CN106907350A - 侧风性能改进的飞行器发动机螺旋毂盖 - Google Patents

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Abstract

一种飞行器燃气涡轮发动机(10)螺旋毂盖(50)包括圆锥形前部螺旋毂盖区段(60)，其从螺旋毂盖尖端(54)向后延伸至在中心线轴线(30)周围划界的弯曲的后部螺旋毂盖区段(62)，螺旋毂盖展弦比(A/R)大于大约1.8，并且其中螺旋毂盖展弦比(A/R)是螺旋毂盖尖端(54)与螺旋毂盖端部(51)之间的轴向距离(A)除以从轴线(30)至螺旋毂盖端部(51)的径向距离(R)。展弦比(A/R)可以是在大约2.0‑2.2或大约2.2‑2.8的范围中。后部螺旋毂盖区段(62)可以基本上相切于风扇叶片(18)的平台(35)的平台前缘(37)。后部螺旋毂盖区段(62)可以具有轴向地弯曲的弧形或椭圆形横截面。螺旋毂盖轴向横截面(B1‑B3)可以具有与基线横截面(B0)的基线轴向距离(A0)相比而更长的螺旋毂盖轴向距离(A1‑A3)和比基线横截面(B0)的基线展弦比(A/R0)更大的螺旋毂盖展弦比(A/R)。

Description

侧风性能改进的飞行器发动机螺旋毂盖
技术领域
本发明涉及飞行器发动机螺旋毂盖(spinner)，且更具体地，涉及螺旋毂盖的形状和尺寸。
背景技术
燃气涡轮发动机典型地包括风扇区段、压缩机区段、燃烧器区段以及涡轮区段。进入压缩机区段的空气被压缩且递送至燃烧器区段中，在燃烧器区段中，使空气与燃料混合且点燃，以生成高速排出气体流。高速排出气体流穿过涡轮区段而膨胀，以驱动压缩机和风扇区段中的风扇。压缩机区段典型地包括低压压缩机和高压压缩机，并且，涡轮区段包括低压涡轮和高压涡轮。
风扇区段包括入口，入口部分地可以由环绕风扇区段的机舱形成，并且，通向风扇区段中的风扇。侧风和大迎角下的喷气发动机可能显著地受到风扇叶片航空力学和可操作性限制的制约。机体寻求使这样的发动机运行制约最小化或消除，以便防止不得不强制实行飞行器运行限制。改进侧风或大迎角下的入口性能的常规方法牵涉到对入口几何结构的形状改变。这样的改变往往负面地影响其他关键运行点(诸如巡航)处的性能。因而，高度地期望的是，改进侧风下的入口性能，而不显著地负面地影响巡航性能。
发明内容
一种用于安装至飞行器燃气涡轮发动机的转子的飞行器燃气涡轮发动机螺旋毂盖。螺旋毂盖包括从螺旋毂盖尖端向后延伸的圆锥形上游或前部螺旋毂盖区段，该区段后面有弯曲的下游或后部螺旋毂盖区段，螺旋毂盖在轴向中心线轴线周围划界(circumscribe)，螺旋毂盖具有大于大约1.8的螺旋毂盖展弦比，并且其中，螺旋毂盖展弦比是螺旋毂盖尖端与螺旋毂盖端部之间的轴向距离除以从发动机轴向中心线轴线至螺旋毂盖的外表面的径向距离。
螺旋毂盖展弦比可以是处于大约2.0-2.2或大约2.2-2.8的范围中。
后部螺旋毂盖区段可以基本上相切于风扇叶片的平台的平台前缘。后部螺旋毂盖区段可以具有轴向地弯曲的弧形或椭圆形横截面。前部螺旋毂盖区段可以基本上与后部螺旋毂盖区段相切于它们的交点。
螺旋毂盖可以包括螺旋毂盖轴向横截面，螺旋毂盖轴向横截面具有与基线横截面的基线轴向距离相比而更长的螺旋毂盖轴向距离以及比基线横截面的基线展弦比更大的螺旋毂盖展弦比。
飞行器燃气涡轮发动机风扇组件包括：风扇外壳，其环绕安装至在中心线轴线周围划界的转子且从该转子径向地向外延伸的风扇叶片的阵列；机舱，其环绕风扇外壳；螺旋毂盖，其在中心线轴线周围划界，且安装至转子，螺旋毂盖包括从螺旋毂盖尖端向后延伸的圆锥形上游或前部螺旋毂盖区段，该区段后面有弯曲的下游或后部螺旋毂盖区段，螺旋毂盖在中心线轴线周围划界，螺旋毂盖具有大于大约1.8的螺旋毂盖展弦比，并且其中螺旋毂盖展弦比是螺旋毂盖尖端与螺旋毂盖端部之间的轴向距离除以从发动机轴向中心线轴线至螺旋毂盖的外表面的径向距离。
组件可以进一步包括螺旋毂盖轴向横截面，螺旋毂盖轴向横截面具有与基线横截面的基线轴向距离相比而更长的螺旋毂盖轴向距离，大于基线横截面的基线展弦比的螺旋毂盖展弦比，螺旋毂盖轴向横截面成形且确定尺寸为，将组件的侧风和/或大迎角性能改进为优于基线横截面的性能。螺旋毂盖轴向横截面可以确定尺寸且成形于某一位置或沿着中心线轴线的轴向距离处，以改变穿过入口的流的空气动力特性，以创建相对于基线横截面的性能的侧风或大迎角性能的改进。
本发明的第一技术方案提供了一种用于安装至飞行器燃气涡轮发动机的转子的螺旋毂盖，所述螺旋毂盖包括：圆锥形上游或前部螺旋毂盖区段，其从螺旋毂盖尖端向后延伸，后面有弯曲的下游或后部螺旋毂盖区段，所述螺旋毂盖在中心线轴线周围划界，所述螺旋毂盖具有大于大约1.8的螺旋毂盖展弦比，以及其中所述螺旋毂盖展弦比是所述螺旋毂盖尖端与螺旋毂盖端部之间的轴向距离除以从所述发动机轴向中心线轴线至所述螺旋毂盖端部的径向距离。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，还包括处于大约2.0-2.2的范围中的所述螺旋毂盖展弦比。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，还包括处于大约2.2-2.8的范围中的所述螺旋毂盖展弦比。
本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，还包括基本上相切于所述风扇叶片的平台的平台前缘的所述后部螺旋毂盖区段。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，还包括具有轴向地弯曲的弧形或椭圆形横截面的所述后部螺旋毂盖区段。
本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，还包括基本上与所述后部螺旋毂盖区段相切于它们的交点的所述前部螺旋毂盖区段。
本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，还包括处于大约2.0-2.2的范围中的所述螺旋毂盖展弦比。
本发明的第八技术方案是在第六技术方案中，还包括处于大约2.2-2.8的范围中的所述螺旋毂盖展弦比。
本发明的第九技术方案是在第六技术方案中，还包括基本上相切于所述风扇叶片的平台的平台前缘相切的所述后部螺旋毂盖区段。
本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，还包括螺旋毂盖轴向横截面，所述螺旋毂盖轴向横截面具有与基线横截面的基线轴向距离相比而更长的螺旋毂盖轴向距离和比所述基线横截面的基线展弦比更大的所述螺旋毂盖展弦比。
本发明的第十一技术方案提供了一种飞行器燃气涡轮发动机风扇组件，包括：风扇外壳，其环绕安装至在中心线轴线周围划界的转子且从该转子径向地向外延伸的风扇叶片的阵列；机舱，其环绕所述风扇外壳；螺旋毂盖，其在所述中心线轴线周围划界且安装至所述转子，所述螺旋毂盖包括从螺旋毂盖尖端向后延伸的圆锥形上游或前部螺旋毂盖区段，该区段后面有弯曲的下游或后部螺旋毂盖区段，所述螺旋毂盖在中心线轴线周围划界，所述螺旋毂盖具有大于大约1.8的螺旋毂盖展弦比，以及其中所述螺旋毂盖展弦比是所述螺旋毂盖尖端与螺旋毂盖端部之间的轴向距离除以从所述发动机轴向中心线轴线至所述螺旋毂盖端部的径向距离。
本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，还包括处于大约2.0-2.2的范围中的所述螺旋毂盖展弦比。
本发明的第十三技术方案是在第十一技术方案中，还包括处于大约2.2-2.8的范围中的所述螺旋毂盖展弦比。
本发明的第十四技术方案是在第十一技术方案中，还包括基本上相切于所述风扇叶片的平台的平台前缘的所述后部螺旋毂盖区段。
本发明的第十五技术方案是在第十四技术方案中，还包括所述螺旋毂盖轴向横截面，所述螺旋毂盖轴向横截面确定尺寸且成形于某一位置或沿着所述中心线轴线的轴向距离，以用于提高堵塞性，降低入口内的静压，并且降低沿着所述螺旋毂盖的迎风面的逆压梯度的严重程度，来用于与所述基线横截面的性能相比而改进入口性能。
本发明的第十六技术方案是在第十一技术方案中，还包括具有轴向地弯曲的弧形或椭圆形横截面的所述后部螺旋毂盖区段。
本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，还包括基本上与所述后部螺旋毂盖区段相切于它们的交点的所述前部螺旋毂盖区段。
本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，还包括处于大约2.0-2.2的范围中的所述螺旋毂盖展弦比，并且所述后部螺旋毂盖区段基本上相切于所述风扇叶片的平台的平台前缘。
本发明的第十九技术方案是在第十七技术方案中，，还包括处于大约2.2-2.8的范围中的所述螺旋毂盖展弦比，并且所述后部螺旋毂盖区段大体上相切于所述风扇叶片的平台的平台前缘。
本发明的第二十技术方案是在第十六技术方案中，还包括：螺旋毂盖轴向横截面，其具有与基线横截面的基线轴向距离相比而更长的螺旋毂盖轴向距离，大于所述基线横截面的基线展弦比的所述螺旋毂盖展弦比，以及所述螺旋毂盖轴向横截面成形且确定尺寸为，将所述组件的侧风和/或大迎角性能改进为优于所述基线横截面的性能。
附图说明
在以下的联合附图而进行的详述中，更具体地描述了按照优选的且示范性的实施例的本发明，在附图中：
图1是包括抗侧风的螺旋毂盖的示范性的飞行器涡轮风扇燃气涡轮发动机的横截面图示。
图2是图1中所图示的入口和风扇区段以及螺旋毂盖的横截面图示。
图3是图2中所图示的抗侧风的螺旋毂盖的一些示范性的实施例的图解图示。
具体实施方式
在图1中图示的是飞行器燃气涡轮发动机10的示范性的实施例，飞行器燃气涡轮发动机10包括风扇组件12和核心发动机14，风扇组件12和核心发动机14围绕纵向地延伸的发动机轴向中心线轴线30是可旋转的。风扇组件12包括风扇外壳16，风扇外壳16环绕从转子20径向地向外延伸的风扇叶片18的阵列。风扇叶片翼型件33从各风扇叶片18的风扇叶片平台35径向地向外延伸。备选地，叶片和翼型件可以安装于转子的整体叶盘(BLISK)上。核心发动机14包括高压压缩机22、燃烧器24、高压涡轮26。低压涡轮28驱动风扇叶片18。
发动机10安装于与发动机10的风扇外壳16连接的机舱32内。风扇外壳16被机舱32环绕，且安置于机舱32内，在风扇叶片18周围划界，并且，通过多个周向地间隔开的支柱34而支撑风扇组件12。机舱32包括环形入口25，通过多个周向地间隔开的紧固件(诸如螺栓等)而将环形入口25附接到风扇外壳16上的前部外壳凸缘38。机舱32典型地包括径向地间隔开的环形内外筒40、42。风扇入口流路66从入口前缘68穿过入口25而向下游延伸，并且，包括安置于入口前缘68下游的最小流动面积的入口喉部44。环形扩散器70从喉部44向下游延伸。圆形的环形鼻唇(nose lip)区段48径向地安置于内外筒40、42之间，并且，包括入口前缘68和入口喉部44。进入发动机10的发动机空气15经过入口25。
进一步参考图2和图3，侧风性能改进的风扇螺旋毂盖50安装至转子20。风扇螺旋毂盖50从螺旋毂盖尖端54向下游延伸至螺旋毂盖端部51，螺旋毂盖端部51在转子20的前端57处连接至风扇轮毂56。螺旋毂盖50可以与风扇轮毂前缘58连接。风扇叶片18从风扇轮毂56径向地向外延伸。螺旋毂盖50成形且确定尺寸为，通过控制入口25内侧的扩散和压力梯度，从而改进风扇组件12的侧风且可能地大迎角性能。螺旋毂盖50设计成，通过仔细地进行对螺旋毂盖形状和尺寸的空气动力方面的考虑，从而降低入口25内的流动分离的程度或严重程度，由此，改进风扇组件12的侧风且可能地大迎角性能。
改进的螺旋毂盖形状设计可以包括增大特定的位置处的螺旋毂盖的尺寸或沿着中心线轴线30的轴向距离A，以便通过控制入口25内侧的扩散和压力梯度来改进风扇组件12的侧风且可能地大迎角性能。
图3图示螺旋毂盖轴向横截面的三个实施例。螺旋毂盖50包括圆锥形上游或前部螺旋毂盖区段60，区段60后面有椭圆形或以另外的方式弯曲的下游或后部螺旋毂盖区段62。圆锥形前部螺旋毂盖区段60和弯曲的后部螺旋毂盖区段62可以基本上相切于它们的交点64。如图1-3中所图示，弯曲的后部螺旋毂盖区段62在横截面上轴向地弯曲。后部螺旋毂盖区段62还可以基本上与风扇叶片18的平台35的平台前缘37相切。
由于圆锥形前部螺旋毂盖区段60和椭圆形或弯曲的后部螺旋毂盖区段62的两个组合的形状，因而本文中所公开的侧风性能改进的螺旋毂盖50的总体形状被称为锥椭圆形(coniptical)。锥椭圆形螺旋毂盖、圆锥形螺旋毂盖以及椭圆形螺旋毂盖已用于GE飞行器燃气涡轮发动机的各种模型中。椭圆形或弯曲的后部螺旋毂盖区段62 的弯曲形状可能不是纯椭圆形。该形状可能被描述为多项式曲线状。弯曲的后部螺旋毂盖区段62还可能被描述为弧形。
侧风性能改进的螺旋毂盖50具有由螺旋毂盖50的螺旋毂盖展弦比A/R限定的特定尺寸。A是螺旋毂盖尖端54与风扇轮毂前缘58之间的轴向距离。螺旋毂盖尖端54与风扇轮毂前缘58之间的轴向距离A还可以用于表示螺旋毂盖50的长度。R是从发动机轴向中心线轴线30至风扇轮毂前缘58的径向距离。展弦比A/R为大约1.8或更大，并且，具有大约1.8至2.2的第一示范性的范围和大于2.2的第二示范性的范围。展弦比A/R范围的又一示范性的范围为大约2.2至 2.8。
图3图示三个示范性的螺旋毂盖轴向横截面，这些横截面与基线轴向横截面B0相比而表示为第一、第二以及第三轴向横截面B1、B2以及B3。全部的三个示范性的螺旋毂盖轴向横截面B1-B3以及基线横截面B0具有相同的径向距离R。基线横截面B0具有基线轴向距离A0。示范性的第一、第二以及第三轴向横截面B1、B2以及B3分别具有等于 1.80、2.19以及2.58的第一、第二以及第三展弦比A/R1、A/R2以及A/R3。基线横截面B0具有1.41的基线展弦比A/R0。示范性的第一、第二以及第三轴向横截面B1、B2以及B3成形且确定尺寸为，通过降低入口内的流动分离的程度或严重程度，从而将入口25的侧风和大迎角性能改进为优于基线横截面B0的性能。螺旋毂盖形状的设计可以包括增大特定的位置处的螺旋毂盖的尺寸或沿着中心线轴线30的轴向距离，以便改进入口性能。
虽然已经在本文中描述了被认为是本发明的优选的且示范性的实施例的示例，但本领域技术人员应当从本文中的教导显而易见本发明的其他变型，因此，只要其他变型属于本发明的实质和范围，就期望在所附权利要求中保护所有这样的变型。
因此，期望通过美国专利证书来保护如在所附的权利要求中限定且区分的发明。

Claims (10)

1.一种用于安装至飞行器燃气涡轮发动机(10)的转子(20)的螺旋毂盖(50)，所述螺旋毂盖(50)包括：
圆锥形上游或前部螺旋毂盖区段(60)，其从螺旋毂盖尖端(54)向后延伸，后面有弯曲的下游或后部螺旋毂盖区段(62)，
所述螺旋毂盖(50)在中心线轴线(30)周围划界，
所述螺旋毂盖(50)具有大于大约1.8的螺旋毂盖展弦比(A/R)，以及
其中所述螺旋毂盖展弦比(A/R)是所述螺旋毂盖尖端(54)与螺旋毂盖端部(51)之间的轴向距离(A)除以从所述发动机轴向中心线轴线(30)至所述螺旋毂盖端部(51)的径向距离(R)。
2.根据权利要求1所述的螺旋毂盖(50)，其特征在于，还包括处于大约2.0-2.2的范围中的所述螺旋毂盖展弦比(A/R)。
3.根据权利要求1所述的螺旋毂盖(50)，其特征在于，还包括处于大约2.2-2.8的范围中的所述螺旋毂盖展弦比(A/R)。
4.根据权利要求1所述的螺旋毂盖(50)，其特征在于，还包括基本上相切于风扇叶片(18)的平台(35)的平台前缘(37)的所述后部螺旋毂盖区段(62)。
5.根据权利要求1所述的螺旋毂盖(50)，其特征在于，还包括具有轴向地弯曲的弧形或椭圆形横截面的所述后部螺旋毂盖区段(62)。
6.根据权利要求5所述的螺旋毂盖(50)，其特征在于，还包括所述前部螺旋毂盖区段(60)，其基本上与所述后部螺旋毂盖区段(62)相切于它们的交点(64)。
7.根据权利要求1所述的螺旋毂盖(50)，其特征在于，还包括螺旋毂盖轴向横截面(B1-B3)，所述螺旋毂盖轴向横截面(B1-B3)具有与基线横截面(B0)的基线轴向距离(A0)相比而更长的螺旋毂盖轴向距离(A1-A3)和比所述基线横截面(B0)的基线展弦比(A/R0)更大的所述螺旋毂盖展弦比(A/R)。
8.一种飞行器燃气涡轮发动机风扇组件(12)，包括：
风扇外壳(16)，其环绕安装至在中心线轴线(30)周围划界的转子(20)且从该转子(20)径向地向外延伸的风扇叶片(18)的阵列；
机舱(32)，其环绕所述风扇外壳(16)；
螺旋毂盖(50)，其在所述中心线轴线(30)周围划界且安装至所述转子(20)，
所述螺旋毂盖(50)包括从螺旋毂盖尖端(54)向后延伸的圆锥形上游或前部螺旋毂盖区段(60)，该区段后面有弯曲的下游或后部螺旋毂盖区段(62)，
所述螺旋毂盖(50)在中心线轴线(30)周围划界，
所述螺旋毂盖(50)具有大于大约1.8的螺旋毂盖展弦比(A/R)，以及
其中所述螺旋毂盖展弦比(A/R)是所述螺旋毂盖尖端(54)与螺旋毂盖端部(51)之间的轴向距离(L)除以从发动机轴向中心线轴线(30)至所述螺旋毂盖端部(51)的径向距离(R)。
9.根据权利要求8所述的组件(12)，其特征在于，还包括螺旋毂盖轴向横截面(B1-B3)，所述螺旋毂盖轴向横截面(B1-B3)确定尺寸且成形于某一位置或沿着所述中心线轴线(30)的轴向距离，以用于提高堵塞性，降低入口(25)内的静压，并且降低沿着所述螺旋毂盖(50)的迎风面(78)的逆压梯度的严重程度，以用于与所述基线横截面(B0)的性能相比而改进入口性能。
10.根据权利要求8所述的组件(12)，其特征在于，还包括：
螺旋毂盖轴向横截面(B1-B3)，其具有与基线横截面(B0)的基线轴向距离(A0)相比而更长的螺旋毂盖轴向距离(A1-A3)，
大于所述基线横截面(B0)的基线展弦比(A/R0)的所述螺旋毂盖展弦比(A/R)，以及
所述螺旋毂盖轴向横截面(B1-B3)成形且确定尺寸为，将所述组件(12)的侧风和/或大迎角性能改进为优于所述基线横截面(B0)的性能。
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