CN101479455A - 用于飞行器的涡轮喷气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的涡轮喷气发动机(100)，包括容纳在发动机舱(101)中的发动机(103)和用于冷却参与发动机的推进系统的流体的热交换器(107)。所述热交换器位于所述发动机的外壁(105)处，在所述发动机的外壁和所述热交换器的下壁(112)之间设置了间隙空间，空气能够在所述间隙空间中流通。本发明还涉及配有至少一个此类涡轮喷气发动机的飞行器。

Description

用于飞行器的涡轮喷气发动机

本发明涉及用于飞行器的涡轮喷气发动机。更确切地本发明涉及容纳在涡轮喷气发动机中的热交换器，也称为表面热交换器(échangeursurfacique)。根据本发明的热交换器例如用于冷却涡轮喷气发动机的推进系统的流体，如润滑剂，以使得所述流体能够至少部分被冷却地再次注入所述推进系统中。本发明还涉及包括至少一个此类涡轮喷气发动机的飞行器。

一般而言，鉴于必须冷却用于在涡轮喷气发动机之中或其外围流通的流体，根据本发明的热交换器得到应用。

在民用航空领域，已知使用附加的热交换器来冷却在涡轮喷气发动机的发动机中流通的润滑剂。热的润滑剂被引入热交换器中以在此被冷却，然后在推进系统中重新使用。

现有技术的图1示出了现有技术的涡轮喷气发动机1以及两个热交换器2和12的剖面图。

涡轮喷气发动机1包括容纳发动机3的发动机舱2。发动机3通过空气分岔5被固定到发动机舱2的内壁4。

在现有技术中，一般而言热交换器位于两个可能的位置。事实上，热交换器可以定位在发动机3的主体处或在发动机舱2处。

当热交换器6安装在发动机3的主体处时，更确切地其容纳在设置在至少部分地围绕发动机3的发动机整流罩8和发动机3自身之间的内部空间7中。空气入口9从穿过涡轮喷气发动机1的冷空气流中提取冷空气，以便将所述冷空气引入热交换器6的内部。冷空气穿过热交换器的阵列，待冷却的热的润滑剂在热交换器的阵列中流通。所述两种流体通过隔板彼此分隔，并且不混合。热交换在阵列内部进行。部分加热了的空气经空气出口10排出热交换器6，以便被重新注入排出发动机舱的外函道气流(二次气流)中。

在热交换器12定位在发动机舱2处的情况下，更确切地其容纳在所述发动机舱2的内部空间中。空气入口13从穿过涡轮喷气发动机1的冷空气流中提取冷空气，以便将所述冷空气带到所述热交换器12的内部。在通过热交换器12的阵列之后，所述空气流量或者被通过空气出口14排出发动机舱2的外部，或者通过特殊的空气出口(未示出)再次引入发动机的内部气流中。

由于多个原因，此类热交换器在推进效率和对发动机的空气动力学影响方面不是表现最佳的解决方案。在将穿过热交换器的阵列的空气排出到发动机的内部气流的外面的情况下，即在热交换器安装在带有向外的空气出口的发动机舱中的情况下，鉴于分出的空气不能或基本上不能协助发动机的推动，所以空气的分出形成推进效率的直接损失。在将穿过热交换器的阵列的空气再次引入发动机的内部气流中的情况下，即在热交换器安装在发动机的主体中的情况下，热交换器的阵列由于其内部构造在气流中引起很大的压力损失并且倾向于或强或弱地扰乱发动机下游的气动流。此外，空气入口、一个或多个内部管道以及空气出口的存在导致压力的损失并且或多或少地扰乱发动机的内部气流。

另一种已知解决方案是使用板式热交换器。特别知道局部地贴合发动机舱2的内壁4的形状的板式热交换器，所述内壁固定到发动机舱。热交换器的上表面连接到发动机舱的内壁4，而下表面位于穿过发动机舱2的内部空间的冷空气流中。传递到热交换器内部的热量通过热传导被转移到形成所述热交换器下表面的板的内表面处。在发动机舱2中流通的冷空气流触及该热板。因此通过强制对流使储存在热板中的热量向涡轮喷气发动机1的气动流中消散。

现有技术的热交换器的第二实施方式的缺陷是与用于减少由涡轮喷气发动机产生的噪音危害的现有系统不相容。事实上，为了减少这些噪音危害，已知用声学涂层11至少部分地涂敷发动机舱2的内壁4。更一般地，所述声学涂层11覆盖发动机舱2和发动机整流罩8的内壁和外壁，这是由于这些壁中的两个彼此相对。声学涂层11的存在与板式热交换器在发动机舱2的内壁4上的连接不相容。为了使用此类板式热交换器，必须局部地取消声学涂层11，鉴于关于噪音危害的测定标准，这显得较难。

在本发明中，力求为用于通过与切向气流接触来冷却流过热交换器的流体的热交换器的现有位置提供替代方案。

为此，本发明提出不再将热交换器设置在发动机舱的可能存在声学涂层的冷壁处，而是设置在发动机舱或发动机的没有此类声学涂层的壁处。鉴于涡轮喷气发动机的现有构造，只有发动机的位于发动机舱的下游的外壁部分、即所述发动机的喷口处的部分易于接纳根据本发明的热交换器。由于外壁的该部分位于排出发动机的内函道气流(一次气流)的喷射口处，所以易于经受非常大的温度升高。由此，风险是热交换不从穿过热交换器的热流体朝向接触所述热交换器的冷空气进行，而是从发动机的热壁朝向流过热交换器的不如热壁热的流体进行。

在本发明中，为避免该不希望的热交换，同时保持热交换器在发动机喷口处的有利位置，提出使热交换器和上面安装了热交换器的热壁热绝缘。为此，在发动机的热的外壁和热交换器的下壁之间设置绝热空气层，以便限制在这两个壁之间的不需要的热交换。下壁是指热交换器的朝向发动机的壁，其与朝向发动机舱内壁的上壁相反。该绝热层允许避免发动机的热壁和热交换器的下壁之间的直接接触，在两个壁之间形成高的热阻。优选地，设置在绝热空气层处的空气入口和出口使得空气流量足以避免空气在设置于两个壁之间的空间中的过长停滞。事实上，如果空气流量是零或不足，停滞在所述空间中的绝缘空气层有被发动机的热壁加热、并因此不能够再发挥其绝热作用的风险。还可提供“气袋”(poche d’air)，即停滞在设置于两个壁之间的空间中的空气，该“气袋”例如由热空气出口的阀的开启和允许冷空气进入的阀的开启来定期更新。当然，根据本发明的热交换器还可以位于喷口的上游，或在发动机舱的内壁上。则绝热空气层的功能将减弱，但不会有损于热交换器的运行。

因此本发明的目的是一种用于飞行器的涡轮喷气发动机，包括容纳在发动机舱中的发动机和用于冷却参与发动机的推进系统的流体的热交换器，其特征在于，所述热交换器位于发动机的外壁处，在发动机的外壁和热交换器的下壁之间设置了间隙空间，空气能够在所述间隙空间中流通。间隙空间是指体积较小的空间，以便使热交换器和发动机的热壁之间的距离最小化，尤其为了不在发动机的壁的外表面处产生可能导致空气动力学扰动的过量隆起。根据本发明的间隙空间的外轮廓跟随由间隙空间隔离的热交换器的外轮廓。

热交换器可以是表面热交换器，如具有一个或多个板的板式热交换器，待冷却的流体在所述板中流通，冷却空气在板之间流通。也可以是热交换器包括被管路穿过的箱体，待冷却的流体在所述管路中流通，冷却空气在管路周围流通。

优选地，根据本发明的热交换器位于发动机的后端处，在此不存在任何能够覆盖所述发动机的外壁的声学涂层。

根据按照本发明的涡轮喷气发动机的实施例，可提供以下附加特征的全部或一部分：

-所述涡轮喷气发动机包括将热交换器固定到发动机的外壁的固定装置；

-所述固定装置包括至少一个支柱。在此所述支柱可以是垂直的或水平的；

-间隙空间形成气袋，在所述气袋中空气是部分停滞的。部分停滞是指流过气袋的冷却空气在发动机舱中的逗留时间要大于穿过发动机舱的整个内部空间的冷空气在发动机舱中的逗留时间。

-所述发动机的外壁包括槽，热交换器容纳在所述槽中以便在所述发动机的延伸空间中延伸。因此消除了发动机外壁的表面上的易于导致空气动力学扰动的任何隆起。

-所述热交换器配有空气入口，所述空气入口位于热交换器的主体的上游并且能够将空气引入间隙空间中；

-所述空气入口从穿过发动机舱的外函道气流中提取空气。此外，可从设置在发动机的主体和发动机整流罩之间的通风空气空间中提取空气。

-所述热交换器包括设置在热交换器的主体的下游的空气出口，所述空气出口能够允许在间隙空间中流通的空气流出所述间隙空间，优选地流入穿过发动机舱的外函道气流中。也可想到使所述空气流再次注入通风空气空间中。

为间隙空间供应空气的空气入口和出口可以由简单的缝隙或孔形成。也可为所述空气入口和出口配备特殊的堵塞装置，以便按照需要调节所述间隙空间的空气入口和出口。

-热交换器设置在发动机的整个外圆周上。也可得到点状表面热交换器，即仅覆盖发动机的热壁的外表面的有限部分的热交换器。

通过阅读后面的说明书和查对其附图将更好地理解本发明。这里示出的附图仅供参考，而绝非限定本发明。

附图所示如下：

-图1：上述现有技术的配有热交换器的涡轮喷气发动机的横剖面图；

-图2：根据本发明的实施例的包括热交换器的涡轮喷气发动机的分解示意图；

-图3A和3B：根据本发明的热交换器在发动机外壁上的定位的两个横剖面示意图；

-图4A和4B：根据本发明的发动机的配有热交换器的两个实施例的外壁的两个放大图。

图2示出了根据本发明的配有热交换器107的涡轮喷气发动机100。

涡轮喷气发动机100包括发动机舱101，发动机舱101的内部空间102容纳发动机103。如在对现有技术的图1的描述中所公开的，正如发动机103的外壁105的与发动机舱101的内壁104相对的前部一样，发动机舱101的内壁104一般覆盖声学处理层(未示出)。相反，发动机103的未被发动机舱101覆盖的后端106总是没有这样的声学涂层。根据本发明，优选地将热交换器107设置在发动机103的后端106处。这里的前和后是相对于穿过发动机舱的外函道气流F的流动方向而言的。

图3A和3B示出发动机103的外壁105在配有热交换器107的后端106处的两个截面。

发动机103的外壁105形成凹陷以便形成容纳热交换器107的槽108。因此，热交换器的朝向发动机舱102的内壁104的上壁110与发动机103的外壁105的外表面111齐平。穿过发动机舱101的内部空间102的外函道气流并未由于热交换器107的存在而经受空气动力学扰动。

根据本发明的间隙空间116设置在槽108中，并且由热交换器107的下壁112和发动机103的外壁105的外表面111来限定。

在图3A的示例中，热交换器107例如由箱体构成，待冷却的流体、如来自发动机103的推进系统的润滑剂在所述箱体中流通。

图3B示出热交换器107的另一种形式。设置在发动机103的外壁105的外表面111和热交换器107的下壁112之间的槽108的轮廓基本上跟随所述热交换器107的外轮廓。优选地，在对应的间隙空间116中形成瓶颈(goulot d’étranglement)，以便减小设置在热交换器107下游的空气出口114处的空气流量。上游和下游是相对于发动机舱101的内部空间102中的外函道气流F的流动方向而言的。因此形成了气袋，在所述气袋中形成绝热空气层的空气是部分停滞的。

在任何情况下，例如来自在发动机舱101中流通的外函道气流F的绝热空气流f能够穿过间隙空间116。

设置在热交换器107的上游的空气入口115定向在外函道气流F的流动方向上，以便于空气进入间隙空间116中。

优选地，空气出口114是空气动力学孔，以便限制阻力并且便于绝热空气f的排出。

热交换器107例如通过支柱固定在发动机103的外壁105的外表面111上，所述支柱的尺寸与希望赋予所述间隙空间116的尺寸成比例。

在另一个实施例中，如图2所示，热交换器107直接设置在发动机103的外壁105上。事实上，外壁形成凹陷以便在外壁105的第一和第二层之间设置横向缝隙，所述两个层保持局部地彼此连接。横向缝隙是指该缝隙在上游和下游的两个点开口。热交换器107设置在第一层或者说上层的厚度中。

因此保证了在发动机103的外壁105的外表面111上不存在任何易于产生空气动力学扰动的粗糙度。

在图2的示例中，热交换器107设置在发动机103的整个外圆周上。当然，也可以将热交换器107设置在所述发动机103的部分外圆周上。

图3B示出将热交换器的下壁112连接到发动机103的外壁105的外表面111的垂直支柱117。垂直是指支柱从发动机的壁径向延伸直到热交换器107。

在图4A和4B上，可见发动机103的外壁105在根据本发明的热交换器107处的放大图。图4A上的空气入口115与空气出口114对称。更确切地，空气出口115以及空气入口114由在热交换器107的整个宽度上延伸的纵向缝隙构成。宽度是指相对于涡轮喷气发动机的纵轴线垂直延伸的尺寸。

相反，在图4B中空气入口115是点状的，即设置在热交换器107的部分宽度上。因此，与图4A的示例相比，在图4B的示例中穿入间隙空间116的绝热空气流f的流量较小。

在任何情况下，流过间隙空间116的绝热空气流f能够在发动机103的热壁105和热交换器107的下壁112之间保持热绝缘，以便使这两个壁之间的热交换最小化。

如图2所示的从空气出口114排出的绝热空气流f与从发动机舱的内部空间排出的外函道气流F和从喷口排出的内函道气流F’相混合。由于在外函道气流F处提取来供给间隙空间的空气的量相对较少，所以不会扰乱发动机舱101的内部空间103之内的气动流。此外，在从设置在发动机的整流罩和主体之间的通风空间中提取空气流的情况下，发动机舱101的内部不存在任何空气动力学扰动。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的涡轮喷气发动机(100)，包括容纳在发动机舱(101)中的发动机(103)和用于冷却参与发动机的推进系统的流体的热交换器(107)，其特征在于，所述热交换器位于所述发动机的外壁(105)处，在所述发动机的外壁和所述热交换器的下壁(112)之间设置了间隙空间(116)，空气能够在所述间隙空间中流通。

2.根据权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述涡轮喷气发动机包括将所述热交换器固定到所述发动机的外壁的固定装置。

3.根据权利要求2所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述固定装置包括至少一个支柱(117)。

4.根据权利要求1至3之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述间隙空间形成气袋。

5.根据权利要求1至4之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述发动机的外壁包括槽(108)，所述热交换器容纳在所述槽中以便在所述发动机的延伸空间中延伸。

6.根据权利要求1至5之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述热交换器配有空气入口(115)，所述空气入口(115)位于所述热交换器的主体的上游并且能够将空气引入所述间隙空间中。

7.根据权利要求6所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述空气入口从穿过所述发动机舱的外函道气流(F)中提取空气。

8.根据权利要求1至7之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述热交换器包括设置在所述热交换器的主体的下游的空气出口(114)，所述空气出口(114)能够允许在所述间隙空间中流通的空气流出所述间隙空间。

9.根据权利要求1至8之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述热交换器设置在所述发动机的整个外圆周上。

10.一种包括至少一个根据权利要求1至9之一所述的涡轮喷气发动机的飞行器。

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