带裂纹和分层制止器的飞机发动机舱的声匣

摘要

一种用于飞机发动机舱入口的内声匣，由复材构造并且形成为单件、360度环形部分。该内声匣包括内皮、外皮、置于内皮和外皮之间的蜂窝夹芯和至少一个从内皮径向延伸到外皮的裂纹和分层制止器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于飞机发动机舱入口的内声匣。

背景技术

当飞机发动机发生“叶片飞出”事件时，重要的是飞机要具有“飞回家”的能力(即，按照联邦航空局原则安全返回地面的性能)。在“叶片飞出”事件中发动机舱抵御损伤并维持结构整体性的能力对于飞机的回家功能很重要。

一些已知的发动机舱入口包括由多块环形段构成的内声匣，环形段被使用紧固件的添接件紧固。添接件除了紧固内声匣的相邻环形段，还用来限制穿过机匣的损伤的扩展。所以，“制止损伤”的添接件有助于在“叶片飞出”事件中保持内声匣及至整个机舱的结构整体性。多片内声匣的例子示于美国专利申请公开文件2008/0017442中，受让予Rohr公司。

一些现代飞机中，发动机舱入口包括360度单件(即，形成为单个环形部分)内声匣，该内声匣由置于内外皮之间的蜂窝夹芯或者夹芯组件(单自由度(SDOF)或双自由度(DDOF)夹芯层)构成。蜂窝夹芯可以是金属或复材构造的，比如环氧石墨或者类似物，并且可能包括隔片分开的内单元阵列和外单元阵列。内外皮也是复材制成的。由于它们的单体设计，单件内声匣缺少多段声匣的损伤制止添接件。从而，在“叶片飞出”事件中对于360度单件内声匣提供足够损伤容限至关重要。

需要给飞机发动机舱提供减轻“叶片飞出”事件的具有改良的抗裂纹、脱粘和分层性能的360度单件内声匣。

发明内容

该公布涉及用于飞机发动机舱入口的360度单件内声匣，以及构造这种机匣的方法。内机匣被设计来限制在“叶片飞出”事件中该机匣的裂纹、脱粘和分层，因而改良带有该种内机匣的飞机的飞回家性能。

根据特定实施例，内声匣可包括：环形内皮；环形外皮；置于内外皮之间的环形声音蜂窝夹芯组件；和至少两个从内皮经过声音蜂窝夹芯径向延伸到外皮的加强件。内皮、外皮、声音蜂窝夹芯组件和至少两个或多个加强件被粘接到一起，形成了360度单件环形结构并且维持了机匣的声音平滑度要求。

每个加强件在机匣的轴向上可能是Z-型截面、C-型截面或I-型截面。连接到内皮和外皮的加强件可能被局部打孔以不损害机匣的声音性能。每个加强件可能有固定于声音蜂窝夹芯和外皮最内面之间的第一端部和固定于内皮相对铺层之间的第二端部，使得加强件和内皮之间的连接强于加强件和外皮之间的连接。

构造这种内声匣的方法可能包括：提供包含多个铺层的环形内皮、环形外皮、蜂窝夹芯组件和至少两个加强件；将该至少两个加强件粘接入内皮；将蜂窝夹芯组件粘接到该至少两个加强件和内皮，使得该至少两个加强件横向通过蜂窝夹芯延伸；并粘接外皮。

本发明的其余特征和优势将在下述详细说明和附图中提供。

附图说明

图1展示了具有包括根据本发明的一个实施例的内声匣的入口的飞机发动机舱。

图2是图1内声匣的截面图。

图3A是图2内声匣的部分放大图。

图3B是图2和3A的内机匣的裂纹和分层制止器的透视图。

图4是图3B的裂纹和分层制止器的截面图。

图5说明了图2和3A的内机匣构造过程中的中间次级组件。

图6是展示根据本发明的另一实施例的裂纹和分层制止器的透视图。

图7是图6裂纹和分层制止器的截面图。

图8是包括图6和图7裂纹和分层制止器的内声匣的放大截面图。

图9是根据本发明的又一实施例的裂纹和分层制止器的透视图。

图10是图9裂纹和分层制止器的截面图

图11是包括图9裂纹和分层制止器的内声匣的放大截面图。

具体实施方式

图1展示了根据本发明的一个实施例的在入口1a处包括内声匣10的飞机发动机舱1。如图1和2所示，机匣10为360度单件环形构造。机匣10包括环形打孔的内面板或内皮12，与内皮12径向隔开的无孔外面板或外皮14，和置于内皮12与外皮14之间的声音蜂窝夹芯16。术语“环形”包括沿机舱1的长度L(图1)方向变化的直径和形状的构造，并不意于限制成正圆柱。内皮12、外皮14和蜂窝夹芯16可以是复材构造的，比如环氧石墨或类似物。内皮12和外皮14用粘合剂比如Henkel环氧粘合剂EA9258.1粘接到夹芯16，或者另外的具有相当剥落和剪切强度的粘合剂材料，从而得到360度单件构造。夹芯16可以具有普通技术人员熟知的某类型的单自由度排列，两自由度排列或不同的多自由度排列。

如图1和2所示，机匣10包括两个裂纹和分层制止器，或置于机匣10圆周大致相隔180度的加强件50。加强件50从内皮12径向延伸，穿过夹芯16到外皮14。加强件50加强了皮12、14和夹芯16，并用来限制事故比如叶片飞出事件中机匣10的分层和裂纹，否则分层和裂纹可能造成机舱1上的结构损伤。加强件50可用比较强而轻的材料制成。优选比如环氧石墨的复材，但是也可使用金属材料比如铝或钛。尽管示出两个加强件50，可依据结构需要使用任何数量和分布的加强件。当使用多个加强件50时，最好把加强件50均匀分布在机匣10圆周。例如，3个加强件50可分布在机匣10圆周大致间隔120度，或4个加强件50可分布在机匣10圆周大致间隔90度。也可以在机匣10圆周不均匀布置加强件50以适应机匣10的不均匀结构需求。

参照图3A和3B，每个加强件在机匣10的轴向(朝向纸面内部)基本是Z-型截面，并且包括沿方向D1延伸的中部52、从中部52的第一终端沿与第一方向D1交叉(优选为垂直)的第二方向D2延伸的第一端部54、和从中部52的第二终端沿与第二方向D2相反的第三方向D3延伸的第二端部56。每个加强件50最好由两个或多个类似形状的铺层60、70构造，它们被粘接到一起从而每个槽形件基本上形成了加强件50的一半。根据某优选实施例，提供了预固化的复材体作为加强件50，其中铺层60、70由复材(比如环氧石墨)构造，并用粘合剂比如3M Scotch-Weld环氧粘合剂EC-2216B/A粘接到一起，或者另外具有相当剥落和剪切强度的粘合剂材料。

如图3A所示，为了有助于加强件50可靠连接到机匣10的内皮12，铺层60可于方向D2在第一端部54上延伸超过铺层70，这将稍后详细描述。机匣10安装后，第一端部54被打孔(图4)从而不至于危害机匣10的声音性能。

加强件50的厚度T(在垂直于52/54/56各部分的长度方向)通常可能是大概0.03-0.05英寸(0.076-0.127厘米)。根据某示例性实施例，每个铺层60、70厚约0.0075英寸(0.019厘米)。然而，加强件50的厚度可以根据特定应用的需要而变。进一步，根据某示例性实施例，加强件50的轴向长度(图1所示的L方向)大致等于夹芯16的轴向长度。

尽管加强件50被展示描述为由两个粘接铺层60、70形成的，并不是要求这样的构造。加强件可以是由多个铺层形成的，铺层可以通过粘接以外的方式来连接，或者加强件可能是整体的单件构造。

图4详细阐明了机匣10的构造。如图3A所示，槽形件50的中部52沿方向R径向延伸通过机匣10的夹芯16，加强件50的第一端部54沿第一方向X1大致平行于内皮12延伸，并且加强件50的第二端部56沿第二方向X2大致平行于外皮14延伸。第一端部54位于内皮12的铺层12a和12b之间。第二端部56位于夹芯16的径向最外面16a和外皮14的径向最内面14a之间。

加强件50被粘接到机匣10的相对面上。特别地，中部52被粘接到夹芯16的周向相对面上，第一端部54被粘接到内皮12的围绕层12a和12b上，并且第二端部56被粘接到径向相对的外皮14和夹芯16的最外面上。因为第一端部54上铺层60在D2方向长于铺层70，增加了第一端部54的表面积，从而使第一端部54和内皮12之间的粘接区域增大了。加强件50可通过粘合剂比如3M Scotch-Weld环氧粘合剂EC-2216B/A粘接到机匣10的相邻面，或者另外具有相当剥落和剪切强度的粘合剂材料。

应该注意，在图4所示的实施例中，第二端部56并不位于外皮14的相对的各层(未显示)之间，因此第一端部54和内皮12之间的粘接强于第二端部56和外皮14之间的粘接。尽管可以把第二端部56置于外皮14的各层(未显示)之间，此类构造不比图4所示的构造可取。需要加强件50和内皮12之间的粘接强于加强件50和外皮14之间的粘接，因为此种设置提供了最佳抗破坏特性。在叶片飞出事件中，发动机叶片将首先撞击内皮12，因此内皮12将是机匣中承受损伤的第一个零件。当加强件50和内皮12之间的粘接强于加强件50和外皮14之间的粘接时，叶片飞出事件的能量流将遵循从内皮12延伸通过加强件50而后进入外皮14的路线。因而，叶片飞出事件的较少能量流经机匣10周向。所以，叶片飞出事件的损伤更可能在周向局限于碰击区域，而不太可能周向扩散通过机匣10，从而提高了机匣的更多部分保持完整性的可能。

如图4所示，技术中也熟知，内皮12包括延伸经过皮12的穿孔18，来提供进入夹芯16的既定声波流。根据某实施例，加强件50的第一端部54优选包括穿孔58，穿孔58与穿孔18大致径向对齐，从而不危害经过穿孔18进入夹芯16的声波流。

现在将参照图4和5讲述装配机匣10的方法。如图5所示，通过放置第一端部54于内皮铺层12a和12b之间使铺层12a和12b在第一端部54之上，将加强件50整合进内皮12，随后给第一端部54和内皮铺层12a和12b的相邻面使用粘合剂。一个或更多的加强件50也可在内皮12外围周边的期望位置处被整合进内皮12。在将期望数目的加强件50整合到内皮12中后，形成了次级组件10a。次级组件10a随后可使用常规方式固化。内皮12和每个加强件50的第一端部54可在其后一起打孔，比如通过钻孔、喷砂或其他已知技术，从而得到对齐的穿孔18、58。

转向图4，一旦次级组件10a固化并且内皮12和加强件50的第一端部54打孔后，使用合适的粘合剂将夹芯16粘接到次级组件10a。在将夹芯16粘接到次级组件10a时，夹芯16被粘接到加强件50和内皮12。夹芯16粘接到次级组件10a后，外皮14的径向最内面14a粘接到夹芯16和加强件50，由此机匣10完成了。如上所示，粘接技术是本领域技术人员知晓的粘接技术。

根据某可选实施例，内皮12、外皮14、环形夹芯16和加强件50可被一次性粘接到一起来形成机匣10，随后机匣10允许固化。然后内皮12和每个加强件50的第一端部54可以一起打孔来得到对齐的穿孔18、58。

图6和7展示了根据本发明的另一实施例的裂纹和分层制止器或加强件150。加强件150可用来替代图1-5所示的加强件50。加强件150在机匣10的轴向是大致C-型的截面，并且包括沿第一方向D1延伸的中部152、从中部152的第一终端沿与第一方向D1交叉(优选为垂直)的第二方向D2延伸的第一端部154、和从中部152的第二终端沿第二方向D2延伸的第二端部56。每个加强件150由两个形状类似的粘接到一起的铺层160和170构成，从而每个铺层160、170基本上形成了加强件150的一半。如图1-5的实例，也以预固化的复材体来提供加强件150。

如图7所示，第一端部154上铺层160在D2方向可长于铺层170，来促进加强件150和机匣100(图8)的可靠整合。

如图1-5实施例的实例，加强件150的厚度T(在垂直于52/54/56各部分的长度方向)通常可能是大概0.03-0.05英寸(0.076-0.127厘米)。然而，加强件150的厚度可以根据特定应用的需要而变。另外，加强件150可以由不同数量的铺层形成，铺层可以通过粘接以外的方式来连接，或者加强件可能是整体的单件构造。加强件150的轴向长度(图1所示的L方向)大致等于夹芯16的轴向长度。

图8展示了包括至少一个加强件150的机匣100的构造。如图8所示，加强件150的中部152沿方向R径向延伸通过机匣100的夹芯16，加强件150的第一端部154沿第一方向X1大致平行于内皮12延伸，并且加强件150的第二端部156沿方向X1大致平行于外皮14延伸。第一端部154位于内皮12的铺层12a和12b之间。第二端部156位于夹芯16的径向最外面16a和外皮14的径向最内面14a之间。可选地，第二端部156可以类似于第一端部154在内皮12的铺层12a和12b之间的粘接方式置于外皮14的各层(未显示)之间。然而，如同前面描述的机匣10，第二端部156置于外皮14的各层之间不可取，从而加强件150和内皮12之间的粘接强于加强件150和外皮14之间的粘接。可取地，当加强件150整合入机匣100时，给加强件150的第一端部154提供穿孔158，穿孔158与内皮12的穿孔18对齐。

通过放置第一端部154于内皮铺层12a和12b之间使铺层12a和12b在第一端部154之上，将加强件150整合进内皮12，并且给第一端部154和内皮铺层12a、12b的相邻面使用粘合剂。一个或更多另外的加强件150也可在内皮12外围周边的既定位置整合进内皮12。将既定数量的加强件150安装进内皮12，形成了包括内皮12和加强件150的次级组件100a。次级组件100a随后可以固化。内皮12和每个加强件150的第一端部154可在其后一起打孔，从而得到对齐的穿孔18、158。一旦次级组件100a固化并且内皮12和加强件150的第一端部154打孔后，将夹芯16粘接到次级组件100a，使用合适粘合剂将外皮14粘接到夹芯16。在将夹芯16粘接到次级组件100a时，夹芯16被粘接到加强件150和内皮12。夹芯16粘接到次级组件100a后，外皮14的径向最内面14a粘接到夹芯16和加强件150，由此机匣100完成了。

根据某可选实施例，内皮12、外皮14、环形夹芯16和加强件150可被一次性粘接到一起来形成机匣100，随后机匣100可固化。然后内皮12和每个加强件150的第一端部154可以一起打孔来得到对齐的穿孔18、158。

图9和10展示了根据又一实施例的裂纹和分层制止器或加强件250。在由其组件装配时，加强件250在机匣200的轴向是大致I-型的截面，并且包括沿第一方向D1延伸的长中部252、沿方向D2、D3与中部252交叉延伸的第一端部254、和沿方向D2、D3与中部252交叉从中部252的第二终端延伸的第二端部256。中部252可包括带拱式截面的弓形区域252a。

根据某优选实施例，以预固化的环氧石墨或类似物构造的复材体提供加强件250。如图9和10所示，加强件250是由以背对背关系结合到一起的第一大致C型件260和第二大致C型件270构造的。第一大致C型件260是由粘接到一起的两个形状类似的铺层262和264形成的。同样地，第二大致C型件270是由粘接到一起的两个形状类似的铺层272和274形成的。为了增进机匣200内的牢固粘接，铺层262、272在方向D2、D3上比铺层264、274延伸得更长。弓形区域252a是由铺层262、264和272、274内有助于对齐铺层的弓形区域形成的。

参看图11，端部254、256的厚度T(在垂直于254/256各部分的长度的方向)通常可能是大概0.5英寸(1.27厘米)，中部252的厚度T2(在垂直于部分252的长度的方向)可能是大概1英寸(2.54厘米)。然而，加强件250的厚度可以根据需要而变。进一步，根据某示例性实施例，加强件250的轴向长度(图1所示的L方向)大致等于夹芯16的轴向长度。

如前面的实施例的情形，应该理解加强件250可有不同数量的多个铺层，铺层可用粘接以外的方式结合，或者加强件可是整体的单件结构。

图11阐明了包括加强件250的机匣200的构造。如图11所示，加强件250的中部252沿方向R径向延伸通过机匣200的夹芯16，加强件250的第一端部254沿方向X1、X2大致平行于内皮12延伸，并且加强件250的第二端部256沿方向X1、X2大致平行于外皮14延伸。第一端部254位于内皮12的相对铺层12a和12b之间，第二端部256位于外皮14的径向最内面14a和夹芯16的径向最外面16a之间。可选地，加强件250的第二端部256可置于外皮14的各层(未显示)之间。如同前面描述的机匣10、100，第二端部256置于外皮14的各层之间不可取，因为想要加强件250和内皮12之间的粘接强于加强件250和外皮14之间的粘接。优选地，当加强件250整合入机匣200时，给加强件250的第一端部254提供穿孔258，穿孔258与内皮12的穿孔18对齐。

通过放置第一端部254于内皮铺层12a和12b之间使铺层12a和12b在第一端部254之上，加强件250被整合进内皮12，并且给第一端部254和内皮铺层12a、12b的相邻面使用粘合剂。一个或更多另外的加强件250也可在内皮12外围周边的既定位置整合进内皮12。将既定数量的加强件250安装进内皮12，形成了包括内皮12和加强件250的次级组件200a。次级组件200a随后可以固化。内皮12和每个加强件250的第一端部254可在其后一起打孔，从而得到对齐的穿孔18、258。一旦次级组件200a固化并且内皮12和加强件250的第一端部254打孔后，夹芯16粘接到次级组件200a。在将夹芯16粘接到次级组件200a时，夹芯16粘接到加强件250和内皮12。夹芯16粘接到次级组件200a后，外皮14的径向最内面14a粘接到夹芯16和加强件250。

根据某可选实施例，内皮12、外皮14、环形夹芯16和加强件250可被一次性粘接到一起来形成机匣200，随后机匣200可固化。然后内皮12和每个加强件250的第一端部254可以一起打孔来得到对齐的穿孔18、258。

此处公开的加强件和360度单件内声匣提高了飞机在叶片飞出事件和其他造成飞机发动机舱的内声匣损伤的事件中飞回家的能力。在叶片飞出事件和其他严重影响内声匣的事件中，所公开的加强件有助于限制内声匣和机舱内的裂纹扩展和分层。由于内声匣的设计和方位，加强件也不明显影响内声匣的减音性能。

前述的公布提供了本发明的示范性实施例并不意欲限制。应该理解公布实施例的改动可能是在本发明的实质和范围内的，应该认为本发明是包含此类改动的。