CN105626310B - 燃气涡轮发动机及组装其的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括用于在发动机的正推力模式中产生正推力和在发动机的反推力模式中产生反推力的可变节距风扇。发动机还包括围绕可变节距风扇的风扇罩，其中风扇罩形成用于由风扇产生的气流的旁通通道。风扇罩包括限定旁通通道的物理流动区域的后缘，以及构成为用于偏转接近后缘的气流的偏转装置，其中偏转装置构成为用于在发动机的反推力模式中工作。在发动机的正推力模式和发动机的反推力模式中，在后缘的旁通通道的物理流动区域保持相同。

Description

燃气涡轮发动机及组装其的方法

相关申请的交叉引用

该非临时申请按照35U.S.C.119(e)主张对在2014年11月21日提交的、名为″燃气涡轮发动机及组装其的方法″的美国临时专利申请编号62/083137的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。

技术领域

本公开的领域大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及具有便于允许可变节距风扇产生反推力的空气流偏转装置的燃气涡轮发动机。

背景技术

许多已知的燃气涡轮发动机具有导管风扇和布置为彼此流连通的芯部。风扇提供空气至芯部(“芯部流”)和围绕芯部的旁通管道(“旁通流”)。芯部压缩芯部流并且随后将其与燃料混合以用于点燃混合物以产生通过涡轮机的燃烧气体的流动。燃烧气体驱动涡轮机，其依次驱动风扇以产生芯部流和旁通流。

由于旁通流是用于发动机的推力源，一些已知的风扇具有叶片，对于该叶片节距可以改变以将风扇性能最优化。在那一点上，这些风扇可构造为使得叶片，在一个节距角下，产生导致正推力的方向向前的旁通流，并且，在另一俯仰角，产生导致反推力的方向向前的旁通流。然而，在这些公知的发动机中，旁通流的状态通常小于在两个方向的最优状态。同样地，对于具有可变节距风扇的燃气涡轮发动机，其将有益于改进旁通流的条件。

发明内容

在一个方面中，提供了一种具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括构造用于在发动机的正推力模式中产生正推力和在发动机的反推力模式中产生反推力的可变节距风扇。发动机还包括围绕可变节距风扇的风扇罩，其中风扇罩形成用于由风扇产生的空气流的旁通通道。风扇罩具有限定旁通通道的物理流动区域的后缘，以及构造用于偏转接近后缘的空气流的偏转装置，其中偏转装置构成用于在发动机的反推力模式中操作。在发动机的正推力模式和发动机的反推力模式中，在后缘处的旁通通道的物理流动区域保持相同。

在另一方面中，提供了一种组装具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机的方法。该方法包括提供芯部和提供与芯部流连通的可变节距风扇。风扇构造用于在发动机的正推力模式中产生正推力和在发动机的反推力模式中产生反推力。该方法还包括用芯部罩围绕芯部，并且用风扇罩围绕风扇。风扇罩具有限定由风扇罩形成的旁通通道的物理流动区域的后缘。该方法还包括将偏转装置联接到芯部罩和风扇罩中至少一者。偏转装置构成为在发动机的反推力模式中用于偏斜接近后缘的空气流，使得在后缘处的旁通通道的物理流动区域在发动机的正推力模式和发动机的反推力模式中保持相同。

在另一方面中，提供了一种具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括构造用于在发动机的正推力模式中产生正推力和在发动机的反推力模式中产生反推力的可变节距风扇。发动机还包括围绕可变节距风扇的风扇罩，其中风扇罩形成用于由风扇产生的空气流的旁通通道。风扇罩具有后缘和构成用于偏转接近后缘的空气流的阻流板。阻流板构成为在发动机的正推力模式中被收藏而在发动机的反推力模式中被展开，其中阻流板是风扇罩的严格地外部机构。

本发明的第一技术方案提供了一种具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机包括：可变节距风扇，其构成为用于在发动机的正推力模式中产生正推力和在发动机的反推力模式中产生反推力；风扇罩，其围绕可变节距风扇，其中，风扇罩形成用于由风扇产生的空气流的旁通通道，风扇罩包括：后缘，其限定旁通通道的物理流动区域；以及偏转装置，其构成为用于偏转后缘附近的空气流，偏转装置构成为用于在发动机的反推力模式中的操作，其中，在后缘处的旁通通道的物理流动区域在发动机的正推力模式和发动机的反推力模式中保持相同。

本发明的第二技术方案是，在第一技术方案中，偏转装置是阻流板。

本发明的第三技术方案是，在第二技术方案中，阻流板包括多个扰流板。

本发明的第四技术方案是，在第三技术方案中，阻流板还包括用于将扰流板中的相邻的一者联接在一起的连接件。

本发明的第五技术方案是，在第三技术方案中，阻流板包括波纹管装置，其与扰流板中的每一个关联，以用于在收藏状态与展开状态之间的扰流板中的每一个的过渡。

本发明的第六技术方案是，在第三技术方案中，扰流板构造用于展开，使得扰流板中的每一个延伸超出风扇罩的后缘。

本发明的第七技术方案是，在第三技术方案中，扰流板在径向方向上可展开。

本发明的第八技术方案是，在第三技术方案中，扰流板是可展开的，使得阻流板在向前方向上枢转打开。

本发明的第九技术方案是，在第三技术方案中，扰流板是可展开的，使得扰流板在向后方向上枢转打开。

本发明的第十技术方案是，在第一技术方案中，偏转装置包括多个空气喷射器。

本发明的第十一技术方案是，在第十技术方案中，所述空气射流是舱内空气射流。

本发明的第十二技术方案是，在第十技术方案中，所述空气射流是舱外空气射流。

本发明的第十三技术方案提供了一种装配具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机的方法，所述方法包括：提供芯部；提供与芯部流连通的可变节距风扇，其中，风扇构成为用于在发动机的正推力模式中产生正推力和在发动机的反推力模式中产生反推力；用芯部罩围绕芯部；用风扇罩围绕风扇，其中，风扇罩具有限定由风扇罩形成的旁通通道的物理流动区域的后缘；以及将偏转装置联接至芯部罩和风扇罩中的至少一者，其中，偏转装置构成为在发动机的反推力模式中用于偏转后缘附近的空气流，使得在后缘处的旁通通道的物理流动区域在发动机的正推力模式和发动机的反推力模式中保持相同。

本发明的第十四技术方案是，在第十三技术方案中，还包括提供偏转装置作为联接到风扇罩的阻流板。

本发明的第十五技术方案是，在第十四技术方案中，还包括提供具有多个扰流板的阻流板。

本发明的第十六技术方案是，在第十五技术方案中，还包括通过连接件将扰流板中的相邻者联接在一起。

本发明的第十七技术方案是，在第十五技术方案中，还包括将扰流板连接到风扇罩，使得当展开时扰流板中的每一个延伸超出风扇罩的后缘。

本发明的第十八技术方案是，在第十三技术方案中，还包括提供偏转装置为布置在风扇罩上的多个空气喷射器。

本发明的第十九技术方案是，在第十三技术方案中，还包括提供偏转装置为布置在芯部罩上的多个空气喷射器。

本发明的第二十技术方案提供了具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：可变节距风扇，其构成为用于在所述发动机的正推力模式中产生正推力和在所述发动机的反推力模式中产生反推力；风扇罩，其围绕所述可变节距风扇，其中，所述风扇罩形成用于由所述风扇产生的空气流的旁通通道，所述风扇罩包括：后缘；以及阻流板，其构成为用于偏转所述后缘附近的空气流，所述阻流板构成为用于在所述发动机的正推力模式中被收藏并且在所述发动机的反推力模式中被展开，其中所述阻流板是所述风扇罩的严格地外部机构。

附图说明

图1是在正推力模式中工作的燃气涡轮发动机的概略图；

图2是在反推力模式中工作的图1所示的燃气涡轮发动机的概略图；

图3是图1所示的并且构成为用于正推力模式的燃气涡轮发动机的风扇罩的透视图；

图4是图3所示的风扇罩构造的后段的剖视图；

图5是图3所示的并且构造用于如在图2中所示的反推力模式的风扇罩的透视图；

图6是图5所示的风扇罩构造的后段的剖视图；

图7是在图1所示的并且构成为用于反推力模式的燃气涡轮发动机中使用的风扇罩的另一实施例的透视图；

图8是图7所示的风扇罩构造的后段的剖视图；

图9是在图1所示的并且构成为用于反推力模式的燃气涡轮发动机中使用的风扇罩的另一实施例的概略图；

图10是在图1所示的并且构成为用于反推力模式的燃气涡轮发动机中使用的风扇罩的另一实施例的概略图；

图11是在图1所示的并且构成为用于反推力模式的燃气涡轮发动机中使用的风扇罩的另一实施例的概略图；以及

图12是在图1所示的并且构成为用于反推力模式的燃气涡轮发动机中使用的风扇罩的另一实施例的概略图。

具体实施方式

以下具体实施方式借助于实例而非限制阐述了一种用于燃气涡轮发动机的气流偏转装置和装配该装置的方法。该描述应当清晰地允许本领域技术人员制造和使用该装置，并且该描述阐述了数个实施例，改编，变化，替换形式，以及该装置的使用，包括目前被认为是其最佳模式的。该装置在此描述为被用于优选实施例，即用于燃气涡轮发动机的反推力系统。然而，预计该装置和装配该装置的方法在除用于燃气涡轮发动机的推力反向系统外的广泛范围的系统和/或各种商用的、工业的、和/或消费应用中具有普遍应用。

图1和2是燃气涡轮发动机100的示意图，其具有布置为沿发动机100的中心线轴线106彼此流动连通的风扇102和芯部104。风扇102提供空气至芯部104，其依次产生为驱动风扇102的涡轮供能以产生用于发动机100的推力的燃烧气体。风扇102是可变节距风扇，指的是其叶片108的节距可选择性地改变来产生用于发动机100的正推力或反推力。风扇罩110围绕风扇102以限定绕芯部104的旁通通道112，并且风扇罩110包括环境空气流偏转装置(例如，阻流板114)。

当发动机100在其正推力模式(图1)时，空气流通过旁通通道112的前方进口116进入旁通通道112，并通过旁通通道112的后方出口118离开旁通通道112(即，在从前向后方向上空气流动穿过旁通通道112)。另一方面，当发动机100在其反推力模式(图2)时，前方进口116变为前方出口120，并且后方出口118变为后方进口122。同样地，空气从后方进口122流入旁通通道112，并且空气通过前方出口120离开旁通通道112(即，空气在从后向前方向上流动通过旁通通道112)。

如在下文中更详细地描述，阻流板114据称在发动机100的正推力模式中被收藏。然而，在发动机100的反推力模式中，阻流板114据称被展开使得阻流板114在径向方向124偏转环境空气流以便于为环境空气流提供围绕其转动的较宽的半径，当通过后方进口122进入旁通通道112时转动，增加旁通通道112的有效流动区域。同样地，阻流板114有利于以更受控制和稳定的方式提供更大量的环境气流到旁通通道112中(即，在阻流板114没有展开的情况下，从后方进口122进入旁通通道112的空气流趋于经受与风扇罩110的显著的流动分离，并且阻流板114有利于将这样的流动分离最小化)。显著地，当展开时，阻流板114还产生用于发动机100的附加阻力以有利于减小需要由风扇102产生的反推力的量。

图3和图4示出了构成为用于如图1所示的发动机100的正推力模式的风扇罩110。图5和6示出了构成为用于如图2所示的发动机100的反推力模式的风扇罩110。在示例性实施例中，风扇罩110包括环形的前缘126，环形的后缘128，以及从前缘126延伸至后缘128的环形主体130。显著地，主体的环130可能在一些情况下被支架或用于在飞行器的机翼上安装发动机100的其它适当的结构中断，由此在一些实施例中致使主体130小于环。

主体130具有内壁132和外壁134，并且阻流板114安装到外壁134，内壁132，和/或布置在外壁134和内壁132之间的适当的安装结构。在示例性实施例中，阻流板114包括当收藏时以环形布置并排布置的多个扰流板136，使得相邻的扰流板136在它们的侧面138处几乎彼此邻接。扰流板136的环形布置容纳在外壁134的环形凹槽140中，使得扰流板136在凹部140的前端142和凹部140的后端144处几乎邻接外壁134以提供当扰流板136被收藏时用于流过外壁134和扰流板136的环境空气的充分平滑的空气动力轮廓过渡(即，当收藏时，扰流板136与在凹部140的前端142和后端144处的外壁134大体齐平)。在其它实施例中，当收藏以提供关于外壁134的任何适当的空气动力轮廓时，阻流板114可以具有以任意适当的方式布置的任意适当数目的扰流板，该轮廓有利于允许阻流板114以改进如在本文中描述的通过旁通通道112的空气流的量。

此外，关于配置，每个扰流板136安装在铰链146上，并且扰流板136配备有用于在径向方向124上绕它们的相关联的铰链146枢转扰流板136的致动机构148。在示例性实施例中，致动机构148包括多个波纹管装置150，其各用于一个扰流板136。此外，每个波纹管装置150连接到其相关联的扰流板136的下侧152，以便为可膨胀的以用于展开其相关的扰流板136和可紧缩以用于收藏其相关的扰流板136。适当地，每个波纹管装置150可以由其自己专门的(多个)泵操作；或多个波纹管装置150可以作为均分收集单元共享一个或更多个泵，或构造为用于利用来自芯部104的排出空气。

在示例性实施例中，波纹管装置150一致地工作以同步在它们的收藏状态和它们的展开状态之间的扰流板136的转换。更具体地，一旦致动机构148工作，在收藏(图3)时的扰流板136的环形布置转换为在展开时的扰流板136的实质上倾斜的装置。为了便于一致地展开和收藏扰流板136，每个相邻的对的扰流板136通过使得每个扰流板136响应于其相邻的扰流板136枢转而枢转的连接件154连接在一起，并且每个连接件154配备有当扰流板136在环形布置和倾斜布置之间转换时使得连接件154可折叠地膨胀和收缩的一对铰链臂156。当收藏时，每个连接件154隐藏在其相连的扰流板136下面并且不暴露在流过其相连的扰流板136的环境空气。另一方面，当展开时，每个连接件154跨过其相连的扰流板136之间的间距并且因此暴露在其相关扰流板136之间流过的环境空气中。

适当地，在其它实施例中，阻流板114可以配置为具有任意致动机构，其有利于选择性地在径向方向124枢转扰流板136(例如，致动机构可以包括专属于每个扰流板136的诸如活塞-汽缸类型的线性致动器的适当的气动或液压操作的线性致动器，或备选地，适当的旋转致动器)。此外，代替或结合连接件154，阻流板114可以具有用于同步扰流板136的移动的任意适当的(多个)装置(例如，致动机构148的气动或液压操作可以固有地同步扰流板136的移动，或可以采用按需要用于帮助或替换连接件154的其它机械同步装置)。

特别地，由于风扇罩110的内表面158限定了如图1和2所示的旁通通道112的径向外边界，因而这样的内表面158的连续性可以影响通过旁通通道112的空气流的量。尤其是，沿内表面158的诸如间隙的不连续性可以导致通过旁通通道112的空气流的泄漏，并且因此导致通过旁通通道112的空气流的降压。因此，期望使内表面158基本上连续(例如，基本没有不连续的这样的间隙)以有利于缩小旁通通道112内的压力损失并且有利于将由离开旁通通道112的空气流产生的推力最优化，按顺序有利于发动机100的燃料效率的优化。

着眼于该目标，在示例性实施例中阻流板114配置作为风扇罩110的严格地外部机构(即，包括扰流板136的阻流板114的可移动部件在发动机100的工作期间不接触旁通通道112内的空气流)。换言之，阻流板114构成为在如下意义上的严格地外部机构：不管阻流板114是否收藏或展开，在后缘128处的风扇罩110的物理流动区域(即，物理喷嘴出口区域)保持相同(即，不变化)，因为阻流板114本身在限定接近后缘128的风扇罩110的内表面158的轮廓时不起作用。至少出于该理由，阻流板114在可变风扇喷嘴(VFN)上提供了明显的好处。此外，通过以这种方式配置阻流板114，风扇罩110被制造为，使得仅仅内壁132限定了接近后缘128的风扇罩110的内表面158，由此允许由严格地静态结构限定的接近后缘128的内表面158(即，没有配置可移动部件的内壁132)，这与动态结构相反(例如，配置有可移动部件的阻流板114，因此在可移动部件之间的公差)。因此，由于在示例性实施例中阻流板114是严格地外部机构，因而内表面158具有较少的不连续性，例如否则将沿内表面158呈现的间隙，其使得内表面158由阻流板114的可移动部件部分地限定出。

如在本文中所使用的，“物理流动区域”是指关于结构(例如，后缘128)限定出的流动区域，而“有效流动区域”是指在发动机100的工作期间实际上可用于产生推力的物理流动区域的部分(例如，在一些情况下，物流流动区域的节段可以被涡流或其它阻碍物，其阻碍穿过物理流动区域的那些部分的推力产生空气流，实质上使得物理流动区域的那些节段不可用于推力产生目的)。

图7和8示出了阻流板114的另一实施例。再次，如上所述，阻流板114是严格地外部机构。然而，在该实施例中，阻流板114配置为具有在展开期间向后平移扰流板136的致动机构(即，当扰流板136在径向方向124枢转时，它们向后平移)。因此，尽管扰流板136在被收藏时不延伸超过后缘128，但是当展开时扰流板136不延伸超过后缘128。阻流板114的这样的实施例可以有利于在发动机100的反推力模式中允许环境空气更容易围绕后缘128包裹，并因此，一旦进入到旁通通道112那么减少了空气流与旁通通道112的内壁132的分离，增加了旁通通道112的有效流动区域，同时产生了用于发动机100的附加拖拽。

图9示出了阻流板114的另一实施例。在该实施例中，阻流板114像上述实施例那样是严格地外部机构。然而、在该实施例中，与扰流板136在向前方向上枢转打开(即，朝着前缘126)的上述实施例相反，扰流板136在向后方向上枢转打开(即，朝着后缘128)。因而，该实施例构成为具有比上述实施例更靠后布置的铰链146，以及具有连接到扰流板136上的杆160以及经由适当的致动机构沿轨道162可平移，以便在枢转连接164处相对于轨道162可枢转，以用于根据需要推动扰流板136打开和推动扰流板136关闭。

图10至12是发动机100的偏转装置的备选实施例，其中代替包括阻流板114，偏转装置配备有喷射器，其吹动加压空气以改变进入旁通通道112的环境空气流的路线，因此，改善了提供至风扇102的空气流的量。特别地，图10示出了舱外的环形布置，风扇罩喷射器166，其构造为在径向方向124吹动压缩空气以像阻流板114那样偏转环境空气，并且，因此，当进入旁通通道112时提供围绕其转动的较大半径的环境空气流。图11示出了舱外的环形装置，芯部罩喷嘴168，其构成为从芯部104的芯部罩170吹动加压空气到旁通通道112中以有利于朝向风扇罩110的内壁132偏转进入旁通通道112的环境空气，由此一旦进入旁通通道112那么减少了空气流与内壁132的分离。图12示出了舱内的环形布置，风扇罩喷射器172构成为从内壁132吹动压缩空气到旁通通道112中以有利于防止已经进入旁通通道112的气流围绕涡流转动并且在后缘128附近形成沿内表面158的涡流，因此这样的涡流可能起到进入旁通通道112的空气流的阻碍的作用。适当地，在图10-12的实施例中，喷射器可以从(多个)气动泵供给加压空气，或可以从芯部104的排气系统供给加压空气。特别地，在本文中阐述的偏转装置还可根据需要由合适的形状记忆合金制造。

上述实施例以有利于优化发动机的正推力和反推力能力的方式便于有效地配置和操作用于燃气涡轮发动机的空气流偏转装置，例如阻流板。更具体地，在反推力模式中，上述实施例有利于通过增加环境空气流绕其转动以进入旁通通道的半径将沿发动机的风扇罩的内表面的再循环区域(以及，因此，阻塞)最小化，由此增加了通过旁通通道流向风扇的空气的量。同样地，实施例在反推力模式中通过促进用于从后方至前方的旁通通道的整个物理流动区域的使用，有利于促进改进发动机的反推力能力(或者，换而言之，增加在反推力模式下的旁通通道的有效流动区域)。此外，实施例有利于通过旁通通道减小从后方至前方的空气流的压力失真，并且，因此，有利于降低风扇叶片中的不希望的振动。相对于正推力模式，上述实施例通过减少从前向后的空气流与定位为接近风扇罩的后缘的环境空气流偏转装置的可移动部件之间的接触，有利于降低具有可变节距风扇的发动机的旁通通道的泄漏。

以上详细地描述了燃气涡轮发动机的示例性实施例和制造其的方法。该方法和系统不限于在此描述的具体实施例，而是，方法和系统的部件可以独立地使用并且与在此描述的其它部件分开。例如，在此描述的用于提供气流偏转装置的方法和系统可以具有其它工业和/或消费应用并且不限于仅用于在此描述的燃气涡轮发动机的实践。然而，本发明可以与许多其它工业实施和利用。

尽管根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会意识到本发明可以在权利要求的精神和范围内进行修改。

Claims (10)

1.一种具有正推力模式和反推力模式的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：

可变节距风扇，其构成为用于在所述发动机的所述正推力模式中产生正推力和在所述发动机的所述反推力模式中产生反推力；

风扇罩，其围绕所述可变节距风扇，其中，所述风扇罩形成用于由所述风扇产生的空气流的旁通通道，所述风扇罩包括：

后缘，其限定所述旁通通道的物理流动区域；以及

偏转装置，其构成为用于偏转所述后缘附近的空气流，所述偏转装置构成为用于在所述发动机的所述反推力模式中的操作，

其中，在所述后缘处的所述旁通通道的所述物理流动区域在所述发动机的所述正推力模式和所述发动机的所述反推力模式中保持相同。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述偏转装置是阻流板。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中，所述阻流板包括多个扰流板。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中，所述阻流板还包括用于将所述扰流板中的相邻的一者联接在一起的连接件。

5.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中，所述阻流板包括波纹管装置，其与所述扰流板中的每一个关联，以用于在收藏状态与展开状态之间的所述扰流板中的每一个的过渡。

6.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中，所述扰流板构造用于展开，使得所述扰流板中的每一个延伸超出所述风扇罩的所述后缘。

7.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中，所述扰流板在径向方向上可展开。

8.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中，所述扰流板是可展开的，使得所述阻流板在向前方向上枢转打开。

9.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中，所述扰流板是可展开的，使得所述扰流板在向后方向上枢转打开。

10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述偏转装置包括多个空气喷射器。