Cmc氧化物-氧化物混合器设计的制作方法
【技术领域】
[0001]公开了一种改进的排气混合系统。尽管改进措施适用于在空中推进动力的涡轮发动机的排气混合系统，但所述改进措施也适用于在海洋中、水下和陆地上应用的涡轮发动机的排气混合系统。
【背景技术】
[0002]对于喷射式涡轮机例如涡扇发动机来说，越来越希望改进其排气混合系统的整体系统、设计以及运转。在联接至典型的涡扇发动机的排气混合系统中，排气混合系统可以用于增大推力且降低发动机噪声。因此，可以改进发动机运转和/或使发动机磨损最小化。然而，低效的或失效的排气混合系统会导致发动机效率降低和噪声增大。
[0003]因此，在本领域有进一步改进的空间。
【发明内容】
[0004]本发明的一个方面涉及一种用于涡轮发动机的排气混合系统，所述排气混合系统包括连接法兰，所述连接法兰构造成将波瓣排气混合器联接至涡轮发动机，其中所述连接法兰包括:环状物，所述环状物构造成联接至涡轮发动机;和多个突出物，所述多个突出物从环状物沿与环状物中心轴线基本平行的第一方向延伸，其中，所述多个突出物构造成联接至波瓣排气混合器。
[0005]本发明的另一个方面涉及一种涡轮发动机，包括:联接环，所述联接环构造成联接至涡轮发动机的发动机接口；和多个联接指状物，所述联接指状物从联接环沿第一方向直线地突出，其中，所述多个联接指状物中的每个联接指状物具有与联接环相邻的第一端和与第一端相对的第二端，并且所述多个联接指状物中的每个联接指状物的第二端构造成联接至排气混合器，所述排气混合器构造成将发动机中心气流和旁路气流混合。
[0006]本发明的又一个方面涉及一种排气混合系统的制造方法，该制造方法包括制作环状的波瓣混合器连接法兰，其中，制作波瓣混合器连接法兰包括:形成具有第一腿和与第一腿基本垂直的第二腿的环;和形成多个联接指状物，所述联接指状物从第二腿沿基本平行于第一腿的方向突出。
【附图说明】
[0007]尽管权利要求书不限于具体的说明，但是通过各种示例的讨论将会对其各个方面得到最佳的了解。现在参考附图，示例性说明被详细示出。尽管附图用于说明，但不需要按照附图的比例且某些特征可以被扩大以更好地说明和解释示例的创新方面。此外，此处描述的示例性说明不意在于穷举，或在其他方面限制于附图中所示的且在下文中详细描述的精确的构成和配置。参考附图详细说明示例性说明，附图中:
[0008]图1示出了根据一个实施例的具有排气混合系统的示例性涡轮发动机；
[0009]图2A示出了根据另一个实施例的示例性排气混合系统；
[0010]图2B是根据一个实施例，图2A所示的排气混合系统的一部分的剖视图；
[0011]图3A是根据一个实施例的排气混合系统的一部分的立体图；
[0012]图3B是根据一个实施例，图3A所示的排气混合系统沿A-A线的剖视图；以及
[0013]图4是根据一个实施例的表示制造排气混合系统的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]公开了一种具有改进的排气混合系统的示例性燃气轮机。该混合系统包括用于将波瓣混合器紧固到发动机接口的连接系统。还公开了一种制造排气混合系统的新方法。
[0015]图1示出了示例性燃气涡轮发动机10，该燃气涡轮发动机10包括:风扇12，低压压缩机14和高压压缩机16，燃烧器18，以及高压、中压和低压涡轮，分别为20、21和22。高压压缩机16连接至第一转子轴24，而低压压缩机14连接至第二转子轴26。低压涡轮22连接至另一个轴27。所述各轴沿轴向延伸且与纵向中心轴线28平行。图1示出了一种三轴发动机，应当理解，其他实施例中可以考虑两轴和/或单轴构型。
[0016]周围空气30进入风扇12且通过风扇转子32被导入环形管道34，该环形管道34部分地由风扇壳体36界定。旁路气流38提供大部分的发动机推力，而主气流40(又称中心气流)被导入燃烧器18和涡轮20、21、22，然后通过产生推力的喷嘴排出。发动机10包括改进的排气混合系统44。所述系统44可以包括能够联接至发动机接口或支架48(例如，后部涡轮支架)的波瓣混合器46。排气混合系统44增强通过低压涡轮22的中心气流40与通过波瓣混合器46的旁路气流38的混合，从而增大推力。该中心气流40与旁路气流38的混合，在各自经过尾锥50并在排气喷嘴52排出时，也可以降低涡轮机噪声。
[0017]现在参考图2A，示出了联接至发动机接口或后部涡轮支架202的示例性排气混合系统200的立体图。排气混合系统200包括波瓣排气混合器204和将波瓣排气混合器204联接至发动机接口 202的联接配件或法兰206。波瓣排气混合器204例如可以由限定出360度的单个元件组成。可替换地，尽管未示出，波瓣排气混合器204可以由共同限定出360度的两个或多个半环形组件组成。
[0018]波瓣排气混合器204例如由陶瓷基复合材料(CMC)制作，诸如氧化铝复合材料基中的高强度陶瓷铝纤维。在替换的实施例中，可以包括其他CMC材料，诸如陶瓷基中的硅酸铝纤维。无论使用何种CMC材料，CMC波瓣排气混合器204包括多个波瓣208，其增强中心气流和旁路气流的混合以增大推力且降低发动机噪声。根据可替换的实施例，CMC波瓣排气混合器的波瓣数目可以多于或少于图2A中所示出的波瓣数目。
[0019]CMC波瓣排气混合器204构造成通过图2A中的多个波瓣208来混合一般暖的或热的中心气流(例如，图1的主要气流40)和较冷的旁路气流(例如图1的旁路气流38)。与未被构造成用以混合中心气流和旁路气流或增强中心气流和旁路气流的混合的排气系统(未示出)相比，CMC波瓣排气混合器204对两种气流的混合一般而言增大了推力。除了增大喷射推力，由多个波瓣208增强的中心气流和旁路气流的混合可以降低喷射导致的噪声。
[0020]由CMC材料组成的结构通常比由金属材料组成的类似结构重量轻。此外，由CMC材料组成的结构在高温下保持结构形状的能力上也趋于优于许多相当的金属结构。因此，CMC波瓣排气混合器204—般地比由金属材料组成的相当的混合器重量更轻且更耐用。重量的降低又通常能增大涡扇发动机(例如，图1的燃气涡轮发动机10)的燃料效率。
[0021]如图2A所示，排气系统200的联接配件或法兰206包括环状物或联接环210，该环状物或联接环210具有多个从其直线延伸的突出物(又称，指状联接器)212。联接配件206例如可以由金属合金或超级合金如Inconel 625组成。此外，联接配件206可以是由限定出360度的单个元件制作，或者，可替换地，联接配件206可以由共同限定出360度的多个半环形组件组成。
[0022]联接配件206的多个突出物212从环状物210沿第一方向214突出，所述第一方向基本平行环状物210的中心轴线216。联接配件206将CMC波瓣排气混合器204联接至涡扇发动机的发动机支架或接口 202 (可替换地，例如，见图1中示出的发动机10的支架48)。也就是说，如图2A所示出的，联接配件206的环状物210联接至发动机接口 202，而联接配件206的多个突出物212联接至CMC波瓣排气混合器204。多个突出物212中的每个突出物都具有挠曲(flex)的能力。因此，当CMC波瓣排气混合器204承受一定范围的空气动力或热载荷时，所述多个突出物或指状联接器212保持完好。
[0023]可以考虑，多个突出物212中的突出物的数量与CMC波瓣排气混合器204中的波瓣数量成比例。例如，突出物212的数量可以是波瓣208数量的两至四倍。然而应当注意，突出物的数目和波瓣的数目之间的关系不需要是2:1、3:1或4:1。例如，基于CMC波瓣混合器(例如，CMC波瓣排气混合器204)的重量和/或尺寸因素，可以使用更少或更多的突出物。
[0024]除了将CMC波瓣排气混合器204联接至发动机(例如，图1的发动机10)之外，联接配件206也用于降低系统上的应力，以最小化对混合器波瓣的结构挠度。也就是说，载荷能够从支架202通过联接配件206传递至CMC波瓣混合器204而不引起(或至少最小化)系统上的局部或结构应力。由于联接配件206具有挠曲的能力，其用作后部涡轮支架202和CMC波瓣排气混合器204之间的媒介物。
[0025]现在参考图2B，示出了图2A的示例性排气混合系统200的一部分218的剖视图。根据如图2B所示的实施例，环状物210通过多个环状安装硬件220联接至发动机接口或后部涡轮支架202。此外，多个突出物212中的每个突出物通过多个突出物安装硬件222联接至CMC波瓣排气混合器204。安装装置或安装硬件220、222例如可以包括机加工螺栓和螺母或其它紧固件(未示出)。
[0026]现在参考图3A，示出了示例性排气混合系统300的一部分的立体图。排气混合系统300的该部分包括联接装置或配件302(又称连接法兰)的一部分和CMC波瓣排气混合器304的一部分。连接法兰302的该部分包括环状物306的一部分，所述环状物具有从该环状物沿第一方向310直线突出的指状物联接器308。环状物306固定于发动机接口 312且指状物联接器308固定于CMC波瓣排气混合器，由此将排气混合系统300联接至涡轮发动机(例如，图1的发动机10)。
[0027]环状物306包括第一腿314，该第一腿与第二腿316成一体。第二腿316基本垂直于第一腿314，而第一腿314基本平行于第一方向310。
[0028]指状物联接器308包括孔(void)318，该孔318与CMC波瓣排气混合器304中的孔320对准。这样，紧固件或安装硬件(例如图2B中的多个突出物安装硬件222)可以穿过各孔318和320将CMC波瓣排气混合器304联接至联接配件302。此外，环状物306包括多个孔(见示意的环状孔332)，从而允许安装硬件(如图2B中的多个环状物安装硬件220)穿过它们以使环状物306可以被联接到发动机接口 312。这样，通过发动机接口 312，排气混合系统300被联接至发动机(例如图1中的发动机1)。
[0029]由于指状物联接器(如指状物联接器308)的几何形状和CMC波瓣排气混合器304被联接到发动机接口 312的方式，由于空气动力学压力和热增长而产生的载荷被减少且实质为剪切载荷。
[0030]根据图3A中示出的实施例，