CN108026863A - 反推装置组件 - Google Patents

Abstract

一种用于高旁路涡扇发动机的反推装置组件。所述反推装置组件包括安装到发动机的外罩的平移整流罩。所述反推装置组件包括阻流门，所述阻流门在其第一端附近由固定式结构轴向地引导，且可沿着其长度枢转且滑动地连接到所述平移整流罩的内壁，从而使得所述平移整流罩在后向方向上的平移致使所述阻流门从收起位置移动到展开位置。所述反推装置组件包括安置于所述核心发动机或所述阻流门上的止挡件，从而接纳来自高压空气流的负载，否则在展开所述平移整流罩和阻流门时，由致动系统承载所述负载。

Description

反推装置组件

技术领域

本申请涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及燃气涡轮发动机的反推装置。

背景技术

涡轮发动机，特别是燃气或燃烧涡轮发动机是旋转发动机，其将能量从穿过发动机的燃烧气体流提取到多个涡轮叶片上。燃气涡轮发动机一直用于陆地和航海运动及发电，但最常用于航空应用，例如飞机，包括直升飞机。在飞机中，燃气涡轮发动机用于飞机的推进。在地面应用中，涡轮发动机常常用于发电。

反推装置组件在涡轮发动机内用以提供反推力，例如用于减速。反推力通常是通过将门组件展开到旁路通道中而实现，所述门组件将空气从后向方向转向为前向方向。门组件是由致动组件通过移动平移整流罩以将门释放到旁路通道中而展开。因此，阻流门和反推装置组件经受流过旁路通道的高压空气流，这需要更强且常常更重的致动系统来抵着门支撑高压空气流，而不会损害反推装置或致动组件。

为了适应展开期间抵着阻流门的高压空气流，需要更大致动系统以防止受损。更大致动系统会占用发动机中的额外空间，并给系统添加重量。因此，需要使用较小致动系统，且减少添加到发动机的重量的阻流门实施方案。

发明内容

在本发明的一个方面中，一种燃气涡轮发动机包括：核心发动机、环绕所述核心发动机的至少一部分的外罩，以及由所述外罩和所述核心发动机界定，且界定在所述外罩与所述核心发动机之间的旁路通道，所述旁路通道进一步界定前后空气流动导管。所述燃气涡轮发动机进一步包括所述外罩内的叶栅元件。所述燃气涡轮发动机进一步包括可在收起位置与展开位置之间移动的阻流门，在收起位置中所述阻流门将所述叶栅元件闭合到所述空气流动导管，在展开位置中所述阻流门将所述叶栅元件打开到所述空气流动导管且延伸到所述空气流动导管中，以通过所述叶栅元件偏转空气。致动器，其以机械方式连接在所述阻流门与所述外罩和所述核心发动机中的一个之间，在所述收起位置与所述展开位置之间选择性地移动所述阻流门。止挡件，其在所述外罩和所述核心发动机中的另一个上定位于如下位置处，处于所述展开位置的所述阻流门在所述位置处抵靠所述止挡件，其中通过所述致动器和所述止挡件分担所述阻流门上的任何空气动力负载。

根据本发明的第二方面，一种用于燃气涡轮发动机的反推装置组件，所述燃气涡轮发动机包括核心发动机、环绕所述核心发动机的至少一部分的外罩，以在所述外罩与所述核心发动机之间界定旁路通道。所述反推装置组件进一步包括定位于所述外罩内的叶栅元件。阻流门，其可在收起位置与展开位置之间移动，在收起位置中所述阻流门将所述叶栅元件闭合到所述空气流动导管，在展开位置中所述阻流门将所述叶栅元件打开到所述空气流动导管，并延伸到所述空气流动导管中，且通过所述叶栅元件偏转空气。所述反推装置组件进一步包括第一结构，其在所述阻流门处于所述展开位置时将所述阻流门连接到所述外罩，以界定借以将所述阻流门上的空气动力负载转移到所述外罩的第一负载路径。在所述阻流门处于所述展开位置时将所述阻流门连接到所述核心发动机的第二结构界定借以将所述阻流门上的空气动力负载转移到所述核心发动机的第二负载路径。

一种在用于燃气涡轮发动机的反推装置的阻流门上承载空气动力负载的方法，所述燃气涡轮发动机具有由外罩环绕的核心发动机，以界定旁路通道，所述方法包括：当致动所述反推装置，且所述阻流门延伸到所述旁路通道中并从所述旁路通道偏转空气时，沿着第一负载路径将所述空气动力负载的第一部分转移到所述外罩；以及当展开所述反推装置，且所述阻流门延伸到所述旁路通道中并从所述旁路通道偏转空气时，沿着不同于所述第一负载路径的第二负载路径将所述空气动力负载的第二部分转移到所述核心发动机。

附图说明

在图式中：

图1是用于飞机的燃气涡轮发动机的示意性横截面图，其包括根据本发明的方面的具有挡板的反推装置组件。

图2是处于收起位置的图1的反推装置组件的隔开截面图。

图3是处于展开位置的图1的反推装置组件的隔开截面图。

图4是根据本发明的另一方面的包括挡板的反推装置组件的隔开截面图。

图5是具有安装到阻流门的挡板的图4的反推装置组件的隔开截面图。

具体实施方式

本发明的所描述方面尤其涉及燃气涡轮发动机中的反推装置组件。出于说明的目的，将关于飞机燃气涡轮发动机来描述本发明。然而，应理解，本发明不限于此，且在非飞机应用中可以具有一般适用性，所述应用例如其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用。

如本文所使用，术语“前向”或“上游”指代在朝向发动机入口的方向上移动，或一个部件与另一部件相比相对更靠近发动机入口。与“前向”或“上游”结合使用的术语“后向”或“下游”指代相对于发动机中心线朝向发动机的后部或出口的方向。

另外，如本文所使用，术语“径向”或“径向地”指代在发动机的中心纵向轴线与外部发动机圆周之间延伸的尺寸。

应进一步理解，“一组”可以包括任何数目个所分别描述元件，包括仅一个元件。

所有方向性参考(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上部、下部、向上、向下、左、右、橫向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、后向等)仅用于识别目的以辅助读者对本发明的理解，且具体地说，并不产生关于位置、定向或本发明的使用的限制。除非另外指示，否则连接参考(例如，附接、耦接、连接和接合)应在广义上来解释，且可以包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因此，连接参考不一定推断出两个元件直接连接且彼此成固定关系。示范性图式仅仅是出于说明的目的，且本发明的图式中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可以发生变化。

图1示意性地表示燃气涡轮发动机，其说明示出为所属领域中已知类型的高旁路涡扇发动机10的反推装置组件。发动机10示意性地表示为包括外罩12和核心发动机14。发动机10具有前后延伸的大体上纵向延伸轴线或中心线36。位于核心发动机14前方的风扇组件16包括从风扇叶片20的阵列向前突出的导流罩尖端18。核心发动机14示意性地表示为包括高压压缩机22、燃烧室24、高压涡轮26和低压涡轮28。进入风扇组件16的空气的大部分都被旁路到发动机10的后部，以生成额外发动机推力。经过旁路的空气穿过外罩12与内部核心整流罩32之间的环状旁路通道30，且通过风扇出口喷嘴34离开旁路通道30。内部核心整流罩32界定旁路通道30的径向向内边界，且提供到从核心发动机14后向延伸的主要排出喷嘴38的32过渡表面。外罩12界定旁路通道30的径向向外边界。经过旁路的风扇空气流过由外罩12和内部核心整流罩32界定的旁路通道30，之后通过风扇出口喷嘴34排出。

外罩12通常由界定外罩12的外部边界的三个主要元件组成：入口组件40、与环绕风扇叶片20的发动机风扇壳体介接的风扇整流罩42，以及位于风扇整流罩42后方的反推装置组件44。反推装置组件44包括三个主要部件：安装到外罩12的平移整流罩50、示意性地表示在外罩12内的叶栅52，以及调适成可从图1中如从叶栅52径向向内示出的收起位置枢转地展开的阻流门54。核心发动机14的内部核心整流罩32也是反推装置组件44的部分，且当阻流门54完全展开时，阻流门54的前端枢转成与内部核心整流罩32接合。内部核心整流罩32可以安置有突出到旁路通道30中的一组止挡件58。叶栅52是外罩12的固定式结构，然而平移整流罩50被调适成后向平移以暴露叶栅52，并将阻流门54展开到旁路通道30中，从而致使旁路通道30内经过旁路的空气通过暴露出的叶栅52转向并借此提供反推效果。虽然图1中示出两个阻流门54，但一组阻流门54通常围绕外罩12周向间隔开。

图2和3分别示出处于收起位置和展开位置的反推装置组件44的近距视图。阻流门54被调适成从图2中如从叶栅52径向向内示出的收起位置展开到图3中示出的完全展开位置。叶栅52是外罩12的固定式结构的元件，这意味着叶栅52并不在反推装置组件44的操作期间移动，然而平移整流罩50被调适成在发动机10的后向方向60上平移以暴露叶栅52，并将阻流门54展开到旁路通道30中。致动器62安装在外罩12内。致动器62可以是行业中已知的任何合适类型的致动器。

由致动器62在后向方向60上平移平移整流罩50能将阻流门54展开到旁路通道30中，从而抵靠止挡件58，如图3中所示出。从图3可以了解到，当完全展开时，阻流门54跨越旁路通道30的整个径向宽度延伸，且致使旁路通道30内经过旁路的空气通过暴露出的叶栅52转向，并借此提供反推效果。在平移平移整流罩50之前(例如，在反推装置组件44不在使用中时)，收起的阻流门54从叶栅52径向向内定位，且叶栅52和阻流门54都被平移整流罩50完全遮蔽。更具体地说，叶栅52和阻流门54包括在界定于平移整流罩50的径向内壁66与外壁68之间的空腔64内，使得平移整流罩50的径向内壁66将叶栅52和阻流门54与旁路通道30完全分离。因而，平移整流罩50的内壁66界定旁路通道30的径向外部流动表面的一部分。因而，阻流门54在正常发动机操作期间并不界定旁路通道30的径向外部流动表面的任何部分，且因此并不产生表面中断(间隙和阶状物)或致使管道泄漏。此外，阻流门54在正常空中发动机操作期间并不会遭受损伤和诱发磨损的条件。另一优势在于平移整流罩50的整个内壁66可以在其整个表面区域上并入连续的声学处理(未示出)，以进一步增强对发动机噪声的减弱。

在图3中看得最清楚的展开位置中，止挡件58可以安装到内部核心整流罩32或可以与内部核心整流罩32在结构上成一体，从而从中心线36径向延伸到旁路通道30中。止挡件58在内部核心整流罩32上安置于滚轮与导轨组件70后方，使得垂直于中心线36且穿过滚轮与导轨组件70的后端的径向轴线92在止挡件58前部。

止挡件58可以是具有圆形顶部的圆柱体，然而涵盖任何几何形状。示范性几何形状可以包括最小化旁路通道30内的空气动力阻力的几何形状，或提供处于展开位置的阻流门54在上面抵靠止挡件58的最佳表面，例如上面可以安置阻流门54的末端94的界定在止挡件58中的底座的几何形状。一种其它示范性几何形状可以包括翼型形状。另外，预期多个止挡件58可以与单个阻流门54一起使用，或例如部分或完全围绕内部核心整流罩32安置的细长环状止挡件可以与多个阻流门54一起使用。应理解，止挡件58可以由各种材料建构，包括金属、塑料、橡胶和航空应用中常用的复合材料，或适于与承载动态负载、相对运动或预载能力相关联的冲击或磨损的任何其它材料。止挡件还可以通过机械加工、铸造、成型、层压等和其组合制造成。止挡件58可以机械方式附接到内部核心整流罩接合设计或与之一体形成。

阻流门54示出为连接到外罩12的固定式结构——叶栅52，以及连接到平移整流罩50和内壁66。在阻流门54的后端上存在两个自由度，从而允许阻流门54相对于叶栅52在前向和后向方向上旋转和移动。阻流门54与平移整流罩50的内壁66之间的连接示出为旋转连接，其支撑安装到阻流门54的后侧上的轨道组件70的滑块(未示出)。在平移整流罩50后向展开时，旋转枢轴84沿着阻流门导轨76行进，并将阻流门54引导到旁路风扇管道30中。随着平移整流罩50后向平移，叶栅52暴露出来。阻流门54通过叶栅52在前向方向上重新转向旁路空气流，从而提供反推力。

阻流门54的旋转和滑动接合部优选地在几何形状和物理上设计成能提供阻流门54的所要展开顺序和速率。在展开位置中，多个阻流门54可以被配置成一起介接以产生所要管道阻流率，这可以通过沿着阻流门54的边缘提供的密封件进一步优化。

在图3中，平移整流罩50已因致动器62的推动而在后向方向60上进行平移，使得叶栅52暴露出来且阻流门54展开。在展开位置中，阻流门54在阻流门54的尾端74上抵靠止挡件58。在枢转组件80处枢转的阻流门54延伸超出径向轴线92，使得阻流门54的纵向定向现在相对于叶栅52界定钝角。

在展开位置中，阻流门54抵靠止挡件58，且高压(HP)空气流96在后向方向上流过旁路通道30。HP空气流96抵着阻流门54施力，从而产生由空气流压力和阻流门54的表面面积确定的负载。所述负载可以至少部分由止挡件58承载，然而所述负载通常会被转移到平移整流罩接合件，且接着转移到连接到阻流门54的致动器62。另外，所述负载可以由内部核心整流罩32和核心发动机14分担，从而更好地调适成承载所述负载。因此，相对于由止挡件58承载的负载，由高压空气流96对致动器62所施力产生的负载降低。

现在转向图4和5，示出根据本发明的第二方面的反推装置组件。第二方面的元件类似于第一方面的元件，且增加了100的数字将用于识别类似元件。在图4中，发动机110包括外罩112和具有高压涡轮的核心发动机114。旁路通道130界定于外罩112与包围高压涡轮126的内部核心整流罩132之间。外罩112进一步包括大体上在外罩112内的反推装置组件144。

进一步界定外罩112的平移整流罩150示出为在后向方向160上平移。平移整流罩150进一步包括内壁166和外壁168，所述内外是相对于发动机110的径向中心来说。在以后向方向160进行平移之前，平移整流罩150包围反推装置组件144。反推装置组件144包括叶栅152、阻流门154和连接到枢转组件180的致动器系统162。安装到内部核心整流罩132的止挡件158也是反推装置组件144的部分，其被调适成接纳展开的阻流门154。阻流门154进一步包括用于接收高压(HP)空气流196的前端188，和与前端188相对的尾端174。阻流门154另外包括与枢转组件180相对地延伸的纵向末端194。

在反推装置组件144的展开期间，平移整流罩150在后向方向160上平移，从而将阻流门154展开到图4中示出的位置中。径向轴线192径向延伸穿过枢转组件180，从而垂直于发动机中心线。止挡件158在内部核心整流罩132上安装在径向轴线192前部。在展开位置中，阻流门154抵靠止挡件158，使得阻流门154相对于叶栅152界定锐角。在阻流门154安置在径向轴线192前部的情况下，较大量空气流可以通过叶栅152转向，从而增加反推速率和反推装置组件144的效率。另外，在止挡件158和内部核心整流罩132承载从阻流门154平移的负载的较大部分时，来自HP空气流196的增加负载可以推压阻流门154。因此，增加的负载可以由反推装置组件144承载，并增加反推装置组件144的效果。替代地，致动系统162承载较小负载，从而提供较小、较轻的致动系统162，而不会牺牲反推装置组件的初始效果。

转向图5，根据本发明的第二方面的反推装置组件144示出为具有安装到阻流门154的替代止挡件198。止挡件198可以安装到阻流门154或可以与阻流门154一体式建构，使得当反推装置组件144处于收起位置时，止挡件198隐藏在平移整流罩150内，从而消除当止挡件安装在内部核心整流罩32上时可存在的任何空气动力阻力。止挡件198在阻流门154上安装到靠近纵向末端194的尾端174，且可以塑形成具有底座200，使得底座200的表面区域抵靠内部核心整流罩132。底座200允许通过止挡件198将较大负载平移到内部核心整流罩132。

在展开时，止挡件198抵靠内部核心整流罩132，使得阻流门154无法延伸超出径向轴线192，从而通常相对于发动机中心线36界定锐角。在替代方面中，止挡件198可以安置于阻流门154的纵向末端194或前端188上。另外，止挡件198可以与内部核心整流罩132上的子齐平特征介接。

在展开期间，止挡件198以及内部核心整流罩132承载由抵着阻流门154的HP空气流196产生的负载，从而减少平移到致动系统162的负载。由阻流门154承载的负载被通过止挡件198平移到内部核心整流罩132，从而准许使用更小的致动系统162。另外，可以在不增加致动系统162的大小的情况下利用更大、更高效的阻流门154。

应了解，阻流门以及其受引导连接和旋转连接的操作并不取决于任何特定类型的叶栅设计，且实际上本发明可以安装在非叶栅反向器设计中，在所述设计中经过旁路的空气从各种配置的旁路通道贯通开口换向。此外，阻流门示出为具有不能在其展开期间故意弯曲、挠曲或折叠的刚性构造，然而具有这些能力中的任一个的阻流门也在本发明的范围内。应进一步理解，可利用在展开时延伸的延伸长度阻流门或折叠门，以提供在展开时，能够延伸到外部空气流中以提供额外抑制阻力的阻流门。最后，还应了解，反推装置组件和其个别部件可以由各种材料建构，包括金属、塑料和航空应用中常用的复合材料，并通过机械加工、铸造、成型、层压等和其组合制造成。

在上文各种方面中的任一种中，例如热屏障涂层的保护涂层或多层保护涂层系统可以施加到整流罩或发动机部件。与本文中所公开的发明相关的系统、方法和其它装置的各种方面尤其提供风扇整流罩中的改进型反推装置组件。常规的反推装置组件利用连接到致动系统的阻流门。然而，致动系统必须具有充分结构完整性，以在阻流门在旁路通道内打开时支撑由抵着阻流门的空气流所施的力产生的负载，这需要较大的致动系统。通过利用内部核心整流罩或阻流门上的止挡件，所述负载被转移到止挡件或核心发动机。因而，致动系统承载较小负载，这允许致动系统较轻、较小，从而降低系统的重量并在外罩结构内产生额外空间。

本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且使所属领域的技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机，其包括：

核心发动机；

外罩，其环绕所述核心发动机的至少一部分；

旁路通道，其由所述外罩和所述核心发动机界定且界定在所述外罩与所述核心发动机之间，并界定前后空气流动导管；

叶栅元件，其定位于所述外罩内；

阻流门，其可在收起位置与展开位置之间移动，在收起位置中所述阻流门将所述叶栅元件闭合到所述空气流动导管，在展开位置中所述阻流门将所述叶栅元件打开到所述空气流动导管并延伸到所述空气流动导管中，以通过所述叶栅元件偏转空气；

致动器，其以机械方式连接在所述阻流门与所述外罩和所述核心发动机中的一个之间，并在所述收起位置与所述展开位置之间选择性地移动所述阻流门；以及

止挡件，其在所述外罩和所述核心发动机中的另一个上定位于如下位置处：处于所述展开位置的所述阻流门在所述位置处抵靠所述止挡件，其中通过所述致动器和所述止挡件分担所述阻流门上的任何空气动力负载。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述止挡件定位于所述核心发动机上。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述核心发动机包括壳体，且所述止挡件定位于所述壳体上。

4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述止挡件至少部分地围绕所述核心发动机的圆周延伸。

5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述止挡件包括单个元件。

6.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述止挡件包括多个间隔开的元件。

7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于进一步包括围绕所述核心发动机径向间隔开的多对阻流门和止挡件。

8.一种用于燃气涡轮发动机的反推装置组件，所述燃气涡轮发动机包括核心发动机、环绕所述核心发动机的至少一部分的外罩，以在所述外罩与所述核心发动机之间界定旁路通道，所述反推装置组件包括：

叶栅元件，其定位于所述外罩内；

阻流门，其可在收起位置与展开位置之间移动，在收起位置中所述阻流门将所述叶栅元件闭合到所述空气流动导管，在展开位置中所述阻流门将所述叶栅元件打开到所述空气流动导管并延伸到所述空气流动导管中，以通过所述叶栅元件偏转空气；

第一结构，其在所述阻流门处于所述展开位置时将所述阻流门连接到所述外罩，以界定借以将所述阻流门上的空气动力负载转移到所述外罩的第一负载路径；以及

第二结构，其在所述阻流门处于所述展开位置时将所述阻流门连接到所述核心发动机，以界定借以将所述阻流门上的空气动力负载转移到所述核心发动机的第二负载路径。

9.根据权利要求8所述的反推装置组件，其特征在于：所述第一结构包括以机械方式连接在所述阻流门与所述外罩之间，并在所述收起位置与所述展开位置之间选择性地移动所述阻流门的致动器。

10.根据权利要求9所述的反推装置组件，其特征在于：所述致动器的与第一端相对的第二端安装到所述外罩。

11.根据权利要求8所述的反推装置组件，其特征在于进一步包括在所述核心发动机上定位于如下位置处的止挡件：处于所述展开位置的所述阻流门在所述位置处抵靠所述止挡件。

12.根据权利要求11所述的反推装置组件，其特征在于：所述核心发动机包括壳体，且所述止挡件定位于所述壳体上。

13.根据权利要求11所述的反推装置组件，其特征在于：所述止挡件至少部分地围绕所述核心发动机的圆周延伸。

14.根据权利要求11所述的反推装置组件，其特征在于：所述止挡件包括单个元件。

15.根据权利要求11所述的反推装置组件，其特征在于：所述止挡件包括多个间隔开的元件。

16.根据权利要求11所述的反推装置组件，其特征在于进一步包括围绕所述核心发动机径向间隔开的多对阻流门和止挡件。

17.根据权利要求11所述的反推装置组件，其特征在于：所述止挡件安装到所述阻流门的后侧。

18.一种在用于燃气涡轮发动机的反推装置的阻流门上承载空气动力负载的方法，所述燃气涡轮发动机具有由外罩环绕的核心发动机，以界定旁路通道，所述方法包括：

当致动所述反推装置，且所述阻流门延伸到所述旁路通道中并从所述旁路通道偏转空气时，沿着第一负载路径将所述空气动力负载的第一部分转移到所述外罩；以及

当致动所述反推装置，且所述阻流门延伸到所述旁路通道中并从所述旁路通道偏转空气时，沿着不同于所述第一负载路径的第二负载路径将所述空气动力负载的第二部分转移到所述核心发动机。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述第二负载路径穿过所述核心发动机的壳体。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述第一负载路径穿过将所述阻流门以机械方式连接到所述外罩的致动器。