CN102865156A - 集成的电可变面积风扇喷嘴反推致动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成的电可变面积风扇喷嘴反推致动系统。集成的可变面积风扇喷嘴（VAFN）与反推致动系统（TRAS）系统包括用于调节旁通流的出口面积的可移动表面以及被移动以便以反向器方式引导排放流的整流罩。VAFN与TRAS系统的可移动表面两者被连接成通过共同致动器装置移动。动力驱动单元通过变速箱或其他连杆机构驱动每个致动器上的每个致动器，以使得使用一个共同马达或马达组合体驱动所有致动器。一系列冗余与可单独致动的锁控制反推系统表面的展开，以使得反推系统可以仅响应于致动每个锁到至解锁状态而移动至开启或展开位置。

Description

集成的电可变面积风扇喷嘴反推致动系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年7月5日申请的序列号61/504,375的美国临时申请的优先权。
技术领域
本公开总体涉及飞机引擎机舱结构，其包括使用公共致动器的可变面积喷嘴与反推系统。
背景技术
燃气涡轮发动机安装于飞机引擎机舱结构中，该飞机引擎机场结构包括结构与可移动面板，其用于优化发动机运转。很多飞机引擎机舱结构同时包括可变面积风扇喷嘴（VAFN）与反推致动系统（TRAS）。这些系统通常是完全独立的，并且需要独立的高性能致动系统以实现适当的飞机和/或发动机性能。可以电力地或液力地为这些系统提供动力。
发明内容
公开了集成的VAFN与TRAS系统，并且该系统包括用于调节旁通流的出口面积的可移动表面以及被移动以便沿反推方向转移排放流的整流罩。VAFN包括左右侧表面，其可移动，以调节核心引擎机舱与风扇引擎机舱之间的出口面积。TRAS包括左右整流罩，其可移动至沿反向引导排放流的位置。表面与整流罩两者被连接成通过共同致动器装置移动。动力驱动单元通过变速箱或其他连接机构驱动每个致动器，以使得一个共同马达或马达组合用于驱动所有致动器。
反推器的整流罩的操作与运动由一系列繁多的与可单独致动的锁控制。反推器可以仅响应于每一个锁都被致动至解锁状态而移动至打开或展开的位置。
从以下的说明与附图中，可以最佳的理解此处公开的这些与其他特征，以下为简要说明。
附图说明
图1为示例的燃气涡轮发动机与飞机引擎机舱的示意图。
图2为示例的飞机引擎机舱的透视图。
图3为示例的集成的风扇喷嘴与反推致动系统的示意图。
图4为另一示例的集成的风扇喷嘴与反推致动系统的示意图。
具体实施方式
图1与2示意性地示例了从发动机舱组件14中的吊架12悬挂的燃气涡轮风扇发动机10。涡轮风扇发动机10包括核心引擎机舱18中的核心发动机16，其支撑低轴20与高轴22。低轴20包括低压压缩机24与低压涡轮机26。低轴20还驱动风扇3。齿轮传动系36可以包括在低轴20与风扇34之间。高轴22包括高压压缩机28与高压涡轮机30。燃烧器32布置于高压压缩机28与高压涡轮机30之间。低轴与高轴20、22围绕发动机旋转轴线A旋转。
示例的燃气涡轮发动机10为高旁通齿轮传动的涡轮风扇飞机发动机。发动机旁通比大于10（10），风扇直径显著地大于低压压缩机24的直径，并且低压涡轮机26可以具有大于5的压力比。在示例的例子中，风扇34容纳于风扇引擎机舱38中，并且由低轴20通过齿轮传动系36驱动。示例的齿轮传动系36为周转齿轮系，例如行星齿轮系统或其他具有大于2.5齿轮减速比的齿轮系统。然而，应该理解的是，以上参数仅是齿轮传动的涡轮风扇发动机的示例性参数，本发明同样还可应用于其他燃气涡轮发动机。
气流进入围绕风扇34并且至少部分地围绕核心机舱18的风扇引擎机舱38。通过低压与高压压缩机24、28压缩进入核心发动机16的气流，其与燃烧室32中的燃料相混合，并且被点燃以产生高压流动流40。高压流动流40排出燃烧室32，并且驱动高压与低压涡轮机30、26。涡轮机30、26依次驱动相应的压缩机24、28。低压涡轮机26还驱动风扇34，这可以通过齿轮传动系36。来自发动机核心16的废气穿过限定于核心引擎机舱18的后部上的核心喷嘴42排出。
旁通流路44限定于核心引擎机舱18与风扇引擎机舱38之间。发动机10产生高旁通流B，其通过核心引擎机舱18与风扇引擎机舱38之间的大体环形空间被传递。旁通流B通过可变面积风扇喷嘴（VAFN）46排出，该可变面积风扇喷嘴（VAFN）46调节核心引擎机舱18与风扇引擎机舱38之间的环形出口面积。支撑核心发动机16的吊架结构12的上部与下部各占据环形面积48的一部分。
推力为密度、速度以及面积的函数。可以操作这些参数中的一个或多个，以改变由旁通流B提供的推力的大小与方向。VAFN 46改变物理面积与几何形状，以操作由旁通流B提供的推力。然而，应该理解的是，出口面积48可以通过其他结构变化而有效改变。而且，应该理解的是，有效的改变出口面积48并不限于靠近风扇引擎机舱38出口的物理位置，而是可以包括其他位置处的旁通流B的改变。
VAFN 46限定了用于轴向排出由发动机10的上游风扇34加压的风扇旁通流B的出口面积48。由于高旁通比，显著数量的推力由旁通流B提供。
示例的引擎机舱14进一步包括反推致动系统（TRAS）50，其一旦运行后，便沿反推方向引导旁通流B与来自核心发动机16的排放，以减慢或制动飞机。TRAS 50（图3）包括至少两个可从图2中示例的收起位置移动至沿反推方向阻塞与引导排气流的展开位置（未示出）的整流罩52。VAFN 46包括在TRAS整流罩52后部的用于调节出口面积的可移动表面。VAFN 46的移动在整个飞机的操作过程中都可发生，然而，只有在飞机处于地面上时TRAS 50才展开。
参照图3，示意性地示例了集成的VAFN与TRAS系统15，其包括具有至少两个可移动的表面54A-B的VAFN 46。在示例的例子中，VAFN 46包括径向向内可移动的右侧表面54A与左侧表面54B，以调节核心引擎机舱18与风扇引擎机舱38之间的出口面积。TRAS 50包括右侧整流罩52A与左侧整流罩52B。VAFN的右侧表面54A与TRAS 50的右侧整流罩52A连接在一起，以使得两者均通过共同的致动器装置移动。相似地，VAFN 46的左侧表面54B与TRAS 50的左侧整流罩52B连接在一起，并且通过共同致动器装置58A-B移动。
集成的VAFN与TRAS系统15包括右侧60与左侧62。右侧60与左侧62基本上相同，以使得每个均包括TRAS系统的平移整流罩52A-B以及VAFN的可移动表面54A-B。右侧60与左侧62的每一个均包括两个致动器56A-B，58A-B，两个致动器均连接至相应的整流罩52A-B与表面54A-B。每个致动器56A-B，58A-B均通过相应的变速箱64A-B，66A-B由单个动力驱动单元（PDU）68驱动。PDU 68用于驱动变速箱64A-B，66A-B，并且从而通过共同驱动系统驱动右侧60与左侧62的每个上的所有致动器56A-B，58A-B。
示例的PDU 68包括制动器70，其用于致动器56A-B，58A-B的移动的控制。PDU 68为变速箱，其依次由马达72驱动。PDU 68通过机械连杆，例如传统转矩管或柔性轴装置驱动相应的致动器56A-B，58A-B。示例的PDU 68通过减速箱由电马达72驱动，并且包括制动器70。
在该示例中，马达72为电马达，其由马达控制器74控制。马达控制器74依次由已知的全权限数字发动机控制器（FADEC）76的主控装置控制。FADEC 76控制飞机的额外零件与系统，以使得不同功能之间的关系可以按照要求协调起来。FADEC 76从以78示意性表示的各种飞机电子设备接收信息，这些信息提供表示飞机状态与操作的数据。
应该理解，尽管公开了电马达，但液压动力马达也可以使用，并且在本发明的意图之中。每个致动器56A-B，58A-B均包括驱动VAFN 46的相应表面54A-B的第一部分80以及驱动TRAS 50的相应整流罩52A-B的第二部分82。在集成系统的每一侧60,62之上提供两个致动器，以提供冗余，以确保万一系统的一部分未按要求工作时的操作。
通过相应的变速箱64A-B，66A-B驱动每个致动器56A-B，58A-B，并且每个致动器56A-B，58A-B均包括锁止机构84A-B，86A-B。在锁止位置，仅可以操作移动VAFN 46的致动器56A-B，58A-B的第一部分80。当需要展开TRAS 50的整流罩52A-B时，要命令相应的锁止机构84A-B，86A-B移动至解锁位置。在解锁位置，整流罩52A-B响应于相应致动器56A-B，58A-B的第二部分82的运动而自由运动。内置传感器88向FADEC 76提供反馈以信号通知致动器56A-B，58A-B处于锁止或解锁位置。
马达控制器74将动力提供给马达72，并且调整马达速度。如果需要中断集成的VAFN与TRAS 15的操作，可以经由飞机控制器或FADEC 76操作电触点90，以断开对马达控制器74的电源。位于每个致动器56A-B，58A-B中或附近的位置传感器92，向马达控制器74提供反馈，以准确驱动整流罩52A-B或者表面54A-B进入合适的位置与需要的状态。
马达控制器74包含控制逻辑，以根据所需的系统性能说明驱动相应致动器56A-B，58A-B的驱动VAFN 46的第一部分80或者驱动TRAS 50的第二部分82。
每个整流罩52A-B均通过整流罩锁94A-B锁止在合适的位置上。整流罩锁94A-B由飞机控制器78控制，以防止开启，直至需要时才开启。应该知道的是，TRAS的操作仅限于某些状态下例如当飞机处于地面上时，并且在大多数操作状态下是不能被致动的。
因此，示例的系统15包括冗余的锁止零件，所有锁止零件在整流罩52A-B的运动发生之前必须置于解锁状态。在该示例中，每个侧面60、62上的每个致动器56A-B，58A-B均包括独立操作的锁84A-B，86A-B。进一步，整流罩锁94A-B也独立操作。如果致动器56A-B，58A-B中任意一个上的锁84A-B，86A-B中的任一个，或者整流罩锁94A-B未处于解锁，整流罩52A-B则将不移动至改变推力方向的展开位置。
VAFN表面54A-B可以完全独立于TRAS整流罩52A-B而操作，尽管每个均连接至共同致动器56A-B，58A-B。VAFN系统接收来自FADEC 76的指令，并且可以被命令收起（关闭），完全打开，或至它们之间的任意设定点。因此，仅VAFN表面54A-B可以独立运动，同时，TRAS整流罩52A-B保留在收起与锁止位置。通过使用三个独立操作的锁止机构84A-B，86A-B以及94A-B，防止TRAS整流罩52A-B无意的展开。
在操作中，TRAS 50经由解锁整流罩锁94A-B的“预位电门（Arm Switch）”接收来自飞行员的初始指令。将开启/关闭锁信号反馈至FADEC 76。FADEC 76随后驱动第一部分82或TRAS致动器，以从收起位置移动相应的整流罩52A-B，从而从整流罩锁94A-B释放可能阻止释放的任何载荷。随后经由飞机电子设备78命令相应的致动器锁84A-B，86A-B至解锁位置。第三锁止机构为低TRAS致动器锁。一旦证实所有TRAS定序锁开启，FADEC 76命令PDU 68驱动每个致动器56A-B，58A-B的第一部分82进入全展开的开启位置，从而将整流罩52A-B沿反方向移动入引导推力的位置中。一旦完成所需的反推操作，FADEC 76便命令PDU 68与致动器56A-B，58A-B的运动，以将整流罩52A-B向回移动至收起位置，并且重新接合锁84A-B，86A-B以及94A-B。
FADEC 76包含系统逻辑，以处理起飞、爬升、巡航、下降、以及着陆操作的正常操作情况。此外，FADEC 76将包含系统逻辑，以使得集成的VAFN-TRAS致动系统15在失败的着陆情况下能按照期望工作。
参照图4，示意性地示出了另一集成的VAFN-TRAS致动系统17，其包括同时连接至右侧TRAS整流罩52A与VAFN表面54A的致动器96A-B以及同时连接至左侧TRAS整流罩52B与VAFN表面54B的致动器98A-B。致动器96A-B与98A-B的每一个均包括选择性接合的驱动器，其用于相应的TRAS整流罩52A-B与VAFN表面54A-B的选择致动。致动器96A-B，98A-B包括例如滚珠丝杆的机械驱动器，其通过相应的锁止凸耳移动相应的表面。在该示例中，致动器96A-B，98A-B包括连接至相应的整流罩52A-B的选择性可驱动的凸耳100A-B，104A-B。额外的凸耳102A-B，106A-B连接至相应的表面52A-B。凸耳100A-B，104A-B的每一个均可以选择性地接合或脱离相应的致动器96A-B，98A-B，以提供整流罩52A-B与表面54A-B的选择性独立运动。
致动器96A-B与98A-B的每一个均包括锁108，110，其用于相应的凸耳100A-B，104A-B的接合。锁108与右侧60与左侧62的每一侧上的“A”致动器96A，98A相对应。锁110与右侧60与左侧62之上的“B”致动器96B，98B相对应。因此，通过锁触点118，由飞机电子设备88与FADEC 76的组合一起控制“A”锁108。通过马达控制器74分别地控制“B”锁。整流罩锁94A-B由FADEC 76控制。“A”锁108与“B”锁110的不同控制路径提供所需的冗余，其防止反推功能的不需要的或未授权的操作。
由第一马达114与第二马达116驱动的示例的PDU 68。两个马达的使用提供进一步的冗余，以确保可靠的操作。而且，马达可以在集成的VAFN-TRAS致动系统17的操作的不同相位过程中驱动PDU 68的单独部分。例如，仅第一马达114可以响应于表面54A-B的运动的操作而操作。进一步第二马达116可以响应于整流罩52A-B的运动而接合，以提供如所需的额外的动力。应该知道的是，可以使用用于驱动PDU 68的多种不同构造，并且其均落入本公开的意图中。
尽管已经公开了示例的实施例，但本领域技术人员应该认识到的是，在本公开的范围内，可以进行特定的修改。因此，可以研究以下的权利要求，以确定本发明的范围与内容。

Claims (19)

1.一种用于飞机发动机的引擎机舱组件，包括：
风扇喷嘴，其在第一位置与第二位置之间可移动，以限定出排放流面积；
反推器，其在收起位置与致动位置之间可移动，以沿反推方向转移排放流；
至少一个致动器，其用于移动所述风扇喷嘴与所述反推器两者，所述致动器包括用于移动所述风扇喷嘴的第一部分以及用于移动所述反推器的第二部分；以及
至少一个锁，其在锁止状态防止所述反推器的运动，并且在解锁状态允许所述反推器的运动。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述致动器包括用于移动所述喷嘴的第一部分与用于移动所述反推器的第二部分。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述至少一个锁在锁止状态锁止所述致动器的所述第二部分以防止运动并且允许所述第一部分的运动，在解锁状态允许所述第一部分与第二部分两者运动。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述致动器包括第一与第二致动器，两者都包括用于移动共同风扇喷嘴的第一部分以及用于移动所述反推器的第二部分，并且其中，所述至少一个锁包括布置于所述第一致动器上的第一锁以及布置于所述第二致动器上的第二锁。
5.根据权利要求4所述的组件，包括接合至所述反推器的整流罩锁，当处于锁止状态时，其用于防止所述反推器的运动。
6.根据权利要求5所述的组件，包括控制器，其用于控制所述第一锁、所述第二锁以及所述整流罩锁的操作，以使得所述第一、第二以及第三锁的每一个可以独立地防止所述反推器至所述致动位置的运动。
7.根据权利要求1所述的组件，包括动力驱动单元，用于将动力从马达传递至所述致动器。
8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述风扇喷嘴可独立于所述反推器的运动而运动。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述风扇喷嘴包括第一风扇喷嘴与第二风扇喷嘴，所述反推器包括第一反推器与第二反推器。
10.一种燃气涡轮发动机系统，包括：
风扇；
引擎机舱，其围绕所述风扇；
燃气涡轮发动机核心，其具有压缩机、燃烧室以及至少部分位于所述引擎机舱中的涡轮机；
风扇旁路通道，其在所述风扇下游并位于所述燃气涡轮发动机核心与所述引擎机舱之间；
风扇喷嘴，其可移动以用于调节通过所述风扇旁路通道的排放流面积；
反推器，其在收起位置与致动位置之间可移动，以沿反推方向转移排放流；
至少一个致动器，其连接至所述风扇喷嘴与所述反推器两者，用于调节所述风扇喷嘴的位置，并且将所述反推器从所述收起位置移动至所述致动位置；以及
至少一个锁，其在锁止状态防止所述反推器的运动，并且在解锁状态允许所述反推器的运动。
11.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机系统，其中，所述风扇喷嘴与所述反推器两者都包括第一侧与第二侧，所述至少一个致动器包括在所述第一侧连接至所述风扇喷嘴与反推器的第一侧致动器，以及在所述第二侧连接至所述风扇喷嘴与反推器的第二侧致动器。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机系统，包括由马达驱动的动力驱动单元，所述动力驱动单元通过相应的第一与第二变速箱驱动所述第一侧致动器与所述第二侧致动器的每一个。
13.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机系统，其中，所述第一侧致动器与所述第二侧致动器均包括所述至少一个锁中的其中一个以用于防止所述反推器的运动。
14.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机系统，包括整流罩锁，其可接合至所述反推器，用于防止所述反推器的运动。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机系统，包括控制器，其用于控制所述至少一个锁中的每一个以及所述整流罩锁，所述反推器仅响应于所述至少一个锁中的每一个与所述整流罩锁的解锁而可移动。
16.一种操作引擎机舱的可移动结构的方法，包括：
连接风扇喷嘴至致动器的第一部分，该风扇喷嘴可移动以用于调节通过风扇旁路通道的排放流面积；
连接反推器至所述致动器的第二部分，所述反推器可在收起位置与致动位置之间移动，以沿反推方向转移排放流；
用所述致动器的所述第一部分将所述风扇喷嘴移动至收起位置与开启位置之间的所需位置；
释放防止所述反推器的运动的致动器锁；并且
独立于所述喷嘴，用所述致动器的所述第二部分将所述反推器移动至收起位置与开启位置之间的所需位置；并且
用公共马达驱动所述致动器的所述第一部分与所述致动器的所述第二部分两者。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述致动器锁包括用于将所述第二部分选择性地接合与脱离所述致动器的机构。
18.根据权利要求16所述的方法，包括可单独致动的反推器锁，用于独立于所述致动器锁防止所述反推器运动，并且在将所述反推器移动至所述开启位置之前释放所述反推器锁。
19.根据权利要求18所述的方法，包括如下步骤：响应于所述致动器锁与所述反推器锁之一处于锁止状态而阻止所述反推器移动至所述开启位置。
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PB01 Publication
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