CN101687552A - 用于交通工具特别是飞行器的空气吸入设备 - Google Patents

Abstract

本发明的设备包括用于阻挡空气通道(10)的活动装置，活动装置由流线型表面(20)控制，流线型表面设在所述空气通道(10)内并且能够在流经所述空气通道(10)的外部空气流(F)的作用下产生升力(P)。

Description

用于交通工具特别是飞行器的空气吸入设备

本发明涉及用于交通工具特别是飞行器的空气吸入设备，包括具有空气吸入口的空气通道。

已知这类空气吸入设备在航空领域中广为使用，虽然不是专门用于但是特别用于更新包含温度敏感装备的受限区域和/或易燃易爆型危险环境中的空气，这要求对该区域持续通风来避免任何装备故障或环境事故危险。

在发动机舱和外部风扇外壳以及飞行器涡轮喷气发动机的压缩机壳体之间的受限的环形区域就是这种情况，其中尤其设有大量机械和/或电子设施。这些设施，例如FADEC(全权数字发动机控制)、辅助继电器箱(齿轮箱)、发动机机油储槽、射流元件等，通常都围绕外壳固定并因此位于受限区域内，利用外部空气通风，其中外部空气通过空气吸入口进入设备，沿发动机舱中形成的通道流动并在离开通道后传播在受限空间内。这些设施，以及来自该区域的任何机油或其它蒸汽，利用空气通道传播的外部新鲜空气通风，帮助确保其正确运行。

为了符合当前的立法，其要求适合的受限空间具有合适的单位时间空气更新量，该设备的空气通道具有预定截面，其允许足够的空气流经通道，在空气离开通道后，包含要求通风的设施的受限空间内的空气被更新。

然而，因为进入预定截面空气通道的外部空气量尤其取决于与飞行器速度和高度相关的参数，难以使需要冷却的设施以及需要排出的蒸汽被最佳地通风。

问题是，虽然在飞行器沿地面前进、在起飞阶段或准备就绪而等待从而因此处于低速时，通过上游的空气吸入口进入设备的预定截面通道以及在通道下游离开的外部空气在数量上足以对设施正确通风，但在飞行器以最大速度和最大高度巡航飞行时，离开设备的通道朝向需要通风区域的空气流速却又远远太高。测量显示，在这种飞行阶段，通过设备的通道在受限空间内循环的空气的更新是平常所需的两倍。此外，进入受限区域内的空气产生阻力，阻力引起飞行器速度损失而因此增加所述发动机的燃料消耗。

为了弥补这些缺点，文献WO2006/067296和WO2006/067299描述了空气吸入设备，包括具有可控活动元件的关闭装置，该装置与所述空气通道相联，空气吸入设备还包括控制所述活动元件的装置，控制所述活动元件的装置可以由所述飞行器的飞行员有意致动，或者也可以有利地自动致动。在后一种情况中，所述控制装置包括可变容积储槽——汽缸/活塞组件、囊、波纹管等——其接收使飞行器前进的流体施加在所述飞行器上的总的压力，并且连接于所述可控活动元件。但是，因为压力局部不稳定，该系统不是最佳选择。另外，这些控制装置相对其环境有些笨重并且具有引起振动或不稳定现象的倾向，这要求整体被加强，因此给所述空气吸入设备施加了沉重的负担。现在，为了限制飞行器燃料消耗，飞行器设计者试图生产更轻质的系统。

本发明的目的是解决这些缺点，并且本发明涉及空气吸入设备，其设计允许相对于涡轮喷气发动机的例如上述受限区域的最佳通风，但受限区域也可以是飞机的照明区域或机身区域(机腹整流装置)，或者更为广泛来说，交通工具中需要空气更新的任何某种程度封闭及温度敏感区域。

为此，根据本发明，用于交通工具特别是飞行器的空气吸入设备包括至少一个空气通道，空气通道具有空气吸入口，空气通道排放在上游端通过所述空气吸入口进入所述通道的外部空气流，所述设备包括具有可控活动元件的关闭装置，其与所述通道相联，所述设备还包括控制装置，用于控制所述可控活动元件，以根据所述交通工具的速度来在最小截面和最大截面之间改变所述通道的截面，其中最小截面允许朝向待通风区域的最小空气流速，最大截面允许朝向所述区域的最大空气流速，其特征在于：所述控制装置由流线型表面形成，设置在所述空气通道中，并能够在穿过所述空气通道的外部空气流的作用下产生升力。

因此，由于升力与穿过所述通道的外部空气流的速度(并因此与所述交通工具的速度)成比例，本发明可以获得根据交通工具速度的自动关闭装置，能够使所述关闭装置改变所述通道的截面且根据飞行器的飞行阶段改变进入受限区域的空气流速并因此为相关设施提供可能的最好通风。

例如，当飞行器巡航飞行时(处于最大速度和最大高度)，所述通道的截面可以有利地和自动地减小，从而为设施提供适当的通风量，并因此限制了吸入受限区域的空气在舱上产生的整体阻力水平。相反，当飞行器沿地面运行时或在起飞阶段(低速)，通过缩回所述关闭装置的活动元件使通道的截面自动打开到最大程度，从而可以通过通道循环最大空气量并且可以适当地对位于受限区域内的设施通风。

另外，根据本发明，空气吸入设备抽吸的空气量适应各个飞行阶段，因此使通风对飞行器性能所造成的损失最小化。

优选所述流线型表面由横向于所述通道定位的轮廓件形成。这种流线型轮廓件可以包括朝向所述空气吸入口的前缘和朝向所述受限区域的后缘。

当然，在所述空气通道内，所述流线型表面被设置在使其性能最佳的位置。因此，根据各种参数包括所述空气吸入口和所述空气通道的形状和尺寸，所述流线型表面可以设置在所述空气吸入口附近，或可以替代地更深或更浅地位于所述空气通道内。

此外，为了能够调节所述流线型表面的性能来适应各种情况，优选所述流线型表面的轮廓曲率被自动调节，以增强所述控制装置的作用。例如，所述流线型表面的后缘可以由两种具有不同热膨胀系数的材料制成，从而形成一种双金属条。这样就可以加强所述流线型表面的轮廓曲率并因此在空气流温度下降时，也就是说在所述飞行器增加高度时，增大由此产生的升力。当飞行器巡航飞行时就可以获得最大曲率和最大升力。

此外，所述可控活动元件可以由弹性叶片形成，弹性叶片自发地抵靠所述空气通道的壁，所述弹性叶片的一端固定于所述通道，所述流线型表面固定于所述弹性叶片的另一端。

这样，当所述弹性叶片与所述通道的壁弹性隔开时，其中所述弹性叶片通过所述流线型表面产生的升力作用压向所述通道的壁，通道的截面减小，允许朝向受限环形区域的减小的通风空气流，而在弹性叶片压抵所述通道的壁时，通道的截面就会处于最大值，允许朝向所述区域的最大通风空气流。

当然，这种所述通道的截面减小取决于交通工具的速度，并且可以使所述截面变为最小，允许最小的通风空气流。优选具有止挡件，用于标记与所述最小截面对应的所述弹性叶片的位置。

优选固定于所述通道的所述弹性叶片的那端位于所述空气吸入口附近。

所述空气通道可以有利地具有矩形截面，所述弹性叶片的宽度于是对应于所述通道的所述矩形截面的宽度。

通过附图会容易地理解本发明如何被体现。在这些图中，相同的标记代表相似的元件。

图1示意性并且部分地绘出了涡轮喷气发动机舱，涡轮喷气发动机配备有根据本发明的由A表示的空气吸入设备。

图2是所述涡轮喷气发动机沿图1的截面II-II的端视图，示出了需要通风的各种设施。

图3在纵向放大部分中示出了根据本发明的关闭装置的一个示例性实施例。

图4是沿图3的箭头IV方向的视图。

图5，类似于图3，示出了根据本发明的空气吸入设备的流线型表面的不同位置。

图6A和6B示出了作为温度函数的流线型表面轮廓的曲率变化。

图7在纵向放大部分中示出了根据本发明的关闭装置的实施例的替代形式。

根据本发明的空气吸入设备1由图1的矩形A表示，设置在安装于飞机(未示出)上的发动机的舱2内。如图1和2示意性所示，舱2通常包括：为发动机供应空气的空气吸入前部件3；围绕风扇6的外壳5的中间部件4；发动机压缩机和燃烧室以及涡轮，自此露出射流管7的外壳及其锥体。

各种机械和/或电子设施或装备8的零件附接于风扇和压缩机的外壳5，也就是说，在舱2和发动机的外壳5之间的受限的环形区域9内。图2象征性绘出了能够在区域9中发现的一些设施8，即FADEC 8A、辅助继电器箱8B以及发动机机油储槽8C。

该受限区域9内的空气通过空气吸入设备1被更新以保持设施8在合适的温度范围内并允许其正确运行，空气吸入设备1位于舱2的前部件之上并为此包括空气通道10，空气通道10形成在舱2的前部件的结构壁中并将外部空气与受限区域9连通。为此，通道10上游具有空气吸入口11并且下游具有与所述区域9相关的扩散器12，其通向舱的中心部件4。

空气通道10相对于舱2的前部件的外部表面稍微倾斜并且沿下游方向朝向发动机的纵轴，以更好地沿通道10抽吸和传送新鲜外部空气并随后通过双出口扩散器12在环形受限区域9的两侧切向排放空气，如图2中的箭头f所示。

在图3、5和7描绘的实施例中，设备1的通道10的整体轮廓稍微演变，也就是说在其切向空气吸入口11的下游汇聚，有些朝向扩散器12发散并且其截面变为矩形。通道10由下壁14、上壁15和两个侧壁16和17界定。

根据本发明，通道10的截面通过气动控制的关闭装置而可调节，关闭装置能够根据飞机速度调节通过通道10流向受限区域9的通风空气的流速。

在图3和4示出的实施例中，所述关闭装置包括矩形弹性叶片18，其一端使用例如螺钉19固定在空气吸入口11附近，其宽度l稍微小于通道10的宽度L。弹性叶片18容纳在所述通道10中并且自发地压抵其下壁14。

在其内端，即与螺钉19相对的那端，弹性叶片18通过支架21携带流线型轮廓件20，支架21使所述轮廓件与所述弹性叶片18隔开。

所述流线型轮廓件20在所述通道10内部并相对其横向延伸。其具有指向空气吸入口11的前缘22、指向扩散器12的后缘23、面向上壁15的拱背24以及面向下壁14的拱腹25。

因此，当载有舱2的飞机向前运动时，空气流(由箭头F表示)通过空气吸入口11进入通道10。这样，空气流F产生施加于所述流线型轮廓件20的升力P，该升力P倾向于克服弹性叶片18的自然弹性来使该叶片移动离开下壁14并更加接近于上壁15。

因此，弹性叶片18用作遮挡板。

显然，升力越大，也就是说飞机速度越大，弹性叶片18沿关闭方向的变形就越大。

通道10可以被弹性叶片18关闭的最大程度由止挡件26设定，止挡件26例如包括钩，钩穿过下壁14并能够与下壁14背离通道10的那面配合。

因此，用于穿过通道10的空气流F的通过截面能够作为飞机速度的函数在最大值和最小值之间变化，其中在最大值时弹性叶片18压抵下壁34，最小值由止挡件26确定。

图5的实施例全面类似于图3和4的实施例，但除了流线型轮廓件20的位置。具体来说，在这个实施例中，所述流线型轮廓件虽然位于所述通道10内，但面向空气吸入口11定位，而不是如图3所示位于通道10内较深处。图3和图5示出了通道10内的流线型轮廓件20的位置可以被优化以适合空气流F的特性并因此是空气吸入口11和通道10的函数。

图6A和6B描绘了流线型轮廓件20，其后缘23包括两个具有不同热膨胀系数的背对背叶片23A和23B。因此，如图6B所示，轮廓件20的曲率在外部空气流F的温度下降时可以增大，这样在飞行器巡航飞行时该曲率就可以处于最大值。

图7描绘了替代形式的实施例，其中弹性叶片18固定于上壁15，轮廓件20的拱背朝向下壁14。在该实施例中，向下关闭通道10，而在图3和5的实施例中向上关闭通道。

Claims (9)

1.用于交通工具特别是飞行器的空气吸入设备(1)，包括至少一个空气通道(10)，空气通道(10)具有空气吸入口(11)，空气通道(10)排放在上游端通过所述空气吸入口(11)进入所述通道的外部空气流(F)，所述设备包括具有可控活动元件的关闭装置，其与所述通道(10)相联，所述设备还包括控制装置，用于控制所述可控活动元件，以根据所述交通工具的速度来在最小截面和最大截面之间改变所述通道(10)的截面，其中最小截面允许朝向待通风区域(9)的最小空气流速，最大截面允许朝向所述区域(9)的最大空气流速，其特征在于：

所述控制装置由流线型表面形成，设置在所述空气通道(10)中，并能够在穿过所述空气通道(10)的外部空气流(F)的作用下产生升力(P)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述流线型表面由横向于所述空气通道(10)定位的轮廓件(20)形成。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述轮廓件(20)包括朝向所述空气吸入口(11)的前缘(22)和朝向所述受限区域(9)的后缘(23)。

4.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于：所述流线型表面的轮廓曲率被自动调节，以增强所述控制装置的作用。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述曲率能够根据温度调节，以在所述外部空气流(F)的温度下降时所述曲率增加。

6.根据权利要求1-5之一所述的设备，其特征在于：所述可控活动元件由弹性叶片(18)形成，弹性叶片(18)自发地抵靠所述空气通道(10)的壁(14，15)，所述弹性叶片(18)的一端固定于所述通道(10)，所述流线型表面固定于所述弹性叶片(18)的另一端。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：固定于所述空气通道(10)的所述弹性叶片(18)的那端位于所述空气吸入口(11)附近。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于：所述空气通道(10)具有矩形截面，所述弹性叶片(18)的宽度(l)对应于所述通道(10)的所述截面的宽度(L)。

9.根据权利要求1-8之一所述的设备，其特征在于：其包括止挡件(26)，用于标记与所述空气通道(10)的所述最小截面对应的所述弹性叶片(18)的位置。

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