冲压空气风扇外部壳体制造技术

本发明专利技术涉及冲压空气风扇外部壳体，所述冲压空气风扇外部壳体用于将来自冲压空气风扇转子的空气以及来自冲压空气旁通部件的空气引导到冲压空气风扇出口中。所述外部壳体包括在结合区域连接的外部筒体和稳压室。所述外部筒体和稳压室由至少四个相邻的平纹碳纤维织物层的层压堆叠序列制成。堆叠序列的每层具有这样的织物取向，所述织物取向使得第一层和第四层相对于第二层和第三层中的每个以四十五度取向。该结合区域由至少八个相邻的平纹碳纤维织物层制成。接合区域层压堆叠序列通过使得在所述结合区域中的所述四个相邻外部筒体层与在所述结合区域中的所述四个相邻稳压室层交织而形成。

【技术实现步骤摘要】
冲压空气风扇外部壳体
本专利技术涉及环境控制系统。具体地，本专利技术涉及用于飞行器的环境控制系统的冲压空气风扇组件的外部壳体。
技术介绍
飞行器上的环境控制系统（ECS）将调节空气提供给飞行器舱室。调节空气是处于用于飞行器乘员舒适性和安全性所期望的温度、压力和湿度的空气。处于地面水平或接近地面水平，该环境空气温度和/或湿度通常足够高，使得空气在被传输到飞行器舱室之前必须作为调节过程的一部分被冷却。在飞行高度处，环境空气通常比所期望的要冷得多，但是在这种低压下，该环境空气必须作为调节过程的一部分被压缩至可接受的压力。在飞行高度下压缩环境空气充分地加热得到的加压空气，该加压空气必须被冷却，甚至在环境空气温度十分低时也是如此。因此，在大多数状况下，在空气被传输到飞行器舱室之前，热量必须由ECS从空气移除。当热量从空气被移除时，该热量由ECS驱散到分离空气流中，所述分离空气流流入到ECS中、横穿ECS中的热交换器、并且流出飞行器，从而随该分离空气流夹带过量热量。在飞行器足够快地移动的状况下，冲压到飞行器中的空气的压力足以使得足够空气移动通过ECS以及经过热交换器，从而移除过量的热量。虽然冲压空气在正常飞行状况下运行良好，但是在较低的飞行速度下或当飞行器在地面上时，冲压空气压力太低而不能提供经过热交换器以从ECS实现足够热量移除的足够空气流。在这些状况下，ECS内的风扇被用于提供经过ECS热交换器的必要空气流。该风扇被称为冲压空气风扇。如飞行器上的任何系统一样，在改善的冲压空气风扇方面具有巨大价值，该改善的冲压空气风扇包括被设计成改善冲压空气风扇的操作效率、或降低该冲压空气风扇的重量的创新部件，例如外部壳体。
技术实现思路
本专利技术是一种冲压空气风扇外部壳体，所述冲压空气风扇外部壳体用于将来自冲压空气风扇转子的空气以及来自冲压空气旁通部件的空气引导到冲压空气风扇出口中。所述外部壳体包括在结合区域处连接的外部筒体和稳压室。所述外部筒体和稳压室由至少四个相邻的平纹碳纤维织物层的层压堆叠序列制成。堆叠序列的每层具有这样的织物取向，所述织物取向使得第一层和第四层相对于第二层和第三层中的每个以四十五度取向。所述第二层和第三层被夹设在所述第一层和第四层之间。该结合区域由至少八个相邻的平纹碳纤维织物层制成。结合区域层压堆叠序列通过使得在所述结合区域中的所述四个相邻外部筒体层与在所述结合区域中的所述四个相邻稳压室层交织而形成。附图说明图1是结合本专利技术的冲压空气风扇组件的侧视图。图2是结合本专利技术的外部壳体的透视图。图3是图2的外部壳体的端视图。图4是图2的外部壳体的侧视图。图5是图4的外部壳体的一部分的截面图。图6是图4的外部壳体的另一部分的截面图。图7是图4的外部壳体的另一部分的截面图。具体实施方式环境控制系统（ECS）中的冲压空气风扇组件采用外部壳体以将来自冲压空气风扇转子的空气以及来自冲压空气旁通部件的空气通过通道引导到冲压空气风扇出口中。外部壳体是冲压空气风扇组件的单个最大部件。本专利技术是这样的冲压空气风扇外部壳体，该冲压空气风扇外部壳体是耐用的同时还是轻质的。实施本专利技术的外部壳体结合增加耐用性并且确保轻质壳体的创新特征。外部壳体由纤维增强聚合复合物层（例如，碳纤维层）以特定层序列取向而制成，其中层的数量以及相邻层的重叠根据强度的需要而变化。以这种方式使用增强纤维（例如，碳纤维）提供十分强韧且轻质的结构。外部壳体包括外部筒体以及附接到该外部筒体的稳压室。外部筒体以及稳压室的部分用升高特征来机械加固。最后，外部壳体被设计成具有外部筒体的长度与外部筒体在冲压空气风扇出口处的直径的极其小的比值。在冲压空气风扇出口处的相对大的外部筒体直径实现有效的风扇流动。保持外部筒体的长度相对短会降低在外部壳体上（尤其在筒体部段与稳压室之间的结合处）的应力。通过降低应力，需要较少的材料来加固这些结合处，从而有助于得到相对轻质的外部壳体。图1示出了结合本专利技术的冲压空气风扇组件。图1示出了冲压空气风扇组件10，其包括：风扇壳体12；轴承壳体14；入口壳体16；外部壳体18；内部壳体20；以及多个螺栓60。风扇壳体12包括风扇支柱22、马达转子24、马达定子26、止推轴28、止推板30以及止推轴承32。轴承壳体14包括轴颈轴承轴34和轴承端盖36。风扇壳体12和轴承壳体14一起包括系杆38以及轴颈轴承40。除了系杆38的一部分之外，入口壳体16还包含风扇转子42和入口护罩44。外部壳体18包括端子盒46以及稳压室48。在所述外部壳体18内的是扩散器50、马达轴承冷却管52和线缆传送管54。风扇入口是在缺乏足够的冲压空气压力的情况下待由冲压空气风扇组件10移动的空气源。旁通入口是当足够的冲压空气压力可用时流经该冲压空气风扇组件10的空气源。如图1所示，入口壳体16和外部壳体18在风扇支柱22处借助多个螺栓60被附接到风扇壳体12。轴承壳体14被附接到风扇壳体12，并且内部壳体20将马达轴承冷却管52和线缆传送管54连接到轴承壳体14。马达轴承冷却管52在外部壳体18处将内部壳体20连接到冷却空气源。线缆传送管54在端子盒46处将内部壳体20连接到外部壳体18。马达定子26和止推板30附接到风扇壳体12。马达转子24被包含在马达定子26内并且将轴颈轴承轴34连接到止推轴28。轴颈轴承轴34、马达转子24和止推轴28限定用于冲压空气风扇组件10的旋转轴线。风扇转子42借助系杆38被附接到止推轴28，所述系杆沿该旋转轴线从在轴颈轴承轴34的端部处的轴端盖36延伸通过马达转子24、止推轴28和风扇转子42到入口护罩44。螺母（未示出）将轴端盖36紧固到位于系杆38的一端上的轴颈轴承轴34并且将入口护罩44紧固到位于该系杆38的相对端处的风扇转子42。止推板30和风扇壳体12包含止推轴28的凸缘状部分，其中止推轴承32定位在所述止推轴28的凸缘状部分与所述止推板30之间并且定位在所述止推轴28的凸缘状部分与所述风扇壳体12之间。轴颈轴承40定位在所述轴颈轴承轴24与所述轴承壳体14之间并且定位在所述止推轴28与所述风扇壳体12之间。入口护罩44、风扇转子42、以及风扇壳体12的一部分被包含在所述入口壳体16内。扩散器50被附接到外部壳体18的内表面上。稳压室48是外部壳体18的将冲压空气风扇组件10连接到旁通入口的部分。入口壳体16被连接到风扇入口，并且外部壳体18被连接到风扇出口。在操作中，冲压空气风扇组件10被安装到飞行器上的环境控制系统中并且被连接到风扇入口、旁通入口以及风扇出口。当飞行器并不移动得足够快以产生满足ECS的冷却需求的足够冲压空气压力时，冲压空气风扇马达控制器（未示出）借助从端子盒46布线行进通过线缆传送管54、内部壳体20和轴承壳体14的线缆而供应电力到马达定子26。激励马达定子26使得转子24绕冲压空气风扇组件10的旋转轴线旋转，从而使得所连接的轴颈轴承轴34和止推轴28旋转。风扇转子42和入口护罩44还借助其与止推轴28的连接而旋转。轴颈轴承40和止推轴承32提供用于旋转部件的低摩擦支承。当风扇转子42旋转时，该风扇转子使得空气从风扇入口移动通过入口壳体20、经过风扇支柱22并且进入到位于风扇壳体12和外部壳体18之间的空间中，从而增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冲压空气风扇外部壳体，所述冲压空气风扇外部壳体用于将来自冲压空气风扇转子的空气以及来自冲压空气旁通部件的空气引导到冲压空气风扇出口中，所述外部壳体包括：外部筒体，所述外部筒体具有冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端，所述冲压空气风扇转子端和所述冲压空气风扇出口端位于所述外部筒体的轴线的相对两端；所述外部筒体包括由至少四个相邻的平纹碳纤维织物层的层压堆叠序列组成的壁，所述四个相邻外部筒体层的每层都具有这样的织物取向，所述织物取向使得第一外部筒体层和第四外部筒体层相对于第二外部筒体层和第三外部筒体层的每个以四十五度取向，所述第二外部筒体层和所述第三外部筒体层被夹设在所述第一外部筒体层和所述第四外部筒体层之间；以及稳压室，所述稳压室用于将来自所述冲压空气旁通部件的空气引导到所述外部筒体中，所述稳压室包括由至少四个相邻的平纹碳纤维织物层的层压堆叠序列组成的壁，所述四个相邻层的每层都具有这样的织物取向，所述织物取向使得第一稳压室层和第四稳压室层相对于第二稳压室层和第三稳压室层的每个以四十五度取向，所述第二稳压室层和所述第三稳压室层被夹设在所述第一稳压室层和所述第四稳压室层之间；其中，所述稳压室在结合区域处被结合到所述外部筒体，所述结合区域由至少八个相邻的平纹碳纤维织物层的层压叠堆序列组成，所述结合区域层压堆叠序列通过使得在所述结合区域中的所述四个相邻外部筒体层与在所述结合区域中的所述四个相邻稳压室层交织而形成。...

【技术特征摘要】
2011.10.24 US 13/2795081.一种冲压空气风扇外部壳体，所述冲压空气风扇外部壳体用于将来自冲压空气风扇转子的空气以及来自冲压空气旁通部件的空气引导到冲压空气风扇出口中，所述外部壳体包括：外部筒体，所述外部筒体具有冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端，所述冲压空气风扇转子端和所述冲压空气风扇出口端位于所述外部筒体的轴线的相对两端；所述外部筒体包括由至少四个相邻的平纹碳纤维织物层的层压堆叠序列组成的壁，所述外部筒体的四个相邻层的每层都具有这样的织物取向，所述织物取向使得第一外部筒体层和第四外部筒体层相对于第二外部筒体层和第三外部筒体层的每个以四十五度取向，所述第二外部筒体层和所述第三外部筒体层被夹设在所述第一外部筒体层和所述第四外部筒体层之间；以及稳压室，所述稳压室用于将来自所述冲压空气旁通部件的空气引导到所述外部筒体中，所述稳压室包括由至少四个相邻的平纹碳纤维织物层的层压堆叠序列组成的壁，所述稳压室的四个相邻层的每层都具有这样的织物取向，所述织物取向使得第一稳压室层和第四稳压室层相对于第二稳压室层和第三稳压室层的每个以四十五度取向，所述第二稳压室层和所述第三稳压室层被夹设在所述第一稳压室层和所述第四稳压室层之间；其中，所述稳压室在结合区域处被结合到所述外部筒体，所述结合区域由至少八个相邻的平纹碳纤维织物层的层压叠堆序列组成，所述结合区域层压堆叠序列通过使得在所述结合区域中的所述外部筒体的四个相邻层与在所述结合区域中的所述稳压室的四个相邻层交织而形成。2.根据权利要求1所述的外部壳体，其中，所述外部筒体的外部长度与所述外部筒体在所述冲压空气风扇出口端处的外径的比值不大于1.5827，其中，所述外部筒体的外部长度是沿平行于所述外部筒体的轴线的方向从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。3.根据权利要求1所述的外部壳体，其中，所述外部筒体的外部长度与所述外部筒体在所述冲压空气风扇出口端处的外径的比值不大于1.5827且不小于1.5720，其中，所述外部筒体的外部长度是沿平行于所述外部筒体的轴线的方向从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。4.根据权利要求1所述的外部壳体，其中，所述外部筒体的外部长度在26.755英寸和26.875英寸之间（或在679.58mm和682.63mm之间），并且所述外部筒体在所述冲压空气风扇出口处的外径在16.980英寸和17.020英寸之间（或在431.29mm和432.31mm之间）。5.根据权利要求1所述的外部壳体，其中，所述结合区域延伸到所述外部筒体和所述稳压室的每个中超过所述外部筒体或所述稳压室形成所述结合区域的曲率半径的切线的任何点至少0.500英寸（或至少12.70mm）。6.根据权利要求1所述的外部壳体，其中，所述结合区域延伸到所述外部筒体和所述稳压室的每个中超过所述外部筒体或所述稳压室形成所述结合区域的曲率半径的切线的任何点在0.500英寸和2.000英寸之间（或在12.70mm和50.80mm之间）。7.根据权利要求1所述的外部壳体，其中，所述稳压室还包括两个稳压室脊部，每个稳压室脊部位于所述稳压室的两个壁中的每个上，所述稳压室的两个壁平行于所述外部筒体的轴线；其中，所述两个稳压室脊部中的每个包括相应稳压室壁的突出部段。8.根据权利要求7所述的外部壳体，其中，所述稳压室脊部突出到彼此平行的平面，并且与包含所述外部筒体的轴线的平行平面距离在12.450英寸和12.470英寸之间（或在316.230mm和316.738mm之间）。9.根据权利要求7所述的外部壳体，其中，所述稳压室脊部每个都形成倒置的T形。10.根据权利要求1所述的外部壳体，其中，所述外部筒体还包括：外部筒体支承脊部，所述外部筒体支承脊部在与所述筒体的轴线垂直的平面内沿所述外部筒体的至少一部分延伸，并且所述外部筒体支承脊部包括所述外部筒体壁的突出部段。11.根据权利要求10所述的外部壳体，其中，所述外部筒体支承脊部从所述外部筒体壁径向向外突出在0.290英寸和0.310英寸之间（或在7.37mm和7.87mm之间）。12.一种冲压空气风扇外部壳体，所述冲压空气风扇外部壳体用于将来自冲压空气风扇转子的空气以及来自冲压空气旁通部件的空气引导到冲压空气风扇出口中，所述外部壳体包括：外部筒体，所述外部筒体具有冲压空气风扇转子端和冲压空气风扇出口端，所述冲压空气风扇转子端和所述冲压空气风扇出口端位于所述外部筒体的轴线的相对两端；以及稳压室，所述稳压室在结合区域处结合到所述外部筒体，用于将来自所述冲压空气旁通部件的空气引导到所述外部筒体中，所述稳压室包括：由多个相邻的平纹纤维增强聚合复合物层的层压堆叠序列组成的壁；以及两个稳压室脊部，每个稳压室脊部位于所述稳压室的两个壁的每个处，所述稳压室的两个壁平行于所述外部筒体的轴线；其中，所述两个稳压室脊部的每个都包括相应稳压室壁的突出部段,其中,所述外部筒体包括由多个相邻的平纹纤维增强聚合复合物层的层压堆叠序列组成的壁；以及所述结合区域由多个相邻的平纹纤维增强聚合复合物层的层压堆叠序列组成，所述结合区域层压堆叠序列通过使得在所述结合区域中的所述外部筒体的多个相邻层与在所述结合区域中的所述稳压室的多个相邻层交织而形成。13.根据权利要求12所述的外部壳体，其中，所述稳压室脊部突出到彼此平行的平面，并且与包含所述外部筒体的轴线的平行平面距离在12.450英寸和12.470英寸之间（或在316.230mm和316.738mm之间）。14.根据权利要求13所述的外部壳体，其中，所述稳压室脊部每个都形成倒置的T形。15.根据权利要求12所述的外部壳体，其中，所述外部筒体还包括：外部筒体支承脊部，所述外部筒体支承脊部在与所述筒体的轴线垂直的平面内沿所述外部筒体的至少一部分延伸，并且所述外部筒体支承脊部包括所述外部筒体壁的突出部段。16.根据权利要求12所述的外部壳体，其中，所述外部筒体的外部长度与所述外部筒体在所述冲压空气风扇出口端处的外径的比值不大于1.5827，其中，所述外部筒体的外部长度是沿平行于所述外部筒体的轴线的方向从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。17.根据权利要求12所述的外部壳体，其中，所述外部筒体的外部长度与所述外部筒体在所述冲压空气风扇出口端处的外径的比值不大于1.5827且不小于1.5720，其中，所述外部筒体的外部长度是沿平行于所述外部筒体的轴线的方向从所述冲压空气风扇转子端到所述冲压空气风扇出口端的距离。18.根据权利要求12所述的外部壳体，其中，所述外部筒体的外部长度在26.755英寸和26.875英寸之间（或在679.58mm和682.63mm之间），并且所述外部筒体在所述冲压空气风扇出口处的外径在16.980英寸和17.020英寸之间（或在431.29m...

【专利技术属性】
技术研发人员：L比內克，BJ梅里特，
申请(专利权)人：哈米尔顿森德斯特兰德公司，
类型：发明
国别省市：