專利名稱：具有冷卻槽的風(fēng)扇殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境控制系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及用于飛行器的環(huán)境控制系統(tǒng)的沖 壓空氣風(fēng)扇組件。
背景技術(shù)：
飛行器上的環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)將調(diào)節(jié)空氣提供給飛行器艙室。調(diào)節(jié)空氣是處于 用于飛行器乘員舒適性和安全性所期望的溫度、壓力和濕度的空氣。處于地面水平或接近 地面水平，該環(huán)境空氣溫度和/或濕度通常足夠高，使得空氣在被傳輸?shù)斤w行器艙室之前 必須作為調(diào)節(jié)過(guò)程的一部分被冷卻。在飛行高度處，環(huán)境空氣通常比所期望的要冷得多，但 是在這種低壓下，該環(huán)境空氣必須作為調(diào)節(jié)過(guò)程的一部分被壓縮至可接受的壓力。在飛行 高度下壓縮環(huán)境空氣充分地加熱得到的加壓空氣，該加壓空氣必須被冷卻，甚至在環(huán)境空 氣溫度十分低時(shí)也是如此。因此，在大多數(shù)狀況下，在空氣被傳輸?shù)斤w行器艙室之前，熱量 必須由ECS從空氣移除。當(dāng)熱量從空氣被移除時(shí)，該熱量由ECS驅(qū)散到分離空氣流中，所述 分離空氣流流入到ECS中、橫穿ECS中的熱交換器、并且流出飛行器，從而隨該分離空氣流 夾帶過(guò)量熱量。在飛行器足夠快地移動(dòng)的狀況下，沖壓到飛行器中的空氣的壓力足以使得 足夠空氣移動(dòng)通過(guò)ECS以及經(jīng)過(guò)熱交換器，從而移除熱量的熱量。
雖然沖壓空氣在正常飛行狀況下運(yùn)行良好，但是在較低的飛行速度下或當(dāng)飛行器 在地面上時(shí)，沖壓空氣壓力太低而不能提供經(jīng)過(guò)熱交換器以從ECS實(shí)現(xiàn)足夠熱量移除的足 夠空氣流。在這些狀況下，ECS內(nèi)的風(fēng)扇被用于提供經(jīng)過(guò)ECS熱交換器的必要空氣流。該 風(fēng)扇被稱為沖壓空氣風(fēng)扇。
如飛行器上的任何系統(tǒng)一樣，在改善的沖壓空氣風(fēng)扇方面具有巨大價(jià)值，該改善 的沖壓空氣風(fēng)扇包括被設(shè)計(jì)成改善沖壓空氣風(fēng)扇的操作效率或降低該沖壓空氣風(fēng)扇的重 量的創(chuàng)新部件。發(fā)明內(nèi)容
用于沖壓空氣風(fēng)扇的風(fēng)扇殼體包括外部，所述外部將所述風(fēng)扇殼體連接到?jīng)_壓 空氣風(fēng)扇部件；管狀部；多個(gè)支柱，這些支柱連接所述外部和所述管狀部；以及中心盤(pán)部， 所述中心盤(pán)部位于所述管狀部?jī)?nèi)部。所述中心盤(pán)部包括圍繞外周的六個(gè)冷卻槽。


圖1A是沖壓空氣風(fēng)扇組件的截面圖。
圖1B是圖1A的視圖，用箭頭表不冷卻流。
圖2A示出了風(fēng)扇殼體的透視圖。
圖2B示出了圖2A的側(cè)視圖。
圖2C示出了圖2A的前視圖。
具體實(shí)施方式
圖1A示出了結(jié)合本發(fā)明的沖壓空氣風(fēng)扇組件。沖壓空氣風(fēng)扇組件10包括風(fēng)扇 殼體12 ;軸承殼體14 ;入口殼體16 ;外部殼體18 ;以及內(nèi)部殼體20。風(fēng)扇殼體12 (具有槽 62)包括風(fēng)扇支柱22、馬達(dá)24 (包括馬達(dá)轉(zhuǎn)子25和馬達(dá)定子26)、止推軸28、止推板30以 及止推軸承32。軸承殼體14包括軸頸軸承軸34和軸承端蓋36。風(fēng)扇殼體12和軸承殼體 14 一起包括系桿38以及軸頸軸承40。除了系桿38的一部分之外，入口殼體16還包含風(fēng) 扇轉(zhuǎn)子42和入口護(hù)罩44。外部殼體18包括端子盒46以及穩(wěn)壓室(plenum)48。在所述外 部殼體18內(nèi)的是擴(kuò)散器50、馬達(dá)軸承冷卻管52、以及線纜傳送管54。風(fēng)扇入口是在缺乏足 夠的沖壓空氣壓力的情況下待由沖壓空氣風(fēng)扇組件10移動(dòng)的空氣源。旁通入口是當(dāng)足夠 的沖壓空氣壓力可用時(shí)移動(dòng)通過(guò)該沖壓空氣風(fēng)扇組件10的空氣源。
如圖1A所示，入口殼體16和外部殼體18被附接到從風(fēng)扇支柱22徑向向外的風(fēng) 扇殼體12。軸承殼體14被附接到風(fēng)扇殼體12，并且內(nèi)部殼體20將馬達(dá)軸承冷卻管52和 線纜傳送管54連接到軸承殼體14。馬達(dá)軸承冷卻管52在外部殼體18處將內(nèi)部殼體20連 接到冷卻空氣源。線纜傳送管54在端子盒46處將內(nèi)部殼體20連接到外部殼體18。馬達(dá) 定子26和止推板30附接到風(fēng)扇殼體12。馬達(dá)轉(zhuǎn)子25被包含在馬達(dá)定子26內(nèi)并且將軸頸 軸承軸34連接到止推軸28。軸頸軸承軸34、馬達(dá)轉(zhuǎn)子25和止推軸28限定用于沖壓風(fēng)扇 組件10的旋轉(zhuǎn)軸線。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42借助系桿38被附接到止推軸28，所述系桿沿該旋轉(zhuǎn)軸 線從在軸頸軸承軸34的端部處的軸端蓋36延伸通過(guò)馬達(dá)轉(zhuǎn)子25、止推軸28和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子 42到入口護(hù)罩44。螺母(未示出)將軸端蓋36緊固到位于系桿38的一端上的軸頸軸承軸 34并且將入口護(hù)罩44緊固到位于該系桿38的相反端處的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42。止推板30和風(fēng)扇 殼體12包含止推軸28的凸緣狀部分，其中止推軸承32定位在所述止推軸28的凸緣狀部 分與所述止推板30之間并且定位在所述止推軸28的凸緣狀部分與所述風(fēng)扇殼體12之間。 軸頸軸承40定位在所述軸頸軸承軸24與所述軸承殼體14之間并且定位在所述止推軸28 與所述風(fēng)扇殼體12之間。入口護(hù)罩44、風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42、以及風(fēng)扇殼體12的一部分被包含在 所述入口殼體16內(nèi)。擴(kuò)散器50被附接到外部殼體18的內(nèi)表面上。穩(wěn)壓室48是外部殼體 18的將沖壓空氣風(fēng)扇組件10連接到旁通入口的部分。入口殼體16被連接到風(fēng)扇入口，并 且外部殼體18被連接到風(fēng)扇出口。
在操作中，沖壓空氣風(fēng)扇組件10被安裝到飛行器上的環(huán)境控制系統(tǒng)中并且被連 接到風(fēng)扇入口、旁通入口以及風(fēng)扇出口。當(dāng)飛行器并不移動(dòng)得足夠快以產(chǎn)生滿足ECS的冷 卻需求的足夠沖壓空氣壓力時(shí)，電力借助從端子盒46布線行進(jìn)通過(guò)線纜傳送管54、內(nèi)部殼 體20和軸承殼體14的線纜而被供應(yīng)到馬達(dá)定子26。激勵(lì)馬達(dá)定子26使得轉(zhuǎn)子24繞沖壓 風(fēng)扇組件10的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，從而使得所連接的軸頸軸承軸34和止推軸28旋轉(zhuǎn)。風(fēng)扇轉(zhuǎn) 子42和入口護(hù)罩44還借助其與止推軸28的連接而旋轉(zhuǎn)。軸頸軸承40和止推軸承32提 供用于旋轉(zhuǎn)部件的低摩擦支承。當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子42旋轉(zhuǎn)時(shí)，該風(fēng)扇轉(zhuǎn)子使得空氣從風(fēng)扇入口移 動(dòng)通過(guò)入口殼體20、經(jīng)過(guò)風(fēng)扇支柱22并且進(jìn)入到位于風(fēng)扇殼體12和外部殼體18之間的空 間中，從而增加外部殼體18中的空氣壓力。當(dāng)空氣流經(jīng)外部殼體18時(shí)，該空氣流經(jīng)擴(kuò)散器 50和內(nèi)部殼體20,在該擴(kuò)散器50和內(nèi)部殼體20中，由于所述擴(kuò)散器50的形狀以及所述內(nèi) 部殼體20的形狀而使得所述空氣壓力降低。一旦經(jīng)過(guò)內(nèi)部殼體20，該空氣就在風(fēng)扇出口處 移出所述外部殼體18。
軸承殼體14和風(fēng)扇殼體12內(nèi)的部件(尤其是止推軸承32、軸頸軸承40和馬達(dá)24) 產(chǎn)生顯著的熱量并且必須被冷卻。冷卻流被提供通過(guò)內(nèi)部冷卻區(qū)域，該內(nèi)部冷卻區(qū)域包括 軸承殼體14和風(fēng)扇殼體12。
圖1B示出了圖1A的橫貫沖壓空氣風(fēng)扇組件10，其中風(fēng)扇殼體12被加上陰影以僅 用于觀看目的，并且該視圖包括示出了冷卻流的箭頭。
如箭頭所示的，冷卻空氣由馬達(dá)軸承冷卻管52提供，所述馬達(dá)軸承冷卻管52將冷 卻空氣流引導(dǎo)到內(nèi)部殼體20。內(nèi)部殼體20將冷卻空氣流引導(dǎo)到軸承殼體14，在該軸承殼 體中，該冷卻空氣流流經(jīng)軸承殼體14和風(fēng)扇殼體12的部件，以冷卻軸承40和馬達(dá)24。于 是，冷卻空氣流經(jīng)風(fēng)扇殼體12中的槽62，并且在離開(kāi)內(nèi)部冷卻區(qū)域之前借助軸承32流經(jīng)轉(zhuǎn) 子42中的冷卻孔。
通過(guò)將風(fēng)扇殼體首先加熱到大約400華氏度(大約477 K)的最大值大約20分鐘 并接著將其安裝到馬達(dá)定子26上并且安置到殼體孔的內(nèi)部臺(tái)肩65上，該風(fēng)扇殼體12能夠 被安裝到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇10中。外部殼體18和入口殼體16被取向成與風(fēng)扇殼體12上的螺 栓布局對(duì)齊。安裝托架63被對(duì)齊，并且風(fēng)扇殼體12利用緊固件被螺栓連接在入口殼體16、 外部殼體18和安裝托架63之間。
圖2A示出了風(fēng)扇殼體12的透視圖。圖2B示出了圖2A的側(cè)視圖，并且圖2C示出 了圖2A的前視圖。風(fēng)扇殼體12包括支柱22、外部56、管狀部58以及具有槽62的中心盤(pán) 部60。
風(fēng)扇殼體12典型地被制造成滿足沖壓空氣風(fēng)扇10要求的一個(gè)鋁(包括合金)或其 他材料的整體部分。如圖1A-1B所示，風(fēng)扇殼體12在外部借助螺栓61連接到入口殼體16 和外部殼體18。六個(gè)槽62圍繞中心盤(pán)60的外部周向定位。槽62每個(gè)均具有第一端64、 第二端66、內(nèi)側(cè)68和外側(cè)70。所示的尺寸是第一端64與第二端66之間的角度A，從中心 盤(pán)部60的中心到外側(cè)70的內(nèi)半徑R1以及從中心盤(pán)部60的中心到外側(cè)70的外半徑％。
槽62通常是弧形形狀并且圍繞中心盤(pán)60周向等距離地間隔開(kāi)。每個(gè)槽62的第 一端64與第二端66之間的角度A是大約55度。從中心盤(pán)部60的中心到每個(gè)槽的內(nèi)側(cè)68 的內(nèi)半徑R1是大約2. 875英寸(73. 025 mm)。從中心盤(pán)部的中心到外側(cè)70的外半徑Rq是 3. 140英寸(79. 756 mm)。槽62的寬度(R。到R1)是O. 265英寸(6. 731 mm)。槽62定位在 從中心盤(pán)60的外周徑向向內(nèi)大約O. 083英寸(2. 108 mm)處。槽62包括在R1和Rq之間的 盤(pán)60的面積的大約91. 67%并且占中心盤(pán)60的總面積的大約14%。
槽62控制通過(guò)內(nèi)部冷卻區(qū)域的冷卻空氣流以冷卻軸承32、40和馬達(dá)24，同時(shí)保持 風(fēng)扇殼體12的結(jié)構(gòu)整體性。如關(guān)于圖1B描述的，馬達(dá)軸承冷卻管52將冷卻空氣傳送到內(nèi) 部殼體20，該內(nèi)部殼體將冷卻空氣傳送到軸承殼體14并接著傳送到風(fēng)扇殼體12。馬達(dá)24 在操作期間加熱到相當(dāng)高的溫度并且需要大量的冷卻。這種冷卻對(duì)于性能和可靠性來(lái)說(shuō)是 重要的。需要冷卻空氣來(lái)保持高水平的馬達(dá)24性能并且確保長(zhǎng)壽命。還需要冷卻空氣來(lái) 確保用于止推軸承32和軸頸軸承40的長(zhǎng)壽命。將六個(gè)大的槽62按照圍繞中心盤(pán)60的外 部的多個(gè)位置處示出的尺寸設(shè)置允許合適地冷卻軸承32、40以及馬達(dá)24。
總之，圍繞風(fēng)扇殼體12的中心盤(pán)部60的外周添加多個(gè)大的冷卻槽允許在該風(fēng)扇 的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)中的期望空氣流，同時(shí)仍保持風(fēng)扇殼體12的結(jié)構(gòu)整體性?？諝饬鞯倪@種控 制允許冷卻內(nèi)部部件(例如，馬達(dá)和軸承)，以防止軸承32、40過(guò)熱或燒壞，這種過(guò)熱或燒壞會(huì)導(dǎo)致沖壓空氣風(fēng)扇12失效。
雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是， 能夠作出各種變化并且能夠用等同物來(lái)替代本發(fā)明的元件，而不偏離本發(fā)明的范圍。此外， 能夠作出許多修改，以使得具體情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范 圍。因此，本發(fā)明旨在不局限于所公開(kāi)的具體實(shí)施方式
，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要 求書(shū)范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于沖壓空氣風(fēng)扇的風(fēng)扇殼體，所述風(fēng)扇殼體包括外部，所述外部將所述風(fēng)扇殼體連接到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇部件；管狀部；多個(gè)支柱，這些支柱將所述外部連接到所述管狀部；以及中心盤(pán)部，所述中心盤(pán)部位于所述管狀部?jī)?nèi)部，其中，所述中心盤(pán)部包括圍繞外周的六個(gè)冷卻槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇殼體，其中，所述冷卻槽是弧形的并且圍繞所述中心盤(pán)部等距離地間隔開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)扇殼體，其中，每個(gè)槽的內(nèi)側(cè)徑向距離中心盤(pán)部的中心大約2. 875英寸(73. 025 mm),并且其外側(cè)徑向距離中心盤(pán)部的中心大約3. 140英寸(79. 756 mm) η
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)扇殼體，其中，每個(gè)槽具有第一端和第二端，并且所述第一端與所述第二端相隔大約55度的角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇殼體,其中,所述殼體是一個(gè)整體部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇殼體，其中，所述槽定位在從所述中心盤(pán)部的外周徑向向內(nèi)大約O. 083英寸(2. 108 mm)處。
7.一種用于沖壓空氣風(fēng)扇的馬達(dá)和軸承的冷卻流系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括內(nèi)部冷卻區(qū)域，所述內(nèi)部冷卻區(qū)域容納所述馬達(dá)和軸承以吸入空氣；以及風(fēng)扇殼體，所述風(fēng)扇殼體限定所述內(nèi)部冷卻區(qū)域的一部分，所述風(fēng)扇殼體包括外部，所述外部將所述風(fēng)扇殼體連接到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇部件；管狀部；多個(gè)支柱，這些支柱將所述外部連接到所述管狀部；以及中心盤(pán)部，所述中心盤(pán)部位于所述管狀部?jī)?nèi)部，其中，所述中心盤(pán)部包括圍繞外周的六個(gè)冷卻槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻流系統(tǒng)，其中，所述中心盤(pán)部具有周向等距離地間隔開(kāi)的六個(gè)冷卻槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的冷卻流系統(tǒng)，其中，每個(gè)槽的內(nèi)側(cè)徑向距離中心盤(pán)部的中心大約2. 875英寸(73. 025 mm)，并且其外側(cè)徑向距離中心盤(pán)部的中心大約3. 140英寸 (79. 756 mm)η
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻流系統(tǒng)，其中，每個(gè)槽具有第一端和第二端，并且所述第一端與所述第二端相隔大約55度的角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻流系統(tǒng)，其中，所述殼體是一個(gè)整體部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)扇殼體，其中，所述槽占所述中心盤(pán)部的面積的大約14%。
13.一種用于沖壓空氣風(fēng)扇的軸承冷卻系統(tǒng)，所述軸承冷卻系統(tǒng)包括具有中心盤(pán)的風(fēng)扇殼體；以及圍繞所述中心盤(pán)的外部周向定位的多個(gè)冷卻槽，其中，每個(gè)槽具有內(nèi)側(cè)和外側(cè)，所述內(nèi)側(cè)具有從所述中心盤(pán)部的中心大約2. 875英寸(73. 025 mm)的內(nèi)半徑，并且所述外側(cè)具有從所述中心盤(pán)部的中心大約3. 140英寸(79. 756 mm)的外半徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軸承冷卻系統(tǒng)，其中，所述中心盤(pán)包含六個(gè)弧形冷卻槽。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軸承冷卻系統(tǒng)，其中，每個(gè)槽具有第一端和第二端，并且所述第一端與所述第二端相隔大約55度的角度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軸承冷卻系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)扇殼體還包括外部，所述外部將所述風(fēng)扇殼體連接到其他沖壓空氣風(fēng)扇部件；管狀部，所述管狀部連接到所述中心盤(pán)并且圍繞所述中心盤(pán)；以及多個(gè)支柱，這些支柱連接所述外部和所述管狀部。
17.一種將風(fēng)扇殼體安裝到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇中的方法，所述沖壓空氣風(fēng)扇具有馬達(dá)定子、 具有內(nèi)部臺(tái)肩的殼體孔、入口殼體、外部殼體和安裝托架，所述方法包括加熱所述風(fēng)扇殼體；將所述風(fēng)扇殼體定向在所述馬達(dá)定子上；將所述風(fēng)扇殼體安置在所述殼體孔的內(nèi)部臺(tái)肩上面；將所述外部殼體和所述入口殼體定向成與所述風(fēng)扇殼體對(duì)齊；對(duì)齊所述安裝托架；以及利用緊固件來(lái)螺栓連接所述風(fēng)扇殼體、所述入口殼體、所述外部殼體以及所述安裝托架，其中，所述風(fēng)扇殼體包括中心盤(pán)部，所述中心盤(pán)部具有圍繞該中心盤(pán)的外周的多個(gè)冷卻槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，加熱所述風(fēng)扇殼體的步驟包括將所述風(fēng)扇殼體加熱直到大約400華氏度(大約477 K)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，加熱所述風(fēng)扇殼體的步驟還包括加熱所述風(fēng)扇殼體大約20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有冷卻槽的風(fēng)扇殼體。用于沖壓空氣風(fēng)扇的風(fēng)扇殼體包括外部，所述外部將所述風(fēng)扇殼體連接到?jīng)_壓空氣風(fēng)扇部件；管狀部；多個(gè)支柱，這些支柱連接所述外部和所述管狀部；以及中心盤(pán)部，所述中心盤(pán)部位于所述管狀部?jī)?nèi)部。所述中心盤(pán)部包括圍繞外周的六個(gè)冷卻槽。
文檔編號(hào)F04D29/58GK103062134SQ20121040955
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者S.E.羅森, B.J.梅里特 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司