CN107208573A - 具有可变面积喷嘴的涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机，其具有：发动机芯部；径向地包围发动机芯部的内部罩；外部罩，其径向地包围内部罩并且与内部罩间隔开以形成在内部罩与外部罩之间环形通道，所述环形通道限定喷嘴；至少一个控制表面，其设置在内部罩上并且能够在缩回位置与伸展位置之间运动，在缩回位置中所述喷嘴具有第一横截面积，在伸展位置中喷嘴具有小于第一横截面积的第二横截面积；以及致动器，所述致动器操作地联接至控制表面并且构造成使控制表面运动以控制喷嘴的横截面积。

Description

具有可变面积喷嘴的涡轮发动机
背景技术
现代飞机发动机和机舱结构一般包括由外部罩结构和内部固定发动机罩形成的固定几何形状风扇排气喷嘴。排气喷嘴的几何形状通常为在包括巡航、起飞和着陆阶段的数个飞行阶段期间提供发动机性能的良好流动路径的折中方案。为了在不同的飞行阶段中获得更好的发动机性能，已经研究了用于排气喷嘴几何形状的多种方案；然而，所提出的针对该问题的方案被证明是复杂和昂贵的。
发明内容
在一个方面中，本发明的实施例涉及一种涡轮发动机，其具有发动机芯部；径向地包围发动机芯部的内部罩；外部罩，其径向地包围内部罩并且与内部罩间隔开以在内部罩与外部罩之间形成环形通道，其限定喷嘴；至少一个控制表面，其设置在内部罩上并且能够在缩回位置与伸展位置之间运动，在缩回位置中所述喷嘴具有第一横截面积，在伸展位置中喷嘴具有小于第一横截面积的第二横截面积；以及致动器，其操作地联接至控制表面并且构造成使控制表面运动以控制喷嘴的横截面积。
附图说明
在附图中：
图1是具有多个涡轮发动机组件的飞机的侧视图。
图2是可以包括在图1的飞机中的控制表面处于缩回位置情况下的可变截面扇形喷嘴的涡轮发动机组件的示意性局部剖视图。
图3是控制表面处于伸展位置情况下的图2的发动机组件的示意性局部剖视图。
图4是如图2所示的具有控制表面的内部罩的透视图，其中控制表面处于缩回位置。
图5是图4的内部罩和控制表面的透视图，控制表面处于伸展位置。
具体实施方式
图1示出具有机身4的飞机2，机身4具有从机身4向外延伸的机翼组件6。一个或多个涡轮发动机组件8可以联接至飞机2以由此提供推进力。虽然已示出商用飞机2，但是本发明的实施例预期可被用于任何类型的飞机，例如但不限于私人飞机、商务飞机和军用飞机。
如在图2中更清晰地示出的，每个涡轮发动机组件8可以包括涡轮发动机16、风扇组件18和机舱20。涡轮发动机16包括具有压缩机24、燃烧区段26、涡轮28和排气装置30的发动机芯部22。内部罩32径向地包围发动机芯部22。
为了清晰起见，已经切除了机舱20的一部分。机舱20包围包括内部罩32的涡轮发动机16。这样，机舱20形成径向包围内部罩32的外部罩34。外部罩34与内部罩32间隔开以便在内部罩32与外部罩34之间形成环形通道36。环形通道36表征、形成或者限定喷嘴38和基本从前向后的旁路气流路径。可预期到外部罩34或其部分可以相对于内部罩32和发动机芯部22轴向地平移。
至少一个控制表面40可以设置在内部罩32上并且在缩回位置与伸展位置之间活动，在缩回位置中喷嘴38具有第一横截面积，在如图虚线所示的伸展位置中，喷嘴38具有小于第一横截面积的第二横截面积。第一横截面积定尺寸成用于起飞操作，第二横截面积定尺寸成用于巡航操作。所预期的是第一横截面积和第二横截面积可以以包括使第二横截面积可以比第一横截面积小达到百分之十的任何适当的方式设定尺寸。
将理解的是，至少一个控制表面40可以是由包括声学处理表面的任何适当的材料形成的任何适当的控制表面。通过进一步的非限制性示例，控制表面40可以是向发动机芯部22提供入口的用于内部罩32的门。在所示出的示例中，控制表面40包括铰接地安装至内部罩32的第一端部42和与第一端部42相反的第二端部44，当控制表面40从缩回位置(图2)运动至伸展位置(图3)时，第二端部44运动远离内部罩32。第一端部42在第二端部44的前方。
仍然进一步地，可以包括密封件46，并且密封件46可以使第二端部44联接至内部罩32的尾部部分。可以预期到密封件46可以是任何适当的密封件；包括，密封件46可以是弹性的并且可以定尺寸成当控制表面40从缩回位置(图2)运动至伸展位置(图3)时拉伸。在操作中，密封件46的弹力可以施加偏置力以使控制表面40从伸展位置(图3)偏置至缩回位置(图2)。密封件46可以以任何适当的方式由任何适当的弹性材料形成，包括密封件46可以是加强弹性体膜片。
可以包括致动器50并且致动器50可以操作地联接至控制表面40。致动器50可以使控制表面40在缩回位置(图2)与伸展位置(图3)之间运动以控制喷嘴38的横截面积。将理解的是致动器50可以是构造成实现控制表面40的运动的任何适当类型的致动器。如图所示并作为非限制示例，致动器50可以包括可膨胀气囊，可膨胀气囊在膨胀时使控制表面40从缩回位置(图2)铰接地运动至伸展位置(图3)。可预期到来自涡轮发动机组件8的其他部分的空气压力可被利用和控制成使气囊膨胀。通过进一步的非限制示例，比如为压杆的线性致动器可被用于使控制表面40运动。因此，将理解的是控制表面40可以以液压地、机械地、机电地、气动地等等的方式运动。
此外，控制表面40可以运动至缩回位置(图2)与伸展位置(图3)之间的任何数量的中间位置。致动器50可以使控制表面40运动至多个中间位置，并且可被构造成连续地改变至少一个控制表面40的位置。
图4更详细地示出图2的内部罩32。如可以更加清晰地看到的，至少一个控制表面40可以包括围绕发动机芯部22径向地间隔开的多个控制表面40。更具体地，内部罩32已被示出为具有多个罩门48，多个罩门48可以围绕发动机芯部22径向地间隔开并且能够从关闭位置(图4)运动至打开位置(图5)，在关闭位置中，门48更靠近发动机芯部22，在打开位置中，与关闭位置相比，门48的至少一部分进一步远离发动机芯部22。当门48位于打开位置中时喷嘴38的横截面积比当门48处于关闭位置中时的横截面积小达到百分之十。
每个罩门48包括铰接地安装至内部罩32的第一端部42和与第一端部42相反的的第二端部44，当罩门48从缩回位置运动至伸展位置时，第二端部44运动远离内部罩32。密封件46可以是弹性的并且可以定尺寸成当罩门48从关闭位置(图4)运动至打开位置(图5)时拉伸，密封件46的弹力可以施加偏置力以使罩门48从关闭位置(图4)偏置至打开位置(图5)。如可以在图5中更容易看到的，可膨胀气囊52可以位于罩门48与发动机芯部22之间并且形成致动器50。当气囊52膨胀时，门48在关闭位置与打开位置之间运动，这减小了喷嘴38的横截面积。仍然进一步地，气囊52可以使门48运动至任何数量的中间位置，以提供用于喷嘴38的多个不同的横截面积。
如上所述的实施例提供各种有益效果，包括可以获得可变面积的风扇喷嘴，这获得了效率的显著差异。上述实施例提供可变面积风扇喷嘴，其避免了现代系统的复杂性并且不对基本声学或空气动力性能造成显著影响。现代可变面积风扇喷嘴一般包括涉及另外的折翼或门的复杂操作系统和/或机构，另外的折翼或门在飞行中部分展开以使罩和相关二步或多步反推力致动系统或另外的独立致动系统移动。这些方法具有操作安全隐患，其笨重、复杂并且有损于风扇喷嘴的声学和空气动力性能。
该书面说明书利用例子公开本发明，包括最佳方式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何采用的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可能包括本领域技术人员想到的其他例子。如果这些其他例子具有与权利要求的文字措辞没有不同之处的结构元件，或者这些其他例子包括与权利要求的文字措辞无实质区别的等同结构元件，则这些其他例子旨在落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种涡轮发动机，包括：
发动机芯部；
内部罩，所述内部罩径向地包围所述发动机芯部；
外部罩，所述外部罩径向包围所述内部罩并且与所述内部罩间隔开以在所述内部罩与所述外部罩之间形成环形通道，所述环形通道限定喷嘴；
至少一个控制表面，所述至少一个控制表面设置在所述内部罩上并且能够在缩回位置与伸展位置之间运动，在所述缩回位置中，所述喷嘴具有第一横截面积，在所述伸展位置中，所述喷嘴具有小于所述第一横截面积的第二横截面积；以及
致动器，所述致动器操作地联接至所述至少一个控制表面并且构造成使所述至少一个控制表面运动以控制所述喷嘴的所述横截面积。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述外部罩相对于所述发动机芯部轴向地平移。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第一横截面积定尺寸成用于起飞操作，所述第二横截面积定尺寸成用于巡航操作。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第二横截面积比所述第一横截面积小达到百分之十。
5.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个控制表面包括围绕所述发动机芯部径向地间隔开的多个控制表面。
6.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述致动器包括可膨胀气囊，以及其中，所述气囊的膨胀使所述至少一个控制表面从所述缩回位置运动至所述伸展位置。
7.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个控制表面包括铰接地安装至所述内部罩的第一端部和与所述第一端部相反的第二端部，当所述至少一个控制表面从所述缩回位置运动至所述伸展位置时所述第二端部运动远离所述内部罩。
8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第一端部在所述第二端部的前方。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机，还包括密封件，所述密封件将所述第二端部联接至所述内部罩。
10.根据权利要求9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述密封件是弹性的并且定尺寸成当所述至少一个控制表面从所述缩回位置运动至所述伸展位置时拉伸。
11.根据权利要求10所述的涡轮发动机，其特征在于，所述密封件的弹力将所述至少一个控制表面从所述伸展位置偏置至所述缩回位置。
12.根据权利要求11所述的涡轮发动机，其特征在于，所述致动器包括可膨胀气囊，当所述可膨胀气囊膨胀时使所述至少一个控制表面从所述缩回位置铰接地运动至所述伸展位置。
13.根据权利要求12所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个控制表面提供从所述内部罩至所述发动机芯部的入口。
14.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个控制表面能够运动至所述缩回位置与所述伸展位置之间的至少一个中间位置。
15.根据权利要求14所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个控制表面能够运动至多个中间位置，并且所述致动器构造成连续地改变所述至少一个控制表面的位置。
16.一种涡轮发动机，包括：
发动机芯部；
内部罩，所述内部罩径向包围所述发动机芯部并且具有一组罩门，所述一组罩门能够从关闭位置运动至打开位置并且围绕所述发动机径向地间隔开；
外部罩，所述外部罩径向包围所述内部罩并且与所述内部罩间隔开以在所述内部罩与所述外部罩之间形成环形通道，所述环形通道限定具有横截面积的喷嘴；以及
至少一个可膨胀气囊，所述至少一个可膨胀气囊位于所述一组罩门的子组与所述发动机芯部之间，当所述至少一个可膨胀气囊膨胀时使所述罩门的子组朝向所述打开位置运动，其中，在所述打开位置中，所述罩门的子组减小所述喷嘴的横截面积。
17.根据权利要求16所述的涡轮发动机，其特征在于，所述一组罩门中的至少一个罩门包括铰接地安装至所述内部罩的第一端部和与所述第一端部相反的的第二端部，当所述罩门从所述关闭位置运动至所述打开位置时所述第二端部运动远离所述内部罩。
18.根据权利要求17所述的涡轮发动机，还包括弹性密封件，所述弹性密封定尺寸成当所述罩门从所述关闭位置运动至所述打开位置时拉伸，将所述第二端部联接至所述内部罩。
19.根据权利要求16所述的涡轮发动机，其特征在于，在所述打开位置中，所述罩门的子组使所述喷嘴的所述横截面积减小达百分之十。
20.根据权利要求16所述的涡轮发动机，其特征在于，所述气囊构造成使所述罩门的子组运动至多个中间位置。
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