CN106428578A - 用于飞行器的发动机组件和包括此发动机组件的飞行器 - Google Patents

用于飞行器的发动机组件和包括此发动机组件的飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于飞行器的发动机组件以及包括此发动机组件的飞行器。特别地，为了降低用于飞行器的发动机组件(1)的总重量并且提高其空气动力性能，本发明提出了一种安装挂架(4)的刚性结构(34)，该安装挂架(4)的刚性结构(34)包括中央盒(36)以及连接至涡轮反应器(10)的减速装置壳体(26)的盒延伸部(54)。盒延伸部(54)包括承载前发动机附接件(7a、7b、7c)的两个部分(60、70)，这些件各自包括形成中央盒(36)的加强肋的结构(63、73)以及围绕减速装置壳体(26)的两个马蹄铁形状的部分(32、72)。

Description

用于飞行器的发动机组件和包括此发动机组件的飞行器
技术领域
本发明涉及用于飞行器的发动机组件，该发动机组件包括涡扇式涡轮发动机、涡轮发动机安装挂架和用于将涡轮发动机附接至安装挂架的主要结构的附接装置，该涡扇式涡轮发动机的风扇由减速装置驱动。
本发明还涉及配备有至少一个这种发动机组件的飞行器。本发明优选地应用于商用飞机。
背景技术
在现有的飞行器中，比如涡轮发动机的发动机通过复杂的附接装置——也称作EMS(表示发动机安装结构)或也被称作“安装挂架”——悬挂在机翼结构下方。通常使用的安装结构具有被称作主要结构的刚性结构。该主要结构大致包括盒，也就是说，通过将下纵向构件和上纵向构件经由位于盒的内侧上的多个横向加强肋连接至彼此而组装形成的结构。纵向构件布置在上部面和下部面上，而侧向面板封闭盒的侧向面。
在已知的方式中，这些挂架的主要结构设计成允许通过发动机产生的静态载荷和动态载荷——比如重量和推力——或甚至多种动态载荷被传递至机翼结构。
在现有技术已知的解决方案中，在发动机与主要结构之间的载荷传递通常通过下述附接装置执行，所述附接装置包括一个或更多个前发动机架、后发动机架以及由铰接至平衡梁的两个侧向连杆形成的推力载荷反作用装置。例如从文献FR 3 014 841已知这种发动机组件的一个实施方式。
在涡扇式涡轮发动机——其中，风扇由减速装置驱动——的情况下，需要优化现有解决方案，特别着眼于减小体积、降低总重量以及减小由于在涡轮发动机上存在挂架附接装置而产生的空气动力干扰。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于飞行器的发动机组件，该发动机组件至少部分地满足上文提到的要求。
因此，本发明的一个目的是用于飞行器的发动机组件，包括：-涡扇式涡轮发动机，所述涡扇式涡轮发动机的风扇由减速装置驱动，所述涡轮发动机包括围绕所述减速装置的减速装置壳体；
-涡轮发动机安装挂架，该涡轮发动机安装挂架包括配备有中央盒的主要结构；以及
-用于将涡轮发动机附接至安装挂架的主要结构的装置。
根据本发明，安装挂架的刚性结构还包括盒延伸部，该盒延伸部连接至中央盒的前部，所述盒延伸部包括：
-第一部件，制造成单个件并且布置在发动机组件的竖向及横向平面中，所述第一部件包括围绕减速装置壳体延伸的整体形状呈拱形的第一部分、和构成中央盒的横向加强肋的第一连接结构，整体形状呈拱形的所述第一部分具有两个第一相对端；以及
-第二部件，该第二部件制造成单个件并且包括至少部分地围绕减速装置壳体延伸的整体形状呈拱形的第二部分、以及构成中央盒的内部横向加强肋的第二连接结构，整体形状呈拱形的所述第二部分具有分别安装在所述两个第一相对端上的两个第二相对端，整体形状呈拱形的所述第二部分从其第二相对端向后并朝向中央盒延伸。
此外，所述附接装置包括两个侧向前附接件和中央前附接件，两个侧向前附接件中的每一者将减速装置壳体连接至整体形状呈拱形的第一部分的两个第一端中的一者，并且各自反作用于沿发动机组件的纵向方向和竖向方向的载荷，并且所述中央前附接件将减速装置壳体连接至整体形状呈拱形的第一部分的第一中央部并且反作用于沿发动机组件的横向方向的载荷。
本发明提出了一种满足上述提出的要求的简单的解决方案，特别是由于使用单件式的第一部件和第二部件，使得能够改进载荷的传递，因为所述单件式的第一部件和第二部件沿安装挂架的中央盒尽可能远地延伸。这样特别使得能够减小包括挂架的发动机组件的体积和质量，这样所述组件不再需要侧向推力载荷反作用连杆。这种质量的减小有利地伴随有燃油消耗率的降低。
此外，侧向前附接件和中央前附接件能够反作用于减速装置壳体的高度处的大部分载荷。该特定特征是有益的，这不仅因为该特定特征允许载荷尽可能靠近涡轮发动机的重心被反作用以更完全地传递该载荷，而且因为该特定特征能够提供具有简化设计且因此具有小体积的后发动机架。简化定位在涡轮发动机的旁路流中的该后发动机架使得能够限制旁路流动上的空气动力干扰。因此，从而改进发动机组件的空气动力性能的所有方面。
最后，将侧向前附接件和中央前附接件连接至减速装置壳体而不是风扇壳体，意味着可以结合较大尺寸的涡轮发动机而同时保持足够的离地间隙。这样也使得能够限制在施加载荷的情况下发动机壳体的各种本体的变形。
本发明优选地设想到以下可选特性中的至少一个，这些可选特征以单独的或组合的方式考虑。
盒延伸部的所述第二部件在相对于发动机组件的竖向方向和纵向方向倾斜的平面中延伸，优选地相对于所述纵向方向倾斜了包括在30°与60°之间的角度。
两个侧向前附接件相对于发动机组件的竖向及纵向的中面对称地布置，所述竖向及纵向的中面穿过所述中央前附接件。
两个侧向前附接件中的一者布置在2点钟与3点钟之间的角位置中并且另一者布置在9点钟与10点钟之间的角位置中。
所述附接装置形成静定的载荷反作用系统，并且由两个侧向前附接件、中央前附接件和后附接件构成，该后附接件反作用于沿竖向方向、并且优选地仅沿该竖向方向的载荷。
所述盒延伸部包括在外部覆盖整体形状呈拱形的第一部分和第二部分的至少一个蒙皮。
所述第二相对端分别通过两个剪切销安装在所述两个第一相对端上，所述剪切销优选地沿横向方向定向。
所述涡轮发动机从前向后接连地包括风扇壳体、中间壳体、所述减速装置壳体、中央壳体和涡轮机壳体。
本发明的另一目的是一种飞行器，所述飞行器包括至少一个所述发动机组件以及其上安装有所述发动机组件的机翼。
作为优选，所述发动机组件悬挂在机翼下方，但是也可以采用将涡轮发动机布置在飞行器的机翼上方的其他解决方案。
本发明的其他优点和特征将通过以下非限制性的详细描述变得明显。
附图说明
将参照附图给出所述描述，在附图中：
-图1描绘了配备有根据本发明的发动机组件的飞行器；
-图2是根据本发明的发动机组件的一个优选实施方式的截面的示意图；
-图3是前述图中所示的发动机组件的更详细的立体图；
-图4是安装挂架的刚性结构的立体图，其中前述图中所示的发动机组件配装有该安装挂架；以及
-图5是形成前述图中所示的安装框架的整体部分的盒形延伸部的立体图。
具体实施方式
参照图1，图1描绘了包括机身3的飞行器100，其中，两个机翼2固定至机身3。在这些机翼2的每个机翼下方悬挂有一个或更多个根据本发明的发动机组件1。每个发动机组件1包括旁路涡扇式涡轮发动机10、用于安装涡轮发动机10的安装挂架4、以及用于将涡轮发动机10附接至挂架4的刚性结构的装置(在图1中不可见)，其中该类型的旁路涡扇式涡轮发动机10包括用于驱动风扇的减速装置。
贯穿以下整个说明书，通常，X方向对应于发动机组件1的纵向方向，其也可以有利地对应于涡轮发动机10的和挂架4的纵向方向。该X方向平行于涡轮发动机10的纵向轴线5。此外，Y方向对应于横向于发动机组件1定向的方向，并且还可以有利地对应于涡轮发动机10的横向方向和挂架4的横向方向，而Z方向与竖向或高度方向相对应。这三个方向X、Y和Z相互正交并且形成三维直角坐标系(direct thrihedron)。
此外，术语“前”和“后”关于飞行器由于涡轮发动机10施加的推力而采取的向前行进方向来考虑，该方向由箭头19示意性地示出。
现在参照图2，图2示意性地描绘了根据本发明的优选实施方式的发动机组件1。因此，该组件包括涡轮发动机10，该涡轮发动机10的具体特征是涡轮发动机10包括由减速装置14驱动的风扇12。该类型的涡轮发动机被称作GTF涡轮发动机(GTF表示齿轮传动涡扇发动机)。
涡轮发动机从前向后包括风扇壳体16和中间壳体18，该中间壳体18的外罩20向风扇壳体16轴向延伸。中间壳体18还包括毂22以及将毂22连接至外罩20的径向结构臂24。这些臂24布置在环状排列的出口导向叶片的内侧，所述出口导向叶片也缩写成OGV。
在中间壳体18的后面，涡轮发动机10包括围封减速装置14的减速装置壳体26。该减速装置壳体26的直径远远小于外罩20的直径。再向后，然后是也被称作“芯壳体”的中央壳体28，该中央壳体28构成涡轮发动机的最窄的部分并且特别地包括燃烧室(未示出)。然后，中央壳体28向后延伸到具有较大尺寸的涡轮机壳体30，并且主气流可以从该涡轮机壳体30逸出，如由箭头32示意性地描绘的。
以已知的方式，在该类型的涡轮发动机10中，燃烧的效果在于驱动高压芯轴和低压芯轴，并且低压芯轴将机械能传递至减速装置14，该减速装置14本身进而驱动风扇12。
发动机组件1还包括安装挂架4，在图2中仅描绘了该安装挂架4的刚性结构34。主要结构34设计成使得由发动机产生静态载荷和动态载荷——比如重量和推力——或甚至尤其与失效有关的各种动态载荷——比如叶片的损耗(FBD)、前起落架的收回、动态着陆等——能够被传递至机翼结构。该挂架4的其他组成元件是与现有技术中已有的元件类似的常规元件，所述挂架4的其他组成元件未示出并且具有次要结构类型，提供系统的分隔和保持且同时支承空气动力学整流罩。为此，将不给出其详细描述。
主要结构34或刚性结构包括作为主要元件的中央盒36，此中央盒36沿X方向在主要结构34的发动机长度上延伸。中央盒36具有大致常规设计，这意味着在顶部处通过上纵向构件40界定、在底部处通过下纵向构件42界定，并且通过外侧向面板44和内侧向面板46侧向地界定。作为指示，应注意的是，上纵向构件40也称作“挂架盒上面板”并且下纵向构件42也被称作“挂架盒下面板”。此外，中央盒36配备有内部横向加强肋52，所述内部横向加强肋52优选地在其中央处是中空的并且优选地大部分布置在YZ平面中。该中央盒36具有整体形状为正方形或矩形的YZ截面并且具有沿着X方向延伸的尺寸。该截面对于位于机翼高度处的后部部分可基本上保持恒定，但是然后随着其向前延伸而变窄，直至其前端位于减速装置壳体26的附近。
本发明的特定特征中的一者在于，盒延伸部54连接至中央盒36的前部并且使中央盒36大致向下朝向减速装置壳体26延伸。该盒延伸部54将在以下参照图3至图5进行详细描述。
此外，发动机组件1包括用于将涡轮发动机10附接至挂架的刚性结构34的附接装置7a-7d。所述附接装置7a-7d包括两个侧向前附接件7a、7b，中央前附接件7c和后附接件7d。前附接件7a-7c将盒延伸部54连接至减速装置壳体26，而后附接件7d将下纵向构件42连接至涡轮机壳体30，其中，该后附接件7d位于涡轮发动机的旁路流59中。
现在更具体地参照图3至图5，图3至图5详细地描绘了盒延伸部54的设计。首先，盒延伸部54包括第一部件60，该第一部件优选地由金属材料制成为单个件。该第一部件60是大致平的并且布置在竖向及横向的YZ平面中、即与X方向正交的平面中。该第一部件60包括两个沿竖向相邻的部分，即围绕减速装置壳体26的上部部分延伸的整体形状呈拱形的第一部分62，以及构成中央盒的横向加强肋中的一个加强肋的第一连接结构63。更具体地，该第一连接结构63构成封闭中央盒36的前部的肋，即使该肋也同样地优选地在其中央处是中空的，使得该第一连接结构63具有正方形或矩形的整体形状。
第一部分62也称作是马蹄铁形的，并且在底部处敞开。该第一部分62具有两个第一相对端64a、64b，两个侧向前附接件7a、7b分别连接至所述两个第一相对端64a、64b。与其他的附接件7c、7d一样，这些侧向前附接件7a、7b以常规方式使用轭状物和/或套环和/或U形夹来生产。两个附接件7a、7b优选地布置在以轴线5为中心的时钟坐标系统中的2点钟和10点钟的角位置。在不脱离本发明的范围的情况下，也可以设想3点钟和9点钟位置。在该情况下，两个侧向前附接件7a、7b因而是沿直径相对的。无论如何，两个附接件7a、7b优选地相对于组件1的竖向及纵向的中面57对称地布置。
该同一平面57穿过中央前附接件7c，该中央前附接件7c将减速装置壳体26的上端连接至第一部件60的第一中央部65。因此，三个前附接件7a-7c设置在同一竖向及横向YZ平面中，第一部件60内接在该平面中。此外，应指出的是第一连接结构63从中央部65向上延伸从而形成封闭中央盒36的前部的肋。
盒延伸部54还包括第二部件70，该第二部件70优选地由金属材料制成为单个件。该第二部件70是大致平的并且布置在与横向方向Y平行但相对于竖向方向Z和纵向方向X倾斜的平面78中。通过非限制性示例，第二部件70相对于方向X和方向Z中的每一者倾斜为大约45度的角度79。
第二部件70包括两个沿竖向相邻的部分，即至少部分地围绕减速装置壳体26的上部延伸的整体形状呈拱形的第二部分72，以及构成中央盒的横向内部加强肋中的一个加强肋的第二连接结构73。更具体地，该第二连接结构73构成中央盒36的从前面开始数的第二内部肋。还优选的是，第二连接结构73在其中央处是中空的，以便具有正方形或矩形的整体形状。
第二部分72也被称为马蹄跌形状，并且在底部处且朝向前方敞开。该第二部分72具有两个第二相对端74a、74b，所述两个第二相对端74a、74b分别安装在两个第一相对端64a、64b上。该安装经由沿Y方向定向的剪切销80和/或螺栓进行。因此，这些销80靠近两个侧向前附接件7a、7b定位，并且还连接至第一端64a、64b。
如根据前述清楚的是，盒延伸部54的第二部件70与竖向第一部件60的不同之处在于第二部件70是倾斜的，从而第二部件70从其第二端74a、74b向后且朝向中央盒36延伸。
附接装置7a-7b形成静定的载荷反作用系统。具体而言，如图3中示意性地指出，两个侧向前附接件7a、7b中的每一者仅反作用于沿X方向和Z方向的载荷，然而，中央前附接件7c仅反作用于沿Y方向的载荷。对于后发动机附接件7d，其仅反作用于沿Z方向的载荷。就此而言，以上描述适合于在正常情况下载荷如何被反作用的情况。然而，如果附接件7a-7d中的一个附接件失效，则载荷反作用的分布会不同。
因此，在正常情况下，通过使用两个侧向前附接件7a、7b沿竖向反作用于沿X方向施加的力矩，而通过使用这些同样的附接件7a、7b沿纵向反作用于沿Z方向施加的力矩。
因此，本发明相比于现有技术的解决方案显著不同的是不再需要连杆用以反作用轴向载荷。此处，沿X方向的载荷经由附接件7a、7b并且然后基本上经由倾斜且拱形的第二部件70传递。在外部覆盖第一部分62和第二部分72的蒙皮82的配装也有助于使纵向载荷传递过整个盒延伸部54，而非仅传递过其第二部件70。
当然，本领域的技术人员可以对已经仅通过非限制性示例进行描述的本发明做出各种修改。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的发动机组件(1)，包括：
-涡扇式涡轮发动机(10)，所述涡扇式涡轮发动机(10)的风扇(12)由减速装置(14)驱动，所述涡轮发动机包括围绕所述减速装置的减速装置壳体(26)；
-涡轮发动机安装挂架(4)，所述涡轮发动机安装挂架(4)包括配备有中央盒(36)的主要结构(34)；以及
-用于将所述涡轮发动机附接至所述安装挂架的所述主要结构(34)的附接装置(7a-7d)，
其中，所述安装挂架的所述主要结构(34)还包括盒延伸部(54)，所述盒延伸部(54)连接至所述中央盒(36)的前部，所述盒延伸部(54)包括：
-第一部件(60)，所述第一部件(60)制造为单个件并且布置在所述发动机组件的竖向及横向平面中，所述第一部件包括围绕所述减速装置壳体(26)延伸的整体形状呈拱形的第一部分(62)、以及构成所述中央盒(36)的横向加强肋的第一连接结构(63)，整体形状呈拱形的所述第一部分(62)具有两个第一相对端(64a、64b)；以及
-第二部件(70)，所述第二部件(70)制造为单个件并且包括至少部分地围绕所述减速装置壳体(26)延伸的整体形状呈拱形的第二部分(72)、以及构成所述中央盒(36)的内部横向加强肋的第二连接结构(73)，整体形状呈拱形的所述第二部分(72)具有分别安装在所述两个第一相对端(64a、64b)上的两个第二相对端(74a、74b)，整体形状呈拱形的所述第二部分(72)从其第二相对端(74a、74b)向后并朝向所述中央盒(36)延伸，
并且其中，所述附接装置包括两个侧向前附接件(7a、7b)和中央前附接件(7c)，所述两个侧向前附接件(7a、7b)中的每一者将所述减速装置壳体(26)连接至整体形状呈拱形的所述第一部分(62)的所述两个第一端(64a、64b)中的一者，并且所述两个侧向前附接件(7a、7b)中的每一者均反作用于沿所述发动机组件的纵向方向(X)和竖向方向(Z)的载荷，并且所述中央前附接件(7c)将所述减速装置壳体(26)连接至整体形状呈拱形的所述第一部分(62)的第一中央部分(65)，并且所述中央前附接件(7c)反作用于沿所述发动机组件的横向方向(Y)的载荷。
2.根据权利要求1所述的发动机组件，其中，所述盒延伸部(54)的所述第二部件(70)在相对于所述发动机组件的所述竖向方向(Z)及所述纵向方向(X)倾斜的平面(78)中延伸，优选地相对于所述纵向方向(X)倾斜了在30°与60°之间的角度(79)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的发动机组件，其中，所述两个侧向前附接件(7a、7b)相对于所述发动机组件的竖向及纵向的中面(57)对称地布置，所述竖向及纵向的中面(57)穿过所述中央前附接件(7c)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机组件，其中，所述两个侧向前附接件(7a、7b)中的一者布置在2点钟与3点钟之间的角位置中，并且另一者布置在9点钟与10点钟之间的角位置中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机组件，其中，所述附接装置形成静定的载荷反作用系统，并且所述附接装置由所述两个侧向前附接件(7a、7b)、所述中央前附接件(7c)以及反作用于沿竖向方向(Z)的载荷的后附接件(7d)构成。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机组件，其中，所述盒延伸部(54)包括在外部覆盖整体形状呈拱形的所述第一部分(62)和所述第二部分(72)的至少一个蒙皮(82)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机组件，其中，所述第二相对端(74a、74b)分别通过两个剪切销(80、80)安装在所述两个第一相对端(64a、64b)上，所述两个剪切销(80、80)优选地沿所述横向方向(Y)定向。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机组件，其中，所述涡轮发动机(10)从前向后接连地包括风扇壳体(16)、中间壳体(18)、所述减速装置壳体(26)、中央壳体(28)和涡轮机壳体(30)。
9.一种飞行器(100)，所述飞行器(100)包括至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的发动机组件(1)以及其上安装有所述发动机组件的机翼(2)。
10.根据前述权利要求所述的飞行器，其中，所述发动机组件(1)悬挂在所述机翼(2)下方。
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