CN102648125A

CN102648125A - 具有涡流发生器的发动机吊架及其生产方法

Info

Publication number: CN102648125A
Application number: CN2010800501753A
Authority: CN
Inventors: 史蒂夫·贝杜安; 西里尔·博诺
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-08-22
Also published as: EP2496472A1; US20120273610A1; WO2011055062A1; US8936213B2; FR2952349A1; EP2496472B1; FR2952349B1

Abstract

本发明涉及一种发动机吊架（7）的生产方法，所述吊架被安装在发动机（1）和飞行器的机翼（6）之间，所述方法包括：-围绕主要结构（9）安装吊架的箱（8）的操作，所述箱具有基本呈长圆形的形状，在飞行中沿所述形状形成空气边界层（C）；-将至少一个涡流发生器（2）安装在吊架的箱上，从而改变边界层的厚度（e）的操作；-并根据边界层的改变厚度和涡流发生器的位置预先确定吊架形状的操作。

Description

具有涡流发生器的发动机吊架及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种发动机吊架的生产方法，所述吊架被安装在飞行器发动机和飞行器机翼之间。所述方法旨在为吊架装配至少一个涡流发生器，从而允许间接改变吊架的形状。

本发明应用于航空领域，特别地应用于发动机吊架的生产领域。

背景技术

目前的大部分飞行器装配有流线型吊架，所述吊架被悬挂在其机翼上，且保证其发动机和机翼之间的连接。所述流线型吊架相对于机翼的下表面凸出，这在机翼上，且通常在整个飞行器上造成空气动力学干扰。所述空气动力学干扰具有不利影响，例如升力损失和迎面阻力增加。此外，由于带有机翼后缘，吊架在机翼后缘附近具有相对较大的宽度，临近所述机翼后缘还增加了沿飞行器的气流分离的风险,因而所述结构性原因使所述空气动力学影响增大。

图1上已经示出四发动机飞行器的示例，其中仅可见两个发动机1。所述发动机1被分别安装在通过吊架7被固定在机翼6上的发动机舱5中。发动机舱5沿飞行器的纵轴线安装。为了获得尽可能有利的空气动力学性能，发动机吊架的形状为流线型。通常，发动机吊架呈延长的水滴形状，即具有长圆形力，其具有圆形的第一端和直的侧面，该直的侧面在第二端处以点接合，如图2A所示。所述图2A示出传统的发动机吊架俯视图。需注意的是，发动机吊架的圆形端7a朝向飞行器前部，而尖端7b朝向飞行器后部，飞行器前部是飞行器的头部。

图2B上还示出图2A的吊架7的剖面图。所述图2B示出发动机吊架7，也简称为吊架，所述吊架被悬挂在机翼6上并支撑发动机舱5。所述发动机吊架7，包括：

-被称为主要结构的结构，其用来保证机翼和发动机之间的机械连接，并因而能通过机翼向飞行器整体传输发动机引擎发出的力，以及

-围绕所述主要结构且呈流线型的箱。

吊架7与机翼6构成收缩角α。该收缩角通常介于10°到20°之间。

当飞行器处于飞行中时，空气沿飞行器流动，并沿结构形成边界层。该边界层是在吊架的箱表面和外部空气流之间的具有一定厚度的空气紊流层。在所述边界层中，空气速度为零，或接近于零，由此产生紊流。相反，在离吊架的箱表面一定距离处流动的外部空气具有足够的速度来避免产生紊流。

需注意，在吊架的后缘10处的边界层的厚度取决于被称为弦的吊架长度以及收缩角α。如果收缩角太小，吊架将太长且将生成过大的迎面阻力。如果收缩角太大，将产生空气流分离的风险，同样将生成迎面阻力。为了限制迎面阻力，航空制造商因此在收缩角上寻找折衷方案。

尽管存在所述空气动力学折衷，如果飞行中的飞行器遭受空气流分离，那么能够为发动机吊架装备涡流发生器（或英语为“vortex generators”）。通常，在飞行器的设计和生产后，图2A和2B上标注为2的涡流发生器可被安装在吊架的箱上。在航空制造商估计到飞行中存在气流分离后，涡流发生器可被安装在吊架的箱上。所述涡流发生器2是凸出于吊架7的箱装配的翅片，用以改变沿所述吊架的空气流动。所述涡流发生器2保证边界层空气与外层空气的混合，从而使得提高紧邻吊架处的空气速度，由此避免空气流分离。所述涡流发生器的功能以示意性方式被示出在图3上。该图通过箭头F1示出沿吊架7的局部空气流动。该图还通过箭头F2示出由涡流发生器2生成的空气涡流，所述涡流是由于翅片的下表面2a和上表面2b之间存在压力差，而在翅片2端部造成空气流动的结果。

在法国专利文献FR-2905930中描述了一个涡流发生器的示例，所述涡流发生器在飞行器制造完成后被安装，以用来改变沿吊架的空气流动。该文献中所描述的翅片系统能调节飞行器发动机吊架，使其适合所述飞行器的运行条件。然而，所述翅片必然造成飞行器总重量与其设计所预计重量相比增加，并且还增加与翅片本身相关的迎面阻力。

此外，航空制造商始终在寻求努力提高飞行器空气动力学性能。可以两种不同的方式提高所述性能：

-或者改善迎面阻力，也即是降低迎面阻力，

-或者降低飞行器重量。

然而，飞行器的迎面阻力和重量直接彼此相关。实际上，为了降低迎面阻力，可在飞行器吊架上安装涡流发生器。然而，所述涡流发生器具有不可忽略的重量，其将增加飞行器的总重量。且如果不安装任何涡流发生器，由于空气流分离，飞行器迎面阻力将依然相对较大。

发明内容

本发明的目的正好在于弥补上述阐述的技术缺点。为此，本发明提出制造在其设计开始就集成涡流发生器的飞行器吊架。从所述飞行器的设计开始就将所述涡流发生器集成在飞行器的吊架上，可以改变发动机吊架的尺寸，由此在重量上获得改善，而不会造成有损空气动力学的影响。

更确切地，本发明涉及一种发动机吊架的生产方法，所述吊架被安装在飞行器的发动机和机翼（6）之间，其包括：

-围绕主要结构安装吊架的箱的操作，所述箱具有基本呈长圆形的形状，在飞行中沿所述形状形成空气边界层，

-将至少一个涡流发生器安装在吊架的箱上的操作，从而改变在吊架后缘处的边界层的厚度，

其特征在于，其包括根据边界层的改变厚度和涡流发生器的位置预先确定吊架形状的操作。

根据本发明的生产方法可以包括以下一个或多个特征：

-涡流发生器被对称地安装在吊架的箱的两侧。

-吊架的形状被确定成可以使主要结构具有增大的表面，从而改善来自发动机的力的反力。

-吊架的形状被确定得可以使箱的长度缩短。

-至少一个涡流发生器被安装在吊架的箱的单独一个侧面，从而引起吊架空气动力学形状的弯曲效应。

本发明还涉及一种根据上述描述的方法制造的用于飞行器的发动机吊架。

本发明还涉及一种飞行器，其包括机翼、至少一个发动机和连接机翼和发动机的发动机吊架，所述发动机吊架根据上述描述的方法被制造。

附图说明

图1，该图已被描述，示出带有两个发动机的飞行器侧视图。

图2A和图2B，该图已被描述，示出装配有涡流发生器的传统发动机吊架。

图3，该图已被描述，示意性示出涡流发生器附近的空气流动。

图4A和图4B分别示出发动机吊架结构的侧视图和俯视图。

图5A和图5B示出当发动机吊架装配有涡流发生器时的图4A和图4B的结构。

图6A和图6B示出根据本发明方法的第一实施方式实现的发动机吊架的俯视图。

图7A和图7B示出根据本发明方法的第二实施方式实现的发动机吊架的俯视图。

图8A和图8B示出根据本发明方法的第三实施方式实现的发动机吊架的俯视图。

具体实施方式

本发明提出一种发动机吊架的制造方法，其中，涡流发生器自吊架设计起就被安装在所述吊架上。在发动机吊架设计时就集成涡流发生器，相比于传统的设计成没有涡流发生器的发动机吊架，能降低飞行时的边界层厚度。边界层厚度的改善能改变发动机吊架的形状，从而在重量上获得改善。由此，可以（通过降低边界层的）来改善迎面阻力，和/或（通过改变发动机吊架的形状）来降低飞行器的总重量。

吊架的形状被确定成可增大机翼6和发动机吊架7之间的收缩角。实际上，增大收缩角而不损害空气动力学性能，将能优化飞行器的特征。换言之，本发明的方法能在同等迎面阻力下降低重量，或在同等重量下降低迎面阻力。

在本发明的所有说明中，重量、迎面阻力或吊架形状的减少或提高，都建立在与配有不带涡流发生器的发动机吊架，或配有在生产完成后被安装的涡流发生器的发动机吊架的同类型传统飞行器相比较的基础上的。换言之，相对于一方面根据本发明方法，另一方面根据传统方法生产的相同吊架的特征来进行比较。

根据本发明的方法因此提出自飞行器设计起就将涡流发生器集成在发动机吊架上，并在飞行器生产过程中就将其安装在吊架上，从而由于所述涡流发生器改变发动机吊架的形状而获得其带来的优点。

涡流发生器是小的表面，其以翼片的形式在其后缘下游生成涡流尾流/伴流。在本发明中，使用所述涡流发生器，并将其设置得可以处理吊架侧部准确确定的区域。涡流发生器可例如具有以下尺寸：从几厘米到几分米的高度，优选地等于或大于3倍高度的长度，以及介于20度和90度之间的边缘。涡流发生器因此通过混合边界层外部的空气（能量很大的空气）与失去能量的边界层空气来起作用。边界层的状态获得改善且其厚度降低。

已经在图4A和图4B上示出带有箱8和主要结构9的发动机吊架7的示例。吊架7的主要结构9显示出吊架空气动力学形状的尺寸点P，即箱必须从中通过以保证发动机和机翼之间机械连接的硬点。在该示例中，发动机吊架不带有涡流发生器。已经在图4A上用虚线示出边界层C，所述边界层对应于不带涡流发生器的吊架7的箱8的空气动力学形状。在图4A和图4B的示例中，边界层具有厚度e1。

在图5A和图5B上示出与图4A和图4B相同的吊架7，但在所述情况下，吊架装有涡流生成器2。在所述情况下可见，边界层Cinf具有的厚度为e2，小于厚度e1，由于涡流生成器2的存在而导致所述边界层厚度的减少。

由于所述边界层Cinf厚度的减少，本发明能使发动机吊架重量获得改善。所述重量的改善可以不同的方式获得：

-扩大吊架7的主要结构9，如图6A和图6B所示，

-缩短箱8的空气动力学形状，如图7A和图7B所示，或者

-允许吊架7弯曲，如图8A和图8B所示。

在本发明的第一实施方式中，通过扩大吊架的主要结构9来获得重量的改善。可注意，吊架的主要结构是一种允许将来自发动机的力传递至机翼和飞行器结构整体的结构零件。所述主要结构9基本呈平行六面体结构，如图6A所示。在本发明中，提出在同等空气动力学性能下实现扩大的主要结构。主要结构的扩大约为1%到10%。如图6B所示，主要结构在其矩形表面的处上被扩大，其整体形状依然为平行六面体。所述主要结构的扩大能提供更好的反力传递。当主要结构不太沉时，将使作用力易于传递。

在本发明的第二实施方式中，通过缩短发动机支架的箱8的空气动力学形状来改善重量。所述实施方式的示例被示出在图7A和图7B上。图7A示出带有传统箱形状和边界层C的传统吊架示例。图7B示出根据本发明方法实现的吊架示例。在该示例中，主要结构具有传统的尺寸，但吊架的箱8呈缩短的形状，也就是在顶点处的形状比传统箱更短。所述缩短形状被确定成可以使其通过主要结构9的尺寸点P。吊架箱长度减少约为5%到15%，从而导致增大在机翼和吊架之间的收缩角。本发明使得因此实现的发动机吊架具有比传统发动机吊架的收缩角大两倍的收缩角，也就是约20°到40°的收缩角。

当不装配涡流发生器时，所述收缩角因为太大而不能被接受：其将带来空气流分离。涡流发生器使边界层更坚固，因此可以支撑更大的收缩角。所述吊架箱尺寸的减少将同时带来结构的改善（由于尺寸更小而重量更轻）和空气动力学的改善（更小的表面积）。

在刚才描述的两种实施方式中，涡流发生器以对称的方式被安装在吊架7的两侧。换言之，相同数量的涡流发生器被安装在发动机吊架的上表面和下表面上。边界层Cinf因此对称地位于吊架箱的两侧。

在本发明的第三实施方式中，通过生成发动机吊架空气动力学形状的弯曲效应而获得空气动力学性能的改善。实际上，通常，到达发动机吊架的空气显示出对应于横穿发动机吊架的对称轴的笔直的中性线N。根据本发明，可以产生弯曲效应，从而使到达吊架的空气显示弯曲而不再是笔直的中性线Nc，如图8A和8B所示。通过在发动机吊架的单独的侧面上安装至少一个翅片而产生所述弯曲效应。

在图8A和图8B所示的实施方式中，唯一的翅片被安装在发动机吊架7的下表面或上表面上，从而使气流不对称地分布在发动机吊架的两侧。空气流相对于发动机吊架的对称轴的所述不对称分布，会在同等结构和同等空气动力学形状下造成吊架弯曲。正如图8B所示，所述弯曲对迎面阻力具有正面作用，边界层Cinf的厚度在带有涡流发生器2的一侧比不带涡流发生器的一侧更小。

无论本发明的哪种实施方式，因将涡流发生器安装在吊架的箱上而使发动机吊架形状发生的改变，在具备同等空气动力学性能，也就是与传统飞行器相同的空气动力学性能的情况下，能使其赢得约几十公斤重量的改善。重量改善因此使得提高根据本发明方法制造的飞行器的空气动力学性能。

Claims

1.–一种发动机吊架（7）的生产方法，所述吊架被安装在飞行器的发动机（1）和机翼（6）之间，所述方法包括：

-围绕主要结构（9）安装吊架的箱（8）的操作，所述箱具有基本呈长圆形的形状，在飞行中沿所述形状形成空气边界层（C），

-将至少一个涡流发生器（2）安装在吊架的箱上，从而改变所述边界层的厚度（e）的操作，

其特征在于，其包括根据所述边界层的改变的厚度和所述涡流发生器的位置预先确定吊架形状的操作。

2.-根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡流发生器被对称地安装在所述吊架的箱的两侧。

3.-根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吊架的形状被确定成使主要结构具有扩大的表面，从而改善来自发动机的力的反力。

4.-根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吊架的形状被确定成能够使所述箱的长度缩短。

5.-根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个涡流发生器被安装在所述吊架的箱的单独的侧面，从而引起吊架的空气动力学形状的弯曲效果。

6.-一种用于飞行器的发动机吊架，其特征在于，其包括：

-围绕主要结构（9）安装的吊架的箱（8），所述箱具有基本呈长圆形的形状，在飞行中沿所述形状形成空气边界层（C），

-安装在所述吊架的箱上的涡流发生器，其被对称安装在所述吊架的两侧，从而确保改变边界层的厚度，

并且，所述主要结构基本呈平行六面体形状，并在其矩形表面处具有扩大1%到10%的宽度，从而改善反力的传递。

7.–一种用于飞行器的发动机吊架，其特征在于，其包括：

-安装在所述吊架的箱上的涡流发生器，其被对称地安装在所述吊架的两侧，从而确保改变边界层的厚度，以及

-约为20°到40°的收缩角。

8.一种用于飞行器的发动机吊架，其特征在于，其包括：

-至少一个涡流发生器，其被安装在所述发动机吊架的单独一侧并产生吊架的弯曲效应。

9.一种飞行器，至少包括机翼、发动机以将发动机（1）连接在机翼（6）上的发动机吊架（7），其特征在于，所述发动机吊架是根据权利要求6至8中任一项所述的发动机吊架。