CN101858277A - 具有分离海狸尾式整流装置的平动式可变截面风扇喷嘴 - Google Patents

具有分离海狸尾式整流装置的平动式可变截面风扇喷嘴 Download PDF

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Abstract

一种发动机舱总成，包括具有外整流装置和后缘的第一部分，以及平动式可变截面风扇喷嘴。该风扇喷嘴包括两个或两个以上喷嘴部，每个喷嘴部具有相对的第一端和第二端以及前缘。喷嘴部在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性地移动。在展开位置时，在后缘和前缘之间构成上游旁通气流出口。发动机舱总成还包括用于在收起位置和展开位置之间导引喷嘴部的导引机构。当喷嘴部处于收起位置时，分离海狸尾式整流装置保护导引机构免受气流干扰。

Description

具有分离海狸尾式整流装置的平动式可变截面风扇喷嘴
相关申请的交叉参考
本发明是2008年8月7日提交的国际申请号为PCT/US08/72448的指定美国的专利申请的部分延续案，并要求2007年8月8日提交的美国临时申请号为60/954,756的专利申请的优先权，在此结合其全部公开内容作为参考。
技术领域
本发明大致涉及燃气涡轮飞机发动机，具体地涉及一种在涡轮风扇飞机发动机上为了调节发动机在不同飞行条件下的性能选择性地控制从发动机排出的风扇旁通气流(bypass flow)的平动式可变截面(translating variable area)喷嘴总成。
背景技术
标准的飞机涡轮风扇喷气发动机包括吸入并引导气流进入发动机舱进而进入发动机核心部分周围的风扇。该发动机舱包围着发动机核心部分，并且帮助在发动机核心部分周围形成空气层流。被引导进入发动机核心部分的气流首先流经压缩机增加气流压力，然后流经燃烧室空气与燃料混合并点燃。燃料和空气混合物燃烧后使一组位于发动机核心部分后部的涡轮叶片发生旋转，从而驱动发动机的转子和风扇。之后，燃料和空气混合物燃烧产生的高压废气被引导穿过位于发动机后部的排气喷嘴。
旁通气流是被引导进入发动机核心部分周围的空气。在涡轮风扇发动机中，该旁通气流通常为飞机提供主要的主要推力。该旁通气流还被用于辅助飞机降落时减速。安装在发动机舱机构中的推力换向器(Thrust reversers)选择型地使旁通气流反向，从而产生反向推力。在发动机正常工作过程中，该旁通气流可以在排出发动机总成之前与发动机核心部分的废气混合或不混合。
有几个涡轮风扇发动机的参数对于优化设计特性和性能而言很重要。发动机的旁通比(Bypass ratio，BPR)是通过发动机风扇涵道的空气质量与通过发动机核心部分的空气质量的比值。高BPR的发动机比低BPR的发动机效率高而且噪音低。通常，在特定的推重比(thrustrating)下，高BPR导致平均排气速度降低并且喷气噪音减小。涡轮风扇发动机的性能还受到风扇压力比(Fan pressure ratio，FPR)的影响。FPR是发动机风扇喷嘴出口的空气压力与进入风扇的空气压力的比值。FPR越低，排气速度就越低，发动机的推进效率就越高。但是，发动机的FPR可以降低到实际极限，因为在某些工作条件下，低的FPR会造成发动机风扇熄火，叶片颤振或者压气机喘振。
这些问题的一个解决方案包括在工作过程中改变高BPR发动机风扇喷嘴的出口面积，从而优化发动机在不同飞行条件下的性能。通过选择性地改变风扇喷嘴的出口面积，可以调节发动机的旁通气流特性从而适应具体的飞行条件。但遗憾的是，已有的可变截面喷嘴系统通常笨重、昂贵，结构和操作比较复杂，并且通常需要使用复杂的驱动机构控制多个组件的协调运动。
因此，就需要为涡轮风扇飞机发动机设计一种可变截面喷嘴总成，使其在某些飞行条件下能够提供经济、简单并且有效的方式控制发动机的输出。
发明内容
本发明包括一种用于具有发动机中线的涡轮风扇发动机的发动机舱总成。该发动机舱包括具有外整流装置和后缘(trailing edge)的固定前向发动机舱部，以及包含两个或两个以上的喷嘴部的平动可变截面风扇喷嘴。每个喷嘴部包括相对的第一端和第二端，以及相对发动机中线以第一角度向外和向后倾斜的前缘(leading edge)。该风扇喷嘴在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性地移动。在展开位置，后缘和前缘之间形成了上游旁通气流出口。该发动机舱还包括分离海狸尾式整流装置，分离海狸尾式整流装置包括位于外整流装置上的上游整流装置部以及位于至少一个喷嘴部上的至少一端的下游整流装置部。当至少一个喷嘴部处于收起位置时，该上游整流装置部和下游整流装置部结合形成在外整流装置和至少一个喷嘴部之间延伸的大致连续的外表面。当至少一个喷嘴部处于展开位置时，该上游整流装置部和下游整流装置部之间限定了大致向后延伸的狭长缝隙(elongatedgap)，该狭长缝隙相对于发动机中线以第二角度倾斜。
本发明还包括一种用于具有中线的涡轮风扇发动机的发动机舱总成，该发动机舱总成包括固定前向发动机舱部和推力换向器，该推力换向器包括具有外整流装置和后缘的可移动套筒。该可移动套筒可移动地设置在固定前向发动机舱部的后部。平动式可变截面风扇喷嘴包括两个或两个以上的喷嘴部，每个喷嘴部具有相对的第一和第二端和相对于发动机中线以第一角度向外和向后倾斜的前缘。该风扇喷嘴在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性地移动。在展开位置时，后缘和前缘之间构成了上游旁通气流出口。分离海狸尾式整流装置包括外整流装置上的上游整流装置部和至少一个喷嘴部的至少一端上的下游整流装置部。当至少一个喷嘴部处于收起位置时，该上游整流装置部和下游整流装置部结合构成了在外整流装置和至少一个喷嘴部之间延伸的大致连续的外表面。当至少一个喷嘴部处于展开位置时，该上游整流装置部和下游整流装置部在其间限定了大致向后延伸的狭长缝隙，该缝隙相对于发动机中线以第二角度倾斜。
本发明还包括一种发动机舱总成，其包括具有外整流装置和后缘的第一部分以及包括两个或两个以上喷嘴部的平动式可变截面风扇喷嘴，每个喷嘴部具有周向端部和前缘。该风扇喷嘴在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性地移动。处于展开位置时，前缘和后缘之间形成了上游旁通气流出口。分离整流装置包括位于外整流装置上的上游整流装置部和位于至少一个喷嘴部的至少一端的下游整流装置部。当至少一个喷嘴部处于收起位置时，该上游整流装置部和下游整流装置部组合构成在外整流装置和至少一个喷嘴部之间延伸的大致连续的外表面。该上游整流装置部包括第一表面，该下游整流装置部包括第二表面，其中第一表面与第二表面大致平行。当至少一个喷嘴部处于收起位置时，第一表面和第二表面以重叠方式相邻。当至少一个喷嘴部处于展开位置时，该第一表面和第二表面在其间构成了大致向后延伸的缝隙。
在另一个实施例中，发动机舱总成包括具有外整流装置和后缘的第一部分。平动式可变截面风扇喷嘴包括两个或两个以上喷嘴部，每个喷嘴部具有相对的第一端和第二端以及前缘。该喷嘴部在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择地移动。在展开位置时，在后缘和前缘之间形成上游旁通气流出口。该发动机舱总成还包括用于在收起位置和展开位置导引喷嘴部的装置，以及用于保护这种导引装置免于气流干扰的装置。
通过结合附图阅读以下详细描述，就会清楚本发明的这些特征、方面和优点。
附图说明
根据惯例，下文论述中的附图中的各种特性不需要按比例绘制。为了更加清晰地说明本发明的实施例，图中各种特性和要素的尺寸可能被放大或缩小。
图1是具有级联型推力换向器和平动式可变截面风扇喷嘴总成的透视图。
图2是图1中示出的飞机发动机的纵向横截面视图。
图3是图1-2中示出的飞机发动机的后视图。
图4是图1-3中示出的飞机发动机的该推力换向器和平动式可变截面风扇喷嘴总成部的透视图，其中推力换向器套筒处于收起位置，并且可变截面风扇喷嘴处于展开位置。
图5是图4中示出的该推力换向器和平动式可变截面风扇喷嘴总成的透视图，其中推力换向器套筒和可变截面风扇喷嘴都处于展开位置。
图6是图4-5中示出的该推力换向器和平动式可变截面风扇喷嘴总成的分解透视图。
图7是用于可移动地支撑推力换向器套筒和可变截面风扇喷嘴的导引结构的横截面视图。
图8是图1-6中示出的该推力换向器和可变截面风扇喷嘴总成的横截面视图。
图9A是用于没有级联型推力换向器的飞机发动机的，其可变喷嘴处于收起位置时，可变截面风扇喷嘴总成的透视图。
图9B是图9A中示出的其可变喷嘴处于展开位置时，该可变截面风扇喷嘴总成的透视图。
图10是图9A-9B中示出的其可变喷嘴处于展开位置时，该可变截面风扇喷嘴总成的一部分的透视图。
图11是图9A-9B中示出的其可变喷嘴处于展开位置时，该可变截面风扇喷嘴总成的一部分的侧视图。
图12是类似图1-6和图9A-11中示出的用于平动式可变截面风扇喷嘴的分离整流装置的一个实施例的侧视图。
图13是图12中示出的分离整流装置的另一个实施例的侧视图。
图14是类似图1-6和图9A-11中示出的用于平动式可变截面风扇喷嘴的分离整流装置的一个实施例的侧视图，其平动式可变截面风扇喷嘴套筒处于展开位置。
图15是图14中示出的分离整流装置的另一个侧视图。
图16是图14-15中示出的分离整流装置的透视图。
具体实施方式
图1-8示出了用于涡轮风扇发动机10的平动式可变截面风扇喷嘴总成(VAFN)的一个实施例。
参看图1和2，该发动机10包括具有例如当该发动机10在不同飞行条件下工作时可以选择性调节的平动式喷嘴50的后缘风扇喷嘴总成12。如上所述，该调节可以优化发动机性能。如图2所示，调节装置喷嘴50可以选择性平移(即纵向前后(fore and aft)移动)以改变风扇喷嘴的出口截面“Aexit”来优化发动机性能，下面将详细描述，调节从上游出口60溢出的发动机旁通气流的流量，该上游出口60由可变截面风扇喷嘴总成12构成。通过在过量的风扇气流到达主风扇喷嘴出口52之前从上游出口60渗出或溢出过量风扇气流，对于相同传输质量的气流而言可以获得更低的风扇压力比，从而增大失速范围并避免发动机的故障和关机。为了说明起见，示出位于涡轮风扇喷气式飞机发动机10中的可变截面风扇喷嘴总成12。该发动机10可以通过例如塔架或其它类似支撑(图中未示出)安装在飞机的机翼或者机身上。
如图2所示，该发动机10包括发动机核心16和围绕在该核心16周围的固定的发动机舱18。该发动机核心16设置在核心整流罩(corecowl)19内。该发动机的风扇20位于该发动机舱18的上游部内，并且包括安装在发动机转子(未示出)上的多个风扇叶片22。该风扇叶片22沿发动机中线CL旋转，并且将气流吸入到发动机10的入口端26。环状旁通涵道24限定在发动机核心16和发动机舱18之间。吸入到发动机10中的气流通过旋转的风扇叶片22加速，并且一部分吸入气流导入并通过发动机核心16。
旁通气流进入发动机舱18的上游端，并从发动机核心16周围流过。该旁通气流通过旋转的风扇叶片22加速，并经过旁通涵道24和定子40，最后通过可变截面风扇喷嘴总成12排出发动机10。来自燃料与空气混合物燃烧的高压排放气体通过位于发动机10尾部的主排气喷嘴13排出发动机核心16。
如图1-8示出的发动机总成10中，该平动式喷嘴50是安装在级联式推力换向器80后端的类似喷嘴的环形机翼结构(annular airfoilstructure)，该级联式推力换向器80紧邻发动机舱18的尾部限定核心整流罩19。如图2所示，风扇喷嘴50的后缘和核心整流罩19之间的下游喷嘴出口52限定了风扇喷嘴出口截面“Aexit”。由于核心整流罩19直径的纵向波动，平动式喷嘴50的选择性纵向前后运动改变了风扇喷嘴出口截面“Aexit”的大小。如图1所示，该风扇喷嘴50可以包括第一拱形喷嘴部54和第二拱形喷嘴部56，每个喷嘴部54，56可以在双向箭头58所示的方向上轴向平移。平动式喷嘴50的平移影响上游出口60(如图2所示)的期望尺寸，还会改变下游喷嘴出口52的出口几何形状以及有效出口截面Aexit。因此，当平动式喷嘴50展开时，从发动机总成10通过上游出口60和增大的下游喷嘴出口52二者排出的旁通气流就会有所增加。如图1-3所示，平动式喷嘴50上可以通过例如多个线性喷嘴致动器70选择性地纵向前后平移。
级联式推力换向器80可以现有技术中的方式设置在平动式喷嘴50的前面，对来自旁通涵道24的旁通气流进行阻塞和重新定向。在图1中，该推力换向器80和平动式喷嘴50均处于收起位置。如图1所示，该推力换向器80可以包括第一拱形套筒部82和相对的第二拱形套筒部84(如图3所示)。如图1中的双向箭头86所示，多个间隔的套筒致动器可以在纵向前后方向上移动推力换向器套筒部82、84。在收起位置时，推力换向器套筒部82、84盖住一组级联叶片88。由于在推力换向器80处于收起位置时，级联叶片88是不可见的，所以在图1中用虚的直线示出。推力换向器套筒部82、84的向后轴向移动到展开位置，并且在旁通涵道24(如图8中箭头136所示)中打开一连串的隔断门134，会使旁通气流通过级联叶片88排出旁通涵道24，从而将排出气流转变成大致向前的方向以产生反向推力。
图3是发动机10后端的部分截面图，并且分别示出了围绕在发动机10周围的喷嘴和套筒致动器70、90的布局。如图1所示，图3中更清晰，套筒半部82和喷嘴半部54组合大致限定了一个组合推力换向器和平动式喷嘴结构的大约180度的部分。类似地，套筒半部84和喷嘴半部56组合大致限定了相对的推力换向器和平动式喷嘴结构的大约180度的部分。合起来，这两个大约180度的部分组合限定了完整的推力换向器/平动式喷嘴结构。
如图1-3所示，推力换向器套筒部82、84可以分别通过连接在发动机舱18上的一个或多个周向间隔套筒致动器90选择性地纵向前后方向移动。在所示的实施例中，每个套筒半部82、84使用了三个致动器90。如上文讨论的，平动式喷嘴50的每个部分54、56可以通过一个或多个周向间隔喷嘴致动器70选择性的移动。在所示的实施例中，每个喷嘴致动器70设置在推力换向器套筒部82、84和各个风扇喷嘴部54、56之间。套筒致动器90和喷嘴致动器70可以是电动的、机械的、气动的、液压的、或类似的方式，并且可以通过合适的电缆或管道(未示出)连接。喷嘴和套筒致动器70、90的数量和布局可根据推力换向器和喷嘴总成的配置和其它因素而不同。如图3所示，喷嘴部54、56可以可通过上和下导引结构102移动地安装在发动机10上。图7示出了导引结构102的一个实施例的详细视图。如图1-3所示，导引管104可以安装在发动机舱18上，并可以延伸到喷嘴部54、56中，从而固定喷嘴部54、56防止不需要的移动和/或震动。每个导引管104可以包括例如在管中(图中未示出)移动的长滑块271。
平动式喷嘴50可以是整体喷嘴(图中未示出)，或如图3所示，可以包括两个或两个以上的具有机翼轮廓的拱形喷嘴部。当平移式喷嘴50向后展开离开推力换向器套筒部82、84，就形成了图2中示出的上游出口60，且可形成大致的圆环间隙，。可选地，该上游出口也可以是其它非环状。喷嘴部54、56和套筒部82、84之间的间隙60可以是连续的，或者可以在一个或多个位置分隔开，例如在平动式喷嘴50的喷嘴部54、56之间的分隔点。如图2-3所示，旁通涵道24可以在一个或多个位置由一个或多个定子40或类似物分隔开。
下面参考图4-7对平移式喷嘴50及其周围结构进行描述。在图4-7中，被介入元件遮挡或部分遮挡的元件用虚实线标示。
图4是用于平动式喷嘴50的第一喷嘴部54及对应的与其相邻的推力换向器80的第一套筒部82的安装结构的一个实施例的局部视图。如图1和3所示，平动式喷嘴50的第二喷嘴部56和推力换向器80的第二套筒部84可以用类似的方式(未示出)安装。在图4中，推力换向器80处于收起位置，第一套筒部84遮盖了级联叶片88的相应部分。同样在图4中，平动式喷嘴50处于打开或展开位置，上游出口60设置在第一喷嘴部54和第一套筒部84之间。图4-5中带方向的箭头“X”示出了第一喷嘴部54从其收起位置向其展开位置的向后轴向移动。如图4所示，喷嘴致动器70可以从套筒部82延伸跨过上游出口60，并且可以连接到喷嘴部54的前部。导引管104可以从套筒部82延伸跨过上游出口60，并且可以连接到喷嘴部54的前部。柔性杆96可以与两个或两个以上的套筒致动器90互连并为致动器90提供能量，和/或同步两个或两个以上的致动器90的动作。
图5示出了处于展开位置的第一推力换向器套筒部82和第一平动式喷嘴部54。图5中带方向的箭头“Y”示出了第一套筒部82从其收起位置(如图4所示)向其展开位置(如图5所示)的向后轴向移动。在推力换向器80的工作过程中，该套筒部82的向后移动露出级联叶片88。
图6是示出了与级联叶片88和套筒致动器90分隔开的第一套筒部82以及与其对应的第一喷嘴部54的分解图。如图6所示，一个或多个喷嘴致动器70可以可移动地将喷嘴部54连接在推力换向器套筒部82上。
图7示出了用于可移动地将推力换向器段82和喷嘴部54连接到发动机10上的上下导引结构102。大致参考图3和6以及部分图7，该导引结构102包括固定连接在发动机舱18尾端上横向舱壁(transverse bulkhead)上的横梁106。该横梁106可包括一个或多个纵向延伸的导轨108。滑座(slide)103可以包括一个或多个纵向延伸的可滑动地容纳在固定横梁106的导轨108内的轨道杆(track bar)114。滑座103与推力换向器套筒部82连接，从而可滑动地将套筒部连接在横梁106上。该滑座103还可以包括轴向延伸的轨道导架116，喷嘴部54上的平动式喷嘴轨道杆120可滑动地容纳在轨道导架116内，从而可移动地将喷嘴部54连接在发动机舱18上。因此，当轨道杆120在轨道导架116内滑动时，该喷嘴部可以轴向移动。从而，喷嘴部54相对于推力换向器80的套筒部82可滑动地安装。该平动式套筒部82和轨道杆120可以通过传统致动方式致动，例如机械的、电动的、液压的或气动的或其它等效致动器。
图8示出了一种操纵喷嘴部54来渗出或溢出过量风扇气流通过上游出口60的方法。如上所示，为了满足不同发动机的工作条件，可以变化上游出口60和喷嘴出口截面Aexit的尺寸。上游出口60作为“渗”出口使至少一些旁通气流从旁通涵道12改道。图8示出了喷嘴总成12的下游部的局部剖面视图，还示出了在喷嘴总成12的一种工作模式当中，通过环形上游出口60排出旁通涵道24的旁通气流(由曲线箭头示出)的一部分。在图8中，平动式喷嘴50的第一喷嘴部54从第一推力换向器套筒部82通过与其连接的喷嘴致动器70向后推移。第二喷嘴部56可以类似地和同时地从第二推力换向器套筒部84通过与其连接的喷嘴致动器70向后推移。如图8所示，该推力换向器80可以包括多个枢轴连接在第一套筒部82上的隔断门134，并且隔断门134可以在曲线箭头136所示的方向上摆动，从而在推力换向器工作过程中选择性地阻塞和重新定向来自旁通涵道24的旁通气流，并且穿过级联叶片88。
仍然参看图8，高压密封件130可以设置在推力换向器套筒部82和第一喷嘴部54之间，例如在套筒部82后缘。在某些工作模式当中，当套筒部82和喷嘴部54被拉到一起时，密封件130可以起作用从而大致上密封相邻的套筒部82和喷嘴部54之间的任何缝隙，从而大致上防止旁通气流在套筒部82和喷嘴部54之间通过。类似地，密封件130可以设置在第二推力换向器套筒部84和第二喷嘴部56之间。可选地，该密封件130可以安装在例如喷嘴部54、56的前缘。
如上所述，喷嘴和套筒致动器90、70可以是例如机械的、液压的、气动的或电动的致动器。在一个实施例中，喷嘴致动器70是具有液压关闭装置的常开空气弹簧阻尼器(air spring damper)，而套筒致动器70是一种电动致动器。可选地或另外地，致动器70、90中的一个或多个可以类似专利号为7,174,828的美国专利或专利号为2008/0084130A1的专利公开中描述的致动器，两者都属于Goodrich Actuation SystemsLtd，在此结合其公开内容作为参考。
图9A-11示出了一种用于不具有级联式推力换向器的涡轮风扇发动机的可变截面喷嘴总成212。该喷嘴总成212可以安装在大致上如图1所示的发动机舱18上，但不与推力换向器干涉。通常，图9A-11示出的类似于图1-8中元件的元件具有类似的以“2”或“3”开头的附图标记。
图9A和9B是可变截面喷嘴总成212的局部剖面示意图。在这些剖面示意图中，横向舱壁310和相对应的固定发动机舱的外涵道结构内衬(structural liner)214是可视的。该喷嘴总成212包括平动式喷嘴总成，平动式喷嘴总成包括两个相对的喷嘴部，其中一个喷嘴部254如图9A和9B所示。在图9A中，喷嘴部254处于关闭或收起位置，而在图9B中，该喷嘴部254位于打开或展开位置。
喷嘴部254安装在固定发动机舱结构的尾端，例如安装在横向舱壁310。在周边分隔开的喷嘴致动器270可以一端连接在舱壁310上，另一端连接在喷嘴部254上。导管304也可以一端连接在横向舱壁310上，另一端连接在喷嘴部254的舱壁311上。如图9B所示，可滑动地容纳在管道304中的滑块271的尾端可以连接到喷嘴部254上。喷嘴致动器270可以协调一致动作从而以双向箭头258所指的方向移动喷嘴部254。参看图9B，喷嘴致动器270的致动器轴272可以穿过位于喷嘴部254前面的外部整流罩320。为了降低致动器270和导管总成304产生的反作用力，上游整流装置324可以提供在致动器轴272和导管滑块271穿过外整流罩320的地方。类似地，下游整流装置328可以提供在致动器轴272和导管滑块271穿过喷嘴部254的地方。
如图10所示，每个喷嘴部254的各个端部可以在分离海狸尾式整流装置330上终止。如图10和11所示，发动机舱的外整流装置320的各个端部可以包括分离海狸尾式整流装置330的上游部332，并且平动式喷嘴部254的各个端部可以包括分离海狸尾式整流装置330的下游部334。喷嘴部254的向后移动在喷嘴部254和外整流装置320之间产生了上游出口260，并将分离海狸尾式整流装置330的上游部332和下游部334分开，从而构成了狭长缝隙331。如图11所示，喷嘴部254的前缘255可包括便于气流顺畅地通过上游出口260的机翼前缘轮廓，并且尽量降低由致动器轴272或类似物产生的气流干扰。
图12-13示出了与可变截面喷嘴总成402使用的分离整流装置410的一个实施例，可变截面喷嘴总成402以与上述方法类似，大致如图1或图9A-9B中所示的方式安装在发动机舱18上。该分离整流装置410可以用于具有或不具有级联式推力换向器的发动机舱实施例中。
可变截面喷嘴总成402可以包括具有两个喷嘴部的平动式喷嘴，其中一个喷嘴部404的一部如图12-13所示。在图12-13中，示出的喷嘴部404处于打开或展开的位置。如上所述，平动式喷嘴部404可以可移动地安装在发动机舱(如图9A-9B所示)的后端，或者推力换向器(如图1所示)的后端。如图12所示，安装喷嘴部404的发动机舱或推力换向器可以包括外整流装置408。平动式喷嘴部404在双向箭头406的方向上选择性移动打开或关闭喷嘴部404的前缘407与外整流装置408的后缘420之间的上游出口460。喷嘴部404的前缘407可以包括机翼前缘轮廓，便于出口旁通气流大致顺畅地通过上游出口460。
喷嘴部404的相反端和外整流装置408的各个端部可以包括分离海狸尾式整流装置410。图12-13示出了位于喷嘴部404一端的分离海狸尾式整流装置410的一个实施例。在图12-13中示出的实施例中，外整流装置408的各个端部包括上游海狸尾式整流装置部412，并且喷嘴部404的各个端部包括下游海狸尾式整流装置部414。该海狸尾式分离整流装置410帮助可移动地支撑发动机喷嘴部404的端部的机构周围的气流顺畅流动，例如如图3和图7所示的类似狭长导引结构102周围的气流。
图13中箭头422示出了通过上游出口460排出的旁通气流的大致路径。流动方向422大致与喷嘴部404的前缘436平行。然后在紧靠分离海狸尾式整流装置410处，通过上游出口460排出的旁通气流在下游海狸尾式整流装置部414的上表面424和下游海狸尾式整理装置部412的相对下表面428之间经过。在分离海狸尾式整流装置410的相对表面424、428之间通过的旁通气流的大致方向如图13用箭头430示出。在图13中，排出旁通气流相对于发动机纵向中线CL和参考线432的角度用角度β1表示。参考线432与发动机中线平行。
如图13所示，平动喷嘴部404的前缘436可以具有相对参考线432大致成角度θ1的向外和向后的斜面，参考线432与发动机纵向中线平行。在一个实施例中，可以选择分离海狸尾式整流装置410附近的旁通气流出口角度β1和喷嘴部404的前缘436的斜面θ1，以降低与穿过和围绕相对面424、428之间缝隙的外向气流相关的噪音，从而提高发动机性能。在一个实施例中，前缘436斜面θ1的角度小于或等于大约20度，分离海狸尾式整流装置410附近的旁通气流出口角度β1小于或等于大约10度。在这个实施例中，角度β1和角度θ1之间的差大约等于10度。
当气流穿过分离整流装置410上游和下游海狸尾式整流装置部412、414之间的上游出口460时，小于或等于大约20度的前缘角度θ1和小于或等于大约10度的出口角度β1改变了排出旁通气流的方向，从而尽量降低紧靠分离整流装置410处的气流湍流度。另外，出口角度β1可以尽量地浅(即大约10度或更小)，从而降低排出旁通气流430和上游出口460紧外侧的后向外部气流之间的错流(cross flow)角度。结果，降低了噪音，提高了发动机性能。为了达到所需的出口角度β1，下游海狸尾式整流装置部414上表面424的倾斜角度可以是相对于发动机中线CL成小于或等于大约10度的角度。另外，相对的上游海狸尾式整流装置部412的下表面428可以设置成与下游海狸尾式整流装置部414上表面424大致平行。
图14-16示出了与上述类似的与可变截面风扇喷嘴总成542的分离海狸尾式整流装置564的另一个实施例。同样，可变面积风扇喷嘴总成542可以安装在发动机舱或者级联式推力换向器上，例如分别在图1和图9A-9B中示出。
如图14-16所示，可变截面风扇喷嘴总成542的平动式喷嘴部544的各个端部可以在海狸尾式分离整流装置564终止(图14-16示出了平动式喷嘴部544的典型端部)。海狸尾式分离整流装置564帮助可移动地支撑发动机平动式喷嘴部的端部的机构附近的气流顺畅流动，例如如图3-5所示的狭长导引结构102周围的气流。如图14-16所示，与发动机舱或推力换向器套筒一同工作的外整流装置556的各个端部可以包括上游海狸尾式整流装置部566，并且平动式喷嘴部544的各个端部可以包括相应的下游海狸尾式整流装置部568。如图15-16所示，喷嘴部544从图14所示的收起位置的后向移动打开了喷嘴部544的前缘586和相关外整流装置556的后缘572之间的上游出口560。在图15-16中，喷嘴部544的前缘586可以包括机翼前缘轮廓帮助便于气流穿过上游出口560，并且尽量减小由致动器或其它可能设置在或跨过上游出口560的物体所产生的气流干扰。
图15的带方向的箭头580示出了气流从旁通涵道排出上游出口560的大致方向。该气流方向580与喷嘴部544的前缘586的倾斜角大致平行。在紧靠分离海狸尾式整流装置564处，气流大致以下游海狸尾式整流装置部568的上表面576和相对的上游海狸尾式整流装置部566的下表面578确定的方向排出上游出口560。箭头580大致示出了从分离海狸尾式整流装置564的表面576、578之间通过的那部分排出旁通气流的方向。在图15中，在分离海狸尾式整流装置附近穿过上游出口560排出旁通气流的出口角度用β2示出，相对与发动机纵向中线CL和参考线582(平行于发动机中线)进行测量。平动式喷嘴部544的前缘586相对于参考线582和发动机中线成角度β2。换句话说，通过分离海狸尾式整流装置564的表面576、578的气流的方向580与喷嘴部544的前缘586大致平行。优选地，气流方向580与前缘586的斜角β2之间的差大约小于5度，更优选地为零度。可以通过选择出口角度与喷嘴部544的前缘586的斜角β2来减小海狸尾式整流装置564的范围内的湍流，从而减小与可变截面风扇喷嘴总成502相对应的噪音。
当溢出气流以尽量减小湍流以及噪音的方式穿过分离海狸尾式整流装置564附近的上游出口570时，小于大约15度的前缘角β2与大致相等的出口角度对其重新定向。浅的出口角度β2也减小了排出旁通气流和上游出口560附近的外部气流之间的错流角度。因此，可以减少发动机的噪音，并且提高发动机性能。为了得到所需出口角度β2，下游海狸尾式整流装置部568的上表面576的倾斜角可以是相对与发动机中线CL小于大约15度的角度。
现有技术普通的技术人员可以理解，虽然本发明根据不同的实施例和不同的方面和特性进行描述，可以对所述实施例进行某些改进、变型、改变和增加，而不超出本发明的实质和范围。这些改进、变型、改变和增加包括在所附权利要求范围内。

Claims (21)

1.一种用于具有发动机中线的涡轮风扇飞机发动机的发动机舱总成，所述发动机舱包括：
(a)具有外整流装置和后缘的固定前向发动机舱部；
(b)包括两个或两个以上喷嘴部的平动式可变截面风扇喷嘴，每个喷嘴部具有相对的第一端和第二端，以及相对于所述发动机中线以第一角度向外和向后倾斜的前缘，所述风扇喷嘴在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性移动，其中处于所述展开位置时，在所述后缘和前缘之间形成上游旁通气流出口；和
(c)包括外整流装置上的上游整流装置部和至少一个喷嘴部的至少一端上的下游整流装置部的分离海狸尾式整流装置；
(d)其中当所述至少一个喷嘴部处于收起位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部组合形成在所述外整流装置和所述至少一个喷嘴部之间延伸的大致连续的外表面；并且
(e)其中当所述至少一个喷嘴部处于展开位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部限定在其间大致向后延伸的狭长缝隙，所述狭长缝隙相对于所述发动机中线以第二角度倾斜。
2.如权利要求1所述的发动机舱总成，其中所述第一角度小于或等于大约20度，所述第二角度小于或等于大约10度。
3.如权利要求1所述的发动机舱总成，其中所述第一角度小于或等于大约15度，所述第二角度大致等于所述第一角度。
4.如权利要求1所述的发动机舱总成，其中所述第一角度与所述第二角度之差为大约10度。
5.如权利要求1所述的发动机舱总成，其中所述上游整流装置部包括大致平的下表面，所述下游整流装置部包括大致平的上表面，其中当处于展开位置时，所述狭长缝隙设置在所述下表面和所述上表面之间。
6.如权利要求5所述的发动机舱总成，其中所述下表面和所述上表面大致互相平行。
7.如权利要求1所述的发动机舱总成，其中所述平动式可变截面风扇喷嘴包括第一喷嘴部和第二喷嘴部，其中所述第一和第二喷嘴部大致互为镜象。
8.如权利要求1所述的发动机舱总成，还包括将所述至少一个喷嘴部的所述至少一端可移动地连接到所述前向发动机舱部的导引机构，并且其中当所述至少一个喷嘴部处于收起位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部相结合，遮盖所述导引机构的大部分。
9.一种用于具有中线的涡轮风扇飞机发动机的发动机舱总成，所述发动机舱包括：
(a)固定前向发动机舱部；
(b)推力换向器，其包括具有外整流装置和后缘的可移动套筒，所述可移动套筒可移动地设置在所述固定前向发动机舱部的后部，
(b)包括两个或两个以上喷嘴部的平动式可变截面风扇喷嘴，每个喷嘴部具有相对的第一端和第二端，以及相对于所述发动机中线以第一角度向外和向后倾斜的前缘，所述风扇喷嘴在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性移动，其中处于所述展开位置时，在所述后缘和前缘之间形成上游旁通气流出口；和
(c)包括外整流装置上的上游整流装置部和至少一个喷嘴部的至少一端上的下游整流装置部的分离海狸尾式整流装置；
(d)其中当所述至少一个喷嘴部处于收起位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部组合形成在所述外整流装置和所述至少一个喷嘴部之间延伸的大致连续的外表面；和
(e)其中当所述至少一个喷嘴部处于展开位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部限定在其间大致向后延伸的狭长缝隙，所述狭长缝隙相对于所述发动机中线以第二角度倾斜。
10.如权利要求9所述的发动机舱总成，其中所述第一角度小于或等于大约20度，所述第二角度小于或等于大约10度。
11.如权利要求9所述的发动机舱总成，其中所述第一角度大致等于所述第二角度。
12.如权利要求9所述的发动机舱总成，其中所述第一角度与所述第二角度之差为大约10度。
13.如权利要求11所述的发动机舱总成，其中所述第一角度和所述第二角度均为大约15度。
14.如权利要求9所述的发动机舱总成，其中所述平动式可变截面风扇喷嘴包括第一喷嘴部和第二喷嘴部，且其中所述第一和第二喷嘴部大致互为镜象。
15.如权利要求9所述的发动机舱总成，还包括将所述至少一个喷嘴部的所述至少一端可移动地连接到所述前向发动机舱部的导引机构，并且其中当所述至少一个喷嘴部处于收起位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部相结合，遮盖所述导引机构的大部分。
16.一种发动机舱总成，包括：
(a)具有外整流装置和后缘的第一部分；
(b)包括两个或两个以上喷嘴部的平动式可变截面风扇喷嘴，每个喷嘴部具有周向端部和前缘，所述风扇喷嘴在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性移动，其中处于所述展开位置时，在所述后缘和前缘之间形成上游旁通气流出口；和
(c)包括外整流装置上的上游整流装置部和至少一个喷嘴部的至少一端上的下游整流装置部的分离整流装置；
(d)其中当所述至少一个喷嘴部处于收起位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部组合形成在所述外整流装置和所述至少一个喷嘴部之间延伸的大致连续的外表面；并且
(e)其中上游整流装置部包括第一表面，下游整流装置部包括第二表面，其中所述第一表面与所述第二表面大致平行，其中当所述至少一个喷嘴部处于展开位置时，所述第一表面和第二表面以重叠方式彼此相邻，且其中当所述至少一个喷嘴部处于展开位置时，所述第一表面和所述第二表面形成在其间大致向后延伸的缝隙。
17.如权利要求16所述的发动机舱总成，其中所述大致向后延伸的缝隙相对于发动机舱总成的纵向中线以小于或等于大约10度的角度倾斜。
18.如权利要求16所述的发动机舱总成，其中所述大致向后延伸的缝隙以与一相邻喷嘴部的前缘的倾斜角度大致相等的角度倾斜。
19.一种发动机舱总成包括：
(a)具有外整流装置和后缘的第一部分；
(b)包括两个或两个以上喷嘴部的平动式可变截面风扇喷嘴，每个喷嘴部具有相对的第一端和第二端和前缘，所述喷嘴部在收起位置和一个或多个展开位置之间可选择性移动，其中处于所述展开位置时，在所述后缘和前缘之间形成上游旁通气流出口；
(c)在所述收起位置和所述展开位置之间导引所述喷嘴部的装置；和
(d)用于防护所述导引所述喷嘴部的装置受到气流干扰的装置。
20.如权利要求19所述的发动机舱总成，其中防护装置包括分离整流装置，分离整流装置包括位于第一部分上的上游整流装置部，以及位于至少一个喷嘴部的至少一端上的下游整流装置部，其中当所述至少一个喷嘴部位于收起位置时，所述上游整流装置和所述下游整流装置部组合形成在所述第一部分和所述至少一个喷嘴部之间延伸的大致连续的外表面，并且其中当所述至少一个喷嘴部处于展开位置时，所述上游整流装置部和所述下游整流装置部形成在其间大致向后延伸的缝隙。
21.如权利要求20所述的发动机舱总成，其中所述大致向后延伸的缝隙相对于发动机舱的纵向中线以小于大约15度的角度倾斜。
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