用于衰减来自气流的噪声的超塑成形/扩散结合结构的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]发动机舱用于控制发动机气流的输入和排出，便于维护，并且抑制由高旁通(bypass)涡扇发动机产生的噪声。发动机舱可以包括由面板(face sheet，面板材)和蜂窝状核心部(core，芯部)的复合夹层结构制成的声衬。面板进行穿孔用以衰减噪声。发动机舱可以进一步包括位于声衬与发动机核心部之间的由陶瓷和金属材料制成的隔热衬垫(insulat1n blanket)。隔热衬垫保护夹层结构不受发动机热量的影响。
[0002]隔热衬垫增加重量、需要维护并且提高发动机舱的成本，但不会直接提供结构上的益处。此外，隔热衬垫占据非常大的空间，这可能造成风扇管道(fan duct，风道)直径增加。他们也在大量气流经过的路径中设置非光滑的表面，这种表面会增加阻力。增加的飞机重量和阻力对燃料效率是不利的。
[0003]存在对具有噪声衰减能力的高温声衬的需求。由于典型的燃气涡轮发动机的形状和发动机舱性能的需求，进一步需要存在一种符合复杂(例如，双轮廓)表面的声衬。
【发明内容】
[0004]根据本文中的实施方式，一种推进系统包括涡轮喷气发动机以及发动机舱，该发动机舱包括超塑成形 / 扩散结合(superplastic forming/diffus1n bonding, SPF/DB)内壁，该超塑成形/扩散结合内壁具有靠着发动机核心部的热侧面板和具有噪声衰减开口的冷侧面板。
[0005]根据本文中的另一实施方式，风扇管道包括SPF/DB夹层结构，该SPF/DB夹层结构包括这样的面板，该面板形成内壁并且具有被配置为抑制噪声的多个开口。
[0006]根据本文中的另一实施方式，整体式SPF/DB夹层结构包括夹在第一面板与第二面板之间的核心部。核心部包括多个单元。第一面板具有用于允许噪声和空气进入这些单元的多个开口。
[0007]根据本公开内容的另外的方面，该内壁具有曲率。
[0008]根据本公开内容的又一方面，发动机包括涡扇发动机。
[0009]这些特征与功能可以在各种实施方式中独立地实现或与其他实施方式组合。参考以下说明和附图，能够了解这些实施方式的更多细节。
【附图说明】
[0010]图1是包括涡轮发动机和发动机舱的推进系统的视图。
[0011]图2是包括内壁的风扇管道的视图，该内壁包括具有超塑成形和扩散结合单元的夹层核心部。
[0012]图3至图6是具有不同尺寸和构造的单元的SPF/DB夹层核心部的视图。
[0013]图7是一种制作SPF/DB结构的方法的视图。
[0014]图8是关于SPF/DB结构的核心板(core sheet,核心部板材)的焊接模式的视图。
[0015]图9A至图9D是组合件展开成SPF/DB结构的视图。
[0016]图10是一种从多个SPF/DB结构形成发动机舱内壁的方法的视图。
[0017]图11是具有复杂形状的SPF/DB结构的视图。
【具体实施方式】
[0018]参考图1，其示出了安装至飞机翼部100下方的支柱或挂架105的推进系统110。推进系统110包括涡轮喷气发动机。在一些实施方式中，喷气发动机可以是涡扇发动机120。典型的涡扇发动机120包括管道风扇(ducted fan，涵道风扇)121和用于驱动风扇121的发动机核心部(或气体发生器)122。风扇121使一部分吸入空气通过发动机核心部122 (核心气流)并且使另一部分吸入空气通过风扇管道130，其绕过发动机核心部122 (旁通气流或风扇气流)。通过诸如塞形喷嘴(plug nozzle) 124的喷嘴加速核心气流。通过将较冷旁通气流和较热核心气流的组合气流排出而产生推力。旁通气流与核心气流的质量流量比称作旁通比。
[0019]推进系统110还包括发动机舱140，发动机舱包括用于覆盖管道风扇和发动机核心部122的整流罩。整流罩可由使用耐低温材料(诸如，碳环氧或铝)的轻型结构制成。整流罩用作风扇管道和相关机构的气动整流装置。在图1的实施方式中，整流罩包括发动机进口整流罩142、风扇整流罩144、以及核心部整流罩146。
[0020]另外参考图2。发动机舱140进一步包括风扇管道130，其也被称为推力反向装置(thrust reverser)。风扇管道130具有内壁132，其将旁通气流与发动机核心部122分离。内壁132结合有结构性功能，以对气流压力载荷以及其他发动机舱载荷起作用。内壁132也可用作核心气流的核心管道以及发动机核心部122的整流罩。作为发动机核心部整流罩，内壁132提供显著的结构性功能、耐热性及耐受与其相关联的热梯度、噪声衰减、发动机防火、以及发动机入口及其系统和部件的组合。内壁132通过将热量引导至旁通气流而使热量从发动机核心部122偏转。
[0021]分叉部(bifurcat1n) 134将内壁132附接到核心部整流罩146。在一些实施方式中，分叉部134可以与内壁132制成一体。在其他实施方式中，分叉部134可以结合(例如，机械地紧固)到内壁132。在一些实施方式中，核心部整流罩146可以与风扇管道130制成一体，并且在其他实施例中，核心部整流罩146可与风扇管道130分离。
[0022]发动机舱130进一步包括推力反向导流板(thrust reverser deflector) 136，该推力反向导流板将一些或大部分旁通气流向外或向前重新定向以提供与飞机的前进运动相反的反推力。导流板136的一部分可通过与阻挡旁通气流的门联接而附接至内壁132。
[0023]除了以上功能，内壁132抑制由发动机核心部122的涡轮部件产生的发动机噪声以及经过旁通气流的风扇噪声。对于具有长管道的发动机舱(即，具有延伸超过风扇气流喷嘴出口平面的部分的风扇管道)，延伸超过风扇气流喷嘴出口平面的部分的噪声抑制是可选的。
[0024]发动机舱130的内壁132包括设计成能抑制噪声的一个或多个SPF/DB结构。在一些实施方式中，可以通过单个整体式SPF/DB结构形成内壁132。在其他实施方式中，内壁可以包括通过焊接或以其他方式结合在一起的多个整体式SPF/DB结构。
[0025]超塑成形(superplastic forming, SPF)通常是指材料超塑变形超出其塑性变形的正常限度的方法。可以使用在温度和应变率的有限范围内呈现超塑性能的某些材料执行超塑成形。
[0026]扩散结合(diffus1n bonding，DB)通常是指使用热量和压力使构件结合在一起以在结合构件的材料之间形成固态接合的方法。在将要结合的母体材料的熔点以下的温度发生通过扩散结合而获得的接合。在足以促使冶金微观结构彼此之间完全地对接和扩散直至完全接合为止的压力载荷下产生各母体材料之间的接合。
[0027]各个SPD/DB结构由可扩散结合和可超塑成形的材料制成。这种材料的实例包括但不限于钛的等级和合金、钛铝、陶瓷、玻璃、金属陶瓷复合材料、不锈钢、铝、铬镍铁合金以及其它超级合金。
[0028]另外参考图3。内壁132的每个SPF/DB结构300具有:靠着发动机核心部122的热侧面板310，形成风扇管道的内表面的冷侧面板320，以及在面板310与320之间的夹层核心部330。热侧面板310由具有比冷侧面板320更好的耐热性的材料制成。核心部330包括多个单元332，这些单元在面板310与320之间形成空腔。核心部330可由相对于用于形成热侧面板310和冷侧面板320的材料具有较大超塑性能的材料制成，以便减少面板310 与 320 中的标记(mark-off)。
[0029]冷侧面板320具有噪声衰减开口 322。噪声衰减开口 322布置为允许旁通气流流进核心部330的单元332内。开口 322和单元332形成了衰减发动机噪声的共振器。
[0030]可以通过选择单元高度、长度和宽度、板材厚度、开口尺寸、形状和空间、以及冷侧面板320的特定开口面积百分比(Percent Open Area，POA)，来调整发动机噪声衰减。频率阻尼是基于开口 322的尺寸、具有开口 322的面板320的厚度以及开口下方空腔的深度之间的函数关系的。阻尼也基于开口 322的模式。这些变量的差异将会影响结构300的噪声衰减的效率。可以调整SPF/DB结构300，以抑制喷气发动机噪声频率的可能的最大范围。
[0031]噪声衰减是被动的。被动衰减不需要一个主动监测和反馈系统来创建异相声音以取消期望频率。因此，SPF/DB内壁132在不用对噪声衰减系统进行加重和维护的情况下执行噪声衰减，同时提供结构强度和耐热性。
[0032]与蜂窝状结构相比，SPF/DB内壁132提供更好的耐腐蚀性和热防护性。与蜂窝状结构相比，由于超级优越的高温性能，SPF/DB内壁具有更高的结构强度和更好的耐疲劳性能，并且其更能承受损坏。
[0033]SPF/DB内壁132不需要隔热衬垫来防止发动机热量的影响。通过除去隔热衬垫，发动机舱130比蜂窝状结构更轻并且具有平滑的表面供空气低阻力地通过。
[0034]通过去除隔热衬垫，发动机舱130比传统发动机舱更小。较小的发动机舱使得能够使用具有较高的旁通比(燃油消耗更小)的较大发动机且不会增加离地距离(和起落架长度)，和/或其使得更多的设备和配件能够装进发动机舱130。
[0035]与蜂窝状挡热结构相比，SPF/DB结构的整体式构造使得预期寿命更长。蜂窝状挡热结构的寿命取决于其隔热衬垫的完整性。如果衬垫受损或不能适当地定位，则预期寿命可能缩短。本文中的整体式SPF/DB结构不会面临这些问题。预期本文中SPF/DB结构的寿命接近或超过飞机的寿命。
[0036]此外，本文中的整体式SPF/DB结构不需要像蜂窝状挡热结构一样的维护。因此，维修费用显著降低。
[0037]本文中的SPF/DB结构可以形成复杂的形状。例如，SPF/DB结构可以形成具有环形复合物、圆锥状、圆柱状、单维或多维曲率的形状。此外，可以将分叉部形成为一体。在图11中示出了具有复杂形状的SPF/DB结构1110的实例。
[0038]噪声衰减开口 322不限于任意特定几何构型。开口几何构型的实例包括孔、卵形、椭圆、狭缝、以及切口。
[0039]核心部330的单元332不限于任意特定几何构型。在下面的段落中描述了几种不同几何构型。
[0040]另外参考图4。在一些实施方式中，核心部330也可包括介于面板310与320之间的穿孔隔板334。多个热侧单元332位于隔板334与热侧面板310之间，并且多个冷侧单元332位于隔板334与冷侧面板320之间。
[0041]穿孔隔板334提供了离竖立的壁结构的平面90度的半渗透表面。隔板334以噪声消除的方式反射并且选择性地传送声波。
[0042]隔板334定位在中间平面或者与另一面板相比稍微偏斜靠近一个面板。但是