CN102131705A - 一种具有可变截面喷嘴的发动机舱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发动机舱，其包括固定结构(20)、具有可变截面的喷嘴、以及安装在所述固定结构(20)上从而能够特别地沿其行程滑动进而改变所述喷嘴截面的罩(30)，其特征在于，所述发动机舱还包括位于固定结构(20)和活动罩(30)之间的气动连续组件(40)，所述组件(40)包括弹性装置，其中，当所述罩在其行程的上游部分时，所述弹性装置能够在所述固定结构与所述活动罩之间被压缩；而当所述罩在其行程的下游部分时，所述弹性装置能够伸展，由此来确保所述固定结构(20)和所述活动罩(30)之间的轮廓线的气动连续性。

Description

一种具有可变截面喷嘴的发动机舱
本发明涉及一种包括可变截面喷嘴的涡轮喷气发动机舱。
发动机舱通常具有管状结构，该管状结构包括位于涡轮喷气发动机上游的进气口，设计成环绕涡轮喷气发动机风扇的中间段，以及容纳推力反向装置并设计成环绕涡轮喷气发动机的燃烧室的下游段，所述发动机舱通常止于喷气嘴，该喷气嘴的出口位于涡轮喷气发动机的下游。
现代机舱设计成用于容纳双流涡轮喷气发动机，该双流涡轮喷气发动机能够通过转动风扇的叶片来产生热气流(也叫主流)和冷气流(也叫次流)，其中，该热气流来自涡轮喷气发动机的燃烧室，该冷气流通过在发动机舱内壁和涡轮喷气发动机整流罩之间形成的流路而在涡轮喷气发动机外部流通。这两股气流从涡轮喷气发动机喷出并通过发动机舱的后部。
推力反向器的作用在于，在飞机着陆过程中，通过改变涡轮喷气发动机产生的推力中的至少一部分推力的方向使之向前来改善飞机的制动能力。在该阶段中，反向器阻塞了冷气流的流路并且引导其流向发动机舱的前部，由此产生增加飞机机轮制动的反向推力。
根据反向器的类型，用于实现冷气流重定向的装置会发生变化。
因而，如图1-3所示，已知有多种格栅反向器，其中，通过叶栅1结合用于暴露和覆盖这些叶片的滑动罩2来完成这些气流的重定向，所述罩2沿着与发动机舱的轴线基本平行的的纵向轴线平移。
该滑动罩2因此能够可选择地从图1所示的关闭位置进入到打开位置，其中，处于关闭位置时，其确保发动机舱的气动连续性并覆盖叶栅1；处于打开位置时，其打开了发动机舱内的用于阶式流动的通道并暴露出叶栅1。
进一步地，除了推力反向功能之外，滑动罩属于后部并且具有下游侧，所述下游侧形成了用于引导气流喷射的喷嘴3。
该喷嘴3包括至少一块以转动方式活动安装的板4，所述板4适用在图1所示的正常位置、推力反向位置以及图2所示的位置之间枢转，其中处于正常位置时其确保发动机舱的气动连续性，处于推力反向位置时其阻塞冷气流流路5，处于图2所示位置时引起喷嘴3的截面的变化。
根据活动罩2的位移程度，可以调节活动板4的枢转度，并且可以改变喷嘴3的截面或者通过反向喷射使流路5中的冷气流反向。
因此，如图2所示，为了减小喷嘴3截面，可以通过朝向流路5的内侧驱动板4，而活动罩2最好位于朝发动机舱的上游固定结构6的上游方向。
为了确保活动罩2沿上游方向的单纯的平移运动，以及由此而带来的在活动罩2和发动机舱的上游固定结构6之间的自由运动，在上述两元件之间的界面上设有凹部7.
然而，如图3给出的详细绘示，凹部7的出现会引起发动机舱的表面的气动轮廓线的不连续，进而导致后者的推进组件的性能降低以及飞行器燃料消耗的增加。
本发明的目的之一是消除上述缺陷。
为此，本发明突出了一种发动机舱，包括固定结构，具有可变截面的喷嘴，安装在固定结构上从而能够特别地沿行程滑动进而改变喷嘴截面的罩，其特征在于，所述发动机舱还包括设置在固定结构和活动罩之间的气动连续组件，所述组件包括弹性装置，其中，当罩在其行程的上游部分时，弹性装置能够在固定结构与活动罩之间被压缩；而当罩在其行程的下游部分时，弹性装置能够伸展，由此来确保所述固定结构和所述活动罩之间的轮廓线的气动连续性。
本发明具有以下有益效果：消除了直接喷射中固定结构的上游和活动罩之间的气动轮廓线的缺陷，同时允许这两个元件间之间的自由移动，特别地通过朝发动机舱的上游方向移动活动罩以改变喷嘴截面。
根据本发明的具体实施例，该装置包括一个或多个以下特征，可以考虑为单独的特征或技术上可能的特征组合：
-所述气动连续组件包括弹性体类型的挠性构型；
-所述气动连续组件包括能够弹性变形的刚性构型；
-所述构型为线簧、板簧或波形件的类型；
-所述气动连续组件包括与弹性回复装置关联的不可变形的刚性构型；
-所述构型由单件形成或多个部件的部分组配在一起而形成；
-所述气动连续组件能够确保所述上游固定结构和所述活动罩之间的外部轮廓线的气动连续性；
-所述气动连续组件能够确保所述固定结构和所述活动罩之间的内部轮廓线的气动连续性；
-所述活动罩的上游端固定有跟部；
-所述气动连续元件与所述固定结构结合为一体；
-所述气动连续元件与所述活动罩结合为一体；
-所述发动机舱包括配备有推力反向装置的下游段；
通过阅读以下根据非限制性示例以及参照附图而给出的实施例的具体描述，将清楚本发明的其他特征、目的和有益效果。在所述附图中：
图1和图2分别示出了现有技术中具有活动板的推力反向装置在喷嘴正常位置和喷嘴关闭位置的纵向剖视图；
图3是图1所示的推力反向器装置的活动罩与上游固定结构之间的界面的详细视图；
图4是根据本发明第一实施例的包括气动连续组件的推力反向装置的纵向剖视图；
图5至图8分别是图4所示的推力反向装置的活动罩在向上游运动前后，该活动罩与推力反向装置的上游固定结构之间的界面的详细视图；
图9是根据本发明第二实施例的包括气动连续组件的推力反向装置的纵向剖视图；
图10至图13分别是图9所示的推力反向装置的活动罩在向上游运动前后，该活动罩和推力反向装置的上游固定结构之间的界面的详细视图；
图14和图15分别是依据本发明第三实施例的包括气动连续组件的推力反向装置在活动罩向上游运动前后的纵向剖视图；
图16和图17分别是依据本发明第四实施例的包括气动连续组件的推力反向器装置在活动罩向上游运动前后的纵向剖视图。
发动机舱通常具有这样一种结构，该结够包括形成进气口的上游段，环绕涡轮喷气发动机风扇的中间段以及环绕涡轮喷气发动机的下游段。
基于图4，该下游段包括外部结构10和内部发动机整流结构(未示出)，该外部结构10包括推力反向装置，内部发动机整流结构与外部结构10一起限定了流路(未示出)，该流路被设计成在上述双流涡轮喷气发动机舱的情况下用于冷气流的流通。
下游段还包括包含前框架21的上游固定结构20，所述上游固定结构20通过推力反向活动罩30和喷嘴段(未示出)延伸。
推力反向活动罩30设计成沿发动机舱的基本纵向的方向在关闭位置与打开位置之间被驱动，处于关闭位置时，其覆盖气流叶栅31，处于打开位置时，其与前框架21隔开，并且通过暴露气流叶栅在机舱中打开一条通道。
进一步的，在活动罩30的延伸方向的喷嘴段包括一系列活动板，所述一系列活动板转动安装在活动罩30的下游端并且分布在喷嘴段的周边。
每个活动板适于在多个位置——正常位置、推进反向位置、以及一些能够使喷嘴截面发生变化的位置之间枢转，其中，在所述正常位置处其确保发动机舱的气动连续性，在所述推进反向位置处，其阻塞冷空气流路并将所述气流回流至叶栅31，从而确保气流的重定向，因此可以实现反向喷射。
活动罩30向上游和下游的运动程度使得能够调节活动板的枢转程度，并因此通过直接喷射来改变喷嘴截面或通过反向喷射驱使流路中的冷空气流反向。
为了使得活动罩30沿上游方向朝前框架21运动以改变喷嘴截面，在发动机舱的外表面和前框架21的内表面上，在前框架21和活动罩30之间设置有多个凹部50，51。
根据本发明，气动连续组件40布置在前框架21和活动罩30的界面处，并容纳于凹部50，51中。
气动连续组件40包括弹性装置，当罩位于其行程的上游部分时，该弹性装置能够在前框架21与活动罩30之间被压缩，从而能够引起喷嘴截面发生变化；当罩位于其行程的下游部分时，该弹性装置能够伸展以确保前框架21和活动罩30之间的轮廓线的气动连续性。
更确切的，该气动连续组件40整合在发动机舱的气动构型中，该气动构型具有多种状态，即：
-伸展状态，届时罩30处于喷嘴截面不变化的位置，前框架21的下游端和活动罩30的上游端之间的空间被填充，从而确保下游段的轮廓线的气动连续性，即前框架21和活动罩30的气动轮廓线没有程度上突变，和
-压缩状态，届时能够允许活动罩30向上游运动以使喷嘴截面变化，而在活动罩30沿上游方向的行进的过程中喷嘴段被该活动罩覆盖。
有利地，气动连续元件40的存在使得能够弥补直接喷射状态下的气动轮廓线的缺陷，并且允许活动罩30朝发动机舱的上游运动以使喷嘴截面发生变化。
由此避免了直接喷射状态下的发动机舱性能的降低。
较佳地，在发动机舱的外侧和/或冷空气流路侧的前框架21与活动罩30的界面处可安置有气动连续元件40，从而确保这两个元件之间的外部气动轮廓线和/或内部气动轮廓线的连续性，如参阅随附的多个附图。
在图4至图6所示的第一实施例中，示出了一种气动连续元件40，该连续元件40具有能够确保发动机舱的外部气动轮廓线的连续性的挠性构型41。
所述构型41因此具有这样一种形状和尺寸：当罩30处于使得喷嘴截面不发生变化的位置时，其适于填充存在于前框架21的下游端和活动罩30的上游自由端之间的空间。
该构型41具有下游端，该下游端与活动罩30的上游端一起呈现出盖子的形状，从而保持最小可能的气动程度的改变，甚至是在使喷嘴截面发生变化的活动罩30朝上游方向运动的过程中。
较佳地，当活动罩30沿上游方向朝前框架21平移运动以使喷嘴的活动板枢转时，气动连续元件40足够柔韧从而变形以与活动罩30的上游端接触，然后在所述罩30朝下游退回后，气动连续元件40再回复到其中立状态和形状。
在非限制性示例中，构型41通常为L型。
一方面，构型41包括上游端，该上游端设置成紧固至前框架21并且具有与前框架21的下游端互补的形状，另一方面，构型41具有与活动罩30的上游端互补的形状。
所述活动罩30在其上游自由端上具有突出部32，该突出部32沿发动机舱的纵向轴线延伸，由L型凹部限定的构型的上游端为用于容纳活动罩30的突出部的空间。
由于前框架21和活动罩30之间的构型41的存在，发动机舱的外部气动轮廓线因此变得平滑。
在活动罩30向上游运动的过程中，所述罩30趋于与前框架21发生接触，由于构型41的通过，前框架21变形，其中，该构型容置于罩30之下。
在可选实施例中，构型41的结构可以利用纤维加固。其还可以通过将刚性元件引入构型41的特定(不可变形)的区域中来实现这种加固。
在另一可选实施例中，弹性元件补充物能够添加到这种构型41，从而确保在罩30朝发动机舱的下游退回后所述构型能够恢复其初始形状。
在最后的实施例中，为了改善跟部33与气动连续元件40的接触界面，进而提供受控的接触区域，跟部33具有能够固定至活动罩30的上游端的合适的形状。
参照图7和图8，示出了挠性的气动连续元件40，该挠性的气动连续元件40能够确保冷空气流路侧的发动机舱的内部气动轮廓线的连续性。
在本发明非限制性的示例中，这种气动连续元件40能够具有凸缘42的形式，该凸缘42设计成用于填入前框架21的内表面，以及更确切地说，用于填入引导反向阶段的气流导向结构上的凹口51。
该长型凸缘42包括抵靠在前框架21的内表面的里面的相对的两端，以及面朝罩30的上游端的中间部分。
凸缘42的中间部分具有弯曲段，该弯曲段的曲率被限定为能够确保前框架21的内表面的内部气动轮廓线的连续性。
在活动罩30沿上游方向朝前框架21运动以使喷嘴截面发生变化的过程中，活动罩30的上游端伸到凸缘21的中间部分并使其变形。
在罩30向发动机舱的下游退回后，凸缘42恢复其初始形状。
在一个可选实施例中，跟部34具有能够固定至活动罩30的上游端的合适的形状，如图4至图6所示。
在第二可选实施例中，凸缘的中间部分可以由双隔件形成，从而能够强化气动连续性元件40。图7和图8所示的中间部分因此被固定至T形内壁，该T形内壁上的T形条形成了双隔件的第二壁。
在图9至图13、图16和图17所示的第二实施例中，气动连续组件40包括刚性构型43，该刚性构型43能够弹性变形且设计成用于确保发动机舱的外或内部气动的连续性。
如图10至图11所示，构型43可采用线簧的形式。
在本发明的非限制性实施例中，构型43通常为J形，其凹面被定向为朝向前框架21。
更确切的，所述构型具有一个折叠并固定至前框架21的下游端，所述下游端通过设计成用于允许构型43弯曲的过渡部分而延伸，其自身通过直线形上游端而延伸，该直线形上游端固定至前框架21的外表面，并且因此无程度上的突变。
当所述罩30处于使得喷嘴截面不发生变化的位置时，所述罩30的上游端抵靠所述过渡部分容置，从而使得前框架21，气动连续元件40和活动罩在发动机舱的外表面上不会发生任何程度的突变。
在活动罩30沿着上游方向朝前框架21运动的过程中，所述罩30的上游端紧挨着并顶靠构型43的过渡部分，使得后者弯曲，由此为罩30的上游端朝前框架21的前进中打开一条通道。
如图9至图11所示，弯曲点能够有利地设置在其结构的下游。反之亦然，但为此需要更大的脱离位移。
构型43可由具有允许其结构部分弯曲的弹性特征的金属材料或复合材料制成。
此外，由于活动罩30的向上游运动而引起构型43的外径减小，因此有必要提供允许其变形的狭缝，该狭缝从构型的上游端延伸至构型的弯曲地带。
进一步的，为了不因所述狭缝的存在而降低发动机舱的气动性能，所述狭缝可以用弹性体类型的挠性材料填充。
如图12和图13所示，构型44可具有确保冷气流流路侧的发动机舱的内部气动轮廓线的连续性的板簧的形状。
构型44具有类似于图7和图8中已描述的形状。
然而，在该实施例中，构型44是刚性的且可以弹性变形的。
因此，如图13所示，在活动罩30沿上游方向朝前框架21运动的过程中，为了使得喷嘴截面发生变化，活动罩30的上游端抵靠构型44，该构型44弯向前框架21的内侧，以不产生气动干扰。
更确切的，未固定至前框架21内表面的里面的构型44的自由端朝前框架内侧倾斜以允许所述弯曲。
用于连接构型44的框架的固定连接部分可相对于凹口51而置于下部或上部。
在罩30朝发动机舱的下游退回后，构型44恢复其初始状态。
在另一考虑的实施例中，跟部34固定至活动罩30的上游端。
此外，参照图16和图17，示出了又一实施例的构型，其能够分别以波形件45和46的形式而确保发动机舱的内和外部气动轮廓线的连续性。
在其他实施例中，所述波形件45和46具有这样一种形状和尺寸：适合当罩30未处在使喷嘴截面发生变化的位置时确保前框架21和罩30之间的气动连续性。
如图17所示，在所述罩30沿上游方向朝前框架21运动的过程中，所述罩30的上游端抵靠在波形件45和46上，受到挤压时，为活动罩进一步向上游朝前框架21前进打开了通道。
在活动罩30退回后，每个波形件45和46恢复其初始形状。
每个波形件的波的数量是确定的以使其不超过弹性限度。
在图14和图15所示的第三实施例中，设计成用于确保发动机舱的内部和外部气动轮廓线的连续性的气动连续组件40包括与弹性回复装置关联的不可变形刚性构型47、48。
更确切的，其包括固定至弹簧类型元件一端的构型47、48，该弹簧类型元件本身，在另一端上固定至支撑结构49。
如发动机舱外表面所示的那样，支撑结构49可以整合到前框架21中，或者如前框架21的内表面所示的那样，独立于前框架21却固定至其上。
类似于其他实施例，构型47、48具有这样一种形状和尺寸：其适于填充前框架21与罩30之间的凹口50、51，以确保所述元件之间的气动轮廓线的连续性。
此外，如图15所示，在罩30沿上游方向朝前框架21运动的过程中，罩30的前端抵靠在构型47、48上，由于弹簧而发生挤压，由此打开了罩30朝前框架21前进的通道。
构型的运动方向由构型47、48与活动罩30的上游端之间的界面处的接触压力的方向而限定。
在所有描述的实施例中，考虑的构型可以由单件形成或多个部件的部分的组件构成。
相对于现有技术的发动机舱，本领域技术人员将会了解到一种发动机舱，该发动机舱提出了一种可变喷嘴，在飞机的起飞或降落阶段，通过将远离其关闭位置的活动罩朝发动机舱的固定结构的上游方向运动，喷嘴会发生变化，并且在飞行阶段的直接喷射时没有任何气动轮廓线的缺陷。
当然，本发明不限于以上示例所述的发动机舱的实施例，还包括所有可能的变型。
因此，本发明可以应用至不包含推力反向装置的发动机舱。
本发明还可以应用至包括推力反向装置的发动机舱，该推力反向器装置包括上游的位于叶栅下的推力反向副翼和发动机舱下游的与活动板关联的活动罩，从而确保喷嘴截面的变化。
进一步的，在本发明的可替代实施例中，在活动罩朝发动机舱的上游运动过程中，通过前框架结合活动罩的挤压可以提供气动的连续性。

Claims (12)

1.一种发动机舱，包括固定结构(20)和活动罩(30)，所述活动罩(30)在其下游端通过可变截面喷嘴延伸，所述罩(30)安装在所述固定结构(20)上从而能够特别地沿行程滑动，进而改变所述喷嘴的截面，其特征在于，所述发动机舱还包括设置在所述固定结构(20)和所述活动罩(30)之间的气动连续组件(40)，所述气动连续组件(40)包括弹性装置，其中，当所述罩在其行程的上游部分时，所述弹性装置能够在所述固定结构与所述活动罩之间被压缩；而当所述罩在其行程的下游部分时，所述弹性装置能够伸展，由此来确保所述固定结构(20)和所述活动罩(30)之间的轮廓线的气动连续性。
2.根据权利要求1所述的发动机舱，其特征在于，所述气动连续组件(40)包括弹性体类型的挠性构型(41，42)。
3.根据权利要求1所述的发动机舱，其特征在于，所述气动连续组件包括能够弹性变形的刚性构型(43，44，47，48)。
4.根据权利要求3所述的发动机舱，其特征在于，所述构型为线簧、板簧或波形件的类型。
5.根据权利要求1所述的发动机舱，其特征在于，所述气动连续组件(40)包括与弹性回复装置关联的不可变形的刚性构型(47，48)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的发动机舱，其特征在于，所述构型(41，42，43，44，45，46，47，48)由单件形成或多个部件的部分组配在一起而形成。
7.根据权利要求1所述的发动机舱，其特征在于，所述气动连续组件(40)能够确保所述上游固定结构(20)和所述活动罩(30)之间的外部轮廓线的气动连续性。
8.根据权利要求1所述的发动机舱，其特征在于，所述气动连续组件(40)能够确保所述固定结构(20)和所述活动罩(30)之间的内部轮廓线的气动连续性。
9.根据前述权利要求中任一项所述的发动机舱，其特征在于，所述活动罩(30)的上游端固定有跟部(33，34)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的发动机舱，其特征在于，所述气动连续元件(40)与所述固定结构(20)结合为一体。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的发动机舱，其特征在于，所述气动连续元件(40)与所述活动罩(30)结合为一体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的发动机舱，其特征在于，所述发动机舱包括配备有推力反向装置的下游段。
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