CN103597196B - 反推力器以及可变面积扇形喷嘴致动系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于包括反推力器和可变面积扇形喷嘴的燃气轮机发动机的致动系统。该系统具有多个线性致动器，每个具有与第二内活塞同心的第一外活塞。第一外活塞可操作地连接至反推力器。第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴。该系统进一步具有用于选择性地将第一外活塞闭锁至第二内活塞的活塞闭锁组合件。该系统进一步具有连接至多个线性致动器的控制系统，其用于在收起位置和展开位置之间操作可变面积扇形喷嘴。

Description

反推力器以及可变面积扇形喷嘴致动系统和方法
技术领域
本公开一般地涉及发动机的反推力器系统，并且更具体地涉及用于航空飞行器喷气式发动机的反推力器致动系统以及可变面积扇形喷嘴系统。
技术背景
喷气式航空飞行器如商务乘客用和军用航空飞行器在航空飞行器的喷气式发动机上使用反推力器，以使来自喷气式发动机的风扇排气反向，以便在着陆后降低航空飞行器的速度。这种喷气式航空飞行器还可使用可变面积扇形喷嘴(VAFN)，以提高飞行器的喷气式发动机的推进效率。但是，已知的反推力器通过反推力器致动系统(TRAS)致动，并且已知的可变面积扇形喷嘴通过独立的可变面积风扇致动系统致动。这种独立的致动系统可导致双重同步组合件、双重控制系统、独立/双重VAFN致动器和其它结构以支撑安装VAFN致动组件。组合件、系统和组件由于独立的TRAS和VAFN致动系统的这种双重化可增加发动机和航空飞行器的总体重量，这又可降低燃料效率，并且在某些情况下降低可靠性。
因此，在本领域对于用于在单个致动系统中致动反推力器和可变面积扇形喷嘴的系统和方法存在需要，其提供超过已知方法和系统的优势。
概述
满足了用于在单个致动系统中致动反推力器和可变面积扇形喷嘴的系统和方法的这种需要。如以下详述中讨论的，本系统和方法的实施方式可提供超过现有方法和系统的显著优势。
在本公开的一个实施方式中，提供了用于包括反推力器和可变面积扇形喷嘴的燃气轮机发动机的致动系统。该系统具有多个线性致动器。每个线性致动器具有与第二内活塞同心的第一外活塞。第一外活塞可操作地连接至反推力器，并且第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴。该系统进一步具有选择性地将第一外活塞闭锁至第二内活塞的活塞闭锁组合件。该系统进一步具有连接至多个线性致动器的控制系统，用于在收起位置和展开位置之间操作可变面积扇形喷嘴。
在本公开的另一实施方式中，提供了用于航空飞行器的致动系统，该航空飞行器具有包括反推力器和可变面积扇形喷嘴的喷气式发动机。该系统具有多个线性致动器。每个线性致动器具有致动器外壳。每个线性致动器进一步具有与第二内活塞同心的第一外活塞。第一外活塞可操作地连接至反推力器。第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴。第一外活塞和第二内活塞基本上位于致动器外壳内。线性致动器进一步具有位于致动器外壳内的同步组合件，用于同步第一外活塞并且用于致动和同步第二内活塞。同步组合件具有柔性轴、蜗轮齿轮、蜗杆轴齿轮和导螺杆。该系统进一步具有选择性地将第一外活塞闭锁至第二内活塞的活塞闭锁组合件。该系统进一步具有至少一个连接至多个线性致动器的液压管线。该系统进一步具有连接至多个线性致动器的控制系统。控制系统能够独立于第一外活塞致动第二内活塞，并且因而在收起位置和展开位置之间操作可变面积扇形喷嘴。控制系统进一步能够在反推力器收起位置和反推力器展开位置之间致动第一外活塞，同时啮合活塞闭锁组合件。
在本公开的另一实施方式中，提供了在单个致动系统中致动航空飞行器喷气式发动机内的反推力器和可变面积扇形喷嘴的方法。该方法包括提供组合的反推力器和可变面积扇形喷嘴致动系统。系统包括多个线性致动器，其中每一个线性致动器包括与第二内活塞同心的第一外活塞。第一外活塞可操作地连接至反推力器，并且第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴。系统进一步包括用于选择性地将第一外活塞闭锁至第二内活塞的活塞闭锁组合件。系统进一步包括连接至多个线性致动器的控制系统。该方法进一步包括当第一外活塞和第二内活塞处于收起位置时，解锁活塞闭锁组合件。该方法进一步包括使用控制系统独立于第一外活塞以及反推力器致动第二内活塞和可变面积扇形喷嘴，使得第二内活塞和可变面积扇形喷嘴被致动至第一展开位置。该方法进一步包括当第二内活塞和可变面积扇形喷嘴处于第一展开位置时，闭锁活塞闭锁组合件。该方法进一步包括使用控制系统致动第一外活塞和反推力器，以使第一外活塞和反推力器被致动至第二展开位置，同时闭锁活塞闭锁组合件。
已经讨论的特征、功能和优势可在本公开的各种实施方式中独立完成，或可在其它实施方式中结合，其它实施方式的进一步细节可参照下列详述和附图了解。
用于包括反推力器和可变面积扇形喷嘴的燃气轮机发动机的致动系统，该系统包括：
多个线性致动器，每个线性致动器包括与第二内活塞同心的第一外活塞，其中第一外活塞可操作地连接至反推力器，并且第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴；
活塞闭锁组合件，其用于选择性地将第一外活塞闭锁至第二内活塞；和
连接至多个线性致动器的控制系统，其用于在收起位置和展开位置之间操作可变面积扇形喷嘴。
所述系统，其中活塞闭锁组合件包括连接至可延伸和可缩回的柱销的螺线管。
所述系统，其中活塞闭锁组合件包括连接至一对可延伸和可缩回的柱销的螺线管，其中柱销设计用于插入第一外活塞和第二内活塞中形成的相应开槽内。
所述系统，其中控制系统包括动力源、供应线路、动力元件、驱动轴、齿轮箱、第一液压管线、柔性轴和第二液压管线。
所述系统，其中控制系统能够独立于第一外活塞致动第二内活塞。
所述系统，其中控制系统能够在反推力器收起位置和反推力器展开位置之间致动第一外活塞，同时啮合活塞闭锁组合件。
所述系统，其中每个线性致动器进一步包括由控制系统驱动的同步组合件，用于同步第一外活塞并且用于致动并同步第二内活塞，该同步组合件包括柔性轴、蜗杆轴齿轮、蜗轮齿轮和导螺杆。
所述系统，其中当第一外活塞和第二内活塞被闭锁在一起时，它们通过同步组合件的共同旋转被一起致动。
所述系统，其中每个线性致动器进一步包括液压辅助组合件，其包括穿过第一外活塞形成的流动通道、沿着致动器外壳内部形成的一个或多个止动元件和在第一外活塞和第二内活塞之间插入的一个或多个密封元件。
所述系统，其中单个致动系统是反推力器和可变面积扇形喷嘴共有的。
所述系统，其中该系统能够使可变面积扇形喷嘴在收起位置和展开位置之间移动，这对可变面积扇形喷嘴引起空气动力改变，并且又引起环境发动机噪声水平的降低。
所述系统，其中该系统进一步包括贮存器组合件，用于贮存和供应液压流体至第二内活塞。
所述系统，其中当控制系统被供以动力时，闭锁活塞闭锁组合件，并且仅致动第二内活塞。
用于航空飞行器的致动系统，该航空飞行器具有包括反推力器和可变面积扇形喷嘴的喷气式发动机，该系统包括：
多个线性致动器，每个线性致动器包括：
致动器外壳；
与第二内活塞同心的第一外活塞，其中第一外活塞可操作地连接至反推力器并且第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴，第一外活塞和第二内活塞基本上位于致动器外壳内；
位于致动器外壳内的同步组合件，用于同步第一外活塞并且用于致动和同步第二内活塞，该同步组合件包括柔性轴、蜗轮齿轮、蜗杆轴齿轮和导螺杆；
活塞闭锁组合件，用于选择性地将第一外活塞闭锁至第二内活塞；
连接至多个线性致动器的至少一个液压管线；和
连接至多个线性致动器的控制系统，该控制系统能够独立于第一外活塞致动第二内活塞，并且因此在收起位置和展开位置之间操作可变面积扇形喷嘴，并且该控制系统进一步能够在反推力器收起位置和反推力器展开位置之间致动第一外活塞，同时啮合活塞闭锁组合件。
活塞闭锁组合件可包括连接至可延伸和可缩回的柱销的螺线管。
活塞闭锁组合件可包括连接至一对可延伸和可缩回的柱销的螺线管，其中柱销设计用于插入第一外活塞和第二内活塞中形成的相应开槽内。
单个致动系统可以是反推力器和可变面积扇形喷嘴共有的。
每个线性致动器可进一步包括液压辅助组合件，其包括穿过第一外活塞形成的流动通道、沿着致动器外壳内部形成的一个或多个止动元件和在第一外活塞和第二内活塞之间插入的一个或多个密封元件。
所述系统可以能够使可变面积扇形喷嘴在收起位置和展开位置之间移动，这对可变面积扇形喷嘴引起空气动力改变，并且又引起环境喷气式发动机噪声水平的降低。
本发明涉及在单个致动系统中致动航空飞行器喷气式发动机内的反推力器和可变面积扇形喷嘴的方法，该方法可包括：
提供组合的反推力器和可变面积扇形喷嘴致动系统，其包括：
多个线性致动器，每个线性致动器包括与第二内活塞同心的第一外活塞，其中第一外活塞可操作地连接至反推力器并且第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴；
活塞闭锁组合件，其用于选择性地将第一外活塞闭锁至第二内活塞；和
连接至多个线性致动器的控制系统；
当第一外活塞和第二内活塞处于收起位置时，解锁活塞闭锁组合件；
使用控制系统独立于第一外活塞和反推力器致动第二内活塞和可变面积扇形喷嘴，以使第二内活塞和可变面积扇形喷嘴被致动至第一展开位置；
当第二内活塞和可变面积扇形喷嘴处于第一展开位置时，闭锁活塞闭锁组合件；以及，
使用控制系统致动第一外活塞和反推力器，以使第一外活塞和反推力器被致动至第二展开位置，同时闭锁活塞闭锁组合件。
该方法可以包括将液压辅助组合件提供至组合的反推力器和可变面积扇形喷嘴致动系统，其中液压辅助组合件用液压力辅助并且促进第一外活塞和反推力器的致动。
该方法也可以包括提供贮存器组合件，其用于贮存和供应液压流体至第二内活塞。
所述方法，其中该方法能够使可变面积扇形喷嘴在收起位置和展开位置之间移动，这对可变面积扇形喷嘴引起空气动力改变，并且又引起环境喷气式发动机噪声水平的降低。
附图说明
可连同附图参考下列详述更好地理解本公开，附图图示说明了优选和例证性实施方式，但是不必按比例绘制，其中：
图1A是具有本公开致动系统的例证性实施方式的航空飞行器的透视图图解；
图1B是航空飞行器的现有技术发动机舱和反推力器的侧视图图解；
图1C是图解现有技术多个致动器和反推力器套筒的侧视图的示意图解，其中反推力器套筒处于收起位置；
图1D是图1C的致动器和反推力器套筒的示意图图解，其中反推力器套筒处于完全展开位置；
图2是图解现有技术反推力器致动系统的侧面剖视图的示意图图解；
图3是在航空飞行器的发动机舱上与反推力器一起使用的本公开致动系统的实施方式之一的侧视图图解；
图4是图解本公开致动系统的实施方式之一的侧面剖视图的示意图图解；
图5是图解图4致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示活塞闭锁组合件处于解锁位置；
图6是图解图4致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示第二内活塞和可变面积扇形喷嘴处于完全展开位置；
图7是图解图4致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示第二内活塞和可变面积扇形喷嘴处于完全展开位置并且活塞闭锁组合件处于闭锁位置；
图8是图解图4致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示液压被施加以致动第一外活塞和反推力器；
图9是图解图4致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示第一外活塞和反推力器处于中间展开位置并且活塞闭锁组合件处于闭锁位置；
图10A是图解本公开致动系统的另一个实施方式之一的侧面剖视图的示意图图解，其显示活塞闭锁组合件的另一实施方式；
图10B是图10A的活塞闭锁组合件的局部截面图图解；
图10C是图10A活塞闭锁组合件的正面透视图图解，其显示柱销处于解锁位置；
图10D是图10C活塞闭锁组合件的正面透视图图解，其显示柱销与第一外活塞和第二内活塞一起处于闭锁位置；
图10E是图10D活塞闭锁组合件的正面透视图图解，其显示柱销与第二内活塞一起处于闭锁位置；
图11是图解具有液压辅助组合件的本公开致动系统的又一个实施方式之一的侧面剖视图的示意图图解；
图12是图解图11致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示液压被施加并且第一外活塞和第二内活塞处于完全展开位置；
图13是图解图11致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示收起液压被施加以及第一外活塞处于收起位置并且活塞闭锁组合件处于闭锁位置；
图14是图解图11致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示液压被施加并且活塞闭锁组合件处于解锁位置；
图15是图解图11致动系统的侧面剖视图的示意图图解，其显示液压被施加以及第二内活塞处于收起位置并且活塞闭锁组合件处于闭锁位置；
图16A是图解与本公开致动系统的实施方式之一一起使用的贮存器组合件的实施方式的示意图图解；
图16B是图16A贮存器组合件的示意图图解，其显示当可变面积扇形喷嘴展开时，液压流体流出贮存器组合件；
图16C是图16A贮存器组合件的示意图图解，其显示当反推力器展开时，液压流体流入贮存器组合件；
图17是图解本公开致动系统的实施方式之一的框图；
图18是图解用于本公开致动系统的控制系统的实施方式之一的框图；和
图19是图解本公开示例性方法的流程图。
详述
现在参照附图在下文将更全面地描述公开的实施方式，在附图中，显示了一些但不是全部的公开实施方式。当然，几个不同实施方式可被提供，并且不应当解释为对本文阐述的实施方式的限制。而是，提供这些实施方式，以便该公开是详尽和完整的，并且将全面地传达本公开的范围至本领域技术人员。
现在参照图，图1A是具有本公开致动系统10的例证性实施方式的航空飞行器12的透视图图解。如图1A显示，航空飞行器12包括具有发动机16和反推力器32的发动机舱14。航空飞行器12进一步具有机翼18、机身20和尾翼22。图1A显示反推力器32在航空飞行器12上可位于的地方。
参照图，图1B是具有反推力器32的已知航空飞行器发动机舱14的侧视图图解。航空飞行器发动机舱14被附连至航空飞行器机翼18。航空飞行器发动机舱14可包括进气口24、风扇罩26、抗压构件28、主排气喷嘴29、多个线性致动器30、第一液压管线34、第二液压管线36、控制阀44和扭力箱46。反推力器32使来自发动机的风扇排气反向，因而在着陆期间减慢航空飞行器。每个反推力器32一般有六个线性致动器30(每半个反推力器32三个线性致动器30)，并且线性致动器30致动或移动反推力器32。线性致动器30可连接至第一液压管线34和第二液压管线36。每个线性致动器30可连接至具有头端40和杆端42的活塞38。第一液压管线34加压活塞38的头端40，并且第二液压管线36加压活塞38的杆端42。液压由控制阀44控制。
图1C是图解已知的线性致动器30和反推力器32的侧视图的示意图图解，其中反推力器32处于收起位置48。每个活塞38的头端40通过导螺杆58连接至每个线性致动器30。每个活塞38的杆端42连接至反推力器32。图1D是图1C的线性致动器30和反推力器32的示意图图解，其中反推力器32处于完全展开位置60。如图1D显示，当将液压P1施加至活塞38时，活塞38展开或延伸，并且反推力器32向后移动至展开位置60。当将液压P2(图1D)撤回时，活塞38收回或撤回，并且反推力器套筒32向前移动至收起位置48，如图1C显示。可选地，液压P2可与液压P1同时施加以展开活塞38。活塞38通过液压管50内的柔性轴52、蜗轮齿轮54和蜗杆轴齿轮56的同步而一起移动。
图2是图解已知的反推力器致动系统61的侧面剖视图的示意图图解。反推力器致动系统61包括通过导螺杆58连接至活塞38的线性致动器30。活塞38致动反推力器32。液压流体被供应并且通过第一液压管线34和第二液压管线36将液压施加至线性致动器30和活塞38。活塞38通过柔性轴52、蜗轮齿轮54和蜗杆轴齿轮56的同步而移动。活塞38通过活塞固定柱销62被闭锁或附连至致动器外壳66。位于活塞38内的液压密封件64和致动器外壳66可防止液压流体泄漏。
图3是在航空飞行器12(参见图1)的发动机舱14上与反推力器32一起使用的本公开致动系统10的实施方式之一的侧视图图解。优选地，将发动机舱14附连至航空飞行器12(图1A)的机翼18。发动机舱14可包括进气口24、风扇罩26、抗压构件28、排气喷嘴29、多个线性致动器30、第一液压管线34、第二液压管线36、扭力箱46和控制系统75。图4是图解本公开致动系统10的实施方式之一的侧面剖视图的示意图图解。图17是图解本公开致动系统10的实施方式之一的框图。如图3、4和17显示，在本公开的一个实施方式中，提供了用于包括反推力器32和可变面积扇形喷嘴74的燃气轮机发动机16的致动系统10。优选地，发动机16是用于航空飞行器12(参见图1A)中的喷气式发动机。致动系统10是反推力器32和可变面积扇形喷嘴74共有的单个致动系统，并且致动系统10具有反推力器32和可变面积扇形喷嘴74共有的致动器。
致动系统10包括多个线性致动器30。每个线性致动器30包括与第二内活塞72同心的第一外活塞70。优选地，第一外活塞70包括反推力器致动系统(TRAS)活塞或另一合适的活塞。优选地，第二内活塞72包括可变面积扇形喷嘴(VAFN)活塞或另一合适的活塞。优选地，第二内活塞72滑动地位于第一外活塞70的内体积内，使得当第二内活塞72独立于第一外活塞70(参见图6)致动时，第二内活塞72的一部分从第一外活塞70向外部延伸。第一外活塞70可通过一个或多个活塞固定柱销62连接至致动器外壳66。当将展开液压施加至第一外活塞70时，活塞固定柱销62自动地释放或解锁。第一外活塞70通过一个或多个反推力器柱销88可操作地连接至反推力器32，反推力器柱销88可以以万向节柱销或其它合适的柱销的形式。在图4中显示的实施方式中，第二内活塞72通过可变面积扇形喷嘴74内的连接至联杆机构101的一个或多个可变面积扇形喷嘴柱销100可操作地连接至可变面积扇形喷嘴74。联杆机构101将第二内活塞72连接至可变面积扇形喷嘴74的可变面积扇形喷嘴柱销100。联杆机构101可以是具有U形夹、U形夹销和联杆元件的U形夹紧固件的形式，或可以是另一合适的紧固件的形式。第二内活塞72仅轴向移动，并且可变面积扇形喷嘴74轴向和径向移动。可变面积扇形喷嘴柱销100。联杆机构101容许可变面积扇形喷嘴74的轴向和径向移动。如图4显示，第二内活塞72可通过导螺杆58和导螺母59连接至线性致动器30。可增加连接至第一外活塞70和第二内活塞72或连接至致动器外壳66的液压密封件64以防止液压流体的泄漏。
优选地，致动系统10的每个线性致动器30包括通过控制系统75(参见图4和18)驱动或供以动力的同步组合件51(参见图4)，以同步第一外活塞70并且致动和同步第二内活塞72。优选地，同步组合件51包括连接至蜗杆轴齿轮56的柔性轴52，蜗杆轴齿轮56连接至蜗轮齿轮54，蜗轮齿轮54连接至导螺杆58。柔性轴52由控制组合件75(参见图4)的动力元件76(参见图4)驱动并且转动蜗杆轴齿轮56。蜗杆轴齿轮56转动蜗轮齿轮54。蜗轮齿轮54转动导螺杆58。导螺杆58引起第二内活塞72上下并且来回行进。但是，当动力元件76被供以动力时，活塞闭锁组合件被闭锁，并且仅第二内活塞72移动(VAFN展开)。当第一外活塞70和第二内活塞72被闭锁或限制到一起时，它们由同步组合件51的共同旋转致动或移动。
如图4和17显示，致动系统10进一步包括用于选择性地将第一外活塞70闭锁至第二内活塞72的活塞闭锁组合件90，使得它们可以一起或单独地被致动。在活塞闭锁组合件90的一个实施方式中，如图4显示，活塞闭锁组合件90包括连接至可延伸和可缩回的柱销94的螺线管92。螺线管92致动可延伸和可缩回的柱销94，可延伸和可缩回的柱销94又将第一外活塞70连接至第二内活塞72，以使它们被限制为一起移动，或将第一外活塞70从第二内活塞72上分离，使得它们能够独立地移动。活塞闭锁组合件90可连接至第一供应线路96，其优选地固定至控制器元件98，如螺线管控制器元件或其它合适的控制器元件，以便为螺线管92供以动力。第一供应线路96可包括动力供应线路，如28伏特直流(VDC)线路或另一合适的供应线路。优选地，活塞闭锁组合件90被供电。如图4显示，可延伸和可缩回的柱销94处于延伸或闭锁位置102并且将第一外活塞70和第二内活塞72闭锁在一起。如图5显示，可延伸和可缩回的柱销94处于撤回或解锁位置104并且将第一外活塞70和第二内活塞72解锁。
图10A是图解本公开致动系统10的另一个实施方式之一的侧面剖视图的示意图图解，显示了活塞闭锁组合件90的另一实施方式。在活塞闭锁组合件90的另一实施方式中，如图10A-10E显示，活塞闭锁组合件90包括连接至一对相应的可延伸和可缩回的柱销114、116的螺线管112。柱销114、116可通过连接器部分118(参见图10C)连接，并且优选地被设计用于插入第一外活塞70中形成的两个相应的第一外活塞开槽120、122(参见图10C)内并且被设计用于插入第二内活塞72(参见图10E)中形成的相应的第二内活塞开槽124内。如图10A显示，活塞闭锁组合件90可连接至第一供应线路96，第一供应线路96优选地附连至控制器元件98如螺线管控制器元件或其它合适的控制器元件，以便为排列的螺线管112供以动力。第一供应线路96可包括动力源线路如28伏特直流(VDC)线路或另一合适的供应线路。图10B是图10A的活塞闭锁组合件90的局部截面图图解。图10B显示了处于闭锁位置102的活塞闭锁组合件90，柱销114、116将第一外活塞70和第二内活塞72闭锁在一起。图10C是处于解锁位置104的图10A活塞闭锁组合件90的正面透视图图解，显示了柱销114、116脱离相应的第一外活塞开槽120、122并且脱离相应的第二内活塞开槽124(参见图10E)。图10D是处于闭锁位置102的图10C活塞闭锁组合件90的正面透视图图解，其显示柱销114、116插入相应的第一外活塞开槽120、122(参见图10C)和相应的第二内活塞开槽124(参见图10E)，以将第一外活塞70和第二内活塞72闭锁在一起。图10E是图10D活塞闭锁组合件90的正面透视图图解，其显示柱销114、116插入相应的第二内活塞72的第二内活塞开槽124内。该实施方式是有利的，因为它允许柱销114、116移入和移出第一外活塞开槽120、122和第二内活塞开槽124，其中第一外活塞70和第二内活塞72相对轴向旋转一些量。
如图3、4、17和18显示，致动系统10进一步包括连接至多个线性致动器30的控制系统75。控制系统75能够独立于第一外活塞70致动第二内活塞72，并且因而在可变面积扇形喷嘴收起位置67(参见图4)和可变面积扇形喷嘴完全展开位置106(参见图6)之间操作可变面积扇形喷嘴74。控制系统75进一步能够在反推力器收起位置68(参见图4)和反推力器展开位置110(参见图12)之间致动第一外活塞70，同时啮合活塞闭锁组合件90。图18是图解用于本公开致动系统10的控制系统75的实施方式之一的框图。如图4和18显示，控制系统75包括动力源84，如电源、水力源、气动源或另一适合的动力源。控制系统75进一步包括连接至动力源84的第二供应线路78。第二供应线路78可包括液压管线、115伏特交流电(VAC)线路或另一适合的供应线路。控制系统75进一步包括连接至第二供应线路78的动力元件76。动力元件76可包括电动机、液压马达、气动机或另一适合的动力元件。动力元件76可安装至扭力箱46(参见图3)。控制系统75进一步包括驱动轴80和齿轮箱82，其中驱动轴80被连接在动力元件76和齿轮箱82之间。控制系统75进一步包括第一液压管线34内的柔性轴52。柔性轴52贯穿齿轮箱82并且经由蜗杆轴齿轮56连接至线性致动器30。动力元件76经由驱动轴80和齿轮箱82驱动柔性轴52以致动可变面积扇形喷嘴74。控制系统75可进一步包括第二液压管线36，其供应液压流体并且施加液压以驱动第一外活塞70和附连的反推力器32。控制系统75可包括电力系统、液压系统、电力和液压系统的组合或另一适合的控制系统。
图11是图解本公开致动系统10的又一个实施方式之一的侧面剖视图的示意图图解，其中致动系统10进一步包括液压式组合件130。在该实施方式中，致动系统10的每个线性致动器30进一步包括液压式组合件130。液压式组合件130可添加至致动系统10以用液压力辅助，从而促进第二内活塞72的致动并且减少导螺杆58和导螺母59上的缩回负荷。当负荷高时，液压式组合件130帮助导螺杆58缩回可变面积扇形喷嘴74。可选地，液压式组合件130可在没有导螺杆58的协助下缩回可变面积扇形喷嘴74。如图11显示，液压式组合件130包括一个或多个穿过第一外活塞70形成的流动通道132。液压式组合件130进一步包括在致动器外壳66的一个或多个内部部分135处形成的一个或多个止动元件134。液压式组合件130进一步包括一个或多个液压式组合件密封元件136，其可被插入第一外活塞70和第二内活塞72之间。显示可变面积扇形喷嘴74处于可变面积扇形喷嘴收起位置67，并且显示反推力器32处于反推力器收起位置68。显示柱销闭锁组合件90处于闭锁位置102。
图12是图解图11致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示液压P1从第一液压管线34施加，并被施加来致动第一外活塞70和附连的反推力器32以及致动第二内活塞72和附连的可变面积扇形喷嘴74。显示可变面积扇形喷嘴74处于可变面积扇形喷嘴完全展开位置106，并且显示反推力器32处于反推力器完全展开位置110。显示活塞闭锁组合件90处于闭锁位置102。可变面积扇形喷嘴74从反推力器32展开一定距离(d)。距离(d)可以是例如四(4)英寸或另一合适的距离。当可变面积扇形喷嘴74从收起位置67移动至完全展开位置106时，优选地增加可变面积扇形喷嘴74的喉道面积(未显示)，以便降低可变面积扇形喷嘴74出来的风扇流动排气的速度，从而降低环境喷气式发动机噪声水平。例如，当可变面积扇形喷嘴74处于完全展开位置106时，喉道面积可处于最大，这对于发动机16(参见图1)的高推力设置可能是期望的，如在起飞和爬升过程中以及在还期待噪声降低以降低环境喷气式发动机噪声水平的情况中。当可变面积扇形喷嘴74移动至收起位置67时，喉道面积可被最小化或置于对于更低发动机推力设置的最佳位置，这对于不需要噪声降低但是喷嘴效率决定可变面积扇形喷嘴74的喉道面积减小的航行飞行的情况可能是期望的。
图13是图解图11致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示收起液压P2从第二液压管线36施加，并且被施加来将第一外活塞70和反推力器32缩回至反推力器收起位置68。显示可变面积扇形喷嘴74处于可变面积扇形喷嘴完全展开位置106。显示反推力器32处于反推力器收起位置68。显示活塞闭锁组合件90处于闭锁位置102。
图14是图解图11致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示额外液压P2从第二液压管线36施加，并且被施加来缩回第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74。除了或代替驱动同步组合件51的动力元件76，可施加额外液压P2以缩回第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74。在缩回第二内活塞72之前，可即刻关闭液压P2以使第二内活塞72卸载。也可能需要来自动力元件76的其它展开负荷，以卸载可变面积扇形喷嘴74上的第二内活塞72空气阻力负荷。显示活塞闭锁组合件90处于解锁位置104。
图15是图解图11致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示额外液压P2从第二液压管线36被施加，并且被施加来收回第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74。除了或代替驱动同步组合件51的动力元件76，可施加额外液压P2以缩回第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74。显示可变面积扇形喷嘴74处于可变面积扇形喷嘴收起位置67。显示反推力器32处于反推力器收起位置68。显示活塞闭锁组合件90处于闭锁位置102。
在如图16A-16C显示的另一实施方式中，致动系统10可进一步包括贮存器组合件150。贮存器组合件150可用于贮存和供应液压流体170(参见图16A)至第二内活塞72，当第二内活塞72展开时第二内活塞72优选地处于可变面积扇形喷嘴活塞的形式。当液压管线止回阀172存在于连接至多个线性致动器30(还参见图4)的第一液压管线34中时，可使用贮存器组合件150。当反推力器32处于反推力器收起位置68(参见图4)时，液压管线止回阀172将反推力器32与航空飞行器液压回水管路压力隔离。当将可变面积扇形喷嘴74展开至可变面积扇形喷嘴完全展开位置106(参见图9)时，这可以在液压管线止回阀172的下游形成真空。当展开可变面积扇形喷嘴74时，贮存器组合件150防止在液压管线止回阀172的下游形成真空。
图16A是图解与本公开致动系统10的实施方式一起使用的贮存器组合件130的实施方式的示意图图解。贮存器组合件150包括存储器外壳152，其具有排出口164以允许空气168进入贮存器组合件150。贮存器组合件150进一步包括止回阀154和闸门部分156。贮存器组合件150进一步包括连接至一个或多个密封件158和一个或多个轴承160的浮动活塞166。贮存器组合件150可进一步包括压力弹簧162。贮存器组合件150被连接至第一液压管线34，并且贮存器组合件150控制液压流体170流出和流入贮存器组合件150进出第一液压管线34。图16B是图16A贮存器组合件150的示意图图解，其显示当可变面积扇形喷嘴74展开时液压流体170流出贮存器组合件150。当第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74被展开(参见图6)时，浮动活塞166向下移动，并且液压流体170从贮存器组合件150被抽出。图16C是图16A贮存器组合件150的示意图图解，其显示当反推力器32展开时，液压流体170流入贮存器组合件150。当第一外活塞70和反推力器32被展开(参见图9)时，浮动活塞166向上移动，重填注贮存器组合件150，并且迫使液压流体170返回进入贮存器组合件150。闸门部分156防止浮动活塞166的突然移动。
在本公开的另一实施方式中，提供了用于具有喷气式发动机16的航空飞行器12的致动系统10。致动系统10包括多个线性致动器30。每个线性致动器30包括致动器外壳66。每个线性致动器30进一步包括与第二内活塞72同心的第一外活塞70。第一外活塞70可操作地连接至反推力器32。第二内活塞70可操作地连接至可变面积扇形喷嘴74。第一外活塞70和第二内活塞72基本上位于致动器外壳66内。线性致动器30进一步包括置于致动器外壳66内的同步组合件51，用于同步第一外活塞70，并且用于致动和同步第二内活塞72。同步组合件51也使其它线性致动器30的第一外活塞70和第二内活塞72同步。同步组合件51包括柔性轴52、蜗轮齿轮54、蜗杆轴齿轮56和导螺杆58。致动系统10进一步包括活塞闭锁组合件90，其用于选择性地将第一外活塞70闭锁至第二内活塞72，以使它们可一起或单独地被致动。致动系统10进一步包括至少一个连接至多个线性致动器30的液压管线34。致动系统10进一步包括连接至多个线性致动器30的控制系统75。控制系统75能够独立于第一外活塞70致动第二内活塞72，并且因此在可变面积扇形喷嘴收起位置67和可变面积扇形喷嘴完全展开位置106之间操作可变面积扇形喷嘴74。控制系统75进一步能够在反推力器收起位置68和反推力器完全展开位置110(参见图12)之间致动第一外活塞70，同时啮合活塞闭锁组合件90。
图19是图解本公开示例性方法200的流程图。在本公开的另一实施方式中，提供了方法200，其用于在单个致动系统10中致动航空飞行器12(参见图1A)的发动机16优选地喷气式发动机内的反推力器32和可变面积扇形喷嘴74。方法200包括提供具有组合的反推力器32和可变面积扇形喷嘴74(参见图4、11、17)的致动系统10的实施方式之一的步骤202，如以上讨论的。致动系统10包括多个线性致动器30(参见图3)，其中每个线性致动器30包括与第二内活塞72(参见图4)同心的第一外活塞70(参见图4)。第一外活塞70可操作地连接至反推力器32(参见图4)，并且第二内活塞72可操作地连接至可变面积扇形喷嘴74(参见图4)。致动系统10进一步包括活塞闭锁组合件90(参见图4、10A)，其用于选择性地将第一外活塞70闭锁至第二内活塞72，以使它们可一起或单独地被致动。致动系统10进一步包括连接至多个线性致动器30的控制系统75(参见图4、75)。
方法200进一步包括当第一外活塞70和第二内活塞72处于收起位置109(参见图4)时解锁活塞闭锁组合件90的步骤204。如图4显示，活塞闭锁组合件90处于闭锁位置102。如图5显示，可延伸和可缩回的柱销94缩回至解锁位置104，以使第一外活塞70未被连接至第二内活塞72。图5是图解图4致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示活塞闭锁组合件90处于解锁位置104。
方法200进一步包括步骤206，其使用控制系统75独立于第一外活塞70和反推力器32致动第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74，以使第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74被致动至第一完全展开位置106(参见图6)。图6是图解图4致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74展开，并且显示可变面积扇形喷嘴74处于第一完全展开位置106，优选地处于可变面积扇形喷嘴完全展开位置106。控制系统75的动力元件76致动同步组合件51，从而致动第二内活塞72，并且又致动可变面积扇形喷嘴74。可变面积扇形喷嘴74从反推力器32被展开一定距离(d)。距离(d)可以是例如四(4)英寸或另一合适的距离。显示活塞闭锁组合件90处于解锁位置104。
方法200进一步包括当第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74处于第一完全展开位置106时闭锁活塞闭锁组合件90的步骤208。图7是图解图4致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74展开，并且可变面积扇形喷嘴74处于可变面积扇形喷嘴完全展开位置106。如图7显示，可延伸和可缩回的柱销94被延伸至闭锁位置102，以使第一外活塞70被连接至第二内活塞72。活塞闭锁组合件90处于闭锁位置102。
方法200进一步包括步骤210，其使用控制系统75致动第一外活塞70和反推力器32，以使第一外活塞70和反推力器32被致动第二完全展开位置110(参见图12)，优选地反推力器完全展开位置110，同时将活塞闭锁组合件90闭锁在闭锁位置102(参见图12)。图8是图解图4致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示液压P1从第一液压管线34施加以致动第二内活塞72和可变面积扇形喷嘴74。图8进一步显示液压P2从第二液压管线36施加以致动第一外活塞70和反推力器32。图9是图解图4致动系统10的侧面剖视图的示意图图解，其显示第一外活塞70和反推力器32展开。反推力器32处于反推力器中间展开位置107。活塞闭锁组合件90处于闭锁位置102。
在航空飞行器飞行周期期间，公开的致动系统10和方法200的一个或多个实施方式的可变面积扇形喷嘴74和反推力器32的顺序可包括下列顺序中的一个或多个：(1)可变面积扇形喷嘴74可在航空飞行器起飞前被展开，如图4、5、6和7的顺序显示；(2)可变面积扇形喷嘴74可在航空飞行器爬升期间收起，如图7、6、5和4的顺序显示，或可选地，如果使用液压式组合件130，如图7、14、15和4的顺序显示；(3)可变面积扇形喷嘴74可在航空飞行器航行期间保持收起，如图4显示；(4)可变面积扇形喷嘴74可在航空飞行器降落期间被展开，如图4、5、6和7的顺序显示；(5)可变面积扇形喷嘴74可在航空飞行器着陆后保持展开，如图7显示，并且反推力器32可在航空飞行器着陆后被展开，如图8和9的顺序显示，或可选地，可变面积扇形喷嘴74可在展开反推力器32之前收起，这可能是发动机风扇稳定性需要的；(6)反推力器32可在航空飞行器停止后收起，如图9(除了没有P1)、8(除了没有P1)和7的顺序显示；和/或(7)如果还未如步骤(5)中收起，可变面积扇形喷嘴74可被收起，如图7、6(液压系统关闭以卸载第二内活塞)、5和4的顺序显示。
致动系统10和方法200的实施方式提供反推力器32和可变面积扇形喷嘴74共有的单个致动系统，并且致动系统10和方法200消除了对致动可变面积扇形喷嘴74同时保留反推力器致动能力的单独致动系统的需要。致动系统10和方法200的实施方式可改进现有的反推力器液压致动系统，以包括可变面积扇形喷嘴致动，并且包括部件例如双同心活塞(第一外活塞72和第二内活塞72)、连接和解开双同心活塞的机构(活塞闭锁组合件90)以及独立地为同步组合件51和双同心活塞的致动供以动力的控制系统75。控制系统75可为同步组合件51或液压动力供以动力或二者一起。致动系统10和方法200能够使可变面积扇形喷嘴74在可变面积扇形喷嘴收起位置67(参见图4)和可变面积扇形喷嘴完全展开位置106(参见图6)之间移动，这对可变面积扇形喷嘴74引起空气动力改变，并且又引起环境喷气式发动机噪声水平的下降。关于喷气式发动机噪声水平的要求由美国联邦航空管理局(FAA)提出。致动系统10和方法200的实施方式具有两种操作模式，一种致动可变面积扇形喷嘴74并且一种致动反推力器32。可变面积扇形喷嘴74模式使用动力元件76，优选地电力或液压，为同步组合件51供以动力。使单个致动系统具有反推力器32和可变面积扇形喷嘴74的共同致动器还可提供减小航空飞行器总重量的优势。航空飞行器总体重量的这种减小可提高可靠性和提高航空飞行器的燃料效率。因为可变面积扇形喷嘴不需要单独的致动系统，所以消除了成双的组件如致动器、同步组合件、液压管线以及组件的相关结构支撑。这些组件的减少可提高可靠性并且可提供重量减轻的机会，其又提高航空飞行器的燃料效率。
拥有前述说明和相关附图中所呈现的教导益处的本公开所属技术领域技术人员将想到本公开的许多改进和其它实施方式。本文所述实施方式旨在是例证性的，并且不意欲是限制性或穷尽性的。虽然本文采用了具体术语，但是它们仅以上位的和描述性的意义使用，并且不是为了限制目的。

Claims (16)

1.用于包括反推力器和可变面积扇形喷嘴的燃气轮机发动机的致动系统，所述系统包括：
多个线性致动器，每个线性致动器包括与第二内活塞同心的第一外活塞，其中所述第一外活塞可操作地连接至反推力器，并且所述第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴；
活塞闭锁组合件，其用于选择性地将所述第一外活塞闭锁至所述第二内活塞，所述活塞闭锁组合件包括连接至可延伸和可缩回的柱销的螺线管，所述可延伸和可缩回的柱销被配置用于插入形成在相对侧中的两个相应的第一外活塞开槽并且处于所述第一外活塞上的相同轴线位置，并且被配置用于插入形成在沿着所述第二内活塞的不同轴线位置的两个相应的第二内活塞开槽中之一，所述第二内活塞开槽被配置为允许所述可变面积扇形喷嘴分别在收起位置或展开位置中闭锁，并且还被配置为允许所述可延伸和可缩回的柱销利用所述第一外活塞和所述第二内活塞的轴向移动移入和移出所述第一外活塞开槽和所述两个第二内活塞开槽中的一个；和，
连接至所述多个线性致动器的控制系统，其用于在所述收起位置和所述展开位置之间操作所述可变面积扇形喷嘴。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述螺线管连接至一对可延伸和可缩回的柱销，其中所述柱销被设计用于插入所述第一外活塞和所述第二内活塞中形成的相应开槽内。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制系统包括动力源、供应线路、动力元件、驱动轴、齿轮箱、第一液压管线、柔性轴和第二液压管线。
4.根据权利要求1所述的系统，其中单个致动系统是所述反推力器和所述可变面积扇形喷嘴共有的。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制系统能够独立于所述第一外活塞致动所述第二内活塞。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制系统能够在所述活塞闭锁组合件被啮合时，在反推力器收起位置和反推力器展开位置之间致动所述第一外活塞。
7.根据权利要求1所述的系统，其中每个线性致动器进一步包括所述控制系统驱动的同步组合件，用于同步所述第一外活塞并且用于致动和同步所述第二内活塞，所述同步组合件包括柔性轴、蜗轮齿轮、蜗杆轴齿轮和导螺杆。
8.根据权利要求7所述的系统，其中当所述第一外活塞和所述第二内活塞被闭锁在一起时，它们通过所述同步组合件的共同旋转被一起致动。
9.根据权利要求1所述的系统，其中每个线性致动器进一步包括液压辅助组合件，其包括穿过所述第一外活塞形成的流动通道、沿着致动器外壳内部形成的一个或更多个止动元件和在所述第一外活塞和所述第二内活塞之间插入的一个或更多个密封元件。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统能够使所述可变面积扇形喷嘴在所述收起位置和所述展开位置之间移动，这引起对所述可变面积扇形喷嘴的空气动力改变，并且进而引起环境发动机噪声水平的降低。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括贮存器组合件，用于贮存和供应液压流体至所述第二内活塞。
12.根据权利要求1所述的系统，其中当所述控制系统被供以动力时，闭锁所述活塞闭锁组合件，并且仅致动所述第二内活塞。
13.用于在单个致动系统中致动飞行器喷气式发动机中的反推力器和可变面积扇形喷嘴的方法，所述方法包括：
提供组合的反推力器和可变面积扇形喷嘴致动系统，其包括：
多个线性致动器，每个线性致动器包括与第二内活塞同心的第一外活塞，其中所述第一外活塞可操作地连接至反推力器，并且所述第二内活塞可操作地连接至可变面积扇形喷嘴；
活塞闭锁组合件，其用于选择性地将所述第一外活塞闭锁至所述第二内活塞，所述活塞闭锁组合件包括连接至可延伸和可缩回的柱销的螺线管，所述可延伸和可缩回的柱销被配置用于插入形成在相对侧中的两个相应的第一外活塞开槽并且处于所述第一外活塞上的相同轴线位置，并且被配置用于插入形成在沿着所述第二内活塞的不同轴线位置的两个相应的第二内活塞开槽中之一，所述第二内活塞开槽被配置为允许所述可变面积扇形喷嘴分别在收起位置或展开位置中闭锁，并且还被配置为允许所述可延伸和可缩回的柱销利用所述第一外活塞和所述第二内活塞的轴向移动移入和移出所述第一外活塞开槽和所述两个第二内活塞开槽中的一个；和，
连接至所述多个线性致动器的控制系统；
当所述第一外活塞和所述第二内活塞处于所述收起位置时解锁所述活塞闭锁组合件；
使用所述控制系统独立于所述第一外活塞和所述反推力器致动所述第二内活塞和所述可变面积扇形喷嘴，以使所述第二内活塞和所述可变面积扇形喷嘴被致动至第一展开位置；
当所述第二内活塞和所述可变面积扇形喷嘴处于所述第一展开位置时闭锁所述活塞闭锁组合件；以及
使用所述控制系统致动所述第一外活塞和所述反推力器，以使所述第一外活塞和所述反推力器被致动至第二展开位置，同时闭锁所述活塞闭锁组合件。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括提供液压辅助组合件至所述组合的反推力器和可变面积扇形喷嘴致动系统，其中所述液压辅助组合件用液压力辅助，并且促进所述第一外活塞和所述反推力器的致动。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括提供贮存器组合件，其用于贮存和供应液压流体至所述第二内活塞。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法能够使所述可变面积扇形喷嘴在所述收起位置和所述展开位置之间移动，这对所述可变面积扇形喷嘴引起空气动力改变，并且又引起环境喷气式发动机噪声水平的降低。
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