CN104943530A - 发动机核心舱的通风冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机核心舱的通风冷却装置。发动机包括核心舱和外涵，所述外涵包括外涵外壁和外涵内壁，所述外涵内壁设有多个进风孔。其中所述通风冷却装置设置在所述外涵内壁上，并能够被调节从而控制经由所述进风孔进入所述核心舱的气流量。通风冷却装置能够在第一工作位置、第二工作位置以及中间工作位置之间切换，从而根据环境需要对所述核心舱进行冷却。本发明的通风冷却装置能够有效对核心舱进行通风冷却，满足高温工作状态下舱内管路及附件的温度要求，同时能够使得通风冷却装置对外涵的气动性能影响较小，减小巡航损失。

Description

发动机核心舱的通风冷却装置

技术领域

本发明涉及飞行设备，具体涉及飞机发动机。

背景技术

发动机核心舱包容了发动机核心机、机匣、以及各种发动机附件。发动机工作时通过机匣向核心舱传递大量热量，如果热量不能及时散去或者迅速聚集，则会导致舱内的管路及附件不能正常工作，甚至引发火灾，核心舱通风冷却系统一方面能够冷却装载在发动机机匣上的各类附件和机匣本身，另一方面能够保证舱内部空气的流通，从而防止可燃性气体在舱内的聚集，消除火灾隐患。因此，核心舱通风冷却技术对保证发动机外部管路及附件正常工作，降低火灾发生可能性具有重要意义。

目前民用涡扇发动机核心舱通风冷却引气形式主要有引气孔引气和风斗引气两种。其中引气孔引气流量小，对外涵气动性能影响也较小，风斗引气效率高，在相同的引气面积情况下，风斗引气量约为引气孔的3.6倍左右，但对外涵气动性能影响较大，因此需要综合评估外涵气动性能和冷却效果来确定引气形式。

然而，对于民用涡扇发动机而言，目前核心舱通风冷却技术的冷却气流都来自外涵，单纯采用开设在外涵内壁上的引气孔引气对外涵气动性能影响较小，但很难满足高温高原起飞状态下各管路附件的温度要求，仅采用风斗引气能够满足高温高原起飞状态的温度要求，但对外涵气动性能较大，且在巡航状态下由于外部环境温度非常低，不需要很大的引气量也能够满足舱内附件的温度要求，这就造成巡航状态下外涵多余的气动损失。

图14示出现有技术中采用风斗来对发动机核心舱进行通风冷却的结构示意图。如图14所示，现有技术的风斗是开设在外涵内壁上的固定风斗，通过风斗的引流作用将外涵气体引入核心舱，但由于风斗的引气量不可调节，因此在需要较少冷却气流的巡航状态下造成上述外涵多余的气动损失。

因此，不同飞机飞行状态下，发动机在能够满足通风冷却的要求的前提下减小外涵气动损失成为目前核心舱通风冷却关注的重点之一。

发明内容

本发明的目的是在能够有效对核心舱进行通风冷却，满足高温工作状态下舱内管路及附件的温度要求下，同时能够使得通风冷却装置对外涵的气动性能影响较小，减小巡航损失。

为此，本发明提供了一种发动机核心舱的通风冷却装置，所述发动机包括核心舱和外涵，所述外涵包括外涵外壁和外涵内壁，所述外涵内壁设有多个进风孔，其特征在于，

所述通风冷却装置设置在所述外涵内壁上，并能够被调节从而控制经由所述进风孔进入所述核心舱的气流量；

所述通风冷却装置具有引气孔、进风口和进风口调节机构，所述进风口调节机构用于调节所述进风口的大小，从而使得所述通风冷却装置能够在第一工作位置、第二工作位置以及中间工作位置之间切换；

在所述第一工作位置，所述进风口被关闭，气流经由所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却；

在所述第二工作位置，所述进风口完全打开，气流同时经由所述进风口和所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却；以及

在所述中间工作位置，所述进风口部分打开，气流同时经由所述进风口和所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却。

较佳地，所述通风冷却装置的数量为3～6个，并且周向均匀分布在所述外涵内壁上。

较佳地，所述进风口调节机构包括风斗上板、风斗中板、风斗下板以及驱动机构，所述风斗上板铰接至所述风斗中板的一端，所述风斗中板的另一端铰接至所述风斗下板的一端，所述风斗下板的另一端固定在所述外涵内壁上，以及所述驱动机构能够驱动所述风斗上板运动，并进而带动所述风斗中板围绕所述风斗下板转动，使得所述通风冷却装置能够在第一工作位置、第二工作位置以及中间工作位置之间切换。

较佳地，所述驱动机构为作动筒，所述作动筒固定在所述外涵内壁上且所述作动筒的作动杆经由连杆与所述风斗上板连接，使得所述作动杆的伸缩运动能够带动所述风斗上板运动，并进而带动所述风斗中板围绕所述风斗下板转动，使得所述通风冷却装置能够在第一工作位置、第二工作位置以及中间工作位置之间切换。

较佳地，所述风斗上板由风斗上顶板、风斗上左侧板以及风斗上右侧板构成，且所述风斗中板由风斗中顶板、风斗中左侧板以及风斗中右侧板构成；所述风斗上顶板、所述风斗上左侧板、所述风斗上右侧板以及所述风斗中顶板、所述风斗中左侧板、所述风斗中右侧板共同构成进风通道；其中所述风斗上顶板和所述风斗中顶板构成所述进风通道的顶壁，所述风斗上左侧板、所述风斗上右侧板以及所述风斗中左侧板、所述风斗中右侧板共同构成所述进风通道的侧壁；所述风斗上板和所述风斗中板的形状做成使得在所述通风冷却装置从所述第一工作位置转换到所述第二工作位置期间，所述进风通道的侧壁无缺口，从而避免冷却气流泄漏。

较佳地，所述风斗上板设有滑槽，所述驱动机构为作动筒，所述作动筒的作动杆经由连杆与所述风斗上板连接，所述连杆的一端与所述作动杆铰接，另一端设有滑块，所述滑块能够在所述滑槽内滑动，从而所述作动杆的伸缩运动能够带动所述风斗上板运动，并使得所述风斗上板在运动过程中始终保持水平状态。

较佳地，所述滑块为细长型滑块，所述滑槽为细长型槽，所述细长型滑块与所述细长型槽的短边尺寸相同，且所述细长型滑块的长边尺寸大于所述细长型槽的长边尺寸。

较佳地，所述细长型为椭圆型或长方形。

较佳地，所述引气孔设置在所述风斗上顶板上。

较佳地，所述风斗中板与所述风斗下板之间的角度大小为α，其中，0°≤α≤45°。

较佳地，所述风斗上板通过转动销一与所述风斗中板的一端铰接，所述风斗中板的另一端通过转动销二与所述风斗下板铰接。

较佳地，所述转动销二距所述外涵的进口轴向距离与核心舱轴向长度之比为0.5%～2%。

更佳地，所述转动销二距所述外涵的进口轴向距离与核心舱轴向长度之比为1%～1.5%。

较佳地，所述进风通道的当量直径≤引气孔的直径≤所述进风通道的当量直径的2倍。

本发明的通风冷却装置能够根据不同的飞行状态，调节进入核心舱的冷却气流大小，满足核心舱内的管路及附件的温度要求，同时降低发动机巡航损失，减小风斗对外涵的影响。

附图说明

图1示出涡扇发动机核心舱的通风冷却示意图，图中箭头表示气流流向；

图2是设有本发明的通风冷却装置的外涵的立体图，其中通风冷却装置处于打开状态；

图3是图2所示本发明的通风冷却装置的侧视图；

图4是根据本发明的一实施例的通风冷却装置的立体图，其中通风冷却装置处于完全打开的第一工作位置；

图5是根据本发明的一实施例的通风冷却装置的不同视角的另一立体图，其中通风冷却装置处于完全打开的第一工作位置；

图6是根据本发明的一实施例的通风冷却装置的不同视角的又一立体图，其中通风冷却装置处于完全打开的第一工作位置；

图7是根据本发明的一实施例的通风冷却装置的侧视图，其中通风冷却装置处于完全打开的第一工作位置；

图8是沿图7中A-A剖切的剖视图；

图9沿图7中B-B剖切的剖视图；

图10是根据本发明的一实施例的通风冷却装置的立体图，其中通风冷却装置处于完全关闭且仅通过引气孔通风冷却的第二工作位置；

图11是根据本发明的一实施例的通风冷却装置的又一立体图，其中通风冷却装置处于完全关闭且仅通过引气孔通风冷却的第二工作位置；

图12是根据本发明的一实施例的通风冷却装置的正视图，其中通风冷却装置处于完全关闭且仅通过引气孔通风冷却的第二工作位置；

图13是设有本发明的通风冷却装置的外涵的立体图，其中通风冷却装置处于关闭状态；以及

图14是现有技术中用于对发动机核心舱进行冷却的风斗的结构示意图。

附图标记说明：

0.外涵进口端面；1.短舱外罩；2.通风冷却装置；3.外涵外壁；4.外涵内壁；5.核心机罩；6.外涵喷管出口；7.核心舱；8.外涵流道；9.短舱；2A通风冷却装置Ⅰ，2B通风冷却装置Ⅱ，2C通风冷却装置Ⅲ，2D通风冷却装置Ⅳ；10.作动筒支架；11.铆钉；12.作动筒；13.风斗上左侧板；14.风斗上右侧板15.风斗上板；151.风斗上顶板；16.风斗中板；161.风斗中顶板；162.风斗中左侧板；163.风斗中右侧板；17.转动销一；18：转动销二；19.铆钉；20.风斗下板；21.连杆；22.滑块；23.滑块槽；24.轴Ⅰ；25.轴Ⅱ；26.套筒Ⅰ；27.套筒Ⅱ；28.轴Ⅱ；29.螺母；30.套筒Ⅲ；31.套筒Ⅳ；32.引气孔；40.进风通道。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。附图中，相同的元件用相同或相似的附图标记来标示。

图1和图2分别示出涡扇发动机核心舱的通风冷却示意图以及设有本发明的通风冷却装置2的核心舱7。如图1和2所示，发动机包括核心舱7和外涵（3、4、6、8），外涵包括外涵外壁3和外涵内壁4，外涵内壁4设有多个进风孔，多个通风冷却装置2分别设置在外涵内壁4上，位于进风孔处，并能够被调节从而控制经由所述进风孔进入核心舱7的外界气流量。外界气流在对核心舱中的各种管线以及成附件等进行冷却后排出。较佳地，保证冷却气流能够对整个核心舱进行通风冷却，通风冷却装置2的数量为3～6个，并且周向均匀分布在所述外涵内壁3上。具体地，根据舱内温度要求而定，一般4个为宜。通风冷却装置2在周向上的位置可根据发动机核心舱内管路、附件的布局以及舱内的温度要求来确定，一般将通风冷却装置2布置在温度要求较高的位置，可保证此处能够充分冷却。

图3-12示出根据本发明的一实施例的通风冷却装置的结构示意图。如图3-12所示，通风冷却装置2包括进风口调节机构。该进风口调节机构包括风斗上板15、风斗中板16、风斗下板20以及作动筒12，作动筒12为整个通风冷却装置2的驱动机构。风斗上板15通过转动销一17铰接至风斗中板16的一端，风斗中板的另一端通过转动销二18铰接至风斗下板16的一端，风斗下板16的另一端固定在外涵内壁3上。

风斗上板15由风斗上顶板151、风斗上左侧板13以及风斗上右侧板14构成，风斗上顶板151、风斗上左侧板13以及风斗上右侧板14可以一体成型，也可以是将风斗上左侧板13和风斗上右侧板14焊接到风斗上顶板151而形成。

类似地，风斗中板16由风斗中顶板161、风斗中左侧板162以及风斗中右侧板163构成，风斗中顶板161、风斗中左侧板162以及风斗中右侧板163可以一体成型，也可以是将风斗中左侧板162和风斗中右侧板163焊接到风斗中顶板161而形成。

所述风斗上顶板151、所述风斗上左侧板13、所述风斗上右侧板14以及所述风斗中顶板161、所述风斗中左侧板162、所述风斗中右侧板163共同构成进风通道40。其中，风斗上顶板151和所述风斗中顶板161构成所述进风通道40的顶壁，所述风斗上左侧板13、所述风斗上右侧板14以及所述风斗中左侧板162、所述风斗中右侧板163共同构成所述进风通道的侧壁。风斗上左侧板13和风斗上右侧板14中，分别与风斗中左侧板162和风斗中右侧板163配合的部分之间的距离比所述风斗中左侧板162和风斗中右侧板163之间的距离要小，从而在通风冷却装置2从所述第一工作位置转换到所述第二工作位置期间，风斗中左侧板162和风斗中右侧板163始终分别套在风斗上左侧板13和风斗上右侧板14上，使得所述进风通道的侧壁无缺口，从而避免冷却气流泄漏。

在风斗上顶板151上设有引气孔32，引气孔32的大小设置成使得进风通道的当量直径≤引气孔的直径≤进风通道的当量直径的2倍。当发动机核心舱内需要较小引气量时，例如经济巡航状态下，飞行高度高，环境温度低，可关闭进风通道，此时仅依靠引气孔32来引气。由此，一方面防止引气量过大造成舱内某些装置过渡冷却不能正常工作，另一方面降低发动机巡航损失，减小风斗对外涵的影响。

风斗下板20为板状件，其一端固定在外涵内壁上，另一端经由转动销二18与风斗中板16可转动连接。转动销二18距所述外涵的进口轴向距离L与核心舱轴向长度S之比为0.5%～2%。更佳地，转动销二18距所述外涵的进口轴向距离L与核心舱轴向长度S之比为1%～1.5%。

较佳地，风斗中板16绕风斗下板20转动的角度α范围为0°≤α≤45°。发动机在高温高原起飞状态下，调节α=45°，采用进风通道40引气，确保足够的引气量对核心舱进行通风冷却，在巡航安装状态下，将进风通道关闭，即调节α=0°，采用引气孔32引气，减小发动机巡航损失。在其他飞行状态，根据发动机核心舱内所需的引气量，调节风斗中板与风斗下板之间的角度α，控制冷却气流进气面积，外涵冷却气流经风斗进口进入核心舱，对舱内进行通风冷却。

作动筒12设有作动杆121，作动杆121经由连杆21与风斗上板15连接，从而作动筒12能够根据来自飞机控制系统的指令，驱动所述风斗上板15运动，并进而带动所述风斗中板16围绕所述风斗下板20转动，使得所述通风冷却装置2能够在第一工作位置、第二工作位置以及中间工作位置之间切换。在所述第一工作位置，进风通道40的进风口被关闭，气流经由引气孔32进入核心舱7，以对所述核心舱7进行冷却。在所述第二工作位置，所述进风口完全打开，气流同时经由所述进风口和所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却。在所述中间工作位置，所述进风口部分打开，气流同时经由所述进风口和所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却。

一优选实施例中，如图6-9所示，风斗上板15设有滑槽23，作动筒12的作动杆121经由连杆21与风斗上板15连接，从而作动杆121的伸缩运动能够带动风斗上板15运动，并使得风斗上板15在运动过程中始终保持水平状态，从而确保冷却气流不会从风斗上板15上的引气孔32泄漏。

具体地，如图9所示，连杆21的一端经由销轴25、螺母29、套筒Ⅲ30和套筒Ⅳ31与作动杆121固定连接。另一端经由滑动机构与风斗上板的滑槽23可滑动连接。如图8所示，该滑动机构由滑块22、轴Ⅰ24、螺母29、套筒Ⅰ26、套筒Ⅱ27构成，其中，滑块22能够在滑槽23内滑动。

滑块22通过轴I24、螺母29、套筒II27与连杆21固定。滑块22为细长型滑块，其长边与发动机轴线平行，而滑槽23也为细长型槽，细长型槽的短边与滑块22的短边尺寸相同，长边比滑块22的长边尺寸大，滑块22可以在滑槽23内沿槽的长轴方向滑动，如图7所示。则当作动杆121伸缩时，可带动连杆21伸缩，由于滑块22与连杆21固定连接，则滑块22在保持其长轴沿发动机轴向的前提下实现位置调节，进而带动滑槽23在保持其长轴沿发动机轴向的前提下实现位置调节。从而可确保风斗上板15在运动过程中始终保持水平状态、即平行于发动机轴线的状态。本领域的技术人员应理解，上述细长型可以是椭圆形、长方形等，只要滑槽23与滑块22的短边尺寸相同，滑槽23的长度大于滑块22的尺寸即可。

本发明的发动机核心舱的通风冷却装置中，能够根据发动机不同的工作状态，当核心舱内需要较大引气量时，调节该装置中进风通道的进风口大小，即调节风斗中板16和风斗下板20之间的α来调节进气量，从而满足发动机核心舱在不同环境下的冷却要求，同时降低发动机巡航损失，减小风斗对外涵的影响。

本发明创造的有益效果：

（1）高温高原起飞状态下，环境温度高，发动机核心舱采用风斗引气，引入大量冷却气流，能够对核心舱进行充分冷却，满足舱内管路及附件的温度要求；

（2）经济巡航状态下，飞行高度高，环境温度低，关闭风斗，引气形式从风斗引气转换为引气口引气，一方面防止引气量过大造成舱内某些装置过渡冷却不能正常工作，另一方面降低发动机巡航损失，减小风斗对外涵的影响；

（3）在飞机飞行其他状态，根据飞行环境温度调节风斗的闭合程度，一方面保证有足够的引气量对核心舱进行冷却，另一方面降低发动机巡航损失。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (14)

1.一种发动机核心舱的通风冷却装置，所述发动机包括核心舱和外涵，所述外涵包括外涵外壁和外涵内壁，所述外涵内壁设有多个进风孔，其特征在于，

所述通风冷却装置设置在所述外涵内壁上，并能够被调节从而控制经由所述进风孔进入所述核心舱的气流量；

所述通风冷却装置具有引气孔、进风口和进风口调节机构，所述进风口调节机构用于调节所述进风口的大小，从而使得所述通风冷却装置能够在第一工作位置、第二工作位置以及中间工作位置之间切换；

在所述第一工作位置，所述进风口被关闭，气流经由所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却；

在所述第二工作位置，所述进风口完全打开，气流同时经由所述进风口和所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却；以及

在所述中间工作位置，所述进风口部分打开，气流同时经由所述进风口和所述引气孔进入所述核心舱，以对所述核心舱进行冷却。

2.根据权利要求1所述的通风冷却装置，其特征在于，所述通风冷却装置的数量为3～6个，并且周向均匀分布在所述外涵内壁上。

3.根据权利要求1所述的通风冷却装置，其特征在于，所述进风口调节机构包括风斗上板、风斗中板、风斗下板以及驱动机构，所述风斗上板铰接至所述风斗中板的一端，所述风斗中板的另一端铰接至所述风斗下板的一端，所述风斗下板的另一端固定在所述外涵内壁上，以及所述驱动机构能够驱动所述风斗上板运动，并进而带动所述风斗中板围绕所述风斗下板转动，使得所述通风冷却装置能够在所述第一工作位置、所述第二工作位置以及所述中间工作位置之间切换。

4.根据权利要求3所述的通风冷却装置，其特征在于，所述驱动机构为作动筒，所述作动筒固定在所述外涵内壁上且所述作动筒的作动杆经由连杆与所述风斗上板连接，使得所述作动杆的伸缩运动能够带动所述风斗上板运动，并进而带动所述风斗中板围绕所述风斗下板转动，使得所述通风冷却装置能够在所述第一工作位置、所述第二工作位置以及所述中间工作位置之间切换。

5.根据权利要求3所述的通风冷却装置，其特征在于，

所述风斗上板由风斗上顶板、风斗上左侧板以及风斗上右侧板构成，且所述风斗中板由风斗中顶板、风斗中左侧板以及风斗中右侧板构成；

所述风斗上顶板、所述风斗上左侧板、所述风斗上右侧板以及所述风斗中顶板、所述风斗中左侧板、所述风斗中右侧板共同构成进风通道；其中

所述风斗上顶板和所述风斗中顶板构成所述进风通道的顶壁，所述风斗上左侧板、所述风斗上右侧板以及所述风斗中左侧板、所述风斗中右侧板共同构成所述进风通道的侧壁；

所述风斗上板和所述风斗中板的形状做成使得在所述通风冷却装置从所述第一工作位置转换到所述第二工作位置期间，所述进风通道的侧壁无缺口，从而避免冷却气流泄漏。

6.根据权利要求5所述的通风冷却装置，其特征在于，所述风斗上板设有滑槽，所述驱动机构为作动筒，所述作动筒的作动杆经由连杆与所述风斗上板连接，所述连杆的一端与所述作动杆铰接，另一端设有滑块，所述滑块能够在所述滑槽内滑动，从而所述作动杆的伸缩运动能够带动所述风斗上板运动，并使得所述风斗上板在运动过程中始终保持水平状态。

7.根据权利要求6所述的通风冷却装置，其特征在于，所述滑块为细长型滑块，所述滑槽为细长型槽，所述细长型滑块与所述细长型槽的短边尺寸相同，且所述细长型滑块的长边尺寸大于所述细长型槽的长边尺寸。

8.根据权利要求7所述的通风冷却装置，其特征在于，所述细长型为椭圆型或长方形。

9.根据权利要求5所述的通风冷却装置，其特征在于，所述引气孔设置在所述风斗上顶板上。

10.根据权利要求9所述的通风冷却装置，其特征在于，所述风斗中板与所述风斗下板之间的角度大小为α，其中，0°≤α≤45°。

11.根据权利要求3所述的通风冷却装置，其特征在于，所述风斗上板通过转动销一与所述风斗中板的一端铰接，所述风斗中板的另一端通过转动销二与所述风斗下板铰接。

12.根据权利要求11所述的通风冷却装置，其特征在于，所述转动销二距所述外涵的进口轴向距离与核心舱轴向长度之比为0.5%～2%。

13.根据权利要求11所述的通风冷却装置，其特征在于，所述转动销二距所述外涵的进口轴向距离与核心舱轴向长度之比为1%～1.5%。

14.根据权利要求5所述的通风冷却装置，其特征在于，所述进风通道的当量直径≤引气孔的直径≤所述进风通道的当量直径的2倍。