CN101274664B - 可变区域扇形喷嘴和推力反向器 - Google Patents

Abstract

用于燃气涡轮发动机的喷嘴包括喷嘴门，该喷嘴门具有第一末端、与第一末端相反的第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的枢轴。联动装置连接在喷嘴门和执行器上。执行器选择性地运行以移动联动装置，在多个位置(如天顶位置、中间位置以及反向推力位置)之间的枢轴周围轮流地移动喷嘴门，从而通过风扇外函道来影响外函道气流。

Description

可变区域扇形喷嘴和推力反向器

【技术领域】

本发明涉及燃气涡轮发动机，尤其是具有一个可变扇形喷嘴的燃气涡轮发动机，该可变扇形喷嘴集成有燃气涡轮发动机的推力反向器。

【背景技术】

燃气涡轮发动机被人类广泛的了解并使用在电力发电和交通工具(例如飞行器)的推进上。典型的燃气涡轮发动机包括压气部分、燃烧部分以及涡轮部分，该涡轮部分利用进入发动机的初始气流产生动力或推进交通工具。燃气涡轮发动机典型性地安装在机盖内，如发动机舱内。外函道空气流流过机盖和发动机之间的函道，并存在于发动机的一个出口处。

目前，传统的推力反向器用于产生反向推力，来减缓交通工具(例如飞行器)的向前运动。传统推力反向器的一种类型使用设置于靠近发动机舱后部的一个可移动门。当飞行器降落时，该门移至外函道，使得外函道空气流向外径向地偏转到叶片或出口内，从而引导流出气流为正向来减速飞行器。这种或者其他传统的推力反向器虽然有效，但仅用于反向推力，在没有降落状态的天顶位置时，却不提供其它的功能。有限的功能以及传统推力反向器附加在发动机上的重量导致了发动机很低的效率。因此，为了提高发动机效率，需要一种具有推力反向器的系统，该推力方向器集成有至少一个发动机系统，用于降落之外的其他功能。

【发明内容】

在一个实施例中，用于燃气涡轮发动机的喷嘴包括一个喷嘴门，该喷嘴门具有第一末端、与第一末端相反的第二末端以及在第一末端和第二末端之间的枢轴。联动装置连接到喷嘴门，并连接到执行器上。执行器选择性地运行以移动联动装置，用于在多个位置之间(例如天顶位置、中间位置以及反向推力位置)的枢轴周围轮流移动喷嘴门，从而影响通过风扇外函道的外函道气流。

在另一个实施例中，天顶位置相应于飞行器的起飞状态，中间位置相当于飞行器的巡航状态，反向推力位置相当于飞行器降落后的状态。

【附图说明】

通过对本发明优选实施例的详细描述，对于本领域的技术人员而言，本发明的各种特征和优点是显而易见的。带有具体说明的附图简要描述如下：

图1图示了示范燃气涡轮发动机系统的选出部分，该燃气涡轮发动机系统具有集成可变扇形喷嘴和推力反向器的功能的喷嘴。

图2是示范喷嘴门在天顶位置的示意图。

图3是示范喷嘴门在反向推力位置的示意图。

【具体实施方式】

图1图示了从飞行器的发动机挂架12悬挂着的示范燃气涡轮发动机10的选出部分的示意图，这是设计用于亚音速飞行的典型飞行器。燃气涡轮发动机10沿圆周设置在发动机中心线或中心轴线A的附近。燃气涡轮发动机10包括风扇14，低压压气机16a，高压压气机16b，燃烧部分18，高压涡轮20b，低压涡轮20a，本领域技术人员熟知，压气机16a、16b内的压缩空气与燃料混合，在燃烧部分18燃烧，并在涡轮20a和20b处膨胀。涡轮20a和20b分别与转子22a和22b(如线轴)相连接而旋转，从而旋转地驱动压气机16a、16b以及风扇14来响应膨胀。在该实施例中，转子22a还通过传动系统24驱动风扇14。

在图示的实施例中，燃气涡轮发动机10是一高函道啮合涡轮装置。在一实施例中，函道比大于10∶1，并且风扇14的直径充分大于低压压气机16a的直径。在一个实施例中，低压涡轮20a具有一大于5∶1的压缩比。传动系统24可以为任何熟知的合适的传送系统，如带有轨道运行的行星齿轮的行星齿轮系统，带有无轨道运行的行星齿轮的行星系统，或者其他类型的齿轮系统。在揭示的实施例中，传动系统24具有一恒定的齿速比。在这种描述下，本领域的一般技术人员可以认知，上述参数仅仅是典型性设置，在实际应用中可以根据特殊需要对这些参数进行其他设置。

外壳(引擎机舱28，通常也称为风扇机舱)在风扇14的周围圆周延伸。一个常见的环形风扇外函道30在引擎机舱28和内壳(内罩34)之间延伸。内罩34通常环绕压气机16a，16b和涡轮20a，20b。

运行时，风扇14将空气吸入到燃气涡轮发动机10，使之为中心气流C，并将空气吸入到外函道30使之为外函道气流D。在一个实施例中，大约80％的气流进入到引擎机舱28内成为外函道气流D。后部排气装置36将外函道气流D从燃气涡轮发动机中排出。中心气流C从内罩34和尾锥38之间的通道排出。由于很高的函道比，外函道气流D可提供非常大的推力。

图1所示的示范燃气涡轮发动机10还包括与外函道30相关联的喷嘴40(示意性图示)。在该实施例中，喷嘴40与引擎机舱28的后缘相连接。

喷嘴40包括在多个位置之间移动的执行器42，用于影响外函道气流D，例如掌控外函道气流D的气压。控制器44命令执行器42在多个位置之间选择性地移动，用于在期望的方式下掌控外函道气流D。控制器44可以专门用于空气执行器42和喷嘴40的控制，也可以集成在燃气涡轮发动机10内的一个现有的发动机控制器上，或合并在其他已知的飞行器或发动机控制上。例如，喷嘴40选择性的移动可允许控制器44在各种状态下改变喷嘴40的区域，提高飞行器控制状态，提高风扇14运行状态，或者根据进入控制器44的输入参数，提高与外函道30相关联的其他元件的运行状态。

在一个实施例中，燃气涡轮发动机10在预设状态(如巡航)下，在期望极限数据技术系统内运行。例如，人们期望在一个期望压力比范围内(即风扇14的向前与向后气压的之比)运行风扇14，以避免风扇的摆动。为了维持这个范围，喷嘴40影响外函道气流D以控制风扇14的向后气压，从而控制压力比。例如，在巡航状态下，喷嘴40允许更少的外函道气流D，在起飞状态下，喷嘴允许更多的外函道气流D。在一些实施例中，通过增加大约20％的外函道气流D，喷嘴改变了与外函道30相关联的截面区域从而用于起飞。因此，喷嘴40可以在不同飞行状态的变化中维持极限数据技术系统。

图2和图3图示了示范喷嘴40的选出位置。在图2中，喷嘴40在巡航位置，但可以移至起飞位置或者反向推力位置。在图3中，喷嘴是在反向推力位置，用于减速飞行器的向前运动。

在揭示的实施例中，喷嘴40包括沿着引擎机舱28的尾部圆周设置的多个喷嘴门54(图示了一个)。每个喷嘴门54包括第一末端54a、与第一末端相反的第二末端54b、以及位于第一末端和第二末端之间的枢轴56。喷嘴门54可以在巡航位置和反向推力位置之间沿着枢轴56旋转。喷嘴40也可以沿着铰链点59转动，用于在巡航位置和起飞位置之间沿着方向61移动喷嘴40的末端54b，下文将详细描述。

一边缘57从枢轴56和第一末端54a之间的喷嘴门54处延伸。边缘75可以和喷嘴门54或以已知方式附在喷嘴门54上的一个单件被形成。

支架58可转动地在铰链点59处固定在引擎机舱28的尾端，并在枢轴56支撑喷嘴门54。支架58包括多个槽60(图示了一个)，槽60滑动地支撑联动装置64的第一连杆62，该联动装置64连接喷嘴门54和执行器42。第一连杆62包括固定在喷嘴门54的一个末端部分68a和固定在执行杆70的另一个末端部分68b。在该实施例中，末端部分68a沿着轴L1(图3)纵向延伸，末端部分68b沿着与轴L1横向的轴L2纵向延伸。执行杆70的一个末端可转动地连接到第一连杆62的末端部分68b，另一个末端连接到执行器42的支撑耳轴72上。在一个实施例中，支撑耳轴72用垫片垫上，从而允许联动装置64的调节，如在使用一段时间后根据磨损进行调整或根据喷嘴门54移动的微调进行调整。

支架58还包括开口66(或者出口)，每个开口在到外函道30的一个末端66a上，以及在到发动机10外部的另一个末端66b上开口。当喷嘴门54在巡航位置时，喷嘴门54与末端66b邻接，使得开口66成为盲口，并且仅仅在面对外函道30的末端66a处开口。每个开口66包括在末端66a和喷嘴门54之间延伸的相应的长度。在一个实施例中，一个或者多个开口66被设计为，带有与通过外函道30的外函道气流D的声学特性相对应的长度。声学特性，如声音频率或声音振幅，可以使用实验测量、计算机模拟或者其他已知技术的方式被确定或估算。例如，将长度设计为外函道气流D附带的声学能量反射在开口66内，从而去抵消音响以提供弱化的声音。

控制器44命令执行器42根据飞行状态在起飞位置、巡航位置以及反向推力位置之间移动喷嘴40。通过使用已知的参数，如转子22a或22b的速度、飞行器速度、感测飞行器起落装置的负载等，从而确定飞行状态。

在一个实施例中，控制器44在起飞状态和巡航状态之间移动喷嘴改变截面区域AR(图2)，截面区域AR与邻接于喷嘴40的环形外函道30的截面区域相对应。根据飞行状态(例如起飞、降落以及巡航)，控制器44选择性地命令执行器42移动喷嘴40，从而改变截面区域AR，用于以期望的方式影响外函道气流D。也就是说，控制器44将喷嘴40移至截面区域AR是飞行状态所期望的。

例如，将喷嘴移至相对较小的全截面区域从而用于飞行器巡航(图2)，将限制外函道气流D并在外函道30内产生压力积聚(也就是，空气压力的增加)。将喷嘴40移至相对较大的截面区域从而用于飞行器起飞(也就是说，在铰链点59旋转喷嘴40，从而末端54b从中心轴线A向外移动)，可以允许更多的外函道气流D并减小了压力积聚(也就是说，降低气压)。因此，根据进入到控制器44的输入参数，控制器44命令执行器42将喷嘴门54移动到期望位置，从而以期望的方式控制外函道气流。

在起飞位置和巡航位置移动喷嘴40，执行器42推动执行杆70(也就是说，在图中向左或向右推动)，该执行杆70沿着槽60轮流移动第一连杆62。当第一连杆62到槽60的末端时，压力被施加到喷嘴40上，使其沿着铰链点59转动，从而改变截面区域AR。可以获知，喷嘴40转动的程度取决于执行器42移动执行杆70的程度。

为了将喷嘴门54移至反向推力位置，执行器42拉回执行杆70(也就是说，在图中向左拉动)。执行杆70的运动引起第一连杆62在枢轴连接器71处转动(图3中的顺时针方向)。在槽60内第一连杆62使得喷嘴门54沿着枢轴56转动(图3中的顺时针方向)至中间或者反向推力位置。同样地，执行器42延伸了执行杆70，以在相反方向转动喷嘴门54。

在反向推力位置，喷嘴门54从引擎机舱28处向外径向延伸，并从引擎机舱28向内延伸至外函道30。在图示的实施例中，喷嘴门54被转动至直到喷嘴门54的第二末端54b临近于内罩34。喷嘴门54到反向推力位置的移动开启了辅助函道80，用于在正向82(相对于发动机10的运动)上排出外函道气流D。喷嘴门54第二末端54b从开口66处向外径向偏转外函道气流D。在一个实施例中，开口66向前成角或弯曲，以向前方改变气流。另外，边缘57向前偏转气流，以减低飞行器的向前运动的速度。

因此，本发明所揭示的喷嘴40集成有改变外函道30的截面区域的功能，以便在期望的方式下影响外函道气流D和反向推力，从而减低飞行器向前运动的速度。虽然本发明的优选实施例已经被揭示了，本领域的一般技术人员根据本发明的技术方案，所做的修改显然包含在本发明的保护范围之内。本发明所要保护的范围和内容由权利要求所确定。

Claims (11)

1.用于燃气涡轮发动机的喷嘴，包括：

喷嘴门，具有第一末端、与第一末端相反的第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的枢轴；

连接在喷嘴门上的联动装置；以及

连接在联动装置上的执行器，其中执行器选择性地运行以移动联动装置，以在多个位置之间沿枢轴周围轮流地移动喷嘴门，从而影响通过风扇外函道的外函道气流，

其中喷嘴门包括边缘，该边缘从喷嘴门沿着相对于外函道气流的轴向向前方向上延伸，边缘是附在喷嘴门上的一个单件。

2.如权利要求1所述的喷嘴，其中联动装置连接到枢轴和第一末端或第二末端其中一个之间的喷嘴门上。

3.一燃气涡轮发动机系统，包括：

风扇；

沿风扇周围设置的引擎机舱；

燃气涡轮发动机核心，设有压气机和涡轮，并且至少部分地在引擎机舱内；

风扇外函道，在风扇的下游以传送外函道气流，并在引擎机舱和燃气涡轮发动机核心之间；

与风扇外函道相关联的喷嘴门，该喷嘴门在天顶位置、中间位置以及反向推力位置之间移动，从而影响外函道气流，喷嘴门具有第一末端、与第一末端相反的第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的枢轴；

连接在喷嘴门上的联动装置；

连接在联动装置上的执行器，其中执行器选择性地运行以移动联动装置，以在多个位置之间沿枢轴周围轮流地移动喷嘴门，从而影响通过风扇外函道的外函道气流；以及

控制器，选择性地命令执行器移动喷嘴门，

其中喷嘴门包括边缘，该边缘从喷嘴门沿着相对于外函道气流的轴向向前方向上延伸，边缘是附在喷嘴门上的一个单件。

4.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机系统，还包括支撑喷嘴门的支架单元，其中支架转动地固定在相对于外函道气流的引擎机舱的尾端。

5.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机系统，还包括支撑喷嘴门的支架单元，其中支架单元包括通过其中的开口，每个开口具有开口第一末端和开口第二末端，所述开口第一末端开口于外函道，当喷嘴门在反向推力位置时，所述开口第二末端开口于外部。

6.如权利要求5所述的燃气涡轮发动机系统，其中在天顶位置时喷嘴门覆盖所述开口第二末端，使得每个开口为盲口。

7.如权利要求6所述的燃气涡轮发动机系统，其中从所述开口第一末端到所述开口第二末端的每个盲口的长度与外函道气流的声学特性相对应。

8.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机系统，其中，天顶位置对应于飞行巡航状态，中间位置对应于飞行起飞状态，反向推力位置对应于降落后的飞行状态。

9.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机系统，其中，第一末端相对于燃气涡轮发动机核心的中心轴线从引擎机舱的径向向外方向延伸，第二末端在反向推力位置在径向向内方向延伸至风扇外函道内。

10.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机系统，其中，从天顶位置或者中间位置到反向推力位置的喷嘴门的移动开启了喷嘴门和引擎机舱之间的辅助气流函道，从而影响外函道气流。

11.一燃气涡轮发动机系统，包括：

风扇；

沿风扇周围设置的引擎机舱；

燃气涡轮发动机核心，设有压气机和涡轮，并且至少部分地在引擎机舱内；

风扇外函道，在风扇的下游以传送外函道气流，并在引擎机舱和燃气涡轮发动机核心之间；

与风扇外函道相关联的喷嘴门，该喷嘴门在天顶位置、中间位置以及反向推力位置之间移动，从而影响外函道气流，喷嘴门具有第一末端、与第一末端相反的第二末端、以及在第一末端和第二末端之间的枢轴；

连接在喷嘴门上的联动装置；

连接在联动装置上的执行器，其中执行器选择性地运行以移动联动装置，以在多个位置之间沿枢轴周围轮流地移动喷嘴门，从而影响通过风扇外函道的外函道气流；以及

控制器，选择性地命令执行器移动喷嘴门，

其中喷嘴门包括边缘，该边缘从喷嘴门沿着相对于外函道气流的轴向向前方向上延伸，喷嘴门的移动改变了与风扇外函道相关联的可变截面区域，从而影响外函道气流，执行器拉回执行杆，以便喷嘴门移至反向推力位置。

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