三维夹紧的气流喷嘴及其使用方法与流程

本公开内容一般涉及用于分配空气的装置和方法，并且更具体地涉及如此装置：其可以被并入交通工具比如飞行器中以提供沿着客舱的期望的体积限制的气流速率，并且降低噪声水平、降低气流再循环和降低喷嘴入口下游的气流分离。

背景技术：

飞行器上的乘客热舒适性取决于机舱空气分配系统的性能和机舱空气供应喷嘴的性能。空气分配系统的目标是沿着客舱提供需要的体积限制的气流速率。并且机舱喷嘴的目标是横跨机舱提供足够的气流模式。飞行器机舱内的气流模式的特征在于在就坐乘客的头部水平处具有足够的气流速度，同时横跨机舱提供均匀温度分布从而满足乘客热舒适性。喷嘴的出口速度影响机舱气流模式。现有的喷嘴设计利用气流限制器比如小孔、气流矫直器和喷嘴定向叶片以在喷嘴出口处获得期望的速度。这些空气限制器和喷嘴出口上游的气流路径的突然改变可以是可以传播到客舱的噪声发生的来源。

技术实现要素：

在本公开内容的第一方面，提供了包括喷嘴罩的装置，该喷嘴罩具有在第一端处的入口和在第二端处的出口。该喷嘴罩具有一对相对的侧壁并且具有前壁和后壁，前壁和后壁中的每个在该对相对的侧壁之间延伸。该装置还包括由该对相对的侧壁、前壁和后壁限定的气流通道。该气流通道具有在入口和出口之间延伸的中心线并且具有垂直于中心线截取的多个截面，这些截面共同地限定了沿着气流通道长度的平滑轮廓。多个截面中的每个具有在前壁和后壁之间的厚度，该厚度在前壁和后壁二者的侧边处比在中心线处更大。在前壁和后壁的侧边处和在中心线处二者，多个截面中的每个的厚度沿着喷嘴罩的至少第一部分的长度从入口朝向出口减小。该对相对的侧壁之间的多个截面中的每个的宽度沿着喷嘴罩的至少第一部分的长度从入口朝向出口增加。

第二方面涉及使用本发明的第一方面的装置的方法。一种方法包括使空气流动通过喷嘴罩的入口并进入气流通道。该方法还包括经由共同限定从喷嘴罩的入口到出口的气流通道的平滑轮廓的多个截面再成形气流的路径并且从而修改从喷嘴罩的入口到出口的气流的速度分布。

已经讨论的特征、功能和优点可以在多个实施例中独立地实现或者可以在又其它实施例中组合，其进一步细节参照下面的描述和附图可见。

附图说明

当前优选的实施例连同附图在下文中描述，其中在不同附图中相同的参考数字指代相同的元件，并且其中：

图1是根据一个实例实施方式的装置的透视图的图解表示；

图2是根据第二实例实施方式的装置的透视图的图解表示；

图3是根据第三实例实施方式的装置的透视图的图解表示；

图4是根据第四实例实施方式的装置的顶视图的图解表示；

图5a是根据图2的实施方式的装置的多个截面和切线外形(outline)的前透视图的图解表示；

图5b是根据图2和3二者的实施方式的装置的一部分的多个截面的透视图的图解表示；

图5c是沿着根据图3的实施方式的装置的中心线截取的截面透视图的图解表示，其显示装置的多个截面和切线外形；

图6是根据图2和3二者的实施方式的装置的一部分的多个截面的顶视图的图解表示；

图7a是沿着根据第五实例实施方式的装置的中心线截取的截面透视图的图解表示，其显示喷嘴延长部分；

图7b是沿着根据图7a的实施方式的装置的中心线截取的截面透视图的图解表示，其显示装置和喷嘴延长部分的多个截面和切线外形；

图7c是显示图7b中描绘的的区域的装置和喷嘴延长部分的详细视图的图解表示；

图8a是根据第六实例实施方式的装置的前透视图的图解表示；

图8b是根据图8a的实施方式的装置的底部透视图的图解表示；

图8c是根据图8a的实施方式的装置的多个截面的侧截面图的图解表示；

图8d是根据图8a的实施方式的装置的多个截面和切线外形的底部透视图的图解表示；

图9是根据图8a的实施方式的装置的前视图的图解表示，其显示装置中的气流模式；

图10a是根据第七实例实施方式的装置的前视图的图解表示，其显示装置的气流通道中的叶片；

图10b是根据第八实例实施方式的装置的前视图的图解表示，其显示装置的喷嘴罩中的分支；和

图11是使用该装置的实例方法的流程图。

在所有的附图中，相应的零件用相同的参考符号标记。

出于图解实例的目的提供了附图，但是应当理解，本公开内容不限于附图中显示的布置和手段。

具体实施方式

公开的实例提供了装置及其使用方法，例如，其用于沿着客舱提供期望的体积限制的气流速率，和用于降低噪声水平、降低气流再循环和降低喷嘴入口下游的气流分离。该装置例如可以被并入飞行器中作为空气分配系统的一部分。

图1-10b描绘了包括喷嘴罩105的装置100，该喷嘴罩105具有在第一端107处的入口106和在第二端109处的出口108。该喷嘴罩105具有一对相对的侧壁110并具有前壁115和后壁120，前壁115和后壁120中的每个在该对相对的侧壁110之间延伸。喷嘴罩105的入口106可以任选地具有圆形形状，例如，其对应于可以与喷嘴罩105偶联的空气分配系统的供应管道或其它组件的形状。入口具有大约2.5英寸(6.35cm)的直径，但是可以取决于给定的空气分配系统的具体要求而改变。喷嘴罩105可以具有在第一端107和第二端109之间延伸的长度，该长度的范围可以在8英寸(203.2mm)至18英寸(457.2mm)。本领域中已知的喷嘴通常具有大约8英寸至10英寸(20.3cm至25.4cm)的长度。通过本文公开的喷嘴罩105实现的另外长度可以有利地消除空气分配系统的供应管道的一部分——其重量通常大于喷嘴罩105，从而降低飞行器有效负载的重量。

喷嘴罩105还包括由该对相对的侧壁110、前壁115和后壁120限定的气流通道125。气流通道125具有在入口106和出口108之间延伸的中心线130并具有垂直于中心线130截取的多个截面135，这些截面135共同限定沿着气流通道125的长度的平滑轮廓。喷嘴罩105可以以单件注射成型，例如，以实现平滑轮廓。在可选的实施方式中，喷嘴罩可以以数个区段注塑成型以避免锁模(mold-lock)情况，并且这些区段可以例如经由超声焊接、激光焊接和粘合剂连接在一起。在一个区段或多个区段中喷嘴的三维(3d)打印也可以被用于制造期望的喷嘴罩105。

多个截面135中的每个具有在前壁115和后壁120之间的厚度e、c，该厚度在前壁115和后壁120二者的侧边140处比在中心线130处更大。在前壁115和后壁120的侧边140处和在中心线130处二者的多个截面135中的每个的厚度e、c沿着喷嘴罩105的至少第一部分145的长度从入口106朝向出口108减小。代表性的截面135在图解该布置的图5c和6中示出。例如，图5c示出了在中心线130处的气流通道125的厚度c逐步减小，使得c1>c2>c3>c4>c5>c6并且厚度c6与厚度c7相同。并且，图6示出了在前壁115和后壁120的侧边140处的气流通道125的厚度e逐步减小，使得e2小于入口106的直径d或厚度，d>e2>e3>e4>e5>e6并且厚度e6与厚度e7相同。截面135中每个的各自面积在图5a-5b和6中显示为a1到a7，其中面积a6与面积a7相同。喷嘴罩105的出口面积的大小由期望的出口速度驱动以满足乘客热舒适性并将基于装置100意欲在其中被利用的环境而改变。此外，该对相对的侧壁110之间的多个截面135中的每个的宽度w沿着喷嘴罩105的至少第一部分145的长度从入口106朝向出口108增加。图6的代表性的截面135示出了布置截面的宽度使得w1<w2<w3<w4<w5<w6并且宽度w6与宽度w7相同。这样的布置逐步地再成形气流通道125，有效地夹紧和伸长喷嘴罩105从入口106到出口108的截面135并且从而在操作中降低气流再循环和降低入口106的下游的气流分离。

入口106可以偶联至喷嘴罩105的第一部分145的第一端146并且出口108可以偶联至喷嘴罩105的第一部分145的第二端147。在图1-4中示出的一个实例实施方式中，装置100可以进一步包括偶联至喷嘴罩105的第一部分145的喷嘴罩105的第二部分150。在该实施方式中，入口106偶联至喷嘴罩105的第一部分145并且出口108偶联至喷嘴罩105的第二部分150。如图1-3和5a-7c中所示，平滑轮廓的形状和沿着喷嘴罩105的第二部分150的长度的多个截面135中每个的面积二者可以任选地保持恒定。例如，喷嘴罩105的第二部分150的前壁115和后壁120可以相对于彼此关于图5b中示出的平面p-p任选地对称布置。在另一实施方式中，喷嘴罩105的第二部分150任选地包括至少一个弯曲区段155，如图2、3中所图解的。该弯曲区段155可以被并入以适应飞行器上的其它基础设施，从而允许在飞行器上布置装置100的灵活性。

在使用中，图1-3的喷嘴罩105在出口108处具有二维流动模式。例如，相同的气流方向将沿着垂直于喷嘴出口108处的截面135截取的任何平面重复。换句话说，在垂直于喷嘴出口108处的截面135的每个平面中的气流速度矢量的方向将彼此平行。这是相同气流方向和速度矢量在沿着具有恒定宽度w的喷嘴罩105的第二部分150的长度截取的任何截面135处可重复的结果。

在图4中示出的可选实施方式中，喷嘴罩105的第二部分150的该对相对的侧壁110相对于从喷嘴罩105的入口106到出口108的气流通道125的中心线130向外成角度α的角度。角度α可以在7度到30度的范围内并且优选地被选择以避免与气流通道125中的侧壁110、前壁115和后壁120的气流分离。例如，装置100利用较宽的角度α，可以通过减小喷嘴罩105的厚度e、c(即，前壁115和后壁120之间的距离)限制气流通道125从而减小截面积a来减少气流分离。角度α可以基于以下选择：i)喷嘴罩105的长度，其可以由装置100将在其中使用的环境调节；和ii)对于给定应用实现期望出口速度所需要的喷嘴罩的出口108的宽度。更具体地，给定应用的角度α的大小可以随着喷嘴罩的长度增加而减小，并且反之亦然。另外，角度α的值越大，在喷嘴出口处的气流转向越强，这导致机舱内更快的空气扩散，并且反之亦然。在使用中，气流速度矢量的方向在每个截面135处是不同的，使得气流速度矢量远离中心线130向外扇动(fan)。

具有期望速度和宽度w的喷嘴罩105的出口108的截面135可以在气流的方向中延伸以获得宽度w9和厚度e9/c9的均匀形状出口162。例如，如图7a-7c中所示，装置100可以任选地包括偶联至喷嘴罩105的出口108的喷嘴延长部分160，其限定气流通道125的一部分。喷嘴延长部分160可以使用上面描述的相同注射成型技术与喷嘴罩105一起形成。喷嘴延长部分160具有限定第一面积a8的入口161和限定第二面积a9的出口162，第二面积a9与第一面积a8相同。如图7a-7c中所图解，显示了沿着中心线130截取的装置100的截面，并且结果面积a8和a9以及宽度w9的仅一半分别显示为a8/2、a9/2、w9/2。喷嘴延长部分160的出口162可以任选地具有矩形形状。矩形形状可以具有提供均匀速度分布的气流离开喷嘴延长部分160的出口162的益处。矩形形状在某些应用中也可能是期望的，例如以与机舱中通风口(vent)的形状配合并出于美学目的。如图7c中所示，中心线130处的喷嘴延长部分160的入口161的厚度c8小于喷嘴延长部分160的出口162的厚度c9。此外，在喷嘴延长部分160的入口161处的前壁115和后壁120二者的侧边140处，喷嘴罩105的前壁115和后壁120之间的气流通道125的厚度e8大于喷嘴延长部分160的出口162的厚度e9。并且，在喷嘴延长部分160的出口162处的气流通道125的厚度c9和e9相同。

关于在图8a-9中示出的装置100，该对相对的侧壁110之间的多个截面135中的每个的宽度w沿着从入口106到出口108的喷嘴罩105的整个长度增加，使得喷嘴罩105的该对相对的侧壁110相对于从喷嘴罩105的入口106到出口108的气流通道125的中心线130向外成角度α3的角度。喷嘴罩105的前壁115和后壁120可以相对于彼此关于平面p-p对称布置。喷嘴罩105的第二端109可以具有弯曲区段155。

图9示出了在图8a-8d中显示的装置的三维流动特性。通过使相对的侧壁110沿着喷嘴罩105的整个长度成角度，气流速度矢量的方向可以增加，从中心线130朝向相对的侧壁110移动，如通过与角度α1、α2和α3对应的区域中速度矢量的方向强调所显示的。喷嘴罩105的中心线130的相对侧上的速度矢量165、170具有相对的方向。对于两个平面，平面a166和平面b171——其垂直于喷嘴罩105的出口108截取并且彼此平行，矢量-a165不位于平面-a166中并且矢量-b170不位于平面-b171中。换句话说，在离开喷嘴罩105时，气流速度矢量不彼此平行。这样的布置提供了喷嘴出口108处的三维(“3d”)气流模式。3d气流模式是期望的，以增加空气的混合并且实现更快的空气射流扩散。此外，该气流与由图1-3的装置提供的气流相比在机舱中可以具有更宽的分布区。在图1-3中示出的在出口108处生成平行气流矢量的装置100与在图4和9中示出的具有相对于中心线130以角度α布置的喷嘴罩105的装置100相比在出口108处具有更小的宽度w。图1-3的装置可以在递送低气流速率(例如，大约5立方英尺/分钟)的应用中使用。图4和9的装置可以在递送高气流速率(例如，大约25立方英尺/分钟)的应用中使用，以例如增加机舱内更宽区域中空气的混合。

如图10a-b中所示，装置可以包括在气流通道125中的叶片180，其沿着中心线在喷嘴罩105的第二端109处布置，朝向喷嘴罩105的第一端107延伸。叶片180的长度可以在1/4英寸(6.35mm)到8英寸(203.2mm)的范围内并且叶片的厚度可为大约0.1英寸(2.54mm)。在叶片180的前缘182处的小的叶片厚度有助于降低气流干扰。在图10a中示出的叶片180为喷嘴罩105提供了结构支撑以帮助维持气流通道125的平滑轮廓和喷嘴截面面积a的逐步变化在期望的容限内。另外，叶片180将在如此实例装置100中不需要，该实例装置100被喷射成型以实现喷嘴罩105具有均为刚性的侧壁110、前壁115和后壁120。叶片180的长度取决于用于制造喷嘴罩105的材料。在图10a中示出的叶片180可以被偶联至喷嘴罩105的前壁115和偶联至后壁120。如图10b中所示，叶片180可以是楔形的并被布置使得叶片180的较宽端181被安置在喷嘴罩105的第二端109处，并且叶片180的顶端或前缘180朝向喷嘴罩105的第一端107延伸。在图10b中示出的可选实施方式中，叶片180的楔形形状可以由喷嘴罩105中的分支183限定。楔形叶片180具有增加喷嘴罩105的出口108处的流动方向性以在机舱中获得期望气流模式的技术效果。

图11图解了使用在图1-10b中示出的装置100的方法200。方法200包括，在方框205处，使空气流动通过喷嘴罩105的入口106并进入气流通道125。并且在方框210处，气流的路径经由多个截面135再成形，这些截面135共同限定从喷嘴罩105的入口106到出口108的气流通道125的平滑轮廓，并且从喷嘴罩105的入口106到出口108的气流的速度分布从而被修改。

对于在图1-3中示出的装置，方法200可以包括修改气流的速度分布，使得喷嘴罩的第二部分的多个截面中的每个具有平行速度矢量。具体而言，装置100包括如下特征：(i)喷嘴罩的第二部分偶联至喷嘴罩的第一部分，(ii)入口106偶联至喷嘴罩105的第一部分145并且出口108偶联至喷嘴罩105的第二部分150，和(iii)平滑轮廓的形状和沿着喷嘴罩105的第二部分的长度的多个截面135中的每个的面积二者保持恒定。

对于在图4和图8a-10b中示出的装置，方法200可以包括修改气流的速度分布，使得多个截面135中的每个彼此具有不同的速度矢量165、170，使得离开喷嘴罩105的出口108的气流在远离中心线130的至少两个不同的方向中分叉。具体而言，装置100包括如下特征：在该对相对的侧壁110之间的多个截面135中的每个的宽度w沿着喷嘴罩105的整个长度从入口106到出口108增加，使得喷嘴罩105的该对相对的侧壁110相对于从喷嘴罩105的入口106到出口108的气流通道125的中心线130向外成角度。

进一步，本公开内容包括根据下列条款的实例：

条款1.装置(100)，其包括：

喷嘴罩(105)，其具有在第一端(107)处的入口(106)和在第二端(109)处的出口(108)，其中该喷嘴罩(105)具有一对相对的侧壁(110)并具有前壁(115)和后壁(120)，前壁(115)和后壁(120)中的每个在该对相对的侧壁(110)之间延伸；

气流通道(125)，其由该对相对的侧壁(110)、前壁(115)和后壁(120)限定，其中该气流通道(125)具有在入口(106)和出口(108)之间延伸的中心线并具有垂直于中心线(130)截取的多个截面(135)，这些截面(135)共同限定沿着气流通道(125)的长度的平滑轮廓；和

其中多个截面(135)中的每个具有在前壁(115)和后壁(120)之间的厚度(e、c)，该厚度在前壁(115)和后壁(120)二者的侧边处比在中心线(130)处更大，其中在前壁(115)和后壁(120)的侧边处和在中心线(130)处二者的多个截面(135)中的每个的厚度(e、c)沿着喷嘴罩(105)的至少第一部分的长度从入口(106)朝向出口(108)减小，其中该对相对的侧壁(110)之间的多个截面(135)中的每个的宽度沿着喷嘴罩(105)的至少第一部分的长度从入口(106)朝向出口(108)增加。

条款2.条款1的装置(100)，其中入口(106)偶联至喷嘴罩(105)的第一部分(145)的第一端(146)，并且出口(108)偶联至喷嘴罩(105)的第一部分(145)的第二端(147)。

条款3.条款1的装置(100)，进一步包括：

偶联至喷嘴罩(105)的第一部分(145)的喷嘴罩(105)的第二部分(150)，其中入口(106)偶联至喷嘴罩(105)的第一部分(145)并且出口(108)偶联至喷嘴罩(105)的第二部分(150)，其中平滑轮廓的形状和沿着喷嘴罩(105)的第二部分(150)的长度的多个截面(135)中每个的面积二者保持恒定。

条款4.条款3的装置(100)，其中喷嘴罩(105)的第二部分(150)的前壁(115)和后壁(120)相对于彼此关于平面(p-p)对称布置。

条款5.条款3的装置(100)，其中喷嘴罩(105)的第二部分(150)包括至少一个弯曲区段(155)。

条款6.条款1的装置(100)，进一步包括

偶联至喷嘴罩(105)的第一部分(145)的喷嘴罩(105)的第二部分(150)，其中入口(106)偶联至喷嘴罩(105)的第一部分(145)，并且出口(108)偶联至喷嘴罩(105)的第二部分(150)，其中喷嘴罩(105)的第二部分(150)的该对相对的侧壁(110)相对于从喷嘴罩(105)的入口(106)到出口(108)的气流通道(125)的中心线(130)向外成角度。

条款7.条款1的装置(100)，进一步包括：

喷嘴延长部分(160)，其偶联至喷嘴罩(105)的出口(108)并限定气流通道(125)的一部分，喷嘴延长部分(160)具有限定第一面积(a8)的入口(161)并具有限定第二面积(a9)的出口(162)，第二面积(a9)与第一面积(a8)相同。

条款8.条款7的装置(100)，其中喷嘴延长部分(160)的出口(162)具有矩形形状。

条款9.条款7的装置(100)，其中中心线(130)处的喷嘴延长部分(160)的入口(161)的厚度(c8)小于喷嘴延长部分(160)的出口(162)的厚度(c8)，并且在喷嘴延长部分(160)的入口(161)处的前壁(115)和后壁(120)二者的侧边(140)处，喷嘴罩(105)的前壁(115)和后壁(120)之间的气流通道(125)的厚度(e8)大于喷嘴延长部分(160)的出口的厚度(e9)。

条款10.条款1的装置(100)，其中该对相对的侧壁(110)之间的多个截面(135)中的每个的宽度(w)沿着喷嘴罩(105)的整个长度从入口(106)到出口(108)增加，使得喷嘴罩(105)的该对相对的侧壁(110)相对于从喷嘴罩(105)的入口(106)到出口(108)的气流通道(125)的中心线(130)向外成角度。

条款11.条款10的装置(100)，其中喷嘴罩(105)的前壁(115)和后壁(120)相对于彼此关于平面(p-p)对称布置。

条款12.条款11的装置(100)，其中喷嘴罩(105)的第二端(109)具有弯曲区段(155)。

条款13.条款10的装置(100)，进一步包括：

在气流通道(125)中的叶片(180)，其沿着中心线(130)在喷嘴罩(105)的第二端(109)处布置，朝向喷嘴罩(105)的第一端(107)延伸。

条款14.条款13的装置(100)，其中叶片(180)的长度在6.35mm到203.2mm的范围内，并且叶片的厚度为2.54mm。

条款15.条款13的装置(100)，其中叶片(180)偶联至喷嘴罩(105)的前壁(115)并偶联至喷嘴罩(105)的后壁(120)。

条款16.条款13的装置(100)，其中叶片(180)是楔形的并被布置使得叶片(180)的较宽端(181)被安置在喷嘴罩(105)的第二端(109)处，并且叶片(180)的顶端(182)朝向喷嘴罩(105)的第一端(107)延伸。

条款17.条款16的装置(100)，其中叶片(180)由喷嘴罩(105)中的分支(183)限定。

条款18.条款1的装置(100)，其中喷嘴罩(105)的入口(106)具有圆形形状。

条款19.条款1的装置(100)，其中第一端(107)和第二端(109)之间的喷嘴罩(105)的长度在8英寸到17英寸的范围内。

条款20.使用喷嘴装置的方法(200)，该喷嘴装置包括(a)喷嘴罩，其具有在第一端处的入口和在第二端处的出口，其中该喷嘴罩具有一对相对的侧壁并具有前壁和后壁，前壁和后壁中的每个在该对相对的侧壁之间延伸；(b)气流通道，其由该对相对的侧壁、前壁和后壁限定，其中该气流通道具有在入口和出口之间延伸的中心线并具有垂直于中心线截取的多个截面，这些截面共同限定沿着气流通道的长度的平滑轮廓；和(c)其中多个截面中的每个具有在前壁和后壁之间的厚度，该厚度在前壁和后壁二者的侧边处比在中心线处更大，其中在前壁和后壁的侧边处和在中心线处二者的多个截面中的每个的厚度沿着喷嘴罩的至少第一部分的长度从入口朝向出口减小，其中该对相对的侧壁之间的多个截面中的每个的宽度沿着喷嘴罩的至少第一部分的长度从入口朝向出口增加，该方法包括：

使空气(205)流动通过喷嘴罩的入口并进入气流通道；

经由多个截面再成形(210)气流的路径，这些截面共同限定从喷嘴罩的入口到出口的气流通道的平滑轮廓，并且从而修改从喷嘴罩的入口到出口的气流的速度分布。

条款21.条款20的方法(200)，进一步包括：

修改气流的速度分布，使得喷嘴罩的第二部分的多个截面中的每个具有平行速度矢量，并且

其中喷嘴罩的第二部分偶联至喷嘴罩的第一部分，其中入口偶联至喷嘴罩的第一部分并且出口偶联至喷嘴罩的第二部分，其中平滑轮廓的形状和沿着喷嘴罩的第二部分的长度的多个截面中的每个的面积二者保持恒定。

条款22.条款20的方法(200)，进一步包括：

修改气流的速度分布，使得多个截面中的每个彼此具有不同的速度矢量，使得离开喷嘴罩的出口的气流在远离中心线的至少两个不同的方向中分叉，并且

其中在该对相对的侧壁之间的多个截面中的每个的宽度沿着喷嘴罩的整个长度从入口到出口增加，使得喷嘴罩的该对相对的侧壁相对于从喷嘴罩的入口到出口的气流通道的中心线向外成角度。

意图是上面的具体实施方式应当被视为说明性的而非限制性的，并且应当理解包括所有等价方案的所附权利要求书意欲限定本发明的范围。权利要求书不应当被阅读为限于描述的顺序或元件，除非另有说明。因此，要求保护了落入所附权利要求书和其等价方案的范围和精神内的所有实例。