缘，护圈尾凸缘以及在护圈前凸缘和护圈尾凸缘之间延伸的护圈中间部。护圈前凸缘和护圈尾凸缘的每个都被配置成至少部分地围绕旁路管道周向延伸且被附接到前向组件上。当VAFN处于收起位置时，该密封件被配置成在VAFN和护圈中间部之间被压缩。为更全面地理解本发明的性质和优点，应该参考随后的详细描述和附图。
图1是涡轮风扇发动机的透视图，该涡轮风扇发动机包括根据许多实施例的可变面积风扇喷管(VAFN)组件。图2是图1的涡轮风扇发动机的剖视图。图3是图1的涡轮风扇发动机的端视图。图4是示出图1的涡轮风扇发动机的VAFN组件的一部分的透视图。图5是示出图1的涡轮风扇发动机的VAFN组件的一部分的另一透视图。图6的剖视图示出根据许多实 施例的附接到发动机舱前向组件的VAFN密封组件。图7的剖视图示出根据许多实施例的在VAFN和VAFN主密封件护圈之间被压缩的VAFN主密封件。图8的剖视图示出根据许多实施例的当VAFN处在展开位置时的图6的VAFN密封组件。图9的剖视图详细说明了根据许多实施例的图6中的VAFN密封组件。图10是根据许多实施例的附接到发动机舱组件的VAFN密封组件的后视图，示出了 VAFN密封组件的回转表面(SOR)区域、过渡区域以及平坦区域。图11包括根据许多实施例的与VAFN密封组件在平面区域之一和在回转表面(SOR)区域内对接的处于收起位置的VAFN的剖视图。图12的透视图示出了图10的VAFN密封组件。图13a和13b的透视图示出了图10的VAFN密封组件的过渡区域之一和平坦区域
之一 O图14的透视图示出了图12的VAFN密封组件的内部增强层。图15是根据许多实施例的VAFN主密封件的剖视图，示出了粘合剂容纳凹槽和相关的相邻非凹槽区域。图16a和16b的透视图示出了根据许多实施例的VAFN主密封件的细长穿过结构，其与密封件护圈内的孔对接以在主密封件结合到密封件护圈的过程中相对于密封件护圈准确地定位主密封件。图17的剖视图示出了根据许多实施例的在VAFN主密封件内通风口的位置。
具体实施例方式在下面的描述中，本发明的各种实施例将被描述。出于解释的目的，阐述具体的配置和细节以提供对实施例的全面了解。然而，对本领域普通技术人员也显而易见的是，没有这些具体细节也可以实践本发明。此外，为了不使要描述的实施例难以理解，可以省略或简化公知的特征。现在参照附图，其中相同的附图标记代表遍及几幅视图中的相同部件，图1示出了涡轮风扇发动机10，其包括可变面积风扇喷管(VAFN)组件12，该组件12具有平移风扇喷管50，该喷管例如随着发动机10在不同的飞行条件下运行可被有选择地调整的。正如上面所讨论的，这样的调整可用于优化发动机的性能。如图2所示，该平移风扇喷管50可被有选择地平移(即，前后移动)以改变风扇喷管的出口面积52并调整多少旁路气流通过由VAFN组件12所形成的上游出口 60排出。例如，当平移风扇喷管50处于收起位置时，上游出口 60被关闭，并且出口面积52最小化，从而使得用于特定操作条件的风扇压力比(FPR)最大化。并且当平移风扇喷管50处于完全展开位置时，上游出口 60的开口最大化且出口面积52最大化，从而使用于特定操作条件的FPR最小化。因此，有选择地定位平移风扇喷管50可用于有选择地改变FPR。并且改变FPR可用于优化发动机的性能，提高风机失速余量，避免发动机故障和/或避免发动机关闭。为了说明的目的，该VAFN组件12在涡轮风扇航空发动机10的背景中被示出。发动机10可被安装到飞机的机翼或机身上，例如，通过外挂架或其它类似的支撑件(图中未显示)。
发动机10包含发动机核心16和发动机舱18。发动机核心16被容纳在核心整流罩19内。如图2所示，风扇20被安装到邻近发动机舱18的上游端部，且包括在发动机运行中绕发动机中心线CL旋转的一系列风扇叶片22，以将气流吸进发动机10的入口端26。环形旁路管道24限定在发动机核心16和发动机舱18之间。被吸进发动机10的气流通过旋转风扇叶片22被加速。气流的一部分被导入并穿过发动机核心16内的多级压缩机(图中未显示)。穿过发动机核心16的发动机核心气流最初通过压缩机以增加气流压力，之后被加压的空气通过燃烧室(未显示)，在这里其被与燃料混合且混合物被点燃。在燃烧室内燃料和空气混合物的燃烧导致空气膨胀，其进而驱动在发动机后部的一系列涡轮，通常被标为38，旋转并进而给风扇20提供动力。通过旋转风扇叶片22加速的旁路气流穿过旁路管道24，越过定子40，通过喷管组件12排出。风扇20产生大部分的发动机推力。来自燃料和空气混合物燃烧的高压加热废气在润轮部38下游被导出发动机核心16的后部。平移风扇喷管50可包括被安装在推力换向器80尾端的环状环形翼结构，邻近和限制发动机核心整流罩19的至少一部分。在平移风扇喷管50尾边缘和核心整流罩19之间的区域限定了用于平移风扇喷管12的喷管出口面积52。如图1和图3所示，平移风扇喷管50包括弧形第一环形部54和弧形第二环形部56。每个环形部54，56在双向箭头58的方向上是轴向可平移的。风扇喷管50的平移导致上游出口 60的所需尺寸并改变出口几何形状和发动机旁路气流的风扇喷管12出口的出口面积52。风扇喷管50可例如通过多个环致动器70被平移。推力换向器80邻近平移风扇喷管50并在其前面，以阻塞旁路管道24内的旁路气流并使该旁路气流改变方向成为反向推力矢量。在图1中，推力换向器80和平移风扇喷管50处于收起(关闭)位置。推力换向器80包括弧形第一套筒(整流罩)部82和相对的弧形第二套筒(整流罩)部84(图3所示)。该推力换向器套筒部82，84通过多个套筒致动器90在双向箭头86的方向上是轴向可平移的。推力换向器套筒部82，84在一系列的叶栅导叶88之上是可平移的。叶栅导叶88在图1中用虚引线表示，因为当推力换向器80处于收起位置时它们是看不见的。套筒部82，84在前后方向的轴向平移允许旁路气流穿过叶栅导叶88以生成反向推力矢量。图3 是发动机10尾端的剖视图，并图示了分别围绕发动机10外围的环致动器和套筒致动器70、90的布置。如图1所示，并且在图3中更清楚，套筒半部82和环形部54配合通常限定组合的推力换向器和平移风扇喷管的大约180度扇区。同样，套筒半部84和环形半部56配合通常限定推力换向器和平移风扇喷管的相对的大约180度扇区。这些大约180度的扇区一起配合定限整个大约360度的推力换向器和平移风扇喷管。如图1-3所示，推力换向器80的每个推力反向器套筒半部82，84通过固定安装在发动机舱18中的一个或多个(显示了 3个)周向隔开的套筒致动器90被平移。在示出的实施例中，三个致动器90用于每个套筒半部82，84。平移风扇喷管50的每个环形部54，56同样地通过一个或多个(显示了 3个)周向隔开的环致动器70被平移。环致动器70可分别被安装在相邻的推力反向器套筒半部82、84上。环致动器70可由例如电力，机械装置，气动装置、液压装置或者其它合适的装置供能，适当的电缆和管道(未显示)经由预定通道在推力换向器叶栅盒(cascade box)或枢轴门之间或之上通过。环致动器和套筒致动器70，90的数量和布置可改变，例如，根据推力换向器和平移风扇喷管布置，以及根据其它因素。环形部54，56可被安装在例如分别位于对应套筒部82、84的每一端的上部和下部导向机构102中。引导管104可被安装在发动机舱18内并可延伸进入环形部54，56从而稳定环形部54,56以防止不希望的平移和/或振动。引导管还可有选择地安装在推力换向器80中。平移风扇喷管50可以是连续的(例如一件式)，或如图3所示的继续的(例如分开的或多部分的)大致环形圈，其具有翼型截面。因此，上游出口 60 (当平移风扇喷管50向后方远离套筒部82、84移动时形成的)可具有围绕发动机舱18后部外周延伸的大致环状间隙的形式。其它出口形状也可以使用，例如椭圆形等。环形部54，56和套筒部82，84之间的大致环形间隙可以是例如连续的，或在一个或多个位置被中断，比如，例如在平移风扇喷管50的分叉点或其它分离点。旁路管道24也可在一个或多个位置被中断。平移风扇喷管50及环围结构下面参照图4和图5所述。在图4和图5中，由于干涉元件而被遮挡或部分遮挡的元件用虚引线表示。图4是用于平移风扇喷管50的第一环形部54和推力换向器80的相应的邻近的第一套筒部82的安装结构的局部视图。平移风扇喷管50的第二环形部56和推力换向器80的第二套筒部84，在图1和图3中示出，可以相似的方式安装。在图4中，推力换向器80处于收起位置，覆盖了叶栅导叶(cascade vane)88。平移风扇喷管50处于打开或展开位置，因此上游出口 60被限定在第一环形部54和第一套筒部84之间。用箭头A表示第一环形部54向后轴向平移到展开位置。环致动器70可从套筒部82延伸，穿过上游出口 60，并且连接到环形部54的前端。引导管104也可从套筒部82延伸，穿过上游出口 60，并且连接到环形部54的前端。套筒致动电缆96可连接到每个套筒致动器90上以提供每个致动器90的同时致动。图5示出了处于展开位置的推力换向器80和处于打开位置的平移风扇喷管50。第一套筒部82从图4所示的位置到展开位置的向后轴向平移用箭头B表示。在推力换向器80的操作过程中，套筒部82的向后平移暴露了叶栅导叶88。环形部54也可在推力换向器80的操作过程中被向后平移，如这个实施例所示。在推力换向器80展开的同时环形部54的平移是可选择的，因为旁路流改道通过叶栅导叶88。VAFN密封组件图6示出了根据许多实施例被附接到发动机舱组件202的VAFN密封组件200的剖视图。VAFN密封组件200包括主密封件204和主密封件护圈206。主密封件204包含内壁208，外壁210，四个腹板212，主密封件前凸缘214和主密封件尾凸缘216，所有这些都至少部分地围绕旁路管道周向延伸，例如，至少90度围绕旁路管道。内壁208限定被暴露内表面218，其在VAFN处于展开位置时为通过旁路流出口排出的旁路气流提供大致光滑的空气动力学边界。内壁208，腹板212以及外壁210确定了四个封闭隔室区域220。外壁210被固定和/或附接到主密封件护圈206上，例如，通过粘合剂结合。主密封件护圈206包括护圈前凸缘222，护圈尾凸缘224，以及一个在护圈前凸缘222和护圈尾凸缘224之间延伸的护圈中间部226。周向延伸的螺母板228排被附接到护圈前凸缘222上，用于接收对应的可移动紧固件229排，该紧固件排用于将VAFN密封组件200的前端附接到发动机舱组件202的凸缘230上。并且周向延伸的螺母板232排被附接到护圈尾凸缘224上，用于接收对应的可移动紧固件排(未显示)，该紧固件排用于将VAFN密封组件200的尾端附接到发动机舱组件202的外面板234上。密封件前凸缘214被夹在护圈前凸缘222和发动机舱组件凸缘230之间。密封件尾凸缘216也被夹在发动机舱组件外面板234和护圈尾凸缘224之间。密封件护圈206和发动机舱组件外面板234的组合为主密封件204提供了支撑结构，其准确地定位主密封件204并将来自主密封件204的负载反作用到发动机舱组件202中。该密封件护圈206被配置为提供容纳主密封件204的密封件接收腔。并且该密封件护圈206的周向附接到发动机舱组件202上提供了相对于VAFN准确地定位密封件接收腔的组合结构。在所示的实施例中，每个腹板212都具有恒定厚度的平面结构。虽然恒定厚度的平面腹板212被示出了，但是任何合适的替代腹板结构都可被使用。例如，具有不同厚度的腹板和/或非平面腹板可被使用。图7示出了在收起位置VAFN环形部54和主密封件护圈206之间被压缩的主密封件204的剖视图。在收起位置，相对刚性的VAFN环形部54使内表面218朝向外壁210偏转，从而使内壁208变形且使四个腹板212显著地变形，这样每个腹板212都被弹性地变形为非平面结构，从而在主密封件204和VAFN环形部54之间形成“密封线”。尽管在所描述的实施例中每个腹板212都被弹性地变形为非平面结构，但是具有一个或多个没有变形为非平面结构的腹板的其 它实施例也是可能的。在所示的实施例中，腹板212不与内壁208偏转的同一方向上对齐，从而在腹板212上产生偏心负载。这样的偏心负载减少了驱动腹板212进入所示的后屈曲(post-buckled)的非平面结构所需的力。在许多实施例中，主密封件204主要是由具有合适弹性的增强弹性体材料形成的，这样主密封件204不会由于收起的VAFN环形部54所施加的变形而永久地变形。主密封件204可由合适的材料制成。例如，主密封件204可由航空航天材料规范(AMS) 3346中的硅橡胶制成，在表面上具有聚酯织物。图8示出了相对于处于展开位置的VAFN环形部54的发动机舱组件202和VAFN密封组件200。当VAFN环形部54处于展开位置时，旁路流出口 236在发动机舱组件202和VAFN密封组件200的组合与VAFN环形部54之间形成。如图所示，主密封件204的内表面218为通过旁路流出口 236排出的气流238提供空气动力学边界。当VAFN环形部分54处于展开位置时，主密封件204受到所施加的压力负载。主密封件204设计成反作用所施加的压力载荷，而不经受会产生过度水平空气动力学阻力的偏转。例如，平面腹板212在沿内壁208的多个位置支撑内壁208，从而帮助维护内壁208的定位和形状。由发动机舱组件外面板234和主密封件护圈206提供的组合结构提供了硬后缘240，其相对于相邻的发动机舱组件202的前部经受很少或不显著水平的偏转。并且由发动机舱组件外面板234和主密封件护圈206提供的组合结构准确地支撑主密封件204并反作用来自主密封件204的负载，而不经受相对于相邻的发动机舱组件202的前部的显著水平的偏转。图9示出了 VAFN密封组件200的额外细节。主密封件204包括硬化内壁208的至少尾部的嵌入式表面增强件242，增强主密封件尾凸缘216的嵌入式后面附接增强件244，以及增强主密封件前凸缘214的嵌入式前附接增强件246。嵌入式表面增强件242可由任何合适的刚性 材料制成，例如，固化复合层压板，如玻璃纤维层压板。嵌入式表面增强件242可被配置为在前后方向上硬化内壁，且可以包括减小在圆周方向被添加到主密封件204的刚度量的特征(如，周向分布式减小的截面面积)，以减少与由VAFN环形部54处于收起位置时内壁208的径向偏转产生的嵌入式表面增强件242的周向偏转有关的额外周向箍负载。后面附接增强件244和前面附接增强件246可由合适的材料制成，例如，合适厚度的耐腐蚀钢片。主密封件护圈206可由合适的材料(如，金属板，复合层压板)制成。例如，主密封件护圈206可由石墨环氧层压板制成。主密封件204可包括密封件内壁208上的“撞不穿(no strike-through) ”表面织物248,用于耐用性和VAFN环形部54和内壁208之间的低摩擦。主密封件204可沿着外壁210被粘结和/或机械地保持到主密封件护圈206上。替代地，持久的和低摩擦的材料可被用作主密封件204或被一体地编到主密封件204中。图10是附接到发动机舱组件202上的VAFN密封组件200的后视图。VAFN密封组件200包括回转表面(SOR)区域250，过渡区域252以及平坦区域254。在整个SOR区域250中，主密封件204具有恒定截面(图9所示)，且相对于发动机中心线是轴对称的。在过渡区域中，主密封件204的深度从SOR区域250的全截面在相应的平坦区域254附近减小到正好内壁208。例如，主密封件204可初始形成具有延伸通过过渡区域252的SOR区域250的全截面，然后主密封件204的部分和过渡区域252内的腹板212可在高度上逐渐变细，直到只有内壁208保留。图11包括处于收起位置的VAFN环形部54的剖视图，其与VAFN密封组件200在平坦区域254之一中和在回转表面(SOR)区域250 (未描述主密封件204的偏转)中对接。
图12的透视图示出了与发动机舱组件202分离的VAFN密封组件200。该密封组件包括跨越SOR区域250和过渡区域252的主密封件204，以及可选择地，在平坦区域254每一端的球状密封件256 ;如果空气动力学龙骨线(aerodynamic loft line)使得主密封件204本身在这些区域不能提供足够的密封，可以使用球状密封件。图13a和13b的透视图示出了 VAFN密封组件200的过渡区域之一和平坦区域之一。主密封件护圈206的过渡区域部分258被成形为与在过渡区域252中的主密封件204的被修剪形状对接。箍护圈(hoop retainer) 260被用在主密封件204的每一端并且球形密封件护圈262被用于保持每个球状密封件256。图14的透视图示出了主密封件204的内部增强层，为清晰起见未示出主密封件204的弹性体。如图所示，嵌入式表面增强件242周向延伸且具有周向间隔的刚度降低部264(例如，剪出部(trim-out)，位于离散断开部分之间的位置)，其用于降低通过嵌入式表面增强件242被添加到主密封件204上的圆周方向的刚度。相反，后面附接增强件244和前面附接增强件246的每个都具有在圆周方向上的恒定截面。当VAFN环形部54处于收起位置时(如图7所示)，后面附接增强件244和前面附接增强件246未受到任何显著的径向偏转。因此，周向箍负载并未受到通过后面附接增强件244和前面附接增强件246添加的周向刚度的显著影响。图15的剖视图示出了主密封件204内的粘合剂容纳凹槽266和相关的邻近非凹槽区域268。凹槽266沿主密封件204的圆周长度周向延伸，且容纳用于将外壁210结合到主密封件护圈206上的粘合剂。凹槽266被设置在与腹板212对齐的非凹槽区域268之间并与之相邻。如图所示，非凹槽区域268与主密封件护圈206对接，从而相对于主密封件护圈206准确地定位主密封件204。图16a和16b透视图示出了主密封件204的细长穿过结构270。穿过结构270与主密封件护圈206中的孔对接(部分地被移除以增强清晰度)以在主密封件204结合到主密封件护圈206的过程中相对于 主密封件护圈206准确地定位主密封件204。穿过结构270是主密封件204的整体形成部分。穿过结构270包括下圆柱部分272和上圆柱部分274。每个下圆柱部分272都具有直径被选定为适当地大于主密封件护圈206内相应孔的直径，这样当被安装时适当量的干涉配合产生在下圆柱部分272和孔之间。每个上圆柱部分274都具有直径小于主密封件护圈206中相应孔的直径，这样上圆柱部分274可在安装过程中被自由地插入到相应的孔中。上圆柱部分274随后插入主密封件护圈206的孔中，每个穿过结构270被相对于主密封件护圈206拉动以拉下圆柱部分272通过孔。当穿过结构270被拉动时，响应于被施加在下圆柱部分272上的轴向应变，下圆柱部分272的直径暂时减小，从而允许下圆柱部分272被部分地拉动通过相应的孔。在释放穿过结构270时，下圆柱部分272膨胀回到原始直径，从而接合孔并用于相对于主密封件护圈206保持主密封件204。穿过结构270沿着主密封件204分布。许多穿过结构270与非凹槽区域268对齐，从而提供沿主密封件204的多个位置，在这些位置穿过结构270用于确保非凹槽区域268和主密封件护圈206之间的接触，以在主密封件204结合到主密封件护圈206的过程中相对于主密封件护圈206准确地定位主密封件204。穿过结构270的突出部在安装后可被切断以减少重量。图17的剖视图示出了根据许多实施例的VAFN主密封件204内的通风口 276，278，280的位置。内壁208包括第一通风口 276，其将主密封件204的第一封闭隔室区域282置于与旁路管道相连通。腹板通风口 278将第一封闭隔室区域282置于与第二封闭隔室区域284，第三封闭隔室区域286以及第四封闭隔室区域288相连通。因此，由于第一通风口 276和腹板通风口 278，在主密封件204前部中的跨越内壁208的压力差被降低，其有助于减少内壁208的相关偏转。相反，压力差被转移到外壁210，其直接传输相关负载到主密封件护圈206上。外部通风口 280给通过发动机舱组件外面板234的尾腔290通风。其它变化是在本发明的精神内。因此，虽然本发明容易有各种修改和替代结构，但是其一些说明实施例在附图中示出并已在上面详细地描述。然而，应该理解的是，本发明的目的不是将本发明限制在公开的具体形式中，相反，本发明的目的是覆盖落在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、替换结构及其等同结构。在描述本发明的上下文中所使用的术语“一种((a)和(an))”以及“所述(the) ” (特别是在下面权利要求的上下文中)解释为包括单数和复数，除非本文另有说明或上下文另有清楚的相反指示。术语“包括”、“具有”、“包括”和“包含”理解为开放式术语(即，指的是“包括但不限于”)，除非另有注明。术语“连接”解释为部分或完全地被包含在内，被附接到，或连结在一起，即使存在一些干涉。本文中引述数值的范围仅仅旨在用作独立提及落入该范围内的每个分离值的速写方法，除非在此另有说明，并且每个分离值被纳入说明书，就如在本文中独立描述一样。本文中所述的所有方法可以任何适当的顺序实施，除非本文另有说明或上下文另有清楚的相反指示。任何和所有的实施例的使用，或本文所提供的示例性语言(例如，“例如”)，目的仅仅是为了更好地阐明本发明的实施例且不构成对本发明范围的限制，除非另有声明。说明书中任何语言均不应解释为指示未要求权利保护的元素对本发明的实施是必要的。本发明的优选实施例在本文中被描述，包括用于实施本发明的对于发明人已知的最佳模式。这些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员通过阅读上述说明书可能变得明显。发明人期望本领域技术人员采用这样适当的变化，并且本发明人期望本发明的实施并不限于本文具体描述的。因此，本发明包括适用法律准许的随附权利要求中所陈述的发明主题的所有修改和等 同物。此外，本发明包括上述元素的所有可能变体的任意组合，除非本文另有说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、专利申请和专利的所有参考文献通过引用结合到本文中，其程度就像每个参考文献被单独地和具体地标明通过引用被结合在本文中，并且就像其整体被在本文中陈述。
权利要求
1.一种用于具有发动机中心线的涡轮风扇发动机的发动机舱，该发动机舱包括 前向组件，其限定至少部分地围绕发动机中心线周向延伸的旁路管道，所述旁路管道配置为传输发动机的旁路气流，所述前向组件具有至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸的尾部边缘； 可变面积风扇喷管(VAFN)，其被设置在所述前向组件之后并相对于所述前向组件可在收起位置和展开位置之间移动，用于所述旁路管道的上游旁路流出口在VAFN处于所述展开位置时被限定在所述前向组件和所述VAFN之间，所述VAFN的外表面提供用于通过旁路流出口排出的旁路气流的空气动力学边界；以及 附接到所述前向组件的密封件，所述密封件包括内壁和附接到所述内壁且从其横向延伸的多个腹板，每个腹板至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸，内壁限定至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸的被暴露内表面，当所述VAFN处于所述展开位置时，所述内表面提供用于通过所述旁路流出口排出的旁路气流的基本光滑的空气动力学边界；当所述VAFN处于所述收起位置时，所述内表面的至少一部分与VAFN外表面对接以密封所述旁路流出口 ；当所述VAFN处于所述收起位置时，每个腹板具有非平面结构。
2.根据权利要求I所述的发动机舱，其中，所述密封件围绕所述发动机中心线周向延伸至少90度。
3.根据权利要求2所述的发动机舱，其中，所述密封件的高度在所述密封件的端部附近逐渐变细。
4.根据权利要求3所述的发动机舱，进一步包括球状密封件，其附接到所述前向组件上且被设置在所述密封件的末端，当所述VAFN处于所述收起位置时，所述球状密封件在所述前向组件和所述VAFN之间被压缩。
5.根据权利要求I所述的发动机舱，其中，当所述VAFN处于所述展开位置时，每个腹板具有平面结构。
6.根据权利要求I所述的发动机舱,其中,所述密封件包括弹性体材料。
7.根据权利要求I所述的发动机舱，其中，所述弹性体材料包括硅橡胶。
8.根据权利要求I所述的发动机舱，进一步包括密封件护圈，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状，所述弧形形状至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸；所述密封件护圈包括护圈前凸缘，护圈尾凸缘以及在所述护圈前凸缘和所述护圈尾凸缘之间延伸的护圈中间部；所述护圈前凸缘和护圈尾凸缘的每个都至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸并附接到所述前向组件；当所述VAFN处于所述收起位置时，所述密封件位于所述VAFN和所述护圈中间部之间。
9.根据权利要求8所述的发动机舱，其中，所述密封件包括至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸的密封件前凸缘和至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸的密封件尾凸缘，所述密封件前凸缘被设置在所述护圈前凸缘和所述前向组件之间，所述密封件尾凸缘被设置在所述护圈尾凸缘和所述前向组件之间。
10.根据权利要求9所述的发动机舱，其中，所述密封件前凸缘或密封件尾凸缘中的至少一个包括嵌入式增强层。
11.根据权利要求10所述的发动机舱，其中 所述密封件前凸缘包括嵌入式增强层；所述密封件尾凸缘包括嵌入式增强层，以及 所述内壁包括嵌入式增强层。
12.根据权利要求11所述的发动机舱，其中，所述内壁增强层具有至少部分地围绕发动机中心线周向分布的多个刚度降低部，以减少环绕所述发动机中心线的内壁增强层的刚度。
13.根据权利要求8所述的发动机舱，其中，所述密封件包括与所述内壁偏置且附接到所述腹板上的外壁，多个封闭隔室区域限定在所述密封件内且至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸，所述外壁附接到所述护圈中间部。
14.根据权利要求13所述的发动机舱，其中 所述内壁包括与所述封闭隔室区域的第一封闭隔室区域连通的通风口 ；以及 所述腹板之一包括与所述封闭隔室区域的第一封闭隔室区域和第二封闭隔室区域连通的通风口，第一和第二封闭隔室区域是不同的。
15.根据权利要求13所述的发动机舱，其中，所述外壁被结合到所述护圈中间部。
16.根据权利要求15所述的发动机舱，其中，所述外壁包括至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸的多个凹槽，所述凹槽容纳用于将所述外壁结合到所述护圈上的粘合剂，所述凹槽设置在基本与所述腹板对齐的非凹槽区域之间，所述非凹槽区域基本上与所述护圈中间部对接。
17.根据权利要求16所述的发动机舱，其中，所述密封件包括从所述外壁延伸通过所述护圈中间部中的孔的多个细长穿过结构，所述穿过结构与所述护圈中间部中的孔对接，以相对于所述护圈中间部定位所述外壁。
18.根据权利要求I所述的发动机舱，其中，所述内壁包含嵌入式增强层。
19.根据权利要求18所述的发动机舱，其中，所述内壁增强层具有至少部分地围绕所述发动机中心线周向分布的多个刚度降低部，以降低环绕所述发动机中心线的所述增强层的刚度。
20.一种用于涡轮风扇发动机的密封组件，所述发动机包括前向组件和设置在所述前向组件之后并相对于所述前向组件可在收起位置和展开位置之间移动的VAFN，所述前向组件限定至少部分地围绕发动机中心线周向延伸的旁路管道，所述旁路管道配置为传输所述发动机的旁路气流，所述前向组件具有至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸的尾部边缘；用于所述旁路管道的上游旁路流出口在所述VAFN处于所述展开位置时限定在所述前向组件和所述VAFN之间，所述VAFN的外表面提供用于通过旁路流出口排出的旁路气流的空气动力学边界；该密封组件包括 密封件，其包括内壁和附接到所述内壁且从所述内壁横向延伸的多个腹板，所述腹板的至少两个中的每个都被配置成至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸，所述内壁限定至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸的被暴露内表面，所述内表面配置成当所述VAFN处于所述展开位置时为通过所述旁路流出口排出的旁路气流提供基本光滑的空气动力学边界；所述内表面的至少一部分配置成当所述VAFN处于所述收起位置时与所述VAFN外表面对接以密封所述旁路流出口 ；所述腹板的至少两个中的每个都配置成当所述VAFN处于收起位置时变形为非平面结构；以及 密封件护圈，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状，所述弧形形状至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸；所述密封件护圈包括护圈前凸缘，护圈尾凸缘以及在所述护圈前凸缘和所述护圈尾凸缘之间延伸的护圈中间部；所述护圈前凸缘和护圈尾凸缘的每个都配置成至少部分地围绕所述旁路管道周向延伸并附接到所述前向组件；所述密封件配置为当所述VAFN处于所述收起位置时在所 述VAFN和所述护圈中间部之间被压缩。
全文摘要
一种用于装备在涡轮风扇发动机上的可变面积风扇喷管(VAFN)的主密封组件，包括可变形的密封件和附接到所述密封件上的密封件护圈。所述密封件包括内壁和附接到所述内壁且从所述内壁横向延伸的腹板。内壁和腹板至少部分地围绕涡轮风扇发动机的旁路管道周向延伸。当VAFN处于收起位置时，内壁的内表面与VAFN对接。当VAFN处于收起位置时，密封件在VAFN和密封件护圈之间被压缩。并且当VAFN处于收起位置时，每个腹板都被变形为非平面结构。
文档编号F02K3/06GK103256122SQ20121059929
公开日2013年8月21日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月29日
发明者T·K·戈姆利 申请人:罗尔公司