流动孔方法和设备与流程

1.这些教导总体上涉及喷气发动机，并且更具体地涉及相应的流动孔。


背景技术：

2.热控制可以包括喷气发动机设计和操作的重要部分。这些方面的示例包括但不限于冷却调制、向核心的风扇流喷射和风扇背压。用于热控制的典型现有技术方法通常至少部分地包括使用机械致动器(其中机械致动器被理解为包括通过将一种运动转换(例如线性或旋转运动)成另一种运动来执行运动的机械系统)。例如，典型的可变面积旁通喷射器(vabi)可以使用机械致动系统来改变风扇和核心通道之间的传导率。
附图说明
3.通过提供在以下详细说明中描述的流动孔方法和设备至少部分地满足了上述需要，特别是当结合附图进行研究时。在参考了附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本说明的各方面的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，其中：
4.图1包括根据这些教导的各种实施例配置的流程图；
5.图2包括根据这些教导的各种实施例配置的示意图；
6.图3包括根据这些教导的各种实施例配置的示意图；
7.图4包括根据这些教导的各种实施例配置的示意图；
8.图5包括根据这些教导的各种实施例配置的示意图；以及
9.图6包括根据这些教导的各种实施例配置的示意图。
10.图中的元件是为了简单和清楚而示出的并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸和/或相对定位可能相对于其他元件被夸大以帮助改进对本教导的各种实施例的理解。此外，在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但易于理解的元件通常没有被描绘，以便有助于对本教导的这些各种实施例的较少阻碍的视图。某些动作和/或步骤可能以特定的发生顺序来描述或描绘，而本领域技术人员将理解实际上并不需要这种关于顺序的专一性。
具体实施方式
11.传统的热控制方法通常相对较重并且还可能需要相当大的空间量。相应的维护要求也可能受到关注。这些都是航空应用环境中的重大挑战。
12.一般而言，本公开的各个方面可以与喷气发动机一起使用，该喷气发动机具有提供(source)第一流体流的核心和提供第二流体流的模块或部件(例如风扇、泵和/或排放管线)。至少在正常操作期间，第一流体流通常将具有比第二流体流更高的温度。这些教导通常提供由第一通道形成的至少一个流动孔以接收前述第二流体流的至少一部分，其中该第一通道由(通过设计和意图)作为给定的基于热的特性(例如温度)的函数而偏转的至少一种材料组成，使得通过至少一个流动孔的第二流体流的流动由此被期望地调制。
13.这些教导在实践中是灵活的。作为一个示例，前述流动孔可包括槽、孔、板孔、管和/或可变面积旁通喷射器中的至少一个。作为更具体的示例，流动孔可包括形成在给定材料中的风扇到核心槽。作为另一个示例，流动孔可以包括多个级联的流动孔。
14.包括第一通道的前述材料可以包括高温合金，其在高达至少1400
°
f的温度下保持物理完整性。如果需要，该材料可以包括具有高热膨胀系数的金属。通过一种方法，该材料包括双金属部件。
15.如果需要，前述流动孔可以包括可操作地联接到第一通道的流动坝，使得由流动坝形成的流动间隙通过作为温度的函数的材料的偏转来控制。此外，如果需要，流动孔还可以包括热障涂层，该热障涂层设置为热隔离第一通道，使得与第一流体流相邻的材料的偏转准确地跟踪第一流体流的温度。
16.如此配置，流动孔建立了区域，该区域经由包括和至少部分地形成孔的部件的有意热偏转来控制。作为一个示例，流动孔可以包括风扇到核心槽或槽的级联，其可以经由冲击空气或回箱配置(return-to-tank configuration)中的燃料被主动冷却或加热。可替代地，在增强器(augmenter)后部的配置中的这种槽可以被动地控制，使得增加的温度将导致槽的闭合增加(至少达到某个最大点)。
17.如此配置，可以在不使用机械致动器的情况下部分地或全部地实现各种期望的热控制活动中的任一种，包括调制冷却、向核心的风扇流喷射和/或风扇背压。根据应用设置，相应的重量和空间节省可以相当可观。
18.本文使用的术语和表达具有如上文所阐述的技术领域的技术人员根据这些术语和表达所赋予的普通技术含义，除非在本文中另外阐述了不同的具体含义。除非另有明确说明，否则本文使用的“或”一词应被解释为具有析取结构而不是合取结构。除非另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接。
19.除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。
20.在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰任何可以允许改变而不导致其相关的基本功能发生变化的定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可能指的是在10％的余量内。
21.在对以下详细描述进行彻底审查和研究后，这些和其他益处可能会变得更加清晰。现在参考附图，特别是图1和图2，现在将呈现与许多这些教导兼容的说明性过程100。
22.该过程100的可选框101提供了具有核心201的喷气发动机200，该核心201提供第一流体流202。可选框102提供部件203，该部件203提供第二流体流204。在这个说明性示例中，第一流体流202具有比第二流体流204更高的温度。在典型的应用设置中，第一流体流202的温度可以高出一个或两个数量级以上。这些教导将适应各种不同种类的部件203。示例包括但不限于风扇、泵和排放管线。
23.各种喷气发动机设计在本领域中是已知的。由于这些教导对这些方面的任何特定选择都不是过于敏感，为了简洁起见，这里不提供这些特定方面的进一步阐述。还将注意，第一流体流202和/或第二流体流204可以是气体或液体。
24.在框103处，该过程100(在喷气发动机200中)提供至少一个流动孔205，该流动孔205由第一通道形成并且配置成接收第二流体流204的至少一部分。一般而言，该第一通道由作为温度的函数而偏转的至少一种材料组成，使得通过至少一个流动孔205的第二流体流204由此被期望地调制。
25.一般而言，流动孔205可包括槽、孔、板孔、管道和/或可变面积旁通喷射器中的一个或多个。应当理解，如本文所用，前述词语“槽”和“孔”被解释为包括基底材料和在该材料中限定相应空腔(即，槽/孔)的这种材料的缺失。作为更具体的示例，流动孔205可以包括本领域已知的风扇到核心槽。
26.通过一种方法，前述偏转材料可以包括单一材料，例如高温合金，其在高达至少1400
°
f的温度下保持物理完整性。如图2所示的说明性示例所示，前述通道可以至少部分地由第一部分208和第二部分209两者形成。部分208和209都可以由随温度升高而膨胀的(相同或不同的)材料组成。更具体地，在该示例中，第一部分208可由在给定温度下比组成第二部分209的材料膨胀得更多的材料组成。如果需要，并且如图2所示，这些部分208和209中的一个或两个可以具有附接到其上的金属条207，其中金属条207具有相对高的热膨胀系数，从而增强所期望的行为。(本领域技术人员会知道，热膨胀系数表示给定材料的相对膨胀除以相应的温度变化。)
27.通过一种方法，代替前述或与其结合，并且还如图所示，偏转材料可包括一个或多个双金属部件206。本领域技术人员将知道双金属部件用于将温度转换变成相应的(和可预测的)机械位移。这样的部件通常由两条金属(具有不同的金属)条组成，它们在被加热时以不同的速率膨胀。这些不同的膨胀速率迫使部件在被加热时向一个方向弯曲，如果冷却到其初始温度以下，则向相反方向弯曲。具有较高热膨胀系数的金属通常在条被加热时位于曲线的外侧，而在在条被冷却时位于曲线内侧。
28.继续参考图2，流动孔205的横截面积将作为来自核心201的第一流体流202的温度与来自部件203的第二流体流204的温度之间的差的函数而变化。流动孔205的尺寸的受控变化又可以用于期望地调制通过该孔205的第二流体流204的流动。
29.图4和5提供了上述方面的一些说明性示例。在图4中，前述偏转材料在未偏转状态下以实线描绘，如附图标记401和402所示。偏转材料401和402可以根据需要彼此相同或不同。并且如上所述，每个这样的偏转材料401和402可以包括单一材料或者可以包括复合材料(或者甚至包括一个或多个双金属部件)。在图4中，这些偏转材料401和402中的每一个都作为相应温度的函数向内偏转至流动孔205至以虚线表示并分别由附图标记403和404表示的位置。如此偏转，可以看出流动孔205的横截面积已经减小。虽然偏转已被显示为线性的，但应当理解，偏转可以以任何合适的方式发生，包括偏转可能导致仅沿着流动路径的一部分的流动孔减小。
30.图5呈现了一种不同的方法，其中至少一个偏转材料401作为温度的函数向内弯曲到流动孔205并且如由参考标记501表示的虚线所示。
31.其他偏转模式是可能的。因此，前述示例的细节将被理解为用于说明性目的，并且这些细节不旨在暗示关于这些教导的任何限制。
32.这些教导在实践中既实用又灵活，并将适应各种应用设置。现在参考图3，该图提供了这方面的一个具体示例。在该特定示例中，包括流动孔205的第一通道还包括可操作地
联接到其上的流动坝301。例如，该流动坝301可以包括金属延伸部，其突出到通道中而不完全阻塞该通道(至少在较低温度下)。在该示例中，该流动坝301定位成靠近(实际上与之相对)同样提供的双金属部件206。如此配置，至少部分地由流动坝301形成的流动间隙通过作为各种流202和204的相应温度的函数的偏转材料的转来选择性地控制。
33.通过一种方法，再次代替前述或与其组合，流动孔205还可包括设置在其部分或全部表面上的热障涂层，以进一步热隔离对应的第一通道，使得与第一流体流202相邻的至少一种材料的偏转精确地跟踪其温度。多种热障涂层在本领域中是已知的，并且包括例如应用于在高温下操作的金属表面，例如燃气涡轮或航空发动机部件，作为排气热管理形式的先进材料。这种涂层(厚度通常在100μm到2mm之间)通常用于使部件免受大而长时间的热负荷，并且可以在承载合金和涂层表面之间维持明显的温差。由于本教导对这些方面的任何特定选择并不过分敏感，因此为了简洁起见，在此不提供关于这些材料的进一步阐述。
34.作为前述方面的一个示例，流动孔205包括风扇到核心槽(或槽的级联)，其经由空气的冲击(或回箱配置中的燃料)被主动冷却或加热。作为另一示例，流动孔205可以包括位于增强器后部的vabi配置中的槽，该槽可被动地控制，以便增加的操作温度将关闭vabi槽。
35.经由这些教导可用的控制量将随着诸如流动孔205的总横截面积和偏转材料本身之类的因素而变化。一般而言，对于至少大多数应用设置，这些教导不会被应用于完全关闭流动孔，而是用于限制该流动孔的横截面尺寸。作为在这些方面的一个说明性示例，对于具有36英寸核心直径的流动孔205的发动机上的钛部件，可以实现大约5平方英寸的授权面积变化。对于hs-188部件(指通道被加热/冷却的一侧)，此差异范围可能会增加到10或15平方英寸。
36.将这种技术应用于流动通道的内壁和外壁和/或使用双金属材料的多个热控制槽的级联可以进一步增加通过这些教导可用的面积控制量。图6提供了在这些方面的说明性示例，其中第二流动孔601跟随第一流动孔205。
37.如此配置，这些教导可以通过有意加热或冷却一个或多个壁来提供热控制的开口尺寸。温度变化可以通过诸如排放空气、燃料/热燃料的各种流体流中的任何一种来主动控制，和/或可以被动地控制并且简单地取决于发动机循环。一般而言，这些教导允许在不使用机械致动器的情况下被动地控制的冷却和向核心的流动喷射和/或风扇背压，因此允许在重量、体积、成本和/或维护要求方面的节省。
38.本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
39.1.一种喷气发动机，具有提供第一流体流的核心和提供第二流体流的部件，其中，所述第一流体流具有比所述第二流体流更高的温度，所述喷气发动机进一步包括：由第一通道形成的至少一个流动孔以接收所述第二流体流的至少一部分，其中，所述第一通道由作为温度的函数而偏转的至少一种材料组成，使得通过所述至少一个流动孔的所述第二流体流的流动由此被期望地调制。
40.2.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，提供所述第二流体流的所述部件包括以下中的至少一个：风扇；泵；和排放管线。
41.3.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一个流动孔包括以下中的至少一个：槽；孔；板孔；管道；和可变面积旁通喷射器。
42.4.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一个流动孔包括风
扇到核心槽。
43.5.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一个流动孔包括多个级联的流动孔。
44.6.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一种材料包括在高达至少1,400华氏度的温度下保持物理完整性的高温合金。
45.7.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一种材料包括具有高热膨胀系数的金属。
46.8.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一种材料包括双金属部件。
47.9.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一个流动孔进一步包括可操作地联接到所述第一通道的流动坝，使得由所述流动坝形成的流动间隙通过作为所述温度的函数的所述至少一种材料的偏转来控制。
48.10.根据前述条项中任一项所述的喷气发动机，其中，所述至少一个流动孔进一步包括热障涂层，所述热障涂层设置成热隔离所述第一通道，使得与所述第一流体流相邻的所述至少一种材料的偏转精确地跟踪所述第一流体流的温度。
49.11.一种与喷气发动机一起使用的方法，所述喷气发动机具有提供第一流体流的核心和提供第二流体流的部件，其中，所述第一流体流具有比所述第二流体流更高的温度，所述方法包括：提供由第一通道形成的至少一个流动孔以接收所述第二流体流的至少一部分，其中，所述第一通道由作为温度的函数而偏转的至少一种材料组成，使得通过所述至少一个流动孔的所述第二流体流的流动由此被期望地调制。
50.12.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，提供所述第二流体流的所述部件包括以下中的至少一个：风扇；泵；和排放管线。
51.13.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一个流动孔包括以下中的至少一个：槽；孔；板孔；管道；和可变面积旁通喷射器。
52.14.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一个流动孔包括风扇到核心槽。
53.15.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一个流动孔包括多个级联的流动孔。
54.16.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一种材料包括在高达至少1,400华氏度的温度下保持物理完整性的高温合金。
55.17.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一种材料包括具有高热膨胀系数的金属。
56.18.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一种材料包括双金属部件。
57.19.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一个流动孔进一步包括可操作地联接到所述第一通道的流动坝，使得由所述流动坝形成的流动间隙通过作为温度的函数的所述至少一种材料的偏转来控制。
58.20.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，所述至少一个流动孔进一步包括热障涂层，所述热障涂层设置成热隔离所述第一通道，使得与所述第一流体流相邻的所述至
少一种材料的偏转精确地跟踪所述第一流体流的温度。
59.本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改、变型和组合，并且这些修改、变型和组合将被视为在本发明概念的范围内。

技术特征：
1.一种喷气发动机，具有提供第一流体流的核心和提供第二流体流的部件，其特征在于，其中，所述第一流体流具有比所述第二流体流更高的温度，所述喷气发动机进一步包括：至少一个流动孔，所述至少一个流动孔由第一通道形成以接收所述第二流体流的至少一部分，其中，所述第一通道由作为温度的函数而偏转的至少一种材料组成，使得通过所述至少一个流动孔的所述第二流体流的流动由此被期望地调制。2.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，提供所述第二流体流的所述部件包括以下中的至少一个：风扇；泵；和排放管线。3.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，所述至少一个流动孔包括以下中的至少一个：槽；孔；板孔；管道；和可变面积旁通喷射器。4.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，所述至少一个流动孔包括风扇到核心槽。5.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，所述至少一个流动孔包括多个级联的流动孔。6.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，作为温度的函数而偏转的所述至少一种材料包括在高达至少1,400华氏度的温度下保持物理完整性的高温合金。7.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，作为温度的函数而偏转的所述至少一种材料包括具有高热膨胀系数的金属。8.根据权利要求7所述的喷气发动机，其特征在于，其中，作为温度的函数而偏转的所述至少一种材料包括双金属部件。9.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，所述至少一个流动孔进一步包括流动坝，所述流动坝可操作地联接到所述第一通道，使得由所述流动坝形成的流动间隙通过作为所述温度的函数而偏转的所述至少一种材料的偏转来控制。10.根据权利要求1所述的喷气发动机，其特征在于，其中，所述至少一个流动孔进一步包括热障涂层，所述热障涂层设置成热隔离所述第一通道，使得与所述第一流体流相邻的作为温度的函数而偏转的所述至少一种材料的偏转精确地跟踪所述第一流体流的温度。

技术总结
一种喷气发动机中，其具有提供第一流体流的核心和提供第二流体流的部件(例如风扇、泵和/或排放管线)，并且其中，至少在正常操作期间，第一流体流通常将具有比第二流体流更高的温度，由第一通道形成的至少一个流动孔以接收前述第二流体流的至少一部分，其中，第一通道由(通过设计和意图)作为温度的函数而偏转的至少一种材料组成，使得通过至少一个流动孔的第二流体流的流动由此被期望地调制。第二流体流的流动由此被期望地调制。第二流体流的流动由此被期望地调制。


技术研发人员：詹姆斯
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/6/12