CN107269395B - 用于调整燃气涡轮发动机中气流畸变的辅助气流通道 - Google Patents

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Abstract

本发明公开使用辅助气流通道组件调整燃气涡轮发动机中气流畸变的系统和方法。燃气涡轮发动机可包括按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，并且至少部分限定发动机气流路径。外壳可包围所述燃气涡轮发动机，并至少部分暴露于旁通气流。所述燃气涡轮发动机可进一步包括辅助气流通道组件，所述辅助气流通道组件包括门和管道，所述管道限定位于所述外壳上的入口，所述管道限定与发动机气流路径气流连通的出口，所述管道包括在所述入口和出口之间延伸的气流通道。所述气门可在开启和关闭位置之间移动，使部分所述旁通气流流过所述气流通道以调整气流畸变。

Description

用于调整燃气涡轮发动机中气流畸变的辅助气流通道
技术领域
本发明主题大体涉及燃气涡轮发动机，更确切地说，涉及用于调整燃气涡轮发动机中气流畸变的辅助气流通道。
背景技术
燃气涡轮发动机大体包括核心，核心具有按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段、涡轮段和排气段。在操作中，发动机气流提供至所述压缩机段入口，在此处，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气直至其到达燃烧段。在燃烧段，燃料与压缩空气混合并燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧段传送至涡轮段。通过涡轮段的燃烧气流驱动压缩机段，并通过排气段传送至例如大气中。
在操作中，燃气涡轮发动机可能会在压缩机段上游的发动机气流路径中遇到气流畸变，例如由燃气涡轮发动机迎角造成的周向或局部流动中断、横向风或其它入口异常。操作中气流畸变可能过于不均匀，导致压缩机段部分处于正常的失速压力比率或在其之下。在很多情况下，压缩机段应保留充足的失速余量，以便在燃气涡轮发动机运行中防止失速状况的发生。
在燃气涡轮发动机中保留所需失速余量的一种方法是关闭压缩机段入口处的可变导向叶片，从而将压缩机段中的气流和压力降低至足以造成失速状况的压力之下。然而，关闭可变导向叶片会降低燃气涡轮发动机的整体效率。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下说明中阐明，或根据所述说明可显而易见，或可以通过实践本发明了解到。
本发明的一个示例方面涉及燃气涡轮发动机的核心发动机。所述核心发动机可包括按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，至少部分限定了燃气涡轮发动机的发动机气流路径。所述核心发动机还可包括至少部分包围所述核心发动机的所述压缩段、燃烧段和涡轮段的外壳。所述外壳至少部分暴露于旁通气流。所述核心发动机还可包括辅助气流通道组件。所述辅助气流通道组件可包括管道和门。所述管道可限定外壳上的入口和与所述发动机气流路径气流连通的出口。所述管道可进一步限定在入口和出口之间延伸的气流通道。所述门可在打开位置与关闭位置之间移动。在所述开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在所述关闭位置时，所述门基本上限制所有气流通过所述气流通道。
本发明的另一个示例方面涉及用于调整燃气涡轮发动机气流畸变的方法。燃气涡轮发动机可包括按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段。所述压缩机段、燃烧段和涡轮段可至少部分限定发动机气流路径。所述压缩机段、燃烧段和涡轮段可至少部分包围在外壳中。所述外壳至少部分暴露于旁通气流。所述方法包括通过一个或多个控制装置，确定与发动机气流路径相关的气流畸变状况。所述方法还可包括通过一个或多个控制装置，控制辅助气流通道的门，以调整燃气涡轮发动机中的气流畸变状况。所述辅助气流通道组件可包括管道。所述管道可限定外壳上的入口和与所述发动机气流路径气流连通的出口。所述管道可进一步限定在入口和出口之间延伸的气流通道。在所述开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在所述关闭位置时，所述门基本上限制所有气流通过所述气流通道。
本发明的其它示例方面涉及燃气涡轮发动机、装置、设备以及配置成调整燃气涡轮发动机气流路径中气流畸变的其他系统。可对本发明的这些示例性方面做出各种变化和修改。
技术方案1：一种燃气涡轮发动机的核心发动机，所述核心发动机包括：
按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分限定所述燃气涡轮发动机的发动机气流路径；
外壳，其至少部分包围所述核心发动机的所述压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述外壳至少部分暴露于旁通气流；及
辅助气流通道组件，所述辅助气流通道组件包括
管道，所述管道限定位于所述外壳上的入口，所述管道限定与所述发动机气流路径气流连通的出口，所述管道限定在所述入口和出口之间延伸的气流通道；及
门，其可在开启位置和关闭位置之间移动，在所述开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在所述关闭位置时，所述门大体上限制所有气流通过所述气流通道。
技术方案2：根据技术方案1所述核心发动机，其中，所述门构造为至少部分基于所述发动机气流路径中的气流畸变而被控制。
技术方案3：根据技术方案2所述核心发动机，进一步包括：
一个或多个压力传感装置，其至少部分定位于所述发动机气流路径中，以获得与气流畸变相关的一个或多个测量。
技术方案4：根据技术方案1所述核心发动机，其中，所述核心发动机包括多个辅助气流通道组件。
技术方案5：根据技术方案4所述核心发动机，其中，所述核心发动机包括多个压力传感装置，其中，每个辅助气流通道组件与压力传感装置相关联，所述压力传感装置配置成获得一个或多个与所述辅助气流通道组件相关的测量。
技术方案6：根据技术方案4所述核心发动机，其中，所述核心发动机限定周向，其中，所述多个辅助气流通道组件围绕所述核心发动机的所述周向间隔分布。
技术方案7：根据技术方案1所述核心发动机，其中，所述核心发动机限定轴向，其中，所述门在所述开启位置和关闭位置之间至少部分地沿着所述轴向移动。
技术方案8：根据技术方案1所述核心发动机，其中，在所述开启位置时，所述门至少部分延伸入所述旁通气流，以引导部分所述旁通气流至所述气流通道。
技术方案9：根据技术方案1所述核心发动机，其中，所述门还可移动至所述开启位置和关闭位置之间的中间位置，其中，在所述中间位置的所述气流部分少于在所述开启位置的所述气流部分，多于在所述关闭位置的所述气流部分。
技术方案10：根据技术方案9所述核心发动机，其中，所述门可基于来自控制器的信号在所述开启位置、关闭位置和中间位置之间移动，以调整所述发动机气流路径中的气流畸变。
技术方案11：根据技术方案9所述核心发动机，其中，所述辅助气流通道组件包括一个或多个致动器，所述致动器可操作以使所述门在所述开启位置、关闭位置和中间位置之间移动。
技术方案12：一种用于调整飞行器的燃气涡轮发动机气流畸变的方法，所述燃气涡轮发动机包括按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分限定发动机气流路径，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分包围在外壳中，所述外壳至少部分暴露于旁通气流，所述方法包括：
通过一个或多个控制装置确定与所述发动机气流路径相关的气流畸变状况；及
通过一个或多个所述控制装置控制辅助气流通道的门，以调整所述燃气涡轮发动机的所述气流畸变状况，所述辅助气流通道组件包括管道，所述管道限定所述外壳上的入口，所述管道限定与所述发动机气流路径气流连通的出口，所述管道限定在所述入口和出口之间延伸的气流通道，在所述开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在所述关闭位置时，所述门大体限制所有气流穿过所述气流通道。
技术方案13：根据技术方案12所述方法，其中，所述门还可移动至所述开启位置和关闭位置之间的中间位置，其中，在所述中间位置的所述气流部分少于在所述开启位置的所述气流部分，多于在所述关闭位置的所述气流部分。
技术方案14：根据技术方案13所述方法，其中，控制所述辅助气流通道组件的所述门包括使所述门在所述开启位置、关闭位置和中间位置之间移动。
技术方案15：根据技术方案12所述方法，其中，控制辅助气流通道组件的所述门以调整所述气流畸变状况包括控制辅助气流通道组件的所述门，从而减少所述气流畸变状况。
技术方案16：根据技术方案12所述方法，其中，确定与所述发动机气流路径相关的所述气流畸变状况包括使用一个或多个压力传感装置获得一个或多个测量。
技术方案17：根据技术方案12所述方法，其中，控制所述门包括发送控制信号至可使所述门移动的一个或多个致动器。
技术方案18：一种用于飞行器的燃气涡轮发动机系统，所述燃气涡轮发动机系统包括：
按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分限定发动机气流路径，
外壳，其至少部分包围所述压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述外壳至少部分暴露于旁通气流；
辅助气流通道组件，其包括管道和门，所述管道限定所述外壳上的入口，所述管道限定与所述发动机气流路径气流连通的出口，所述管道限定在所述入口和出口之间延伸的气流通道，所述门可在开启位置和关闭位置之间移动，在所述开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在所述关闭位置时，所述门大体上限制所有气流穿过所述气流通道；及
控制器，其可操作地连接至所述辅助气流通道组件的所述门，所述控制器包括位于飞行器上的一个或多个处理器和一个或多个存储设备，所述一个或多个存储设备用于存储指令，当被所述一个或多个处理器执行时，所述指令将使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
确定所述发动机气流路径中的气流畸变状况；及
控制所述门以调整通过所述气流通道的气流，从而调整确定的气流畸变状况。
技术方案19：根据技术方案18所述燃气涡轮发动机系统，其中，所述核心发动机包括至少部分定位于所述发动机气流路径中的一个或多个压力传感装置，以获得一个或多个测量，从而确定所述气流畸变状况。
技术方案20：根据技术方案17所述燃气涡轮发动机系统，其中，所述门还可移动至所述开启位置和关闭位置之间的中间位置，在所述中间位置的所述气流部分少于在所述开启位置的所述气流部分，多于在所述关闭位置的所述气流部分。
参照以下说明和附图可以更好地理解各种实施例的这些和其他特征、方面和优点。包括在本说明书内并构成本说明书的一部分的附图说明了本发明的各个实施例，并且与本说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
本说明书参照附图向所属领域的一般技术人员阐述了本发明的完整且可实现的详细披露，包括其最佳模式，在附图中：
图1为根据本发明主题的示例实施例的燃气涡轮发动机的剖面示意图。
图2为根据本发明的示例实施例的示例燃气涡轮发动机前端的剖面示意图。
图3为根据本发明的示例实施例的示例燃气涡轮发动机前端的剖面示意图。
图4为根据木发明的示例实施例的示例燃气涡轮发动机前端的剖面示意图。
图5为根据本发明的示例实施例的示例燃气涡轮发动机前端的剖面示意图。
图6为根据本发明的示例实施例的示例燃气涡轮发动机中一组仪表化导向叶片(instrumented guide vanes)的轴向示意图。
图7为根据本发明的示例实施例的示例燃气涡轮发动机中单个仪表化导向叶片的示意图。
图8示出用于根据本发明的示例实施例的控制系统中的示例控制装置。
图9示出根据本发明的示例实施例的示例方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，附图中示出了实施例的一个或多个实例。每个示例均以解释本发明，而非限制本发明的方式提供。事实上，所属领域的技术人员将易于了解，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的部分而示出或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一个实施例。因此，本发明应涵盖在所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。
本发明的示例方面涉及实时调整燃气涡轮发动机中的气流畸变。在燃气涡轮发动机运行中，气流畸变可能过于不均匀，导致压缩机段的部分处于正常失速压力比率或在其之下，从而降低燃气涡轮发动机的可操作性。因此，增加的失速余量净空(headroom)对于消除气流畸变是必须的。增加失速余量净空的一个方法是关闭压缩机段入口的可变导向叶片，从而减小燃气涡轮发动机压缩机段中的气压和气流。然而，关闭可变导向叶片以增加失速余量净空会降低燃气涡轮发动机的整体效率。
根据本发明示例方面的燃气涡轮发动机和方法，可增加飞行器燃气涡轮发动机的可操作性，其方法是，对燃气涡轮发动机的发动机气流路径中的气流畸变进行实时评估，并基于气流畸变评估，操作一个或多个辅助气流通道组件，将空气从旁通气流引导至燃气涡轮发动机的发动机气流路径中，从而调整发动机气流路径中的气流畸变。从发动机气流路径中获得的实时压力测量可用于评估燃气涡轮发动机的发动机气流路径中的畸变状况。然后可对发动机气流路径特定区域的气流畸变(例如局部流动分离)进行调整，其方法是，开启或关闭一个或多个辅助气流通道组件的一个或多个门，将空气从燃气涡轮发动机外部的旁通气流引导至发动机气流路径中，为正经历气流畸变的区域供能。通过调整发动机气流路径中的气流畸变，可提高燃气涡轮发动机的可操作性。
根据本发明的特定方面，燃气涡轮发动机中可包括多个辅助气流通道组件。燃气涡轮发动机可包括核心发动机，所述核心发动机可包括按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，并由外壳包围。发动机气流可通过压缩机段入口进入核心发动机，并通过发动机气流路径流过核心发动机。
每个辅助气流通道组件可包括燃气涡轮发动机外壳上的入口和在核心发动机内部与发动机气流路径气流连通的出口。管道或气流通道可在入口和出口之间延伸。可控制靠近外壳上入口的门开启和关闭。当门关闭时，基本限制所有气流通过气流通道。当门开启时，来自核心发动机外部的部分旁通气流可进入气流通道并流入发动机气流路径。在一个实施例中，门可大体沿轴向移动到外壳内的隔室中。在另一个实施例中，门可延伸至旁通气流中，将空气引导至气流通道中。
可响应于气流畸变状况控制每个辅助气流通道组件，从而将旁通气流从核心发动机外部引导至发动机气流路径中。例如，在一个实施例中，一个或多个压力传感装置可集成到延伸入燃气涡轮发动机发动机气流路径中的各种部件。所述压力传感装置可配置成测量与每个辅助气流通道组件相关的压力。可基于从压力传感装置中获得的实时压力测量进行畸变状况评估。例如，发动机气流路径的非均匀压力轮廓(profile)可表明发动机气流路径中存在气流畸变。然后可控制一个或多个辅助气流通道组件，以调整与发动机气流路径相关的气流畸变。例如，可控制辅助气流通道组件将部分旁通气流引导至发动机气流路径中正在经历局部流动分离的区域，为发动机气流路径中的该区域供能，并减缓局部流动分离。
通过这种方法，根据本发明示例方面的燃气涡轮发动机和方法可具有基于实时气流畸变状况调整燃气涡轮发动机气流畸变的技术效果。同时，可通过增加用以操作安全的失速余量净空来提高燃气涡轮发动机的可操作性。
现在将详细参考本发明的各项实施例，附图中示出了本发明实施例的一个或多个实例。具体实施方式中使用数字和字母标识来指代附图中的特征。附图和说明中类似或相同的标识用于指代本发明的类似或相同的部分。本专利申请文件所用的术语“第一”、“第二”以及“第三”可以互换使用以区分不同部件，并且这些术语并不旨在表示单个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流自方向，并且“下游”是指流体流向方向。
现参照附图，其中，相同数字在所有图形中表示同一元素，图1是根据本发明示例实施例中燃气涡轮发动机的剖面示意图。更确切地说，在图1实施例中，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机10，在本说明书中被称为“燃气涡轮发动机10”。本发明示例方面在不脱离本发明范围的情况下，可用于其它合适的燃气涡轮发动机。
如图1，燃气涡轮发动机10限定轴向A(沿用于参照的纵向中心线12的平行方向延伸)和径向R。燃气涡轮发动机10还限定了周向(未示出)。一般，燃气涡轮发动机10包括风机段14和核心发动机16，所述风机段14配置成与核心发动机16机械连通，处于与核心发动机流动连通的位置。
示出的示例核心发动机16大体上包括大体呈管状的外壳18，所述外壳限定了环形入口20。外壳18包围：压缩机段，所述压缩机段包括升压机或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧段26；涡轮段，所述涡轮段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及排气喷嘴段32，它们呈连续流关系。高压(HP)轴或线轴34驱动地将HP涡轮28连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36驱动地连接LP涡轮30和LP压缩机22。
此外，在示出的实施例中，风机段14包括可变距风机38，所述可变距风机具有以问隔方式耦合到轮盘42的多个风机叶片40。如所示，风机叶片40从轮盘42大体沿径向R向外延伸。通过穿过动力齿轮箱44的LP轴36，风机叶片40和轮盘42可一起围绕纵向中心线12旋转。动力齿轮箱44包括用于调节LP轴36旋转速度的多个齿轮。此外，在示出的实施例中，可变距风机38的轮盘42由可旋转的前轮毂46所覆盖，前轮毂呈流线型外形，以便促进气流通过多个风机叶片40。
仍然参照图1中的示例燃气涡轮发动机10，示例燃气涡轮发动机10还包括多个周向间隔的出口导向叶片50。所述多个出口导向叶片50沿轴向A设置在风机38的下游，并从核心发动机16的外壳18起大体沿径向R向外延伸。每个出口导向叶片50限定压力52的中心(如图2所示)和基本与径向R平行延伸的变距轴P。值得注意的是，在示出的实施例中，燃气涡轮发动机10不包括包围风机段14和/或出口导向叶片50的任何外壳。相应地，在示出的实施例中，燃气涡轮发动机10可能指无涵道单风机燃气涡轮发动机10。
在示出的示例燃气涡轮发动机10中，风机段14或，更确切地，风机段14风机叶片40的旋转提供了燃气涡轮发动机10的大部分推进推力。此外，提供了多个出口导向叶片50以提高风机段14的效率，并提供其它益处，例如，减少燃气涡轮发动机10产生的噪音量。
在燃气涡轮发动机10运行中，空气量56穿过风机段14上的多个叶片40。空气量56的第一部分，也就是空气第一部分60被引向或引导至延伸穿过压缩机段、燃烧段26、涡轮段和排气段32的发动机气流路径64中。空气的第一部分60可能同样是指发动机气流。此外，空气量56的第二部分，例如空气第二部分62，在核心发动机16周围流动，绕过核心发动机16。空气第二部分62可能同样是指旁通气流。空气第二部分62和空气第一部分60之间的比率通常为旁通比。
仍参考图1，当空气第一部分60穿过LP压缩机22、继而穿过HP压缩机24时，其压力增大。然后经过压缩的空气第一部分60被提供至燃烧段26，在此处与燃料混合并燃烧，以提供燃烧气体74。引导燃烧气体74通过HP涡轮28，在此处，通过耦合于外壳18的HP涡轮定子叶片76连续级和耦合于HP轴或线轴34的HP涡轮转子叶片78连续级，将一部分热能和/或动能从燃烧气体74中提取出来，使HP轴或线轴34旋转，从而支持HP压缩机24的运行。随后引导燃烧气体74通过LP涡轮30，在此处，通过耦合于外壳18的LP涡轮定子叶片80的连续级和耦合于LP轴或线轴36的LP涡轮转子叶片82的连续级，将第二部分热能和/或动能从燃烧气体74中提取出来，使LP轴或线轴36旋转，从而支持LP压缩机22的运行和/或风机38的旋转。随后引导燃烧气体74通过核心发动机16的排气喷嘴段32，以补充由风机段14提供的推进推力。
仍参考图1，环形入口20的下游是一个或多个入口导向叶片100。在特定的示例实施例中，入口导向叶片100可配置成开启或关闭，从而限制空气第一部分60流入延伸穿过压缩机段的发动机气流路径64。在特定的示例实施例中，入口导向叶片100可以是按照如图6和7所示的本发明示例实施例的仪表化导向叶片400。
入口导向叶片100的下游是一个或多个支柱102，该支柱配置成机械地将外壳18连接到核心发动机16。支柱102延伸至发动机气流路径64中，在此处，空气第一部分60在支柱102上方流动。在特定的示例实施例中，支柱102配置成获得压力测量。支柱102的下游是一个或多个可变导向叶片104。可变导向叶片104配置成开启或关闭，从而限制空气第一部分60流入延伸穿过压缩机段的发动机气流路径64。在特定的示例实施例中，可变导向叶片104可以是按照如图6和7所示的本发明示例实施例的仪表化可变导向叶片400。
仍参考图1，辅助气流通道组件112位于燃气涡轮发动机10的前端。在一个实施例中，辅助气流通道组件112可开启，使空气62的第二部分至少部分流入发动机气流路径64中，以提高燃气涡轮发动机10的可操作性，增加LP压缩机22的失速余量或减轻LP压缩机22和HP压缩机24之间的气流不匹配。
现参照图2和图3，示出了根据本发明示例方面的图1中示例燃气涡轮发动机10前端的近视剖面图。如图所示，所述燃气涡轮发动机10包括至少一个控制机构106，配置成调节可变导向叶片104。在特定的示例实施例中，所述燃气涡轮发动机10可包括多个控制机构106，每个单独的控制机构106配置成调节单个可变导向叶片104或气流路径的其它构件。
仍参考图2和图3，辅助气流通道112可包括外壳18上的入口114。如图2和图3，外壳18可暴露于空气62的第二部分。辅助气流通道组件112还可包括与发动机气流路径64气流连通的出口116。辅助气流通道组件112还包括在入口114和出口116之间延伸的气流通道118。辅助气流通道组件112还可包括门120，所述门可由一个或多个致动器122移动。在一个示例实施例中，门120可响应于来自控制装置如图8示出的控制装置800发出的信号移动。
如图2和图3所示，在一些实施例中，门120可至少部分沿轴向A在开启和关闭位置之间移动。例如，如图2中所示，门120在关闭位置，可大体沿轴向A移动至开启位置，如图3所示。在关闭位置时，门120大体限制所有气流通过气流通道118。如图3中所示，门120可开启，以使空气第二部分62的至少一部分124可进入入口114，通过气流通道118，从出口116流出，进入发动机气流路径64中。在另一个未在图2和图3中示出的实施例中，门120可调整至一个或多个中间位置，以使气流部分124少于开启位置的气流部分124，但多于关闭位置的气流部分124。在一个实施例中，门120可响应于控制信号移动，例如发送至致动器122的控制信号，控制致动器122移动门120至特定设定点，例如开启、关闭或中间位置。通过这种方式，可改变通过气流通道118的气流量。
现参照图4和图5，根据本发明附加示例方面，图示了图2和图3中示出的燃气涡轮发动机10的相同前端。与图2和图3中图示的相同或相似结构以相同的参照数字指代。如图4和图5中所示出，在一些实施例中，辅助气流通道组件112可包括配置成延伸入空气第二部分62的气流路径中的门。如图4和图5中所示，在一些实施例中，辅助气流通道112可包括外壳18上的入口114。如图4和图5中所示，外壳18可暴露于空气第二部分62。辅助气流通道组件112还可包括与发动机气流路径64气流连通的出口116。辅助气流通道组件112还包括在入口114和出口116之间延伸的气流通道118。辅助气流通道组件112还可包括门120，所述门可由一个或多个致动器122移动。在一个示例实施例中，门120可响应于来自控制装置(如图8中示出的控制装置800)发出的信号而移动。
如图4和图5，在一些实施例中，门120可在开启位置和关闭位置之间移动，其中，当门120在开启位置时，门120可延伸至空气第二部分62的流动中。例如，如图4中所示，门120在关闭位置，并基本限制所有气流通过气流通道118。如图5中所示，门120可移动至开启位置，以使空气第二部分62的至少一部分124可进入入口114，通过气流通道118，从出口116流出，进入发动机气流路径64中。在另一个未在图4和图5中示出的实施例中，门120可调整至一个或多个中间位置，以使气流部分124少于开启位置的气流部分124，但多于关闭位置的气流部分124。在一个示例实施例中，门120可响应于控制信号加以移动，例如发送至致动器122的控制信号，控制致动器122移动门120至特定设定点，例如开启、关闭或中间位置。通过这种方式，可改变通过气流通道118的气流量。
大致参照图2至图5，在燃气涡轮发动机10运行中，辅助气流通道112的门120可配置成可控，以调整发动机气流路径64中的气流畸变。例如，控制装置(如图8中所示的控制装置800)可从一个或多个压力传感装置中获得测量，并确定发动机气流路径的区域正在经历气流畸变，如气流分离。然后控制装置可控制辅助气流通道组件112以调整气流畸变，例如通过发送控制信号到致动器122来开启或关闭门120，使来自空气第二部分62的一部分空气124通过气流通道118进入发动机气流路径64。通过这种方式，可调整甚至减少燃气涡轮发动机中的气流畸变，从而提高燃气涡轮发动机的可操作性。
在一个实施例中，一个或多个压力传感装置可至少部分位于发动机气流路径64内。在一个实施例中，一个或多个压力传感装置可至少部分集成到发动机气流路径64中的一个或多个构件中，例如图6和图7所示的仪表化导向叶片400。在另一个实施例中，所述一个或多个压力传感装置可集成到入口导向叶片100或支柱102中。在不脱离本发明范围或精神的情况下，还可使用其它压力传感装置。使用由所述一个或多个压力传感装置获得的测量，可确定气流畸变评估。
此外，在另一个实施例中，多个辅助气流通道组件112可围绕燃气涡轮发动机10的周向间隔分布。在一个实施例中，每个辅助气流通道组件112可与一个或多个压力传感装置相关联。例如，燃气涡轮发动机10可包括多个仪表化导向叶片400，所述导向叶片围绕图6中所示的燃气涡轮发动机10的周向间隔分布。每个辅助气流通道组件112可具有一个或多个与每个辅助气流通道组件112相关联的仪表化导向叶片400，这样一个或多个仪表化导向叶片400可从靠近每个辅助气流通道组件112的发动机气流路径64中获得测量。使用由压力传感装置获得的测量，可评估气流畸变。例如，发动机气流路径周向的非均匀压力轮廓可表明发动机气流路径64的特定区域中存在气流畸变。然后可控制一个或多个辅助气流通道组件112的一个或多个门120，使来自空气第二部分62的一部分空气124流入正在经历气流畸变的区域，从而减轻气流畸变。
现参照图6，图示了图1中的示例燃气涡轮发动机10中单个导向叶片104阵列的轴向示意图。如图所示，多个单个导向叶片104配置成位于LP压缩机22上游发动机气流路径64中的周向阵列。如图6所示，单个导向叶片104组中包括五个仪表化导向叶片400，这将在下文中参照图7进行更详细描述。如在下文中参照图7所进行的更详细描述，每个单个仪表化导向叶片400配有压力传感装置。如图6所示，所述压力传感装置包括延伸穿过单个仪表化导向叶片400的一个或多个分接头202和一个或多个局部传感器204，该局部传感器配置成测量来自所述一个或多个分接头202的气压。然而，所属领域的技术人员将易于了解，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，所述压力传感装置可以是配置成感应压力的任何合适设备。如图6所示，局部传感器204配置成将指示气压的数据发送至数字通信总线206。数字通信总线206然后将指示气压的数据发送至控制器208。在一个实施例中，控制器208可以是编程为执行操作的控制装置，例如图8中示出的控制装置800。控制器208可基于指示气压的数据来控制各种致动器和门，例如，辅助气流通道组件112的门120和致动器122。
图7为根据本发明的示例实施例的示例燃气涡轮发动机中单个仪表化导向叶片400的示意图。仪表化导向叶片400可以是可变导向叶片104或固定导向叶片100。如图7所示，仪表化导向叶片400可配置成非对称的翼型件形状，大体为“泪滴”形状，具有前缘410、压力侧420和吸力侧430。然而，在其他示例实施例中，仪表化导向叶片400却可能限定任何其它合适的对称或非对称形状或结构。在一些实施方式中，前缘410可配置在发动机气流路径64中，这样在环形入口20下游流动的空气第一部分60先接触到前缘410，再流到压力侧420和吸力侧430，继而进入LP压缩机22。
仍参考图7，一个或多个前缘分接头412、压力侧分接头422和/或吸力侧分接头432集成到仪表化导向叶片400中。虚线示出了前缘分接头412、压力侧分接头422和吸力侧分接头432。如图7所示，两个前缘入口414沿前缘410径向间隔分布，使来自发动机气流的空气(例如，空气第一部分60和部分124)进入前缘入口414，并穿过前缘分接头412流至局部传感器204(未在图7中示出)。在另一个实施例中，单个前缘入口414和前缘分接头412可集成到前缘410中。在另一个实施例中，三个或更多前缘入口414和前缘分接头412可集成到前缘410中。
仍参考图7，两个压力侧入口424沿压力侧420轴向间隔分布，使发动机气流(例如，来自空气第一部分60和部分124的空气)进入压力侧入口424，并穿过压力侧分接头422流至局部传感器204(未在图7中示出)。在另一个实施例中，单个压力侧入口424和压力侧分接头422可集成到压力侧420中。在另一个实施例中，三个或更多压力侧入口424和压力侧分接头422可集成到压力侧420中。
仍参考图7，两个吸力侧入口434沿吸力侧430轴向间隔分布，使来自发动机气流的空气(例如，空气第一部分60和部分124)进入吸力侧入口434，并穿过吸力侧分接头432流至局部传感器204(未在图7中示出)。虚线示出了吸力侧入口434。在另一个实施例中，单个吸力侧入口434和吸力侧分接头432可集成到吸力侧430中。在另一个实施例中，三个或更多吸力侧入口434和吸力侧分接头432可集成到吸力侧430中。
仍参考图7，在一个实施例中，局部传感器204(未示出)配置成测量压力侧分接头422和吸力侧分接头432之间的压差。在另一个实施例中，局部传感器204(未示出)配置成测量来自压力侧分接头422和吸力侧分接头432的绝对压力。
图8示出用在根据本发明的示例实施例的控制系统中的示例控制装置。如图所示，控制装置800可包括一个或多个处理器812和一个或多个存储设备814。所述一个或多个处理器812可包括任意合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑设备或其它合适的处理装置。所述一个或多个存储设备814可包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非瞬时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器或其它存储设备。
所述一个或多个存储设备814可存储所述一个或多个处理器812可存取的信息，包括所述一个或多个处理器812可执行的计算机可读指令816。所述指令816可以是在被所述一个或多个处理器812执行时，使所述一个或多个处理器812执行操作的任意指令集。所述指令816可在以任何合适语言编写的软件中实现，或在硬件中实现。在一些实施例中，所述指令816可由所述一个或多个处理器812执行，使所述一个或多个处理器执行操作，例如参照图9中描述的用于控制辅助气流通道组件来调整燃气涡轮发动机中气流畸变的操作。
参照图8，所述存储设备814可进一步存储可由所述处理器812访问的数据818。所述数据818可包括例如操作参数、从所述发动机气流路径中获得的压力测量和其它数据。所述数据818还可包括与用于执行根据本发明示例方面的所述示例方法的模型和算法相关的数据，例如用于确定畸变状况的模型和算法。
所述控制装置800还可包括通信接口820。所述通信接口820可配置成通过通信网络840与飞行器系统通信。例如，所述通信接口820可接收用于指示压力传感装置(例如，分接头202和局部传感器204)所获压力的数据。在一个实施例中，所述通信接口820可向具有一个或多个致动器的发动机控制系统850提供控制命令，以控制所述燃气涡轮发动机10的各种部件，例如但不限于辅助气流通道组件112的门120或致动器122。所述通信接口820还包括用于连接一个以上其它设备的任何合适部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线或其它合适部件。
木发明讨论的技术参照了基于计算机的系统和采取的行动、发送到这些系统的信息，以及从这些系统发送的信息。所述领域的技术人员应认识到，基于计算机的系统的固有灵活性可使各个部件之间实现多种可能配置、组合以及任务分工和功能划分。例如，本发明讨论的过程可使用单个计算设备或共同工作的多个计算设备来实现。数据库、内存、指令和应用程序可在单个系统上实现或分布在多个系统上。分布式部件可顺序或并行运行。
现参照图9，其中示出了根据本发明的示例实施例的示例方法(900)的流程图。图9可由一个或多个控制装置实现，例如图8中示出的控制装置800。此外，图9示出了为方便说明和讨论以特定顺序执行的步骤。使用本发明中提供的公开内容，所述领域的技术人员将了解在不脱离本发明范围情况下，可以以各种方式对本发明中公开的任何方法的各种步骤进行修改、改写、扩展、重排和/或省略。
在(902)处，所述方法可包括从一个或多个压力传感装置中获得一个或多个测量。所述一个或多个测量可通过例如连接到图6和图7中示出的仪表化导向叶片400的局部传感器204获得。或者，所述一个或多个测量可从任意其它合适的压力传感装置中获得。
在(904)处，所述方法可包括从所述一个或多个测量中确定与燃气涡轮发动机的发动机气流路径相关的畸变状况。例如，使用所述一个或多个测量可确定畸变状况，例如所述燃气涡轮发动机10的发动机气流路径64中的局部气流中断，其可导致所述LP压缩机22的部分处于或低于足以引起失速情况的压力。
在(906)处，所述方法可包括至少部分基于畸变状况评估，确定用于激活辅助气流通道组件中门的控制信号。例如，可确定门120在辅助气流通道组件112中的设定点，使其增加通过所述辅助气流通道组件112的气流，从而为所述发动机气流路径64中正在经历局部气流中断的区域供能。然后可发送代表所述门120所确定设定点的控制信号至致动器122，以调节所述门120。
在(908)处，所述方法可包括基于控制信号，控制所述辅助气流通道组件中的所述门，以调整畸变状况。例如，致动器122可基于所述控制信号移动门120。可控制辅助气流通道组件112的门120，以开启或关闭所述确定设定点，从而调整气流畸变。通过这种方式，辅助气流通道组件112可调整与燃气涡轮发动机相关的气流畸变。
本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的可获专利范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域技术人员能想到的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (19)

1.一种燃气涡轮发动机的核心发动机，所述核心发动机包括：
按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分限定所述燃气涡轮发动机的发动机气流路径；
外壳，其至少部分包围所述核心发动机的所述压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述外壳至少部分暴露于旁通气流；
辅助气流通道组件，所述辅助气流通道组件包括
管道，所述管道限定位于所述外壳上的入口，所述管道限定与所述发动机气流路径气流连通的出口，所述管道限定在所述入口和出口之间延伸的气流通道；及
门，其可在开启位置和关闭位置之间移动，在所述开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在所述关闭位置时，所述门大体上限制所有气流通过所述气流通道；及
控制器，其发送信号来移动所述门，以调整所述发动机气流路径中的气流畸变，以便使所述压缩机段在失速压力比率或在其之下运行；
其中，所述核心发动机限定轴向，其中，所述门在所述开启位置和关闭位置之间至少部分地沿着所述轴向移动。
2.根据权利要求1所述核心发动机，其中，所述门构造为至少部分基于所述发动机气流路径中的气流畸变而被控制。
3.根据权利要求2所述核心发动机，进一步包括：
一个或多个压力传感装置，其至少部分定位于所述发动机气流路径中，以获得与气流畸变相关的一个或多个测量。
4.根据权利要求1所述核心发动机，其中，所述核心发动机包括多个辅助气流通道组件。
5.根据权利要求4所述核心发动机，其中，所述核心发动机包括多个压力传感装置，其中，每个辅助气流通道组件与压力传感装置相关联，所述压力传感装置配置成获得一个或多个与所述辅助气流通道组件相关的测量。
6.根据权利要求4所述核心发动机，其中，所述核心发动机限定周向，其中，所述多个辅助气流通道组件围绕所述核心发动机的周向间隔分布。
7.根据权利要求1所述核心发动机，其中，在所述开启位置时，所述门至少部分延伸入所述旁通气流，以引导部分所述旁通气流至所述气流通道。
8.根据权利要求1所述核心发动机，其中，所述门还可移动至所述开启位置和关闭位置之间的中间位置，其中，在所述中间位置的气流部分少于在所述开启位置的气流部分，多于在所述关闭位置的气流部分。
9.根据权利要求8所述核心发动机，其中，所述门可基于来自所述控制器的信号在所述开启位置、关闭位置和中间位置之间移动，以调整所述发动机气流路径中的气流畸变。
10.根据权利要求8所述核心发动机，其中，所述辅助气流通道组件包括一个或多个致动器，所述致动器可操作以使所述门在所述开启位置、关闭位置和中间位置之间移动。
11.一种用于调整飞行器的燃气涡轮发动机气流畸变的方法，所述燃气涡轮发动机包括按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分限定发动机气流路径，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分包围在外壳中，所述外壳至少部分暴露于旁通气流，所述方法包括：
通过一个或多个控制装置确定与所述发动机气流路径相关的气流畸变状况；及
通过一个或多个所述控制装置控制辅助气流通道组件的门，以调整所述燃气涡轮发动机的所述气流畸变状况，以便使所述压缩机段在失速压力比率或在其之下运行，所述辅助气流通道组件包括管道，所述管道限定所述外壳上的入口，所述管道限定与所述发动机气流路径气流连通的出口，所述管道限定在所述入口和出口之间延伸的气流通道，在开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在关闭位置时，所述门大体限制所有气流穿过所述气流通道；
其中，所述燃气涡轮发动机限定轴向，其中，所述门在所述开启位置和关闭位置之间至少部分地沿着所述轴向移动。
12.根据权利要求11所述方法，其中，所述门还可移动至所述开启位置和关闭位置之间的中间位置，其中，在所述中间位置的气流部分少于在所述开启位置的气流部分，多于在所述关闭位置的气流部分。
13.根据权利要求12所述方法，其中，控制所述辅助气流通道组件的所述门包括使所述门在所述开启位置、关闭位置和中间位置之间移动。
14.根据权利要求11所述方法，其中，控制辅助气流通道组件的所述门以调整所述气流畸变状况包括控制辅助气流通道组件的所述门，从而减少所述气流畸变状况。
15.根据权利要求11所述方法，其中，确定与所述发动机气流路径相关的所述气流畸变状况包括使用一个或多个压力传感装置获得一个或多个测量。
16.根据权利要求11所述方法，其中，控制所述门包括发送控制信号至可使所述门移动的一个或多个致动器。
17.一种用于飞行器的燃气涡轮发动机系统，所述燃气涡轮发动机系统包括：
按连续流顺序布置的压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述压缩机段、燃烧段和涡轮段至少部分限定发动机气流路径，
外壳，其至少部分包围所述压缩机段、燃烧段和涡轮段，所述外壳至少部分暴露于旁通气流；
辅助气流通道组件，其包括管道和门，所述管道限定所述外壳上的入口，所述管道限定与所述发动机气流路径气流连通的出口，所述管道限定在所述入口和出口之间延伸的气流通道，所述门可在开启位置和关闭位置之间移动，在所述开启位置时，所述门使至少部分所述旁通气流流过所述气流通道，在所述关闭位置时，所述门大体上限制所有气流穿过所述气流通道；及
控制器，其可操作地连接至所述辅助气流通道组件的所述门，所述控制器包括位于飞行器上的一个或多个处理器和一个或多个存储设备，所述一个或多个存储设备用于存储指令，当被所述一个或多个处理器执行时，所述指令将使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
确定所述发动机气流路径中的气流畸变状况；及
控制所述门以调整通过所述气流通道的气流，从而调整确定的气流畸变状况，以便使所述压缩机段在失速压力比率或在其之下运行；
其中，所述燃气涡轮发动机系统限定轴向，其中，所述门在所述开启位置和关闭位置之间至少部分地沿着所述轴向移动。
18.根据权利要求17所述燃气涡轮发动机系统，其中，所述燃气涡轮发动机系统包括至少部分定位于所述发动机气流路径中的一个或多个压力传感装置，以获得一个或多个测量，从而确定所述气流畸变状况。
19.根据权利要求17所述燃气涡轮发动机系统，其中，所述门还可移动至所述开启位置和关闭位置之间的中间位置，在所述中间位置的气流部分少于在所述开启位置的气流部分，多于在所述关闭位置的气流部分。
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