高温声学衬垫制造技术

一种耐用的轻质，高温声学CMC衬垫系统。薄陶瓷基质复合材料表皮，也称为面板，形成CMC衬垫系统中的单元的外层，与排气中的热气流形成边界。背板形成单元的相对边界。桁架结构形成在背板和面板之间，并为单元提供强度。当CMC系统代替金属衬垫时，背板厚度增加，使得其约为其代替的衬垫系统的厚度。桁架结构在背板和面板之间延伸，形成通道或体积空间。这些通道或体积空间填充有高温透气声学材料，其衰减在声学范围内由冷却空气传播的声音。

High temperature acoustic liner

A durable lightweight, high temperature acoustic CMC gasket system. The thin ceramic matrix composite skin, also known as the panel, forms the outer layer of the unit in the CMC gasket system and forms a boundary with the hot air in the exhaust. Relative boundaries of backplane forming units. The truss structure is formed between the back panel and the panel and provides strength for the unit. When the CMC system replaces the metal liner, the thickness of the backplane increases, making it approximately the thickness of the liner system replaced by the CMC system. The truss structure extends between the backplane and the panel to form a passage or volume space. These channels or volumetric spaces are filled with high-temperature breathable acoustic materials that attenuate the sound propagated by cooling air within the acoustic range.

【技术实现步骤摘要】
高温声学衬垫
本专利技术涉及一种薄轻结构，更具体地，涉及在一种具有具有吸声能力的薄轻高温材料，其结构具有衰减从噪声源发出的声音的应用。
技术介绍
飞行器发动机操作以向飞行器提供动力并提供推力以推进飞行器。空气被吸入发动机的前部并在发动机的压缩机部段中被压缩至高压。空气中的一些在发动机的燃烧器部段中与燃料混合，燃料在所述发动机的燃烧器部段中燃烧。不用于燃烧的空气作为氧提供给机舱，用于冷却发动机的热部段和其它目的。热燃烧气体快速行进通过发动机的涡轮机部段，在所述涡轮机部段处它们用于快速旋转涡轮机。发动机包括至少一个涡轮机部段并且可以包括更多。每个涡轮机部段还包括叶片以引导燃烧的热气流通过涡轮机部段。穿过发动机的热气失去穿过涡轮机的显著动能。涡轮机提供动力以转动发动机的压缩机部段并提供电力。剩余的气体虽然不像它们从燃烧器排出时那样能量很大，但是被引导到排气系统从而提供推力以向前推进飞行器。对于高性能飞行器，当来自涡轮机的废气不足以快速加速飞行器并以期望速度推进飞行器时，可以提供额外的推力。额外的推力由增强器提供，增强器由于其在排气中的位置有时被称为后燃器。增强器将燃料和空气短时间喷射到排气系统中，在所述排气系统处它燃烧以增强由废气提供的推力。燃料的燃烧产生热燃烧气体，涡轮机的操作和废气从发动机排气的排出都产生高水平的噪声。排气系统利用管道来引导在涡轮机和发动机的后部之间的热燃烧气体。由于燃烧气体的高温，已使用与管道间隔的金属衬垫。衬垫通过一个吊架或多个吊架从管道径向定位。如本文所使用的，径向是指相对于其离发动机中心线的位置的分量的术语。燃烧气体可以达到材料(包括衬垫)的熔化温度以上的温度。因此，衬垫可以涂覆有热障涂层。来自压缩机的冷却空气也在衬垫和管道之间通过以从衬垫的后侧去除热。另外，衬垫设计包括多个孔，所述孔将冷却空气从衬垫和管道之间的区域提供到在热燃烧气体的流动路径中的衬垫的侧面。冷却部件(这里为衬垫)的该方法称为膜冷却或蒸发冷却。喷气发动机排气系统的衬垫，管道和吊架通常由金属材料制成，所述金属材料是声音的导管。期望的是，尽最大可能程度地减轻由包括排气系统的金属材料传播的声音以限制作为噪声传播到环境的声音。在图2中示出描绘涂覆有薄热障涂层(TBC)16的金属衬垫22的现有技术的排气系统的部分横截面，所述金属衬垫22用吊架10从管道12悬吊。来自发动机(未示出)的风扇部段的冷却空气在管道12和衬垫22之间的通道14中流动。由于在排气中流动的热气18的温度，将超过包括衬垫的材料的熔化温度，但是对于热障涂层16和在通道14中流动的冷却空气，改善了衬垫22的温度能力。然而，在通道14中流动的冷却空气几乎没有衰减地将声音从金属衬垫传递到管道并向外传递。改善高温衬垫系统性能的最近尝试已导致结合到金属衬垫表面的厚砖状陶瓷结构的发展。尽管这些陶瓷砖提供了一些温度改善和一些声音衰减，但它们对发动机并因此对飞行器提供了显著的重量惩罚，并且可以减小有效排气面积，从而影响发动机性能。另外，用于将这些结构结合到衬垫的结合方法长期在高温下存在问题。而且，这些陶瓷砖缺乏充分减少声音衰减的必要特性。所需要的是一种具有如下能力的系统：改善排气系统的温度能力，同时衰减由诸如喷气发动机的燃气涡轮发动机产生的一些声音而不增加排气系统的额外重量。这样的系统不仅应当重量轻，而且应当具有高温能力，使得它可以在飞行器发动机的排气部段中使用。优选地，部件设计可以承受高操作温度达到延长的一段时间。如本文所使用的，高操作温度包括超过400°F的温度。
技术实现思路
提供耐用的轻质高温结构。该结构特别用作衬垫系统或用作排气系统中的衬垫附件，消除了现有技术中使用的吊架和衬垫系统，尽管保留到衬垫系统或当金属衬垫被消除时到管道的附件。当在发动机排气系统中使用时，可以提供在管道和陶瓷衬垫系统之间将冷却空气供应到衬垫系统的通道。当在排气系统中使用时，陶瓷衬垫系统包括形成为多个单元的陶瓷层的复杂布置。每个单元由高温陶瓷材料形成，当固化时，所述高温陶瓷材料形成具有内部体积的高温结构。该体积可以填充有具有吸声能力和高温能力的轻质陶瓷材料。陶瓷衬垫系统覆盖并附接到管道，陶瓷衬垫系统位于管道和废气流动路径之间并从管道悬吊。当保留排气衬垫时，陶瓷衬垫系统也为金属排气衬垫提供热保护。陶瓷衬垫系统包括面板，背板和在面板和背板之间延伸的桁架结构(trussstructure)。桁架结构为陶瓷衬垫系统提供强度，同时形成填充有轻质多孔材料的多个通道，所述多孔材料可以与声音相互作用以使其衰减。轻质多孔材料允许冷却空气从管道和衬垫之间的冷却空气通道通过，并且通过通道循环以从系统去除热，由此防止衬垫系统内的热积累。通过多孔材料的空气循环也是用于声音衰减的重要特征。由陶瓷基质复合材料(CMC)形成的桁架结构也可以在附接是机械时用作衬垫系统到管道的附接点，衬垫系统的单元通过附接装置附接到管道。桁架结构中的通道的横截面可以基于排气设计而变化，使得避免热积累。通道可以基本上平行于发动机的轴线对准，也就是说，通道和通过通道的冷却空气流动在发动机中从前向后定向，平行于通过排气系统的热废气流动，但是冷却空气流动的方向不限于该方向上的流动。在桁架结构中形成的通道或体积区域填充有纤维，多孔毡或多孔泡沫。薄陶瓷基质复合材料表皮，也称为面板，形成衬垫系统中的单元的外层，与排气中的热气流形成单元的边界。该系统也包括附加的陶瓷基质复合材料表皮，标识为背板。桁架结构形成在背板和面板之间。当陶瓷衬垫系统替换金属衬垫时，背板厚度增加，使得其约为其替换的衬垫系统的厚度。当背板与金属管道衬垫结合使用时，背板包括2-4层。桁架结构在背板和面板之间延伸，形成通道或体积区域。这些通道或体积区域填充有耐高温的高温纤维、毡或泡沫。由于与热燃烧气体的相互作用从热传递产生的陶瓷衬垫系统中的任何热积累可以由通过桁架结构引导的冷却空气去除。在管道和陶瓷衬垫系统之间的通道中流动的冷却空气可以通过在背板中提供孔或槽而被引导到陶瓷衬垫系统的单元中，孔或槽将冷却空气从通道提供到多孔陶瓷毡，泡沫或纤维填充通道中。填充有声学多孔泡沫，毡或纤维的通道允许冷却空气移动通过通道，通常从前向后并平行于发动机的轴线。通过衬垫传递的声音由冷却空气运载。冷却空气与多孔声学材料相互作用以衰减由冷却空气传递的声音。如果需要，可以通过面板形成孔，其允许冷却空气离开单元并进入热气流，由此为陶瓷衬垫系统提供蒸发冷却。通过使用本专利技术可以减轻排气部段的重量。轻质陶瓷衬垫系统也通过去除吊架和金属衬垫减轻重量，并且通过适当选择材料，能够耐受在排气中经历的温度。本专利技术的陶瓷系统的使用不限于排气系统，并且可以在发动机的其它部段中或在经历高温操作并且声音通过结构传递的其它结构上使用。具体地，本申请技术方案1涉及一种CMC衬垫系统，其包括：管道；多个单元，每个单元还包括高温结构，在所述结构内具有可填充体积；在声学范围内具有衰减能力的材料，所述材料占据所述结构内的所述可填充体积，以及附接装置，所述附接装置将多个单元的每一个固定到所述管道。本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的CMC衬垫系统，其中所述附接装置包括机械紧固件系统。本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的CMC衬垫系统，其中所述机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMC衬垫系统，其包括：管道；多个单元，每个单元还包括高温结构，在所述结构内具有可填充体积；在声学范围内具有衰减能力的材料，所述材料占据所述结构内的所述可填充体积，以及附接装置，所述附接装置将多个单元的每一个固定到所述管道。

【技术特征摘要】
2017.11.09 US 15/807,9201.一种CMC衬垫系统，其包括：管道；多个单元，每个单元还包括高温结构，在所述结构内具有可填充体积；在声学范围内具有衰减能力的材料，所述材料占据所述结构内的所述可填充体积，以及附接装置，所述附接装置将多个单元的每一个固定到所述管道。2.根据权利要求1所述的CMC衬垫系统，其中所述附接装置包括机械紧固件系统。3.根据权利要求2所述的CMC衬垫系统，其中所述机械紧固件系统包括螺栓和垫圈，所述螺栓延伸通过每个单元和所述管道。4.根据权利要求1所述的CMC衬垫系统，其中所述附接装置包括高温化学粘合剂系统。5.根据权利要求1所述的CMC衬垫系统，其中通道在所述管道和所述多个单元之间延伸，所述通道形成用于冷却空气的路径。6.根据权利要求5所述的CMC衬垫系统，其还包括在所述结构中的第一组孔，用于将冷却空气从所述通道引导到所述多个单元中的单元中。7.根据权利要求6所述的CMC衬垫系统，其包括在所述结构中的第二组孔，用于将冷却空气引导到所述单元之外。8.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·E·费尔，C·D·杨格，K·A·杨格，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US