CN103717866A - 具有可变喷嘴的涡轮喷气发动机机舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮喷气发动机机舱，包括：推力反向装置（3）和用于致动所述装置的系统，该系统包括至少一个活动罩（30），所述活动罩（30）可平移地安装，以能够从关闭位置转换到开启位置，在所述关闭位置所述罩确保所述机舱的空气动力学连续性，在所述开启位置所述罩在机舱中打开一条用于偏转气流的通道；以及至少一个延伸了所述罩的气体排出喷嘴段（5），并且所述喷嘴段（5）包括至少一个喷嘴挡板（50），所述喷嘴挡板（50）活动地安装在关闭位置和至少一个开启位置之间，在所述开启位置中，所述喷嘴挡板打开一条用于向所述喷嘴外部排放的通道（51）。所述机舱的特征在于，所述喷嘴挡板被枢转地安装在所述活动罩上，并且所述致动系统包括致动装置，所述致动装置能在三个位置之间驱动所述活动罩的平移和所述喷嘴挡板的枢转。本发明能用于涡轮喷气发动机领域。

Description

具有可变喷嘴的涡轮喷气发动机机舱

技术领域

本发明涉及一种涡轮喷气发动机机舱，所述机舱配备推力反向装置，所述推力反向装置通过可变喷嘴延伸。

背景技术

机舱通常具有管状结构，该管状结构包括在涡轮喷气发动机上游的进气口，设计为包围涡轮喷气发动机的风扇的中间段，容纳推力反向装置并设计为包围涡轮喷气发动机的燃烧室的下游段，并且，该段通常以喷嘴结束，该处的出口位于涡喷发动机下游。

现代发动机舱设计成容纳双流涡轮喷气发动机，该发动机能够使用风扇的旋转叶片来产生来自于涡轮喷气发动机的燃烧室的热空气流（也称为一次流），以及穿过环形通道在涡轮喷气发动机外部循环的冷空气流（二次流），该环形通道也称为涵道，它在涡轮喷气发动机的整流罩和机舱内壁之间形成。所述两种气流穿过所述机舱尾部从所述涡轮喷气发动机排出。

在飞行器着陆期间，推力反向装置的作用是通过将至少部分由涡喷发动机产生的推力重定向为向前，以提高飞行器的制动能力。在这个阶段中，所述反向器阻塞冷气流涵道，并且将所述冷气流重新定向为朝向所述机舱的前部，从而产生反向推力，该反向推力被增加到飞行器的轮子的制动中。

用于执行所述冷气流重定向的装置根据反向器的类型而不同。然而，在所有情况下，推力反向装置的结构包括：活动部件，所述活动部件可以在展开位置和缩回位置之间运动，一方面，在所述展开位置中，它们在机舱中开启用于使气流偏转的通道，另一方面，在所述缩回位置中，它们关闭所述通道。

这些活动部件可以执行偏转功能，或者仅仅用来驱动其他偏转装置。

在叶栅推力反向器的情况下，所述推力反向装置包括用于重定向空气流的与推力反向器挡板相关联的叶栅叶片，和可以在基本平行于所述机舱纵轴线的方向上移动的罩。

活动罩用作滑动，以便露出或覆盖所述叶栅叶片。所述推力反向挡板形成阻挡门，所述阻挡门可以通过罩体的滑动驱动，关闭所述叶片下游的涵道，从而优化所述冷气流的重新定向。

此外，除了其推力反向功能之外，所述滑动罩属于后段，并且具有形成所述喷嘴的下游侧，所述喷嘴用来引导所述气流的排放。

这个喷嘴在将速度传递给排出气流的同时，为推进提供必要能量，并且通过改变其输出截面来调节推力，所述调节响应于所述发动机功率的调整和飞行条件的变化。

已知的是，特别是从文献WO2009/029401中，在紧接在活动罩后的喷嘴段上，设置了喷嘴挡板，所述喷嘴挡板活动地安装在关闭位置和至少一个开启位置之间，在所述开启位置，所述喷嘴挡板开启朝向喷嘴的外部的泄露通道。在本文档中，在喷嘴中的泄漏通道是通过使用专门用于移动所述挡板的缸移动所述喷嘴挡板来获得，并且与用于移动所述活动罩的气缸相分离，因此允许所述推力反向装置展开。

使用这种移动挡板的意义在于，它能适用于将所述喷嘴的截面优化为不同飞行阶段的函数，所述飞行阶段即飞行器的起飞、巡航和着陆阶段。

这种类型的机舱的主要缺点是，它涉及为所述活动罩使用致动缸，并为所述喷嘴挡板使用附加的致动缸，这些附加缸的存在造成了机舱的多余重量，并且也造成了在凌乱和狭窄的环境中植入这些附加缸的复杂性的增加。

通过美国专利号US3,779,010和US2003/126856的教导,也说明了现有技术，其中每个专利公开了一种涡轮喷气发动机机舱，所述发动机机舱包括有活动罩和推力反向挡板的推力反向装置，所述活动罩的移动使用制动器来控制。

发明内容

本发明的一个目的是解决上文所定义的问题。

因此，本发明的一个目的是提出一种涡轮喷气发动机机舱，所述机舱配备有推力反向装置，所述装置通过可变喷嘴延伸，所述可变喷嘴具有适用于检测所述喷嘴截面变化的结构，所述装置被简化且有效地用于喷嘴和推力反向装置的致动动作。

还希望提供一种允许在凌乱且狭窄的环境中可靠控制喷嘴截面变化的机舱。

为此目的，本发明涉及一种涡轮喷气发动机机舱，包括：

-推力反向装置和用于所述推力反向装置的致动系统，所述装置包括至少一个活动罩，所述活动罩可平移地安装在基本上平行于所述机舱纵轴的方向上，能够在关闭位置和开启位置之间交替变化，在所述关闭位置，它可以确保所述机舱的空气动力学的连续性，在所述开启位置，它开启机舱中设计用于偏转气流的通道；以及

-至少一个气体喷嘴段，所述喷嘴段延伸了所述活动罩，并且包括至少一个喷嘴挡板，所述喷嘴挡板活动地安装在关闭位置和至少一个开启位置之间，在所述开启位置，所述喷嘴挡板开启朝向喷嘴外部的泄漏通道;

所述机舱的特征在于，所述喷嘴挡板枢转地安装在活动罩上，并且所述致动系统包括致动装置，所述致动装置由所述活动罩和所述喷嘴挡板共享，并且能在如下三个位置之间驱动所述活动罩的平移和所述喷嘴挡板的枢转：

-第一位置，称为空闲位置，其中，所述活动罩处于其关闭位置，并且所述喷嘴挡板处于其关闭位置;

-第二位置，称为喷嘴挡板的开启位置，其中，所述活动罩处于其关闭位置，并且所述喷嘴处于其开启位置，以及

-第三位置，称为活动罩的开启位置，其中，所述活动罩处于其开启位置，并且所述喷嘴挡板处于其关闭位置。

这样，本发明提出了在所述活动罩上可转动地铰接所述喷嘴挡板，从而使得相对于平移挡板对所述喷嘴截面适配的监控更加可靠，并且使用由所述活动罩和所述喷嘴挡板共享的致动装置，这使得可以使用相同的驱动装置来改变截面（控制喷嘴挡板的第二位置），并且可以展开所述推力反向装置（控制活动罩的第三位置）。

因此，本发明能够节省所述机舱重量，并通过联合致动装置限制体积，所述联合致动装置用于所述活动罩和所述喷嘴挡板，使得可以采用一个单独的控制线，而不采用现有技术中的两条控制线。

此外，有利地，与平移挡板相比，枢转的喷嘴挡板具有较低的阻塞风险。

根据一个特征，所述致动装置适用于驱动所述活动罩从其开启位置朝向其关闭位置移动，并且，接下来驱动所述喷嘴挡板从其关闭位置朝向其开启位置枢转，同时将所述活动罩保持在其关闭位置。

这样，活动罩的开启仅发生在喷嘴挡板被关闭时，以能够提高在直喷状态期间喷嘴的出口截面。

根据另一个特征，所述致动装置适用于驱动所述喷嘴挡板从其开启位置枢转到其关闭位置，并且接下来，驱动所述活动罩从其关闭位置向其开启位置平移，或将喷嘴挡板保持在其关闭位置。

这样，活动罩的开启仅发生在喷嘴挡板被关闭时，以能够使推力反向而不干扰喷嘴挡板。

在一个具体实施例中，所述推力反向装置包括前固定结构，如前框架结构，所述前固定结构支撑至少一个气流偏转装置，所述气流偏转装置容纳在处于其开启位置中的活动罩的内侧，所述致动装置被安装在所述第一固定结构上。

因此，所述致动装置被固定地安装在所述前固定结构上，以获得稳定的体系结构，使得能够应对在机舱中出现的多种机械约束。

有利地，所述机舱包括锁定装置，所述锁定装置用于将所述活动罩锁定在所述前固定结构上的其关闭位置，以能够将所述推力反向装置锁定在所述直喷位置，同时使得能够开启和关闭所述枢转喷嘴挡板。

在一个具体实施例中，所述喷嘴挡板可枢转地安装在所述活动罩的内壁上。

由于与空气动力学和监测所述枢转的喷嘴挡板的铰链相关的原因，此实施例是有利的。

根据本发明的一种可能，所述喷嘴挡板通过朝向所述喷嘴的外部枢转，从其关闭位置转换到其开启位置。

根据本发明的另一种可能性，所述致动装置包括直线致动器，该直线制动器中设置有中空体，在所述中空体内容纳有可平移的杆，所述活动杆穿过所述活动罩，并具有固定在喷嘴挡板上的自由端。

因此，所述致动装置使得采用相同的可平移杆既可以改变截面（控制所述喷嘴挡板），又可以展开所述推力反向装置（控制活动罩）。

根据本发明的其它有利特征，所述直线致动器的杆可在下述位置之间移动：

-第一位置，称为空闲位置，此时所述杆将所述活动罩控制在其关闭位置，并且将所述喷嘴控制在其关闭位置;

-第二位置，称为所述喷嘴挡板的开启位置，其中，所述杆相对于第一位置缩回到所述中空体的内部，所述杆将活动罩保持在其关闭位置，并且通过从所述第一位置转换到所述第二位置，控制所述喷嘴挡板朝向其开启位置枢转，以及

-第三位置，称为活动罩的开启位置，其中，所述杆相对于第一位置展开到中空体外，所述杆控制所述活动罩向其开启位置的平移运动，并且通过从所述第一位置转换到第三位置，将所述喷嘴挡板保持在其关闭位置。

因此，自所述第一空闲位置，所述致动装置使得可以执行截面的改变（通过缩回所述杆，同时保持所述罩关闭来控制所述喷嘴挡板），并且展开所述推力反向装置（在所述喷嘴挡板保持关闭且与所述罩在下游方向交互移动时，通过展开或移开所述杆来控制所述活动罩）。

根据一个特征，所述中空体被固定在前固定结构上。

附图说明

参考附图，通过阅读下面的一个非限制性示例实施例的描述，本发明的其它特征和优点将体现出来，其中：

-图1是根据本发明的机舱的局部示意图，所述机舱处于所述活动罩和所述喷嘴挡板都被关闭的第一位置，其中，示出了所述罩和喷嘴挡板的致动装置;

-图2是在第一位置的图1中的机舱的纵向截面的局部示意图，其中，示出了所述叶栅叶片;

-图3是图1中的机舱的纵向截面的局部示意图，所述机舱处于所述活动罩关闭和所述喷嘴挡板开启的第二位置，其中，示出了所述罩和所述喷嘴挡板的驱动装置;

-图4是图3的机舱处于第二位置的纵向截面的局部示意图，其中，示出了叶栅叶片;

-图5是图1的机舱的纵向截面的局部示意图，所述机舱处于所述活动罩开启和所述喷嘴挡板关闭的第三位置，其中，示出了所述罩和喷嘴挡板的驱动装置;

-图6是图5的机舱处于第三位置的纵向截面的局部示意图，其中，示出了叶栅叶片。

具体实施方式

在一般情况下，机舱被设计为构成管状壳体，用于容纳双流涡轮喷气发动机，并用于引导气流，所述气流由所述风扇的叶片产生，即，通过燃烧室的热气流（称为一次流）和在涡轮喷气发动机外面循环的冷气流（二次流）。

所述机舱包括形成进气口的上游段、包围所述涡轮喷气发动机风扇的中间段1和下游段2，所述下游段延伸了所述中间段1并且包围所述涡轮喷气发动机。图1至图6示出了所述中间段1的一部分和所述下游段2的一部分。

在此处所描述的双流涡轮喷气发动机的情况下，所述下游段2包括外部结构20和内部发动机整流罩结构21，所述内部发动机整流罩结构21与外部结构体20限定了涵道22，所述涵道22设计成用于冷气流或二次流的循环，所述气流由在图2和4中的箭头FS示出。

所述外部结构20包括推力反向装置3，所述推力反向装置3集成了：

-活动罩30，所述活动罩30包括护罩或外壁31和内部护罩或内壁32，以及

-偏转装置33，所述装置33用于偏转由叶栅叶片组件34形成的气流。

外部结构20还包括：

-前固定结构4，所述前固定结构4由前框架结构构成；以及

-喷嘴段5。

所述外罩30被设计成在机舱的基本上纵向方向中的两个极限位置之间的动作：

-关闭位置（在图1至图4中示出，称为直接喷射位置），其中所述内部护罩32与前框架4接触，并且所述外部护罩31与中间段1接触，并且对于在所述涵道22中的二次流FS的情况，提供了所述下游段2的外轮廓的空气动力学的连续性;

-开启位置（在图5和6中示出，称为反向喷射位置），其中，它在所述机舱中开启一个通道，暴露出所述偏转装置33。

所述罩30允许涡轮喷气发动机的二次流FS至少部分地逃逸，所述部分气流称为偏转流，在图6中以箭头FD表示，由叶栅叶片34重新定向到所述机舱的前方，从而产生反向推力，使飞行器制动。所述活动罩30相对于固定结构的引导由本领域技术人员已知的导轨/滑动系统来完成（图中未示出）。

所述叶栅叶片34在上游由前框架结构4支撑，并在其开启位置被容纳在所述活动罩30的内部。所述叶栅叶片34在下游也可以由后框架结构40支撑。在一个未示出的可选方案中，所述叶栅叶片34是自支撑类型的，并且因而仅通过前框架结构4支撑而不由后框架结构支承。

为了增加偏转气流FD（作为提示，其对应于穿过所述叶栅34的部分二次流），并且因此增加所述反向推力，所述罩30的内部护罩32包括多个分布在其周边的推力反向挡板35，并且每一个都通过一端围绕铰链销轴，枢转地安装在两个极限位置之间：

-缩回位置（在图1至图4中示出），该位置与所述罩30的关闭位置一致，其中，所述推力反向挡板35被折叠紧靠罩30，以关闭所述叶栅叶片34的进入开口，确保所述涵道22的内部空气动力学的连续性;以及

-展开位置（示于图5和图6），该位置与外罩30的开启位置相一致（推力反向或反向喷射的情况），其中，所述推力反向器35至少部分地堵塞所述涵道22，以便使二次流FS向叶栅叶片34偏转。

此外，在活动罩30的下游延伸的喷嘴部5包括一系列的喷嘴挡板50，所述喷嘴挡板50可转动地安装在所述活动罩30的下游端，并分布在喷嘴段5的周边。

每个喷嘴挡板50可转动地安装在两个极限位置之间：

-关闭位置（在图1，2，5和6中示出），其中，喷嘴挡板50被折叠紧靠所述喷嘴段5，以关闭朝向所述喷嘴5的外部的泄漏通道51，提供所述涵道22的内部空气动力学的连续性;以及

-开启位置（在图3和图4中示出），其中，所述喷嘴挡板50开启朝向喷嘴5的外部的泄漏通道51，从而将涵道22与外部连通，以建立由在图4中的箭头FF所示的泄漏流，从而增加喷嘴5的截面。

每个喷嘴挡板50借助于枢转链接52由活动罩30支撑，所述枢转链接52沿垂直于所述机舱纵向的轴线，位于所述活动罩30的内部护罩32和喷嘴挡板50之间。因而，每个喷嘴挡板50被枢转地安装在所述活动罩30的所述内部护罩32上。

此外，每个喷嘴挡板50通过枢转到喷嘴5的外部，从关闭位置切换到其开启位置。换言之，每个喷嘴挡板50在其占据其开启位置时，从所述喷嘴向外突出。

此外，机舱包括致动装置6，所述致动装置6能够驱动所述罩30的平移运动和喷嘴挡板50的枢转；这些致动装置6由罩30和定位在罩30的延伸部分的喷嘴挡板50共享。

这些致动装置6包括至少一个电动、液压或气动的简单直线运动致动器60。这种致动器60可被设置在叶栅叶片34的两个纵向紧固线之间。

所述致动器60在改变所述喷嘴5的截面的阶段，能够使所述罩30自所述机舱向上游或下游运动，并确保所述喷嘴5的板50枢转。这种致动器60从而有利地执行两种功能，即管理所述喷嘴挡板50的转动，并通过控制所述活动罩30来管理反向推力。

更具体地，所述致动器60包括中空体61，在所述中空体61内容纳有可平移的杆62。所述中空体61在其上游端部处被附接到所述前框架结构4，而所述杆62在其下游自由端处被附接到喷嘴挡板50，从而，所述杆62穿过活动罩30和可选的后框架结构40的上游端，固定到喷嘴挡板50上。

可选地，也有可能考虑以下相反的解决方案：在平移和旋转方向被固定的螺纹杆和中空管，所述中空管在其一端连接到所述挡板，而在其另外一端通过螺母连接到所述螺纹杆。

为管理所述喷嘴挡板50的枢转和所述活动罩30的平移运动，所述致动器60的杆62可以在下列位置间移动：

-第一位置，称为空闲位置（在图1和图2中示出），其中，所述杆62将所述活动罩30控制在其关闭位置，并且将所述喷嘴挡板50控制在其关闭位置;

-第二位置，被称为喷嘴挡板50的开启位置（在图3和图4中示出），其中，所述杆62相对于所述第一位置缩回到中空体61的内部，所述杆62将活动罩30保持在其关闭位置，并通过从所述第一位置转到第二位置，命令所述喷嘴挡板50朝其开启位置枢转;以及

-第三位置，被称为活动罩30的开启位置（在图5和6中示出），其中，杆62相对于第一位置被展开到中空体61的外部，在从所述第一位置转到第三位置时，所述杆62控制所述运动罩30向其开启位置的平移运动，同时将所述喷嘴挡板50保持在其关闭位置。

因此，从第一空闲位置开始，足以进行：

-缩回杆62（如在图3中以箭头R所图示的），以开启所述喷嘴挡板50，所述喷嘴挡板50绕其枢轴铰点52朝向外部枢转，而不影响活动罩30，所述活动罩30保持关闭;

-伸展杆62（如在图5中以箭头D所图示的），以开启所述活动罩30，所述活动罩30向所述下游方向平移，而不会影响喷嘴挡板50，所述喷嘴挡板50保持关闭。

有利地，所述机舱包括锁定装置（未示出），所述锁定装置用于将所述活动罩30锁定在前固定结构4中的其关闭位置，使这些锁定装置在上述所述杆62的第一位置和第二位置中被激活，并且在所述杆62从第一位置移动到所述第三位置时被停用。

当然，上面描述的示例实施例中决不是限制性的，并且可以进行有助于所述机舱的其他的改进和细化而不超出本发明的范围，其中例如可以使用其它形式的偏转装置。

Claims (10)

1.一种涡轮喷气发动机机舱，包括：

-推力反向装置（3）和用于所述推力反向装置（3）的致动系统，所述推力反向装置包括至少一个活动罩（30），所述活动罩（30）能够平移地安装在基本上平行于所述机舱的纵轴的方向上，能够在关闭位置和开启位置之间转换，在所述关闭位置中，它确保所述机舱的空气动力学连续性，并且在所述开启位置中，它在所述机舱中开启设计为用于偏转气流（FD）的通道，以及

-至少一个用于气体的喷嘴段（5），所述喷嘴段（5）延伸了所述活动罩（30），并且包括至少一个喷嘴挡板（50），所述喷嘴挡板（50）活动地安装在关闭位置和至少一个开启位置之间，在所述开启位置中，所述喷嘴挡板（50）开启朝向所述喷嘴外部的泄漏通道（51）;

所述机舱的特征在于，所述喷嘴挡板（50）被枢转地安装在可动罩（30）上，并且所述致动系统包括致动装置（6），所述致动装置（6）在所述活动罩（30）和所述喷嘴挡板（50）之间共享，并且能够在下列三个位置之间驱动所述活动罩（30）的平移运动和所述喷嘴挡板（50）的枢转：

-第一位置，称为空闲位置，其中，所述活动罩（30）处于其关闭位置，并且所述喷嘴挡板（50）处于其关闭位置;

-第二位置，称为所述喷嘴挡板（50）的开启位置，其中，所述活动罩（30）处于其关闭位置，而所述喷嘴（50）处于其开启位置；以及

-第三位置，称为活动罩（30）的开启位置，其中，所述活动罩（30）处于其开启位置，而所述喷嘴挡板（50）处于其关闭位置。

2.根据权利要求1所述的机舱，其中，所述致动装置（6）适用于驱动所述活动罩（30）从其开启位置向其关闭位置平移，并且接下来驱动所述喷嘴挡板（50）从其关闭位置向其开启位置枢转，同时将所述活动罩（30）保持在其关闭位置。

3.根据权利要求1或2所述的机舱，其中，所述致动装置（6）适用于驱动所述喷嘴挡板（50）从开启位置枢转到其关闭位置，并且接下来驱动所述活动罩（30）从其关闭位置向其开启位置平移运动，或将所述喷嘴挡板（50）保持在其关闭位置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述推力反向装置（3）包括前固定结构（4），例如前框架结构，所述前固定结构（4）支撑至少一个气流偏转装置（33），在其开启位置，所述气流偏转装置（33）容纳在所述活动罩（30）内部，所述致动装置（6）被安装在所述第一固定结构（4）上。

5.根据权利要求4所述的机舱，还包括锁定装置，所述锁定装置用于将所述活动罩（30）锁定在所述前固定结构上的其关闭位置（4）中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述喷嘴挡板（50）枢转地安装在所述活动罩（30）的内壁（32）上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述喷嘴挡板（50）通过朝向喷嘴外部枢转，从其关闭位置转换到其开启位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的机舱，其中，所述致动装置（6）包括直线致动器（60），所述直线致动器（60）设置有中空体（61），在所述中空体（61）内部容纳有能够平移的杆（62），所述活动杆（62）穿过所述活动罩（30）并且具有固定在所述喷嘴挡板（50）上的自由端。

9.根据权利要求8所述的机舱，其中，所述直线致动器（60）的所述杆（62）可在下列位置间运动：

-第一位置，称为空闲位置，此时所述杆（62）将活动罩（30）控制在其关闭位置，并且将喷嘴（50）控制在其关闭位置;

-第二位置，称为喷嘴挡板（50）的开启位置，其中，所述杆（62）相对于第一位置缩回到中空体（61）内，所述杆（62）将活动罩（30）保持在其关闭位置，并通过从所述第一位置转换到所述第二位置，控制所述喷嘴挡板（50）向其开启位置枢转；以及

-第三位置，称为所述活动罩（30）的开启位置，其中，所述杆（62）相对于第一位置被展开到中空体（61）的外部，所述杆（62）控制所述活动罩（30）向其开启位置的平移运动，并且通过从所述第一位置转换到所述第三位置，将所述喷嘴挡板（50）保持在其关闭位置。

10.根据权利要求4与权利要求8或9结合的机舱，其中，所述中空体（61）固定在所述前固定结构（4）上。

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