CN107849922B - 在机身后部包括两个对转的风机其中下游风机的叶片具有间距的航空器 - Google Patents

在机身后部包括两个对转的风机其中下游风机的叶片具有间距的航空器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括机身(1)的航空器，该航空器被涡轮发动机推进，该涡轮发动机具有两个同轴的风机，该风机即为上游风机(7)和下游风机(8)，该风机被动力涡轮(3)的两个对转的转子(5，6)驱动。两个风机(7，8)和涡轮(3)被整合至发动机舱(14)中，该发动机舱从机身(1)向下游凸出，并且空气流动穿过该发动机舱。根据本发明，航空器的风机(7，8)中的至少一个风机、尤其是下游风机(8)包括可变间距的叶片，并且呈定子形式的至少一个可变间距的叶片环(25)在航空器中被置于上游风机(7)的上游。可变间距的定子叶片(25)和下游风机(8)的可变间距的叶片被相互构造成在第一模式下以及在第二模式下对空气流进行引导，在该第一模式下，空气从上游至下游流动穿过发动机舱(14)，在该第二模式下，空气被向上游推回穿过发动机舱(14)。

Description

在机身后部包括两个对转的风机其中下游风机的叶片具有间 距的航空器
技术领域
本发明涉及诸如为飞机的、尤其为民航飞机的由涡轮发动机推进的航空器的领域，该涡轮发动机具有对转的风机，涡轮发动机被整合在机身的延长部中，处于所述机身的下游。更具体地，本发明涉及用于针对航空器的各种运行状况而调整该类型的架构中的风机的装置。
背景技术
专利申请FR-A1-2997681提出了一种新的航空器架构，该架构使得能够减小噪声污染和航空器燃料消耗，同时通过吸收边界层来限制空气动力阻力。
在这种架构中，航空器被具有涵道对转风机的涡轮发动机推进，涡轮发动机被整合在航空器的机身的后部中。通常，涡轮发动机包括两个气体发生器，这两个气体发生器供给具有两个对转的转子的动力涡轮，该转子用于驱动被设置在气体发生器的下游的两个风机。气体发生器具有不同的侧部进气口以对每个气体发生器进行供给。在气体发生器的下游，风机被设置在航空器的机身的延长部中并且通常经由连接至航空器的环形圈被供给，以吸收在机身周围形成的边界层的至少一部分。风机的直径大约为机身的最大截面的直径。仅对传统的涡轮发动机而言，风机的旋转速度通常较低，尤其使得叶片头部处的速度可能为亚音速的。
两个风机形成了具有低压缩比和高流率的组件。在这种情况下，难于根据发动机速度调整该风机的运行点，并且在某些飞行状况下下游风机可能遭受低可操作性裕度。
此外，航空器需要配备有用于涡轮发动机的反推力系统，诸如例如在文件GB2185719中公开的反推力系统。此外，考虑到包围风机的发动机舱的布置，在航空器的尾部处，难于使该发动机舱配备下述的可移动的设备，该设备以已知的方式能够改变输出端截面或者能够推回离开风机的空气。实际上，在该区域附近不存在能够吸收在发动机舱上产生的力的结构。
本发明的目标在于提供一种适于前述类型的航空器和推进单元架构的解决方案，使得风机在各种飞行状况下最优地运行。本发明的第二目标在于能够容易地使这种架构中的涡轮发动机的推力反向。
发明内容
为此，本发明涉及一种包括机身并被涡轮发动机推进的航空器，该涡轮发动机具有两个同轴的、分别为上游风机和下游风机的风机，该风机被动力涡轮的两个对转的转子驱动，两个风机和涡轮被整合在处于机身的下游的发动机舱中，在该机身的延长部中，并且空气流在该发动机舱中流通，风机中的至少一个风机、尤其是下游风机包括可变桨距的叶片，并且其中可变桨距的叶片的至少一个环形成了被置于上游风机的上游的定子，可变桨距的定子叶片和下游风机的可变桨距的叶片被相互构造成在第一模式下以及在第二模式下对空气流进行定向，在该第一模式下，空气在发动机舱中沿从上游至下游的方向流通，在该第二模式下，空气被向上游推回穿过发动机舱。
术语上游和下游涉及经过涡轮发动机的气体的流。
有利地，本发明尤其适用于两个风机以相对较低的速度运行并具有低压缩比的情况，这种情况产生喘振、分离的风险或更普遍地产生难于控制的空气动力学现象的风险。如前所述的，这种风机通常具有与航空器的机身的最大直径大致相同的外径。
对于风机的与涡轮的旋转速度相关联的旋转速度，如果风机中的一个风机的旋转速度可以适应于飞行状况，则另一风机的旋转速度不能被独立地改变以适应该风机的运行状态的变化。
特别地，下游风机的叶片的可变的桨距使得当风机的旋转速度改变时该下游风机的运行点能够适应于离开上游风机的流。此外，在这种情况下，由于空间限制，会难于改变上游风机的叶片的桨距。
此外，该解决方案没那么复杂并且不影响涡轮发动机的重量，这与具有被安装在管的下游以产生反向功能的门的涡轮发动机相反。特别地，将定子叶片的桨距与下游风机的叶片的桨距相结合使得能够对流进行定向，这改善了涡轮发动机的效率。
有利地，用于旋转用于下游风机的叶片的桨距杆的机构被安装在中心体中，该中心体位于动力涡轮的下游并且被经过涡轮的主流包围。
优选地，动力涡轮大致位于两个风机之间。
有利地，形成定子的叶片的至少一个环被置于上游风机的上游，环的叶片优选地为可变桨距的叶片。该解决方案尤其改善了上游风机对各种运行速度的适应性。
有利地，下游风机的叶片的桨距可被调整，使得该风机将来自上游的空气推回，发动机舱配备有使得空气能够在上游风机与下游风机之间被径向地排出的装置。
这使得用于下游风机的叶片的相同的桨距设备能够被用于与可操作性的适应性有关的反推力。此外，反推力基本被施加到风机并因此通过该风机的轴被重新传递到航空器的结构。因此，风机的发动机舱未被机械地施压；该发动机舱必须被简单地构造成使得被风机推回的空气能够通过。
优选地，用于径向地排出空气的装置包括叶栅，该叶栅包括从发动机舱的内部开始沿从下游至上游的方向径向地延伸的横向轮廓。这使得在两个风机之间离开发动机舱的空气流能够被更好地向上游引导。
有利地，叶栅包括形成阀的装置，该装置与发动机舱内部的压力与发动机舱外部之间的压力之间的差有关。因此，复杂的控制系统不是必需的，在推力反向期间叶栅自动地打开，以及当涡轮发动机推进时该叶栅关闭。
最后，本发明更具体地涉及一种航空器，在该航空器中至少两个气体发生器供给动力涡轮，所述气体发生器自身由被设置在航空器的机身的周缘上的不同的进气口供给。
附图说明
通过参照附图阅读以下非限制性示例的说明，本发明将被更好地理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将更清楚地显现，在附图中：
图1为配备有根据本发明的涡轮发动机的航空器的后部部分的纵向截面示意图；
图2为根据本发明的涡轮发动机的在动力涡轮之后在对称轴线附近的中心部分的纵向截面示意图；
图3为配备有根据本发明的处于第一推力运行模式下的涡轮发动机的航空器的后部部分的纵向半截面示意图；
图4为配备有根据本发明的处于第二反推力运行模式下的涡轮发动机的航空器的后部部分的纵向半截面示意图；
图5a和图5b示意性地示出了涡轮发动机的第一运行模式和第二运行模式，在该第一运行模式和第二运行模式下，空气流被根据定子叶片的桨距和下游风机的叶片的桨距来定向。
具体实施方式
本发明尤其适用于诸如飞机的、包括图1所示类型的涡轮发动机的航空器。
如图1所示，涡轮发动机定心于航空器的机身1的纵向轴线XX上。该涡轮发动机沿气体流动的方向、沿从上游到下游的方向包括两个不同的气体发生器2a、2b，这两个气体发生器同时供给单个动力涡轮3。涡轮发动机被安装在航空器的机身1的下游端部处。
以本身已知的方式，每个气体发生器2a、2b包括至少一个压气机、一个燃烧室和一个涡轮(在附图中未示出)。
每个气体发生器2a、2b被容纳在主流涵道3a、3b内部。对这些涵道3a、3b设置不同的进气口4a、4b以供给每个气体发生器2a、2b。在示出的示例中，进气口4a、4b在气体发生器2a、2b的上游被连接至航空器的机身1，并且该进气口的内壁被直接整合在机身1中。因此，该进气口吸收了一部分在航空器的机身1周围形成的边界层。在未示出的另一构造中，供给每个气体发生器的侧部进气口可相反地与航空器的机身1间隔开，以使得该边界层吸收的现象最小化并有利于气体发生器的运行。还可考虑使用多于两个(例如三个)气体发生器来供给动力涡轮3。
优选地，气体发生器2a、2b的两个主流涵道3a、3b交会于纵向轴线XX上并共同形成了沿上游方向敞开的V形，该V形的敞开角度优选地介于80°到120°之间。
气体发生器2a、2b的两个主流涵道3a、3b交会于中心主涵道4中，该中心主涵道供给动力涡轮3。优选地，混合器(附图中未示出)被定位在容纳气体发生器2a、2b的两个涵道3a、3b的交会区域处。该混合器的目的是混合来自于两个气体发生器2a、2b的气流，以在中心主涵道4的输出端处产生单股均匀的气流。
由中心涵道4的输出端处的该主流供给的动力涡轮3设有两个对转的涡轮转子5、6，该涡轮转子用于对转的两个风机7、8。这些涡轮转子5、6是同轴的并定心在纵向轴线XX上。该涡轮转子围绕被固定至航空器的结构的中心壳体9旋转。
在这种情况下，第一涡轮转子5对应于被连接至管状体5a的叶片，该管状体将动力涡轮3中的主流涵道与次级流涵道分开，风机7、8位于该次级流涵道中。第一转子5的叶片和管状体5a被连接至转子5的支承轴承，该支承轴承通过支承臂10来将该转子支承在内部壳体9上，该支承臂穿过处于动力涡轮3的上游的主涵道。
在同一示例中，第二转子6对应于被连接至涡轮3中的主涵道的径向内壁并且在纵向上被置于第一转子5的叶片之间的叶片。
在动力涡轮3的下游，第二转子6的径向内部部分扩大为中心体11。此外，该径向内部部分通过支承臂12被连接至用于支承下游风机8的叶片的环13。此外，该环13延长了第一转子5的管状体5a并且包括向后延长部，以与中心体11一起在动力涡轮3的输出端处形成主排气管。
在示出的示例中，处于上游的第一风机7被定位在动力涡轮3的进气口处。该上游风机在臂10处被连接至第一转子5，该臂在上游支承外部圆筒形体5a。因此，该上游风机7以与动力涡轮3的第一转子5相同的速度旋转。
在同一示例中，处于下游的第二风机8被定位在动力涡轮3的输出端处。该第二风机在支承环13和该支承环的支承臂12处被连接至第二转子6。因此，该下游风机8以与动力涡轮3的第二转子6相同的速度旋转。
两个风机7、8以被固定至航空器的结构的发动机舱14为涵道。在这种情况下，该发动机舱14尤其被固定至航空器的在附图中未示出的垂直尾翼单元。风机具有大致对应于航空器的机身1的最大外径的外径D。
由于进入风机7、8的空气一部分由航空器的机身的边界层组成，所以进气口速度相比于传统的涡轮发动机风机较低，并且在相同的压缩比下输出端速度也较低，这改善了这些风机的推进性能和声学性能。此外，风机7、8的大的外径D意味着：如同动力涡轮3的转子5、6的旋转速度，该风机的旋转速度相比于传统的涡轮发动机也将保持较低。
根据本发明的第一方面，下游风机8的叶片被与下述设备安装在一起：该设备使得能够相对于关于纵向轴线XX的子午面改变该叶片的角桨距。为此，参照图1，在这种情况下该叶片被与支承环13上的轴承座圈15的系统安装在一起并且各自围绕径向杆16(在图2和图3中示出)旋转，该径向杆穿过环13的支承臂12。下游风机的叶片可采用无数的位置。
参照图2，叶片的径向杆16被连杆设备17旋转，该连杆设备在纵向轴线XX附近。图2示出了支承用于第二转子6的第一轴承18的中心壳体9的后部，该第一轴承紧接在用于第一转子5的第二轴承19的后方。设备17包括圆筒形部分20，该圆筒形部分能够在第二转子6的容置部21中沿纵向轴线XX平移移动。对于下游风机8的每个叶片，可移动的部分20被连接至连杆22，该连杆自身被刚性地连接至叶片的径向杆16。可移动的部分20通过其平移移动来驱动被固定至叶片的径向杆16的每个连杆22并且使该杆16围绕其轴线旋转。杆16则使相应的叶片在支承环13上的轴承座圈中进行旋转。整个设备17以紧凑的方式被容纳在中心体11中，紧接在涡轮的第二转子6的滚动轴承18的下游并且在支承臂12的环的下方。
此外，可移动的部分20的平移移动可被在中心壳体9内部穿过的控制杆23的系统控制。这些控制杆23可被致动器(附图中未示出)启动，该致动器被置于航空器的机身1内部，处于动力涡轮3的上游。
在图3所示的第一运行模式或推力模式下，涡轮发动机被用于对航空器进行推进。该设备17可被用于根据涡轮发动机的速度来调整下游风机8的叶片的桨距。
在图3中，设备17的可平移移动的部分20被控制杆23向上游复位并处于下述位置：该位置例如对应于下游风机8的叶片的对应于巡航飞行状态的桨距。有利地，控制杆23穿过支承中心壳体9的臂24并且被处于航空器的机身1内部的未示出的装置启动。
在图1和图3示出的示例中，涡轮发动机进一步包括定子25，该定子由在上游风机7的上游将发动机舱14连接至机身1的叶片的环形成。有利地，在附图中未示出的装置使得能够改变该定子25的叶片的桨距。
以这种方式，定子25通过作用在入射流上使得上游风机7的运行能够适应于各种发动机速度。这缓解了上游风机7附近的空间限制可能使得难于安装用于该上游风机的叶片的桨距设备的事实。
特别地，如在图5a和图5b中可见的，风机的运行可随可变桨距的定子而被调整。图5a示意性地示出了在推力运行模式下的涡轮发动机的俯视图。上游风机7和下游风机8的叶片和定子叶片25被定向成产生下游流E(即在该附图中从顶部到底部)而不存在中断。在这种情况下，定子叶片的位置发生改变以改变上游风机7的固定的叶片上的流的入射。下游风机8的叶片可根据定子叶片25的位置而相对于轴线X在+60°到-30°之间采用无数的位置。换言之，定子叶片25的位置和下游风机的叶片的位置被共同地调节，以最优地促进次级流的流动。
在图5b中，示意性地示出了涡轮发动机处于第二反推力运行模式下。在该模式的场境下，上游风机7仍然是固定的。下游风机8的叶片被定位成推回来自上游的空气流以及尤其通过叶栅26推回来自上游的空气流。特别地，定子叶片25将空气流定向成朝向上游风机的叶片流动，使得该风机也对流进行定向，以容易地被下游风机的叶片推回。
因此，该解决方案没那么复杂并且不影响涡轮发动机的重量，这与具有被安装在管的下游以产生反推力功能的门的涡轮发动机相反。特别地，将定子叶片的桨距与下游风机的叶片的桨距相结合使得能够对流进行定向，这改善了涡轮发动机的效率。
根据本发明的在图4中示出的另一方面，在这种情况下，设备17的可移动部分20的纵向冲程足以使下游风机8的叶片围绕其杆16的轴线旋转足够的角度，以使得该叶片将来自上游的流推回。图4示出了下述情况：叶片的位置相对于入射流被反向。
与该构造一致地，发动机舱14包括在下游涡轮的上游的设有叶栅26的开口。因此，被下游风机8推回的空气可经由叶栅26被向上游排出并且可产生用于使航空器减速的反推力。
为了有效地引导来自上游的空气并增进该效果，如图4所示，叶栅的横向部分在这种情况下包括板，该板从发动机舱14的内部沿从下游至上游的方向径向地延伸。
参照图3，当涡轮发动机运行在推进模式下时叶栅26的开口被堵塞。附图中未示出的控制叶栅26打开和关闭的装置可以是受控的或者可以是自动的。控制装置例如可包括板，该板取决于所选择的运行模式而沿发动机舱14滑动。自动装置可包括阀类型的系统，该系统具有弹性复位件，该弹性复位件用于如果发动机舱14的内部与外部之间的压力差不够大则堵塞叶栅26的开口。
以这种方式，配备有如前所述的用于下游风机8的叶片的可变桨距系统的涡轮发动机可使用该系统以在推进阶段期间调整风机的运行以及以使推力反向。

Claims (7)

1.包括机身(1)并被涡轮发动机推进的航空器，所述涡轮发动机具有上游风机(7)和下游风机(8)，所述上游风机和所述下游风机同轴于一纵向轴线并且被动力涡轮(3)的两个对转的转子(5，6)驱动，所述上游风机和所述下游风机(7，8)和所述动力涡轮(3)被整合在处于所述机身(1)的下游的发动机舱(14)中以及被整合在所述机身的延长部中，并且空气流在所述发动机舱中流通，所述航空器的特征在于，所述下游风机(8)包括可变桨距的叶片，所述叶片相对于关于纵向轴线(XX)的子午面改变所述叶片的角桨距并且其中形成定子的可变桨距的叶片(25)的至少一个环被置于所述上游风机(7)的上游，所述可变桨距的定子叶片(25)和所述下游风机(8)的可变桨距的叶片被相互构造成在第一模式下以及在第二模式下对空气流进行定向，在所述第一模式下，空气在所述发动机舱(14)中沿从上游至下游的方向流通，在所述第二模式下，空气被向上游推回穿过所述发动机舱(14)。
2.根据前一项权利要求所述的航空器，其中，用于旋转用于所述下游风机(8)的叶片的桨距杆(16)的机构(17)被安装在中心体(11)中，所述中心体位于所述动力涡轮(3)的下游并且被经过所述动力涡轮(3)的主流包围。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的航空器，其中，所述动力涡轮(3)大致位于所述上游风机与所述下游风机之间。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的航空器，其中，所述下游风机(8)的叶片的桨距能够被调整，使得该下游风机(8)将来自上游的空气推回，所述发动机舱(14)配备有使得空气能够在所述上游风机(7)与所述下游风机(8)之间被径向地排出的装置。
5.根据前一项权利要求所述的航空器，其中，用于径向地排出空气的装置包括叶栅(26)，所述叶栅包括从所述发动机舱(14)的内部开始的、沿从排出的空气的下游至上游的方向径向地延伸的横向轮廓。
6.根据前一项权利要求所述的航空器，其中，所述叶栅(26)包括形成阀的装置，所述装置与所述发动机舱(14)内部的压力与所述发动机舱(14)外部的压力之间的差有关。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的航空器，其中，至少两个气体发生器(2a，2b)供给所述动力涡轮(3)，所述至少两个气体发生器自身由被设置在所述航空器的机身(1)的周缘上的不同的进气口(4a，4b)供给。
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