具有增材制造整流罩的增材制造管道式换热器系统的制作方法
【专利说明】具有増材制造整流罩的増材制造管道式换热器系统
[0001]发明背景
[0002]本公开涉及换热器，并且更具体地涉及一种用于燃气涡轮发动机的增材制造换热器。
[0003]燃气涡轮发动机，诸如那些为现代商用和军用飞机提供动力的燃气涡轮发动机通常包括管道式换热器系统，该管道式换热器系统具有换热器和相关联的设备以与气流交换发动机热量。燃气涡轮发动机架构通常规定管道式换热器放置在包封发动机的机舱内。
[0004]常规换热器芯部具有均匀的内部几何结构和外部几何结构部分原因在于制造的复杂性。虽然有效，但换热器可受到局部应力集中或驱使整个换热器的厚度增加或材料变化的其他结构要求的影响。这导致TMS的重量和成本增加。换热器通常也由不同金属构造，所述金属在暴露于可进一步限制换热器寿命的燃气涡轮发动机环境所特有的变化的热边界条件时以不同速率膨胀。
[0005]管道式换热器也利用机舱内的入口导流板和出口导流板，该机舱具有空气动力学外形，以将空气分配到换热器上。用于这些表面的制造技术可能并不总是有利于优化空气动力学的几何结构并且可影响理想的机舱空气动力学设计。这可导致发动机性能弊端。
发明概要
[0006]根据本公开的一个公开的非限制性实施例的用于燃气涡轮发动机的管道式换热器系统包括与换热器连通的整流罩，该整流罩包括增材制造的表面。
[0007]本公开的进一步实施例包括，其中增材制造的表面由有利于热传递的材料制造。
[0008]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中增材制造的表面为至少部分弧形的。
[0009]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中增材制造的表面是芯部的延伸部。
[0010]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中增材制造的表面是至少部分地支撑芯部的框架的延伸部。
[0011]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中增材制造的表面是用于框架的安装布置的延伸部。
[0012]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部是增材制造的。
[0013]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部的正面是非平面的，并且芯部为至少部分弧形的。
[0014]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部的正面为波状外形的，使得进入芯部的气流在整个正面上大体垂直于正面。
[0015]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部的正面延伸到其内定位有芯部的管道的入口扩散区域中，该管道与整流罩连通。
[0016]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部的正面相对于整流罩为波状外形的。
[0017]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部的背面为非平面的，并且芯部为至少部分弧形的。
[0018]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部的背面为波状外形的，使得离开芯部的气流在整个背面上大体垂直于背面。
[0019]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中芯部的背面延伸到其内定位有芯部的管道的出口收缩区域中，该管道与整流罩连通。
[0020]根据本公开的一个公开的非限制性实施例的用于燃气涡轮发动机的管道式换热器系统包括换热器芯部；在换热器芯部上游并且与该换热器芯部连通的增材制造的入口整流罩；以及在换热器芯部下游并且与该换热器芯部连通的增材制造的出口整流罩。
[0021]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中与等同热容量的“砖”状换热器相比较，增材制造的换热器芯部使增材制造的换热器芯部的体积减少约15-20%。
[0022]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中增材制造的换热器芯部相对于增材制造的入口整流罩和增材制造的出口整流罩为波状外形的。
[0023]—种制造根据本公开的一个公开的非限制性实施例的用于燃气涡轮发动机的管道式换热器系统的整流罩的方法包括增材制造整流罩，以提供该整流罩的至少一个表面，所述至少一个表面由有利于热传递的材料制造。
[0024]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中至少一个表面作为换热器工作。
[0025]本公开的前述实施例中任何一个的进一步实施例包括，其中至少一个表面由作为散热片工作的材料增材制造。
[0026]除非另外明确指出，否则前述特征和元件可以在不排他的情况下以各种组合结合。根据以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得显而易见。然而，应当理解，以下描述和附图在本质上旨在是示例性的和非限制性的。
[0027]附图简述
[0028]通过以下对所公开的非限制性实施例的详细描述，各种特征对本领域的技术人员将变得显而易见。附图中的部件未必按比例绘制。此外，在附图中，类似附图标号在贯穿若干视图中表示对应部件。伴随【具体实施方式】的附图可简单描述如下:
[0029]图1是示例燃气涡轮发动机架构的示意性；
[0030]图2是具有示例管道式换热器系统的图1的示例燃气涡轮发动机的示意图；
[0031]图3是机舱组件的示意图，其中多个示例位置用于与共同空气流交换流动的管道式换热器系统；
[0032]图4是机舱组件的示意图，其中多个示例位置用于与不同空气流交换流动的管道式换热器系统；
[0033]图5是根据一个公开的非限制性实施例的换热器的示意图；
[0034]图6是根据一个公开的非限制性实施例的示例换热器芯部的透视图；
[0035]图7是图6的换热器的视图；
[0036]图8是根据另一个公开的非限制性实施例的管道式换热器系统的示意图；以及
[0037]图9是用于管道式换热器系统的整流罩的透视图。
【具体实施方式】
[0038]图1示意性地示出了燃气涡轮发动机20。燃气涡轮发动机20在本文中公开为双转子涡轮风扇发动机，其通常包括风扇区段22、压缩机区段24、燃烧室区段26和涡轮区段28。除了风扇区段22’、压缩机区段24’、燃烧室区段26’和涡轮区段28’(图2)以及其他系统或特征之外，替代发动机架构200可包括增强器区段12、排气管道区段14和喷嘴区段16。风扇区段22沿旁通流动路径驱动空气并且将空气驱动到压缩机区段24中。压缩机区段24沿核心流动路径驱动空气，以便压缩和输送至燃烧室区段26中，燃烧室区段26然后使空气膨胀并且将空气引导通过涡轮区段28。虽然在所公开的非限制性实施例中被描绘为涡轮风扇发动机，但应当理解，本文所述的概念不限于与涡轮风扇发动机一起使用，因为这些教导可应用于其他类型的涡轮发动机，诸如涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机和三转子(加上风扇)涡轮风扇发动机，其中中间转子包括在低压压缩机(“LPC”)和高压压缩机(“HPC”)之间的中间压力压缩机(“IPC”)以及在高压涡轮(“HPT”)和低压涡轮(“LPT”)之间的中间压力涡轮(“IPT”)。
[0039]发动机20通常包括低转子30和高转子32，所述低转子30和高转子32安装成相对于发动机壳体结构36围绕发动机中心轴向轴线旋转。低转子30通常包括与风扇42、低压压缩机(“LPC”)44和低压涡轮(“LPT”)46互连的内轴40。内轴40直接驱动风扇42或通过齿轮传动架构48驱动风扇42，从而以比低转子30低的速度驱动风扇42。示例减速传动装置是周转传动装置，即行星齿轮系统或星形齿轮系统。
[0040]高转子32包括与高压压缩机(“HPC”)52和高压涡轮(“HPT”)54互连的外轴50。燃烧室56布置在HPC 52和HPT 54之间。内轴40和外轴50是同轴的，并且围绕发动机中心纵向轴线旋转。
[0041]核心气流由LPC 44压缩，然后由HPC 52压缩，并且在燃烧室56中与燃料混合并燃烧，然后在HPT 54和LPT 46上膨胀。响应于该膨胀，LPT 46和HPT 54旋转地驱动相应的低转子30和高转子32。发动机主轴40、50由壳体结构36内的支承系统38支撑在多个点处。
[0042]在一个非限制性示例中，燃气涡轮发动机20是高旁通的齿轮传动飞机发动机。其中旁通比大于约6(6: I)。齿轮传动架构48可以包括周转齿轮系，诸如行星齿轮系统或其他齿轮系统。示例周转齿轮系具有大于约2.3的齿轮减速比，并且在另一个示例中为大于约2.5: 10齿轮传动涡轮风扇发