CN101922380A - 用于平移式可变面积风扇喷嘴的致动系统 - Google Patents

Abstract

一种用于平移式可变面积风扇喷嘴的致动系统，包括具有后缘的吊舱和带有尾缘的平移式推力反向器套筒。所述推力反向器套筒被可移动地布置在所述吊舱的后缘的后部并且在前部位置和后部位置之间可移动。具有前缘的平移式风扇喷嘴被可移动地布置在所述尾缘的后面，并且在收起位置和展开位置之间可移动。当所述风扇喷嘴处于所述展开位置时在所述尾缘和所述前缘之间限定上游旁通流体出口。可伸展致动系统被构造成在所述收起位置和所述展开位置之间移动所述风扇喷嘴。

Description

用于平移式可变面积风扇喷嘴的致动系统

相关申请

本申请是2008年8月7日提交的、申请序列号为PCT/US08/72448的国际申请的部分继续申请，该国际申请要求2007年8月8日提交的、申请序列号为60/954,756的美国临时申请的优选权的好处，它们所披露的内容整体以引用的方式被结合到这里。

技术领域

本发明总体上涉及燃气涡轮飞行器发动机，并且尤其涉及用于涡轮风扇飞行器发动机的平移式可变面积喷嘴组件的致动系统，平移式可变面积喷嘴组件用于选择性地控制从所述发动机排出的风扇旁通流体从而调节不同飞行条件下的发动机性能。

背景技术

典型的飞行器涡轮风扇喷气发动机包括风扇，所述风扇将气流吸入和引导到吊舱(nacelle)中和发动机核心中以及围绕发动机核心。所述吊舱围绕所述发动机核心并且帮助促使围绕所述核心的气流的层流。被引导到所述发动机核心中的气流最初通过增加气流压力的压缩机，并且然后通过燃烧室，在燃烧室空气与燃料混合并且被点燃。所述燃料和空气混合物的燃烧使得发动机核心的后部处的一系列涡轮叶片转动，并且驱动所述发动机的转子和风扇。来自所述燃料和空气混合物的燃烧的高压排出气体然后被引导通过发动机后部处的排出喷嘴。

旁通流体是被引导为围绕所述发动机核心的空气。在涡轮风扇发动机中，所述旁通流体通常提供飞行器的主推力。所述旁通流体也能被用来帮助使着陆的飞行器减速。安装在吊舱结构中的推力反向器选择性地使所述旁通流体的方向反向以产生反向推力。在正常发动机操作期间，在流出发动机组件之前，旁通流体可以与发动机核心排气相混合或者可以不与发动机核心排气相混合。

几个涡轮风扇发动机参数对于优化设计特性和性能来说是重要的。发动机的旁通比率(BPR)是通过发动机的风扇道的空气质量与通过发动机核心的空气质量的比值。与较低的BPR发动机相比，较高的BPR发动机会是更高效和安静的。总的来说，对于特定的额定推力(thrust rating)，较高的BPR导致较低的平均排出速度和较少的喷气噪声。涡轮风扇发动机的性能也受到发动机的风扇压力比(FPR)的影响。FPR是发动机的风扇喷嘴出口处的空气压力与进入所述风扇的空气压力的比值。FPR越低，排出速度越低，并且发动机的推进效率越高。然而，因为在某些操作条件下低FPR能使得发动机风扇停转，叶片抖动和压缩机喘振，发动机的FPR减少会有实际的限制。

这些问题的一个解决方案包括在操作期间改变高BPR发动机的风扇喷嘴出口面积以优化各种飞行条件下的发动机性能。通过选择性地改变所述风扇喷嘴的出口面积，能调节发动机的旁通流体特性以匹配特定的飞行条件。不幸的是，现有的可变面积喷嘴系统通常是重的、昂贵的并且它们的结构和操作是稍微复杂的，并且通常需要使用复杂驱动机构的多个部件的协同移动。

因此，存在对于这样的用于涡轮风扇飞行器发动机的可变面积喷嘴组件的需求，即，其促进用于在某些飞行条件下的发动机输出的成本有效的、简单的和有效的操作控制。尤其是，存在对于选择性地平移这种可变面积喷嘴组件的喷嘴的致动系统的需求。

发明内容

在一个实施方式中，一种用于涡轮风扇发动机的可变面积风扇喷嘴组件包括具有后缘的吊舱和具有尾缘的平移式推力反向器套筒。所述推力反向器套筒能被可移动地布置在所述吊舱的后缘的后部并且能在前部位置和后部位置之间可移动。所述可变面积风扇喷嘴组件能进一步包括具有前缘的平移式风扇喷嘴。所述风扇喷嘴能被可移动地布置在所述尾缘的后面并且能在收起位置和展开位置之间可移动。当所述风扇喷嘴处于所述展开位置时上游旁通流体出口能被限定在所述尾缘和所述前缘之间。所述可变面积风扇喷嘴组件也能包括用于在所述收起位置和所述展开位置之间选择性地移动所述风扇喷嘴的致动系统。所述致动系统能包括动力驱动单元，至少一个被布置在所述推力反向器套筒和所述风扇喷嘴之间的可伸展致动器，和至少一个被布置在所述推力反向器套筒和所述吊舱之间的伸缩式连接器。所述可伸展致动器能通过所述伸缩式连接器被可转动地连接到所述动力驱动单元。

在另一实施方式中，一种用于平移式可变面积风扇喷嘴的致动器包括可伸展部分，所述可伸展部分包括传动螺杆(jack screw)和与所述传动螺杆螺纹啮合的平移式螺纹套筒。伸缩式连接器能被可转动地连接到所述可伸展致动器。所述伸缩式连接器的长度可以在第一长度和比所述第一长度更长的第二长度之间改变同时维持与所述可伸展致动器的可转动的接合。

在进一步的实施方式中，一种用于在收起位置和展开位置之间选择性地移动平移式可变面积风扇喷嘴的致动器系统包括至少一个具有传动螺杆和伸缩式连接器的致动器。动力驱动单元能通过所述伸缩式连接器被可操作地连接到所述传动螺杆。

在另一实施方式中，一种用于可变面积风扇喷嘴的致动器系统包括具有输入端的传动螺杆致动器，和动力驱动单元。所述致动器系统也能包括用于将所述动力驱动单元连接到所述传动螺杆致动器的输入端的装置。用于连接的装置能被构造成接纳所述传动螺杆致动器的输入端和所述动力驱动单元之间的平移位移。

通过结合附图地阅读下面的详细描述，本发明的前述的和其它特征、方面和好处将是显而易见的，下面简要地描述所述附图。

附图说明

依照惯例，下面所讨论的附图的各种特征不必按比例绘制。附图中的各种特征和元件的尺寸可以被放大或减小以更清楚地示出本发明的实施方式。

图1是具有叶栅型推力反向器和平移式可变面积风扇喷嘴组件的飞行器发动机的透视图。

图2是飞行器发动机的纵截面图。

图3是飞行器发动机的后视图。

图4是飞行器发动机的推力反向器和平移式可变风扇面积喷嘴组件部分的透视图，其中推力反向器套筒处于收起位置，并且可变面积风扇喷嘴环处于展开位置。

图5是推力反向器和平移式可变面积风扇喷嘴组件的透视图，其中推力反向器套筒和可变面积风扇喷嘴环都处于展开位置。

图6是在图4-5中所示的推力反向器和平移式可变面积风扇喷嘴组件的分解的透视图。

图7是用于可移动地支撑推力反向器套筒和可变面积风扇喷嘴环的轨道梁组件的横截面图。

图8是推力反向器和可变面积喷嘴组件的局部横截面图。

图9是用于选择性地平移类似于图1-8中所示的可变面积风扇喷嘴的VAFN致动系统的第一实施方式的一部分的透视图。

图10是在图9中所示的VAFN致动系统的所述部分沿着线10-10得到的横截面图，并且示出了处于它们的收起位置的推力反向器和VAFN喷嘴。

图11是在图9中所示的致动系统的所述部分沿着线11-11得到的横截面图，并且示出了处于它们的收起位置的推力反向器和VAFN喷嘴。

图12是类似于图10的横截面图，其中所述推力反向器处于展开位置并且所述VAFN喷嘴处于收起位置。

图13是类似于图11的横截面图，其中所述推力反向器处于收起位置并且所述VAFN处于展开位置。

图14是示意图，示出了VAFN致动系统的第一实施方式。

图15是沿着图14中的线15-15得到的横截面。

图16是在图14中所示的VAFN致动系统的一部分的透视图。

图17是用于用在图9-15中所示的VAFN致动系统中的致动器的一个实施方式的透视图。

图18是用于选择性地平移类似于图1-8中所示的那样的可变面积风扇喷嘴的VAFN致动系统的第二实施方式的一部分的透视图。

图19是示意图，示出了第二实施方式的VAFN致动系统。

图20是在图18-19中所示的第二实施方式的VAFN致动系统的透视图。

图21是第二实施方式的VAFN致动系统的致动器部分的横截面图，示出了处于展开位置的推力反向器和处于收起位置的VAFN喷嘴。

图22是第二实施方式的VAFN致动系统的致动器部分的另一横截面图，示出了处于收起位置的推力反向器和处于展开位置的VAFN喷嘴。

图23是根据本发明的第三实施方式的VAFN致动器系统的示意性的图表。

具体实施方式

图1-8示出了用于涡轮风扇发动机10的平移式可变面积风扇喷嘴组件(VAFN)的一个实施方式。

参考图1和2，所述发动机10包括具有平移式喷嘴50的尾缘风扇喷嘴组件12，所述平移式喷嘴50例如在所述发动机10在不同飞行条件下操作时能被选择性地调节。如同上面所讨论的那样，这种调节能被用来优化发动机的性能。如同在图2中所示的那样，所述平移式喷嘴50能被选择性地平移(也就是，被前后移动)以改变风扇喷嘴的出口面积“A_exit”从而优化发动机性能，并且如同下面详细地描述的那样，从而调节通过由可变面积风扇喷嘴组件12形成的上游出口60泄出(spill)的发动机旁通流体的量。通过在过量气流到达主风扇喷嘴出口52之前由上游出口60放出或溢出过量风扇流体，对于同样量的输送质量流体来说能获得较低的风扇压力比率，因此增加喘振容许极限(margin)并且避免发动机故障和关闭。为了示出的目的，在涡轮风扇喷气飞行器发动机10的实施例中示出了可变面积风扇喷嘴组件12。所述发动机10能被安装到飞行器的翼或机身，例如，通过吊架(pylon)或其它类似支撑件(在附图中未示出)。

如同在图2中所示的那样，所述发动机10包括发动机核心16和围绕所述核心16的固定吊舱18。所述发动机核心16被收纳在核心整流罩19内。所述发动机的风扇20被定位在所述吊舱18的上游部分内，并且包括多个被安装在所述发动机的转子(未示出)上的风扇叶片22。所述风扇叶片22围绕所述发动机的中心线C_L转动并且将气流吸入到所述发动机10的入口端26中。环形旁通道24被限定在所述发动机核心16和所述吊舱18之间。通过转动风扇叶片22加速被吸入到所述发动机10中的气流，并且进来气流的一部分被引导到所述发动机核心16中并通过所述发动机核心16。

旁通流体进入所述吊舱18的上游端并且围绕所述发动机核心16流动和通过所述发动机核心16。所述旁通流体通过转动风扇叶片22被加速并且通过所述旁通道24和穿过定子40，并且通过可变面积风扇喷嘴组件12流出所述发动机10。来自燃料和空气混合物的燃烧的高压加热排出气体通过位于所述发动机10的后端处的主排出喷嘴13流出所述发动机核心16。

在图1-8所示的发动机组件10中，所述平移式喷嘴50是被安装在叶栅型推力反向器80的尾端处的喷嘴类环形翼型结构，所述叶栅类推力反向器80紧接在所述吊舱18之后，围绕发动机核心整流罩19。如同在图2中所示的那样，所述风扇喷嘴50的尾缘和所述核心整流罩19之间的下游喷嘴出口52限定风扇喷嘴出口区域“A_exit”。由于所述核心整流罩19的直径的纵向变化，所述平移式喷嘴50的选择性的前后移动改变所述风扇喷嘴出口区域A_exit的大小。如同在图1中所示的那样，所述风扇喷嘴50能包括第一弧形喷嘴部分54和第二弧形喷嘴部分56，各喷嘴部分54、56是可在双向箭头58的方向上轴向地平移的。所述平移式喷嘴50的平移实现所述上游出口60(在图2中所示的)的所期望的大小，并且也改变下游喷嘴出口52的出口几何形状和有效出口面积A_exit。因此，当所述平移式喷嘴50伸出时，通过上游出口60和扩大的下游喷嘴出口52从所述发动机组件10排出的旁通流体增加。如同在图1-3中所示的那样，例如，能通过多个线性喷嘴致动器70选择性地前后平移所述平移式喷嘴50。

为了以本领域已知的方式选择性地阻碍和改向来自所述旁通道24的旁通流体，所述叶栅型推力反向器80能被定位在所述平移式喷嘴50的前部。在图1中，所述推力反向器80和所述平移式喷嘴50都处于它们的收回位置。如同在图3中所示的那样，所述推力反向器80能包括第一弧形套筒部分82和相对的第二弧形套筒部分84。如同由图1中的双向箭头86所指示的那样，通过多个间隔开的套筒致动器90能在前后方向上平移所述推力反向器套筒部分82、84。当处于收回位置时，所述推力反向器套筒部分82、84覆盖叶栅88的阵列。在图1中由虚线指示所述叶栅88，因为当所述推力反向器80处于它的收回位置时它们是不可见的。所述推力反向器套筒部分82、84在向后的方向上平移到展开位置的轴向平移和所述旁通道24之内的一系列折流门134的展开(如同在图8中由方向箭头136指示的那样)使得旁通气流通过叶栅88离开所述旁通道24，叶栅88将流出的流体转变到大体上向前的方向上以形成反向推力。

图3是发动机10的后端的部分截面图，并且示出了喷嘴和套筒致动器70、90各自围绕所述发动机10的周边的一种布置。如同在图1中所示的那样，并且在图3中更清楚地示出，所述套筒半部82和所述喷嘴半部54相互合作以大体上限定组合的推力反向器和平移式喷嘴结构的接近180度的扇区。同样地，套筒半部84和喷嘴半部56相互合作以大体上限定所述推力反向器和所述平移式喷嘴结构的接近180度的相对扇区。这些接近180度的扇区一起相互合作以限定完整的推力反向器/平移式喷嘴结构。

如同在图1-3中所示的那样，所述推力反向器套筒部分82、84能分别通过一个或多个周向地间隔开的被连接到所述吊舱18的套筒致动器90被选择性地在前后方向上平移。在所示的实施方式中，三个致动器90被用于各套筒半部82、84。如同上面所讨论的那样，所述平移式喷嘴50的各部分54、56能通过一个或多个周向地间隔开的喷嘴致动器70被选择性地平移。在所示的实施方式中，各喷嘴致动器70被布置在推力反向器套筒部分82、84和各自的风扇喷嘴部分54、56之间。所述套筒致动器90和所述喷嘴致动器70能是电的、机械的、气动的、液压的或类似的，并且能通过合适的电力电缆和管道(未示出)被互相连接在一起。喷嘴和套筒致动器70、90的数量和布置能依照所述推力反向器和喷嘴组件的构造或其它因素而变化。如同在图3中所示的那样，所述喷嘴部分54、56能通过上和下轨道梁组件102被可移动地安装在所述发动机10上。图7示出了一个实施方式的轨道梁组件102的详细图。如同在图1-3中所示的那样，引导管104能被安装到所述吊舱18，并且能延伸到所述喷嘴部分54、56中以稳定所述喷嘴部分54、56，防止不期望的平移和/或振动。额外地或可选地，引导管能被用来稳定所述推力反向器套筒82、84。

所述平移式喷嘴50能是连续喷嘴(在附图中未示出)，或者如同在图3中所示的那样，能包括两个或多个具有翼型外形的弧形喷嘴部分。当所述平移式喷嘴50被在向后的方向上远离所述推力反向器套筒部分82、84地展开时图2中所示的上游出口60被形成，并且能具有大体上圆环形间隙的形式。可选地，所述上游出口60能具有其它非圆形形状。所述喷嘴部分54、56和所述套筒部分82、84之间的间隙60能是连续的，或者能是在一个或多个位置处，例如，在所述平移式喷嘴50的喷嘴部分54、56之间的分离点处中断的。如同在图2-3中所示的那样，旁通道24能在一个或多个位置处被一个或多个定子40或类似物中断。

下面参考图4-7描述所述平移式喷嘴50和围绕结构。在图4-7中，由于元件相互干涉，被遮蔽的或部分遮蔽的元件由虚线指示。

图4是用于所述平移式喷嘴50的第一喷嘴部分54和相应的、相邻的所述推力反向器80的第一套筒部分82的安装结构的第一实施方式的部分视图。能以类似的方式(未示出)安装所述平移式喷嘴50的第二喷嘴部分56和所述推力反向器80的第二套筒部分84，其在图1和3中被示出。在图4中，所述推力反向器80处于收回位置，并且所述第一套筒部分84覆盖所述叶栅88的相关部分。也是在图4中，所述平移喷嘴50处于打开或展开位置，并且上游出口60被布置在所述第一喷嘴部分54和所述第一套筒部分84之间。在图4-5中由方向箭头“X”指示所述第一喷嘴部分54从它的收回位置到它的展开位置的向后的轴向平移。如同在图4中所示的那样，所述喷嘴致动器70能从所述套筒部分82延伸并且在所述上游出口60上延伸，并且能连接到所述喷嘴部分54的前部部分。所述引导管104也能从所述套筒部分82延伸并且在所述上游出口60上延伸，并且能连接到所述喷嘴部分54的前部部分。柔性套筒致动轴96将两个或更多个套筒致动器90互相连接在一起以给所述致动器90提供动力，和/或以使两个或更多个致动器90同步致动。

图5示出了处于它们的展开位置的所述第一推力反向器套筒部分82和所述第一平移式喷嘴部分54。在图5中由方向箭头“Y”指示所述第一套筒部分82从它的收回位置(如同在图4中所示的那样)到它的展开位置(如同在图5中所示的那样)的向后的轴向平移。在所述推力反向器80的操作期间，所述套筒部分82的向后的平移暴露所述叶栅88。

图6是分解图，示出了从所述叶栅88和套筒致动器90分离的第一套筒部分82和它的相应的第一喷嘴部分54。如同在图6中所示的那样，一个或多个喷嘴致动器70能将所述喷嘴部分54可移动地连接到所述推力反向器套筒部分82。

图7示出了用于将推力反向器段82和喷嘴部分54可移动地连接到发动机10的上或下轨道梁组件102的一个实施方式。总体上参考图3和6并且尤其是参考图7，所述轨道梁组件102能包括梁106，梁106能被固定地连接到吊舱18的后端上的转矩箱110。所述梁106能包括一个或多个纵向地延伸的引导轨道108。滑板103能包括一个或多个纵向地延伸的轨道杆114，所述轨道杆114被可滑动地接收在所述固定梁106的引导轨道108中。所述滑板103被连接到所述推力反向器套筒部分82，并且因此将所述套筒部分可滑动地连接到所述梁106。所述滑板103也能包括轴向地延伸的轨道引导件116，所述喷嘴部分54上的平移式喷嘴轨道杆120被可滑动地接收在所述轨道引导件116内，因此将所述喷嘴部分54可滑动地连接到所述吊舱18。因此，当所述轨道杆120在所述轨道引导件116内滑动时所述喷嘴部分54能轴向地平移。所述喷嘴部分54因此被可相对于所述推力反向器80的套筒部分82滑动地安装。例如，能通过传统的致动装置，例如机械式、电动式、液压式或气动式或其它等同的致动器致动所述平移式套筒部分82和所述轨道杆120。

图8示出了一种操作所述喷嘴部分54以通过所述上游出口60放出或泄出过量旁通流体的方法。如同上面所描述的那样，为了获得不同的发动机操作条件，能改变所述上游出口60和所述喷嘴出口面积A_exit的大小。图8示出了喷嘴组件12的下游部分的部分截面，并且示出了在喷嘴组件12的一种操作模式中通过环形上游出口60将旁通气流的一部分(由弯曲箭头指示的)流出所述旁通道24。在图8中，所述平移式喷嘴50的第一喷嘴部分54通过它的相关喷嘴致动器70被从所述第一推力反向器套筒部分82向后地移动。所述第二喷嘴部分56(在图3中示出)能通过它的相关的喷嘴致动器70被类似地和同时地从所述第二推力反向器套筒部分84向后地移动。如同在图8中所示的那样，所述推力反向器80能包括多个折流门(blocker door)134，折流门134被可枢转地连接到所述第一套筒部分82并且在推力反向器操作期间在弯曲箭头136的方向上摆动以选择性地阻碍和改向来自所述旁通道24并且通过所述叶栅88的旁通流体。

仍然参考图8，例如，高压密封件130能被布置在所述推力反向器套筒部分82和所述第一喷嘴部分54之间，例如在所述套筒部分82的尾缘上。在某些操作模式中，当所述套筒部分82和所述喷嘴部分54被拉到一起时，所述密封件130能操作以基本上密封所述相邻套筒部分82和喷嘴部分54之间的任何间隙，并且因此基本上防止旁通气流从所述套筒部分82和所述喷嘴部分54之间通过。类似地，密封件130能被布置在所述第二推力反向器套筒部分84和所述第二喷嘴部分56之间。可选地，例如，所述密封件130能被安装在所述喷嘴部分54、56的前缘上。

图9-17示出了用于类似于上面所描述的那样地在它的收起和展开位置之间选择性地平移可变面积风扇喷嘴50的VAFN致动系统200的一个实施方式。如同在图9中所示的那样，推力反向器80能包括至少一个被可移动地安装在固定吊舱部分18的后部的平移式推力反向器套筒部分82。能通过多个推力反向器致动器90实现所述推力反向器套筒部分82的前后平移，推力反向器致动器90将所述套筒部分82可移动地连接到所述吊舱部分18的后端上的转矩箱110。当缩回所述推力反向器致动器90时，所述推力反向器套筒部分82定位成紧邻所述转矩环110之后处于收起位置，并且套筒部分82覆盖叶栅阵列88。风扇喷嘴段54被可移动地布置在所述推力反向器套筒部分82的后部。例如，所述风扇喷嘴段54和所述推力反向器套筒部分82能类似于图7中所示的那样被轨道梁组件102可滑动地支撑。

如同在图9中所示的那样，根据本发明的VAFN致动系统200能包括一个或多个VAFN致动器270。所述VAFN致动器270能大体上包括齿轮箱271、伸缩式连接器273，和可伸展部分277。所述齿轮箱271能被安装到所述转矩箱110。在图9所示的实施方式中，所述齿轮箱271被定位成接近所述轨道梁组件102。所述伸缩式连接器273被可转动地连接到所述齿轮箱271并且在所述齿轮箱271和传动头(jack head)275之间向后地延伸。所述传动头275能被定位成接近所述推力反向器套筒段82的后端，并且能被连接到所述套筒段82上的支架283。因此，当通过推力反向器致动器90在收起和展开位置之间移动所述套筒段82时，所述传动头275与所述推力反向器套筒段82一起移动。所述VAFN致动器270的可伸展部分277被布置在所述传动头275和所述风扇喷嘴段54上的支撑件251之间。如同下面所描述的那样，所述可伸展部分277被构造成在它的前部收起位置和它的后部展开位置之间移动所述风扇喷嘴段54。在图9所示的实施方式中，由于所述传动头275的输入和输出之间的偏移，所述可伸展部分277和所述伸缩式连接器273是彼此侧向地偏移的。

图10-11示出了所述VAFN致动器270的伸缩式连接器273和可伸展部分277，其中所述推力反向器套筒段82和所述风扇喷嘴段54都处于它们的收起位置。如同在图10中所示的那样，所述伸缩式连接器273能包括不可平移部分273a和可移动部分273b。在一个实施方式中，所述不可平移部分273a是加长套筒或管，并且所述可移动部分273b是被可滑动地接收在所述套筒273a内的加长轴。在所示的实施方式中，所述套筒273a的前端被可转动地连接到所述齿轮箱271，并且所述轴273b的后端被可转动地连接到所述传动头275。所述固定套筒273a的后部部分能通过支架279或其它装置被连接到相邻的固定结构。因此，甚至当所述推力反向器套筒部分82朝着它的展开位置向后移动时，所述套筒273a保持固定。如同下面所讨论的那样，所述套筒273a和轴273b能被构造成使得它们被可转动地连接在一起，仍然允许所述轴273b在所述套筒273a内轴向移动。因此，当所述套筒273a被所述齿轮箱271转动时，所述轴273b也转动。尽管在附图中未示出，能使所述伸缩式连接器273的方位反向使得所述套筒273a的后端被可转动地连接到所述传动头275并且所述轴273b的前端被可转动地连接到所述齿轮箱271。如同在图10中所示的那样，当所述推力反向器套筒部分82处于它的收起位置时，所述轴273b的相当大部分能被接收在所述套筒273a内。所述齿轮箱271的转动引起所述套筒273a和轴273b的转动，其进而实现所述传动头275和传动螺杆277a的转动，因此导致所述螺纹套筒277b和所述风扇喷嘴段54的平移。所述齿轮箱271的转动方向指示所述螺纹套筒277b和风扇喷嘴段54在向前方向或向后方向上的移动。

如同在图11中所示的那样，所述VAFN致动器270的可伸展部分277能包括传动螺杆277a和带内螺纹的套筒277b，传动螺杆277a具有被可转动地连接到所述传动头275的前端，且带内螺纹的套筒277b与所述传动螺杆277a螺纹地啮合并且包括被连接到所述风扇喷嘴段54上的支撑件251的后端279。所述后端279和所述支撑件251之间的连接阻止所述螺纹套筒277b的转动。因此，由所述传动头275引起的所述传动螺杆277a的转动使得所述套筒277b在所述传动螺杆277a上在向前或向后的方向上平移，因此引起所连接的风扇喷嘴段54的相关移动。

图12示出了所述致动器270的伸缩式连接器273，其中所述推力反向器套筒部分82处于它的展开位置。在这个位置处，所述轴273b从所述套筒273a向外地延伸，并且所述轴273b的至少一部分保持接合在所述套筒273之内。所述齿轮箱271通过所述伸缩式连接器273保持可转动地连接到所述传动头275。

图13示出了处于伸展位置的所述致动器270的可伸展部分277，和处于它的展开位置的所述推力反向器套筒部分82。当伸展时，所述螺纹套筒277b远离所述转矩箱110和所述推力反向器套筒部分82地移动所述风扇喷嘴段54。当所述套筒277b完全伸展时，所述套筒277b的至少一部分保持螺纹地接合在所述传动螺杆277a上。

图14是结合有如上所述的多个VAFN致动器270的VAFN致动系统200的一个实施方式的示意图。所述致动系统200能被用在具有类似于前面所描述的那样的叶栅型推力反向器80的涡轮风扇发动机10中，并且在它们的收起和展开位置之间平移一个或多个风扇喷嘴段54、56。在图14示意性地示出的致动器系统200中，一对平移式推力反向器套筒部分82、84被可移动地布置在吊舱转矩环110的后部，并且一对平移式风扇喷嘴段54、56被可移动地布置在所述套筒部分82、84的后部。各风扇喷嘴段54、56通过一个或多个VAFN致动器270被定位在它们的收起和展开位置。各VAFN致动器能包括齿轮箱271、具有不可平移部分273a和可移动部分273b的伸缩式连接器273、传动头275、和具有可伸展套筒277b的可伸展部分277。所述伸缩式连接器273允许所述推力反向器套筒部分82、84的前后移动同时维持所述齿轮箱271和所述传动头275之间的可转动的接合。在这个实施方式200中，所述伸缩式连接器273和所述可伸展部分277的纵轴线是彼此侧向地偏移的。该偏移允许所述传动头275被构造成使得由所述传动头275提供给所述可伸展部分277的转动速度和/或输出转矩能不同于由所述齿轮箱271和所述伸缩式连接器273提供给所述传动头275的转动速度和/或转矩。

多个VAFN致动器270能被连接到动力驱动单元(PDU)210。所述PDU210能被附连到在图14中由虚线表示的发动机外挂架900。挠性驱动轴203将第一齿轮箱271可转动地连接到所述PDU210，并且挠性传动轴205可转动地连接齿轮箱271，齿轮箱271不直接连接到所述PDU。当被致动时，所述PDU210驱动所述轴203、205以及互相连接的齿轮箱271，因此同时致动所述VAFN致动器270并且实现所述风扇喷嘴段54、56的在向前或向后的方向上的所期望的同时移动。所述伸缩式连接器273被构造成将所述传动螺杆277a连接到所述PDU210同时也接纳所述传动螺杆277a的输入端和所述动力驱动单元210之间的基本上平移的移动。其它装置也能被用来以允许所述传动螺杆277a的输入端和所述动力驱动单元210之间的基本上平移的移动的方式将所述传动螺杆277a连接到所述PDU210。

如同上面所描述的那样，所述伸缩式连接器273的轴273b能被可滑动地接收在它们各自的套筒273a内，同时也被可转动地连接到所述套筒273b。在图15中示出了所述套筒273a和轴273b的一种构造，其允许滑动移动并且提供可转动的连接。在该构造中，各轴273b的至少一部分能包括多个周向地间隔开的脊或键291。匹配套筒273a能各自包括多个周向地间隔开的纵向凹槽293，所述纵向凹槽293沿着所述套筒273a的长度的相当一部分延伸。当所述键291与所述凹槽293相接合时，各轴273b能基本上自由地在它的匹配套筒273a内纵向地移动，但是相对于它的各自的套筒273a的实质上的转动被阻止。因此，当所述推力反向器套筒段被展开同时也维持所述固定齿轮箱271和移动传动头275之间的可转动的连接时，所述伸缩式连接器273提供所述风扇喷嘴段54、56与所述推力反向器套筒部分82、84的移动。

图16示出了VAFN致动系统200的分离部分(isolated portion)。尽管所述致动系统200能包括在所述PDU210的各侧上的两个致动器270(在图16中仅仅示出了一侧)，所述系统200能可选地包括在任一侧上的单个致动器270或者多于两个致动器270。图17示出了用于上面所描述的VAFN致动系统200的致动器270的一个实施方式。在图17中，所述伸缩式连接器273和所述可伸展部分277都被示为处于它们的完全伸展位置。在所示的构造中，如果需要，能颠倒所述套筒273a和所述轴273b的位置。额外地或者可选地，所述传动螺杆277a和螺纹套筒277b的位置能从图17中所示的位置颠倒。

在图18-22中示出了根据本发明的另一实施方式的VAFN致动系统300。除了下面所描述的差异之外，这个实施方式300能是基本上类似于上面所描述的VAFN系统200的。如同在图18中所示的那样，推力反向器80能包括至少一个被可移动地安装在固定吊舱部分18的转矩环110的后部的平移式推力反向器套筒部分82。当所述推力反向器套筒部分82处于图18中所示的收起位置时，所述套筒部分82被定位成紧邻所述转矩环110的后部，并且所述套筒部分82覆盖所述叶栅阵列88。风扇喷嘴段54被可移动地布置在所述推力反向器套筒部分82的后部。例如，所述风扇喷嘴段54和所述推力反向器套筒部分82能被类似于在图7中所示的那样的轨道梁组件102可移动地支撑。

如同在图18中所示的那样，根据本发明的一个实施方式的VAFN致动系统300能包括一个或多个VAFN致动器370。所述VAFN致动器370能总体包括齿轮箱371、伸缩式连接器373、和可伸展部分377。例如，所述齿轮箱371能被安装到所述吊舱的固定转矩箱110。在图18所示的实施方式中，所述齿轮箱371被定位成接近所述轨道梁组件102。所述伸缩式连接器373被可转动地连接到所述齿轮箱371并且在所述齿轮箱371和内嵌连接器374之间向后地延伸。所述内嵌连接器374能被定位成接近所述推力反向器套筒段82的后端，并且能通过支架379被连接到所述套筒段82。因此，当所述套筒段82在它的收起和展开位置之间移动时所述内嵌连接器374与所述推力反向器套筒段82一起移动。所述VAFN致动器370的可伸展部分377被布置在所述内嵌连接器374和所述风扇喷嘴段54上的支撑件351之间。如同下面所讨论的那样，所述可伸展部分377被构造成将所述风扇喷嘴段54在它的前部收起位置和它的后部展开位置之间移动。在图18所示的实施方式中，所述可伸展部分377和所述伸缩式连接器373是彼此轴向地对准的。

图19是结合有多个如同上面所描述的那样的VAFN致动器370的VAFN致动系统300的一个实施方式的示意图。所述致动系统300能被用在具有类似于前面所描述的那样的具有叶栅型推力反向器80的涡轮风扇发动机10中，并且使一个或多个风扇喷嘴段54、56在它们的收起和展开位置之间平移。在图19中示意性地示出的致动器系统300中，一对平移式推力反向器套筒部分82、84被可移动地布置在吊舱18和转矩环110的后部，并且一对平移式风扇喷嘴段54、56被可移动地布置在所述套筒部分82、84的后部。各风扇喷嘴段54、56通过一个或多个VAFN致动器370被定位成处于它的收起和展开位置。各VAFN致动器能包括齿轮箱371、具有不可平移部分373a和可移动部分373b的伸缩式连接器373、内嵌连接器374，和具有可伸展套筒377b的可伸展部分377。所述伸缩式连接器373允许所述推力反向器套筒部分82、84的前后移动同时维持所述齿轮箱371和所述内嵌连接器374之间的可转动的接合。在这个实施方式300中，所述伸缩式连接器373和所述可伸展部分377的纵轴线是轴向对准的，并且所述连接器373和可伸展部分377在没有任何中间齿轮或传动装置的情况下被直接连接在一起。因此，由内嵌连接器374提供给所述可伸展部分377的转动速度和/或输出转矩是基本上与由所述齿轮箱371和所述伸缩式连接器373提供给所述连接器374的转动速度和/或转矩相同的。

如同在图19中所示的那样，所述VAFN致动器370能被连接到动力驱动单元(PDU)310。挠性驱动轴303能将相邻齿轮箱371可转动地连接到所述PDU310，并且挠性传动轴305能可转动地连接未与所述PDU310直接连接的齿轮箱371。所述PDU310能包括由马达314驱动的动力齿轮箱312。当被致动时，所述PDU310驱动所述轴303、305以及相互连接的齿轮箱371，因此同时致动所述VAFN致动器370并且实现所述风扇喷嘴段54、56在向前或向后方向上的所期望的同时移动。所述致动器370的不可平移部分373a和可移动部分373b能通过类似于在图15中所示的那样的键构造被可转动地连接在一起。

图19也示出了用于与VAFN致动系统300一起使用的控制系统的示意图。在所示的实施方式中，一个或多个线性可变位移传感器(LVDTs)320能被定位成检测所述风扇喷嘴段54、56相对于所述吊舱18和转矩箱110，和/或相对于所述推力反向器套筒段82、84的位置。所述LVDTs320能被连接到控制所述PDU310的操作的自动控制系统399。例如，所述LVDTs320能被可操作地连接到全权限数字式发动机控制(Full Authority Digital EngineControl)(FADEC)系统。例如，来自所述LVDTs320的输入能通过所述控制系统399被用来确定所述风扇喷嘴段54、56何时处于它们的完全收起或完全展开位置，并且以因此控制所述PDU310的操作。可选地或者额外地，所述PDU310能被装备有一个或多个旋转可变位移传感器(RVDTs)301，以检测何时到达所述PDU310的预定转动位移界限。

图20示出了从相关的推力反向器80和风扇喷嘴组件50分离的VAFN致动系统300。尽管所述致动系统300在所述PDU310的每侧上能包括两个致动器370，如同在图19-20中所示的那样，但是所述系统300能可选地在任一侧上包括单个致动器370或者多于两个致动器370。

图21示出了VAFN致动器370和处于它的展开位置的相关的推力反向器套筒部分82。在图21所示的构造中，轴373a被连接到所述齿轮箱371，并且相匹配的可伸展套筒373b被连接到所述连接器374。当所述推力反向器套筒82被展开时，所述致动器370的套筒373b从所述匹配轴373a向后地延伸，并且所述套筒373b的至少一部分保持接合在所述轴373a上。所述齿轮箱371通过所述伸缩式连接器373保持可转动地连接到所述内嵌连接器374。

图22示出了处于伸展位置的所述致动器370的可伸展部分377，和处于展开位置的所述风扇喷嘴段54。当被伸展时，所述螺纹套筒377b远离所述转矩环110和所述推力反向器套筒部分82地移动所述风扇喷嘴段54。当所述套筒377b被完全伸展时，所述螺纹套筒377b的至少一部分保持螺纹接合在所述传动螺杆377a上。

在图23中示意性地示出了根据本发明的另一实施方式的VAFN致动系统400。所述致动系统400能被用在类似于前面所描述的那样的具有叶栅型推力反向器80的涡轮风扇发动机中，并且在它们的收起和展开位置之间平移一个或多个风扇喷嘴段54、56。在图23示意性地示出的致动器系统400中，一对平移式推力反向器套筒部分82、84被可移动地布置在吊舱18和转矩环110的后部，并且一对平移式风扇喷嘴段54、56被可移动地布置在所述套筒部分82、84的后部。各风扇喷嘴段54、56通过所述VAFN致动器系统400被定位成处于它的收起和展开位置。在这个实施方式中，PDU410能包括由马达516驱动的齿轮箱520。所述马达516能是液压式的、电动式的、气动式的等。所述PDU齿轮箱520通过挠性驱动轴485被可转动地连接到一对致动器齿轮箱486。各致动器齿轮箱486通过伸缩式连接器473被可转动地连接到传动装置488。例如，所述伸缩式连接器473能类似于上面所描述的伸缩式连接器273、373。两个或更多个可伸展致动器577通过致动器轴490被可转动地连接到各传动装置488。所述致动器577能各自包括传动头508、传动螺杆506、和平移式螺纹套筒504，其被连接到风扇喷嘴段54、56。所述伸缩式连接器473允许所述推力反向器套筒段82、84的平移同时维持所述致动器齿轮箱486和所述传动装置488以及可伸展致动器577之间的可转动的接合。由所述PDU410引起的所述致动器齿轮箱486的转动导致所述伸缩式连接器473和所述传动装置488的转动。所述传动装置488进而驱动所述致动器577，其实现所述风扇喷嘴段54、56的所期望的移动。所述系统400能包括一个或多个LVDTs450和/或一个或多个RVDTs452，以将控制反馈提供给控制处理器540，用于控制所述PDU410的操作。

本领域普通技术人员将会理解，尽管已经依照各种实施方式和各个方面描述了本发明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下能对所描述的实施方式进行某些修改、变化、改变和添加。所有这种修改、变化、改变和添加旨在附属权利要求的范围之内。

Claims (19)

1.一种用于涡轮风扇发动机的可变面积风扇喷嘴组件，所述组件包括：

(a)具有后缘的吊舱；

(b)可移动地布置在所述后缘的后部并且包括尾缘的平移式推力反向器套筒，所述推力反向器套筒在前部位置和后部位置之间可移动；

(c)具有前缘的平移式风扇喷嘴，所述风扇喷嘴被可移动地布置在所述尾缘的后面并且在收起位置和展开位置之间可移动，其中当所述风扇喷嘴处于所述展开位置时在所述尾缘和所述前缘之间限定上游旁通流体出口；和

(d)用于在所述收起位置和所述展开位置之间选择性地移动所述风扇喷嘴的致动系统，所述致动系统包括动力驱动单元，被布置在所述推力反向器套筒和所述风扇喷嘴之间的至少一个可伸展致动器，和被布置在所述推力反向器套筒和所述吊舱之间的至少一个伸缩式连接器；

(e)其中所述可伸展致动器通过所述伸缩式连接器被可转动地连接到所述动力驱动单元。

2.如权利要求1所述的可变面积风扇喷嘴组件，其中所述伸缩式连接器包括转动套筒和被可滑动地接收在所述转动套筒内的轴。

3.如权利要求2所述的可变面积风扇喷嘴组件，其中所述轴的至少一部分包括多个周向地间隔开的键，并且所述转动套筒包括具有多个被构造成接收所述键的凹槽的孔。

4.如权利要求1所述的可变面积风扇喷嘴组件，其中所述可伸展致动器包括传动螺杆和与所述传动螺杆螺纹啮合的螺纹套筒。

5.如权利要求1所述的可变面积风扇喷嘴组件，其中所述可伸展致动器具有第一纵轴线并且所述伸缩式连接器包括第二纵轴线，其中所述第一纵轴线从所述第二纵轴线偏移。

6.如权利要求1所述的可变面积风扇喷嘴组件，其中所述可伸展致动器和所述伸缩式连接器基本上轴向对准。

7.如权利要求1所述的可变面积风扇喷嘴组件，进一步包括被构造成检测所述风扇喷嘴的位移的至少一个可变位移传感器。

8.如权利要求7所述的可变面积风扇喷嘴组件，其中所述可变位移传感器可操作地连接到发动机控制系统。

9.如权利要求1所述的可变面积风扇喷嘴组件，并且包括被布置在所述推力反向器套筒和所述风扇喷嘴之间的第一可伸展致动器和第二可伸展致动器，其中所述第一可伸展致动器和所述第二可伸展致动器通过单个伸缩式连接器被可转动地连接到所述动力驱动单元。

10.一种用于平移式可变面积风扇喷嘴的致动器，包括：

(a)可伸展部分，所述可伸展部分包括传动螺杆和与所述传动螺杆螺纹啮合的平移式螺纹套筒；

(b)被可转动地连接到所述可伸展致动器的伸缩式连接器，其中所述伸缩式连接器的长度能在第一长度和第二长度之间改变同时维持与所述可伸展致动器的可转动接合，所述第二长度长于所述第一长度。

11.如权利要求10所述的致动器，其中所述可伸展致动器具有第一轴线并且所述伸缩式连接器具有第二轴线，所述第一轴线从所述第二轴线偏移，并且所述伸缩式连接器通过传动头被可转动地连接到所述可伸展致动器。

12.如权利要求10所述的致动器，其中所述伸缩式连接器以第一转动速度的转动引起所述传动螺杆以不同于所述第一转动速度的第二转动速度的转动。

13.如权利要求10所述的致动器，其中所述伸缩式连接器包括可滑动地接收在加长套筒中的轴，并且其中所述轴的至少一部分包括键，所述键被可滑动地接收在所述加长套筒内的凹槽中，其中当所述轴被接收在所述加长套筒中时所述键和凹槽基本上防止所述轴和所述加长套筒之间的相对转动。

14.一种用于在收起位置和展开位置之间选择性地移动平移式可变面积风扇喷嘴的致动器系统，所述系统包括：

(a)包括传动螺杆和伸缩式连接器的至少一个致动器；和

(b)通过所述伸缩式连接器被可操作地连接到所述传动螺杆的动力驱动单元。

15.如权利要求14所述的致动器系统，其中所述传动螺杆和所述伸缩式连接器基本上轴向对准。

16.如权利要求14所述的致动器系统，其中所述传动螺杆具有第一轴线并且所述伸缩式连接器具有第二轴线，并且所述第一轴线从所述第二轴线偏移。

17.如权利要求14所述的致动器系统，其中所述伸缩式连接器以第一转动速度的转动引起所述传动螺杆以不同于所述第一转动速度的第二转动速度的转动。

18.如权利要求17所述的致动器系统，其中所述伸缩式连接器包括被可滑动地接收在加长套筒中的轴，并且其中所述轴的至少一部分包括键，所述键被可滑动地接收在所述加长套筒内的凹槽中，其中当所述轴被接收在所述加长套筒中时所述键和凹槽基本上防止所述轴和所述加长套筒之间的相对转动。

19.如权利要求14所述的致动器系统，其中所述伸缩式连接器通过一个或多个挠性轴被连接到所述动力驱动单元。

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