CN107010230A - 用于跨发动机碎片避免的方法和系统 - Google Patents

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CN107010230A CN201610947135.8A CN201610947135A CN107010230A CN 107010230 A CN107010230 A CN 107010230A CN 201610947135 A CN201610947135 A CN 201610947135A CN 107010230 A CN107010230 A CN 107010230A
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Abstract

用于飞行器(100)的推进系统(300；400；500；600；700；800)包括至少两个推进发动机(202，212)。各推进发动机(202，212)围绕纵向旋转轴线(206，216)旋转，且与各推进发动机(202，212)相关联的推进风扇(204，214)在与纵向旋转轴线(206，216)垂直的平面(208，218)中旋转。各平面(208，218)为沿飞行器(100)的纵向轴线(106)轴向地间隔和倾斜中的至少一种，使得各平面(208，218)不与和另一推进发动机(202，212)和推进风扇(204，214)相关联的任何其他平面(208，218)相交。

Description

用于跨发动机碎片避免的方法和系统
技术领域
本公开的领域大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及用于在开放转子发动机设备中避免跨发动机碎片(cross engine debris)的方法和系统。
背景技术
至少一些已知的飞行器包括开放转子构造以用于它们的发动机。例如，开放转子推进系统可包括涡轮螺旋桨发动机(turboprop)和逆转的开放转子。风扇叶片从一个发动机的松开可具有促使来自受影响的发动机的碎片冲击飞行器的另一发动机的部分的可能。此种冲击可不利地影响其他发动机，使得它们可能也故障。安装整流罩或其他屏蔽装置以限制叶片松开对飞行器增加重量和空气阻力的效果，该效果也将不利地影响飞行器的燃料效率。
发明内容
在一个方面中，提供了一种用于飞行器的推进系统。该推进系统包括至少两个推进发动机。各推进发动机围绕纵向旋转轴线旋转，且与各推进发动机相关联的推进风扇在与纵向旋转轴线垂直的平面中旋转。各平面为沿飞行器的机身轴向地间隔和倾斜中的至少一种，使得各平面不与任何其他推进发动机和推进风扇相交。
在另一方面中，提供了一种用于在飞行器上安装包括至少两个推进发动机的推进系统的方法。各推进发动机围绕纵向旋转轴线旋转，且与各推进发动机相关联的推进风扇在与纵向旋转轴线垂直的平面中旋转。该方法包括以下中的至少一种：使与各推进发动机相关联的各平面沿飞行器的纵向轴线间隔，和使与至少一个推进发动机相关联的至少一个平面倾斜。与各推进发动机相关联的各平面不与任何其他推进发动机和推进风扇相交。
本发明的第一技术方案提供了一种用于飞行器的推进系统，其包括：至少两个推进发动机，各所述推进发动机围绕相应的纵向旋转轴线旋转；以及与各所述推进发动机相关联的推进风扇，其在与所述相应的纵向旋转轴线垂直的平面中旋转，各平面定位为沿所述飞行器的纵向轴线轴向地间隔和倾斜中的至少一种，使得各平面不与任何其他推进发动机和推进风扇相交。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述至少两个推进发动机包括第一推进发动机和第二推进发动机，所述第一推进发动机是倾斜的。
本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，所述第二推进发动机是倾斜的。
本发明的第四技术方案是在第二技术方案中，所述第一推进发动机和所述第二推进发动机是沿相同方向倾斜的。
本发明的第五技术方案是在第二技术方案中，所述第一推进发动机和所述第二推进发动机是沿不同方向倾斜的。
本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述至少两个推进发动机包括第一推进发动机和第二推进发动机，所述第一推进发动机与所述第二推进发动机轴向地间隔且从所述第二推进发动机倾斜开。
本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述至少两个推进发动机包括第一推进发动机和第二推进发动机，所述第一推进发动机与所述第二推进发动机轴向地间隔且朝所述第二推进发动机倾斜。
本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述至少两个推进发动机是螺旋桨风扇发动机，各螺旋桨风扇发动机为双推进器，对转的，包括前推进器和后推进器。
本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述至少两个推进发动机中的至少一个在尖端角度(toe angle)下倾斜，该尖端角度的范围从大约20度向舷内到大约20度向舷外。
本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，所述至少两个推进发动机中的每一个在不同的推力水平下操作，以补偿因所述至少两个推进发动机中的每一个的所述轴向间隔和倾斜中的至少一者导致的不对称转矩。
本发明的第十一技术方案提供了一种用于在飞行器上安装包括至少两个推进发动机的推进系统的方法，其中各推进发动机围绕相应的纵向旋转轴线旋转，与各推进发动机相关联的推进风扇在与所述纵向旋转轴线垂直的平面中旋转，所述方法包括以下中的至少一者：使与各推进发动机相关联的各平面沿所述飞行器的纵向轴线轴向地间隔；使与至少一个推进发动机相关联的至少一个平面倾斜；其中各平面不与任何其他推进发动机和推进风扇相交。
本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述至少两个推进发动机中的第一推进发动机是倾斜的。
本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，所述至少两个推进发动机中的所述第一推进发动机和第二推进发动机是倾斜的。
本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，所述第一推进发动机和所述第二推进发动机是沿相同方向倾斜的。
本发明的第十五技术方案是在第十三技术方案中，所述第一推进发动机和所述第二推进发动机是沿不同方向倾斜的。
本发明的第十六技术方案是在第十一技术方案中，所述至少两个推进发动机中的第一推进发动机与所述至少两个推进发动机中的第二推进发动机轴向地间隔，且所述第一推进发动机从所述第二推进发动机倾斜开。
本发明的第十七技术方案是在第十一技术方案中，所述至少两个推进发动机中的第一推进发动机与所述至少两个推进发动机中的第二推进发动机轴向地间隔，且所述第一推进发动机朝所述第二推进发动机倾斜。
本发明的第十八技术方案是在第十一技术方案中，所述至少两个推进发动机是螺旋桨风扇发动机，各螺旋桨风扇发动机为双推进器，对转的，包括前推进器和后推进器。
本发明的第十九技术方案是在第十一技术方案中，所述至少两个推进发动机中的至少一个在尖端角度下倾斜，该尖端角度的范围从大约20度向舷内到大约20度向舷外。
本发明的第二十技术方案是在第十一技术方案中，所述推进系统的所述至少两个推进发动机中的每一个在不同的推力水平下操作，以补偿因所述至少两个推进发动机中的每一个的所述轴向间隔和倾斜中的至少一者导致的不对称转矩。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面以及优点将变得更好理解，其中贯穿附图，相同的特征代表相同的部分，在附图中：
图1是具有对称地安装在飞行器的各机翼上的双推进发动机的飞行器的俯视图；
图2是具有安装在第二推进发动机的轴向前方的第一推进发动机的飞行器的俯视图；
图3是具有从第二推进发动机倾斜开的第一推进发动机的飞行器的俯视图；
图4飞行器的俯视特写图，其示出了推进系统倾斜的尖端角度的范围；
图5是具有沿相同方向倾斜的两个推进发动机的飞行器的俯视图；
图6是具有向舷外倾斜的两个推进发动机的飞行器的俯视图；
图7是具有向舷内倾斜的两个推进发动机的飞行器的俯视图；
图8是具有安装在第二推进发动机的轴向前方且从第二推进发动机倾斜开的第一推进发动机的飞行器的俯视图；以及
图9是具有安装在第二推进发动机的轴向前方且朝第二推进发动机倾斜的第一推进发动机的飞行器的俯视图。
除非另外指示，否则本文中提供的图片意图例示本公开的实施例的特征。相信这些特征在包括本公开的一个或更多个实施例的多种系统中是可应用的。同样地，图片不意图包括本文中公开的实施例的实践所需的本领域技术人员已知的所有的常规特征。
部件列表
100 飞行器
102 机身
104 机翼
106 飞行器纵向轴线
200 推进系统
202 第一推进发动机
204 第一推进风扇
206 第一发动机纵向旋转轴线
208 第一风扇平面
210 第一后推进风扇
212 第二推进发动机
214 第二推进风扇
216 第二发动机纵向旋转轴线
218 第二风扇平面
220 跨发动机碎片路径
222 发动机的轴向间隔
224 第一后风扇平面
226 向舷内的尖端角度
228 向舷外的尖端角度
300 推进系统
400 推进系统
500 推进系统
600 推进系统
700 推进系统
800 推进系统。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参照多个用语，这些用语应被限定为具有以下含义。
单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数个指示物，除非上下文另外清楚地规定。
“可选的”或“可选地”意思是指随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且该描述包括发生该事件的实例和不发生该事件的实例。
如在本文中贯穿说明书和权利要求书使用的近似语言可用于修饰任何量的表现，其可以可容许地变化，而不导致其涉及的基本功能中的变化。因此，由诸如“大约”、“近似”、和“基本上”的用语或多个用语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可对应用于测量该值的工具的精度。在此，且贯穿说明书和权利要求，范围限制可组合并且/或者互换，确定此种范围并且其包括在本文中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
在本文中描述的飞行器发动机系统提供用于提供具有增强的操作安全性和可靠性的多发动机推进系统的成本有效的方法。具体而言，在本文中描述的推进系统包括至少两个推进发动机，这两个推进发动机安装成使得各推进发动机相对于推进系统的各其他推进发动机轴向地间隔并且/或者外张。在该布置中，用于各发动机的各风扇转子的旋转平面不与推进系统的任一其他推进发动机相交。在推进系统的推进发动机中的任一个的转子松开的情况下，远离其他推进发动机中的任一个引导任何所得的跨发动机碎片，从而降低因跨发动机碎片撞击引起的冲击和相关损伤的风险。在本文中描述的各种实施例中，轴向间隔和外张的任何组合可用于将各风扇转子的各旋转平面放置成与多发动机推进系统的所有推进发动机的所有其他风扇转子的所有其他旋转平面不对准。
包括交错和/或外张的推进发动机的多发动机推进系统提供优于提供相对于跨发动机碎片撞击的防护的已知方法的优点，诸如将机身装甲或其他保护结构并入到飞行器推进系统的设计中。这些已知的方法增加飞行器的重量，从而增加飞行器的燃料使用。此外，装甲的并入增大了飞行器设计的复杂度，且可能对推进系统的至少两个推进发动机的设计和安装引入偏手性约束。在本文中描述的多发动机推进系统使得能够并入高度有效的开放转子推进发动机设计，而不损害推进系统的安全性或可靠性。
图1示出用于飞行器100的典型的现存推进系统200的俯视图，该推进系统200包括安装在飞行器100的机翼104上的至少两个推进发动机202、212。第一推进发动机202包括至少一个第一推进风扇204，第一推进风扇204在与第一发动机纵向旋转轴线206垂直的第一风扇平面208内旋转。类似地，第二推进发动机212包括至少一个第二推进风扇214，第二推进风扇214在与第二发动机纵向旋转轴线216垂直的第二风扇平面218内旋转。在图1中例示的现存的推进系统200中，第一风扇平面208和第二风扇平面218与彼此对准。因此，在第一推进风扇204或第二推进风扇214中任一者的转子松开的情况下，任何所得的跨发动机碎片的可能的跨发动机碎片路径222被引导在第一推进风扇204和第二推进风扇214之间。
在一些实施例中，第一推进发动机202和/或第二推进发动机212沿轴向方向偏移，轴向方向在本文中限定为与沿飞行器100的机身102延伸的纵向轴线106平行的方向。图2示出一个实施例中的用于飞行器100的示例性推进系统300的俯视图。第一推进发动机202相对于第二推进发动机212沿与飞行器纵向轴线106平行的方向轴向地间隔。因此，在第一推进风扇204的转子松开的情况下的潜在的跨发动机碎片路径222不影响第二风扇平面218。在一些实施例中，第一推进发动机202还可包括第一后推进风扇210和相关联的第一后风扇平面226。轴向间隔224还使第一后风扇平面226错开在第二风扇平面218的前面，从而降低在第一后推进风扇210的转子故障的情况下在第二推进发动机212上的跨发动机碎片冲击的风险。
图3示出一个实施例中的用于飞行器100的另一示例性推进系统400的俯视图。第一推进发动机202从第二推进发动机212外张开，从而使第一风扇平面208相对于第二风扇平面218旋转。因此，在第一推进风扇204的转子松开的情况下的潜在的跨发动机碎片路径222不影响第二风扇平面218。
图4示出第一推进发动机202的特写俯视图。在各种实施例中，第一发动机纵向旋转轴线206和/或第二推进发动机212在向舷内的尖端角度228下或在向舷外的尖端角度230下外张。如在本文中所使用的，向舷内的尖端角度228限定为第一发动机纵向旋转轴线206朝飞行器100的机身102的旋转，且作为延伸，朝安装在相对的机翼104(未例示)上的第二推进发动机212的旋转。如在本文中所使用的，向舷外的尖端角度230限定为第一发动机纵向旋转轴线206远离飞行器100的机身102的旋转，且作为延伸，远离安装在相对的机翼104(未例示)上的第二推进发动机212的旋转。
在各种实施例中，仅第一推进发动机202和第二推进发动机212中的一个外张，如在图3中例示的。在各种其他实施例中，第一推进发动机202和第二推进发动机212二者外张。第一推进发动机202和第二推进发动机212外张的尖端角度228、230是独立地选择的。在一个实施例中，向舷内的尖端角度228的范围为从大约0°(平行于飞行器纵向轴线106)到大约20°且向舷外的尖端角度230的范围为从大约0°(平行于飞行器纵向轴线106)到大约20°。
图5示出一个实施例中的用于飞行器100的另一示例性推进系统500的俯视图。第一推进发动机202和第二推进发动机212沿相同方向外张，从而使第一风扇平面208和第二风扇平面218相对于彼此旋转。因此，在第一推进风扇204的转子松开的情况下的潜在的跨发动机碎片路径222不影响第二风扇平面218，或者反之亦然。为了沿相同方向外张，第一推进发动机202在向舷外的尖端角度230下外张，且第二推进发动机212在向舷内的尖端角度228下外张，如在图5中例示的，或者反之亦然(未例示)。
图6示出一个实施例中的用于飞行器100的另一示例性推进系统600的俯视图。第一推进发动机202和第二推进发动机212沿相反方向外张，从而使第一风扇平面208和第二风扇平面218相对于彼此旋转。因此，在第一推进风扇204的转子松开的情况下的潜在的跨发动机碎片路径222不影响第二风扇平面218，或者反之亦然。为了沿相反方向外张，第一推进发动机202和第二推进发动机212二者在向舷外的尖端角度230下外张，如在图6中例示的，或者第一推进发动机202和第二推进发动机212二者在向舷内的尖端角度228下外张，如在图7中例示的。
在各种实施例中，第一推进发动机202相对于第二推进发动机212在轴向间隔224下轴向地间隔，且第一推进发动机202还在向舷外的尖端角度230下外张。图8示出了在一个实施例中的用于飞行器100的另一示例性推进系统700的俯视图。第一推进发动机202相对于第二推进发动机212轴向地移位轴向间隔224，且第一推进发动机202远离第二推进发动机212在向舷外的尖端角度230下外张。因此，在第一推进风扇204的转子松开的情况下的潜在的跨发动机碎片路径222不影响第二风扇平面218，且反之亦然。图9示出一个实施例中的用于飞行器100的另一示例性推进系统200的俯视图。第一推进发动机202相对于第二推进发动机212轴向地移位轴向间隔224，且第一推进发动机202朝第二推进发动机212在向舷内的尖端角度228下外张。因此，在第一推进风扇204的转子松开的情况下的潜在的跨发动机碎片路径222不影响第二风扇平面218，且反之亦然。
在各种实施例中，在本文中公开了用于在飞行器上安装包括至少两个推进发动机的多发动机推进系统的方法。该方法包括以下中的任一种：使第一推进发动机202相对于第二推进发动机212轴向地移位和使第一推进发动机202和/或第二推进发动机212在向舷内的尖端角度228下或在向舷外的尖端角度230下外张，如之前在本文中描述的。该方法包括第一推进发动机202和/或第二推进发动机212的轴向间隔224和外张以任何组合形式的任何组合，而不进行限制。使用该方法安装在飞行器100上的推进系统200、300、400、500、600、700、800的示例性实施例在本文中在上面所描述的且如图1-9所例示的。
在各种实施例中，推进系统的至少两个推进发动机包括但不限于螺旋桨风扇发动机。适合的螺旋桨风扇发动机的非限制性示例包括双推进器对转螺旋桨风扇发动机，其包括前推进器和后推进器。
在上面详细地描述了包括至少两个推进发动机的推进系统的示例性实施例。推进系统和操作此种系统和装置的方法不限于在本文中描述的具体实施例，相反，系统的构件和/或方法的步骤可与在本文中描述的其他构件和/或步骤独立地且分开地利用。例如，该方法也可与需要与其他系统的至少两个推进发动机相关联的风扇平面的不对准的其他系统组合地使用，并且不限于仅与如在本文中描述的系统和方法一起实践。相反，示例性实施例可与当前构造成接收和接受至少两个推进发动机的许多其他飞行器推进系统应用结合地实施和利用。
尽管本公开的各种实施例的具体特征可在一些图中显示而不在其他图中显示，但这仅是为了便利。按照本公开的原理，图的任何特征可结合任何其他图的任何特征来参照和/或要求保护。
本书面描述使用了示例来公开本实施例，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于飞行器(100)的推进系统(300；400；500；600；700；800)，其包括：
至少两个推进发动机(202，212)，各个推进发动机(202，212)围绕相应的纵向旋转轴线(206，216)旋转；以及
与各个所述推进发动机(202，212)相关联的推进风扇(204，214)，其在与所述相应的纵向旋转轴线(206，216)垂直的平面(208，218)中旋转，各平面(208，218)定位为沿所述飞行器(100)的纵向轴线(106)轴向地间隔和倾斜中的至少一种，使得各平面(208，218)不相交任何其他推进发动机(202，212)和推进风扇(204，214)。
2.根据权利要求1所述的推进系统(400；500；600；700；800)，其特征在于，所述至少两个推进发动机(202，212)包括第一推进发动机(202)和第二推进发动机(212)，所述第一推进发动机(202)是倾斜的。
3.根据权利要求2所述的推进系统(500，600)，其特征在于，所述第二推进发动机(212)是倾斜的。
4.根据权利要求2所述的推进系统(500)，其特征在于，所述第一推进发动机(202)和所述第二推进发动机(212)是沿相同方向倾斜的。
5.根据权利要求2所述的推进系统(600)，其特征在于，所述第一推进发动机(202)和所述第二推进发动机(212)是沿不同方向倾斜的。
6.根据权利要求1所述的推进系统(700)，其特征在于，所述至少两个推进发动机(202，212)包括第一推进发动机(202)和第二推进发动机(212)，所述第一推进发动机(202)与所述第二推进发动机(212)轴向地间隔，且从所述第二推进发动机(212)倾斜开。
7.根据权利要求1所述的推进系统(800)，其特征在于，所述至少两个推进发动机(202，212)包括第一推进发动机(202)和第二推进发动机(212)，所述第一推进发动机(202)与所述第二推进发动机(212)轴向地间隔，且朝所述第二推进发动机(212)倾斜。
8.根据权利要求1所述的推进系统(300；400；500；600；700；800)，其特征在于，所述至少两个推进发动机(202，212)是螺旋桨风扇发动机，各螺旋桨风扇发动机为双推进器，对转的，包括前推进风扇(204)和后推进风扇(210)。
9.根据权利要求1所述的推进系统(400；500；600；700；800)，其特征在于，所述至少两个推进发动机(202，212)中的至少一个在尖端角度(226，228)下倾斜，该尖端角度(226，228)的范围从大约20度向舷内到大约20度向舷外。
10.根据权利要求1所述的推进系统(300；400；500；600；700；800)，其特征在于，所述至少两个推进发动机(202，212)中的每一个在不同的推力水平下操作，以补偿因所述至少两个推进发动机(202，212)中的每一个的所述轴向间隔和倾斜中的至少一者导致的不对称转矩。
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EP (1) EP3165453A1 (zh)
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