CN108495986A - 飞机发动机鸟类撞击防护罩 - Google Patents
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Abstract
一种航空器发动机护罩，用于保护航空器发动机防止吸入大型物体，该护罩包括：总体上圆锥形的本体；在该护罩本体的后端处的底座区段、和在该护罩本体的远前端处的圆顶区段；位于该底座区段与该圆顶区段之间的至少三个竖直外周延伸的壁，这些外周壁中的连续壁具有不同的外周尺寸、是外周圆柱形的，其中尺寸从该底座朝向该圆顶区段增大。在这些外周壁之中和之间限定了多个进气口，其中至少一个维度大小足够小以防鸟类能够穿过该护罩而进入该航空器发动机。
Description
背景技术
本发明总体上涉及飞机发动机、更具体地涉及用于涡轮发动机(诸如航空器发动机等等)的、提供防鸟撞击和鸟吸入保护的飞机发动机护罩。
现有技术通常意识到由于异物吸入喷气发动机的进气口而对飞机产生的巨大风险，如现有技术文件中的描述所反映的，包括在美国公开的专利申请中：US 2009/0101760；US 2010/0180566；US 2010/0287908；US 2011/0000184；US 2011/0011055；US 2011/0030333；US 2011/0095912；US 2013/0213003；US 2013/0291726；以及US 2013/0294894，所述公开的专利申请的全部内容通过援引并入本文。
本披露解决的问题对于航空器使用的喷气发动机尤其严重，因为此类发动机在异物不能被清除或控制的环境中运行。在地面上滑行的喷气式航空器的发动机经常吸入如工具和其他小型金属物体等异物，而飞行中的喷气式航空器易吸入鸟类、树叶、纸片、以及其他空中碎片。
几乎任何固体异物吸入喷气发动机的进气口中都会对压缩级造成损坏，并且可能对发动机的其他部分造成损坏。这种发动机损坏立即表现为发动机可用推力的部分损失或全部损失，后果是航空器飞行能力受损。
鸟吸入喷气发动机的问题在航空器起飞期间尤其严重，其中，正好在安全起飞需要最大可用推力的时间，航空器可能飞过一群鸟。由于许多商用和私人喷气动力航空器仅具有两个发动机，所以应了解的是，在起飞期间或起飞后不久出现两个发动机部分动力损失或一个发动机完全失去动力可能会产生严重后果。碰撞后调查证明，许多喷气式航空器坠毁(造成人员伤亡和巨大财产损失)可直接归因于在起飞期间或起飞后不久发生的鸟吸入。
根据FAA的统计资料，在1990年与2008年之间发生了超过100,000次(民用和USAF)野生动物撞击，并且自1990年以来撞击次数稳步上升。1990年，该行业发生了1,738次鸟撞击；2007年，这一数字已增加到7,666。这一趋势一部分是由于航空旅行增加所致，但是野生动物撞击的频率从每10,000次航班的0.527次成三倍增加到1.751次。
特别是喷气发动机的鸟类撞击可能会造成灾难性后果。1960年10月4日，东方航空公司(Eastern Air Lines)375次航班在起飞期间遭遇一群欧洲椋鸟撞击。四台发动机全部损坏，并且航空器在波士顿港坠毁。有62人遇难。
虽然FAA规定要求将喷气发动机设计成允许在规定的航空器速度下吸入规定尺寸的鸟之后继续运行，但是这种设计并未消除鸟类撞击对发动机造成损坏和/或故障。2009年1月15日，在拉瓜迪亚机场起飞约三分钟后，在航空器处于海拔2,818英尺AGL(高出地面)时，与加拿大鹅相关的双鸟撞击碰撞了美国航空公司(U.S.Airways)1549次航班空客A320-214。鸟类撞击导致两个发动机立即完全失去推力，迫使全体机组人员把飞机迫降在哈德逊河上。
FAA的统计资料报告，92％的鸟类撞击发生在3,000英尺AGL或以下，因此处于起飞或着陆的临界点。提议的地面野生动物消除方案(诸如雷达探测鸟群、使用灯光、噪音制造器、以及水炮等)对于减少诸如1549次航班所经历的海拔或更高海拔处的鸟类撞击几乎毫无用处。
鸟类撞击的增加导致定期报告商用喷气机在起飞后不久就被迫紧急着陆。根据FAA统计资料，鸥是撞击航空器的最常见鸟类，占鸟类撞击中所识别的鸟类的19％。鸠鸽和鸽子是第二最常见的鸟类，占鸟类撞击中所识别的鸟类的15％。但是，如1549次航班所证明的那样，也可能发生诸如加拿大鹅等大型鸟类的鸟类撞击，从而造成毁灭性后果。
商用和军用航空器的鸟类撞击率上升的因素有很多。这些因素包括：1)随着喷气式旅行取代了更嘈杂且速度更慢的活塞动力航空器，这些喷气机与野生动物碰撞的机会增加；2)随着旅行方式的变化，全世界的军用和商用空中交通量都有所增加；3)自然栖息地环绕着许多现代化机场，这个栖息地为周围大都市地区通常不存在的野生动物提供栖身之地、筑巢区和饲喂区；4)包括华盛顿里根国家机场、费城国际机场、纽约拉瓜迪亚机场、以及波士顿洛根国际机场在内的世界上最繁忙的机场中的许多机场都靠近大片水域，这些水域为鹅和鸭等大型水禽创造了上述自然栖息地；并且5)野生动物保护措施通常有助于增加本地鸟类的数量。这些因素导致大多数野生动物撞击发生在最接近的机场环境内。根据FAA统计资料，仅在美国就有因与民用航空器发生野生动物撞击而每年造成超过6亿美元的损失。
这里使用的术语“喷气发动机”旨在包括各种类型的发动机，这些发动机以较低速度吸入空气、通过燃烧来加热空气、并且以更高的速度排出空气。例如，术语“喷气发动机”包括涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。
喷气发动机传统上包括用于压缩进气的压缩机区段、用于燃烧压缩空气的燃烧区段、以及安排在燃烧室后面的涡轮机区段，该涡轮机区段旋转地连接到该压缩机区段以便通过来自燃烧室的富含能量的气体来驱动这个涡轮机部分。压缩机区段通常包括低压压缩机和高压压缩机。涡轮机区段通常包括低压涡轮机和高压涡轮机。高压压缩机经由第一轴旋转地锁定至高压涡轮机，并且低压压缩机经由第二轴旋转地锁定至低压涡轮机。
在航空器喷气发动机中，固定的导向叶片组件用于使流从一个角度转向另一个角度。固定的导向叶片组件可以应用于涡轮风扇发动机在风扇出口处的定子部件中、应用于涡轮排气机匣(TEC)和中介机匣(IMC)中。
虽然如上所述，现有技术已经解决了该问题，但是本发明人已经开发了克服现有技术的各种缺陷和缺点的解决方案，包括提供更坚固、高度功能化、多功能、并且在美观和空气动力学上也更有利于使用的设计。
发明内容
相应地，本发明的一个目的是提供一种不干扰航空器发动机进气需求的发动机护罩。
本发明的另一个目的是提供具有空气动力学的且非常坚固的航空器发动机护罩。
本发明的另一个目的是提供可以容易地连接到现有航空器发动机壳体上的发动机护罩。
本发明的上述和其它目的通过飞机发动机护罩来实现，该飞机发动机护罩具有总体上圆锥形的外观、具有分级的且直径不同的区段，所述区段前后彼此交错以提供最大的气流和最佳的防鸟类撞击防护。
根据优选实施例，本发明涉及一种航空器发动机护罩，用于保护航空器发动机防止吸入大型物体，该护罩包括：总体上圆锥形的本体；
在该护罩本体的后端处的底座区段、和在该护罩本体的远前端处的圆顶区段；位于该底座区段与该圆顶区段之间的至少三个竖直外周延伸的壁，这些外周壁中的连续壁具有不同的外周尺寸，所述尺寸从该底座朝向该圆顶区段减小；以及多个进气口，其中，所述进气口具有的至少一个维度大小测量为小于预定数厘米。优选地，这些进气口包括位于这些外周壁中的至少一个外周壁中的多个侧向进气口。这些进气口可以包括与前述开口结合的多个前向进气口。可以包括多个接片以将这些竖直外周壁彼此连接，并且这些前向进气口被部分地限定在这些接片之间。这些进气口可以包括在两个相邻外周壁上连续延伸的开口。
根据参照附图的本发明的以下描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1是本发明的示出了八种不同的防护罩的透视图。
图2是根据本发明的第一实施例的空气发动机防护罩的透视图。
图3是图2的后视平面图。
图4是根据本发明的第二实施例的空气发动机护罩的透视图。
图5是图4的后视图。
图6是空气发动机护罩的第三实施例的透视图。
图7是空气发动机护罩的第四实施例的透视图。
图8是空气发动机护罩的第五实施例的透视图。
图9是空气发动机护罩的第六实施例的透视图。
图10是空气发动机护罩的第七实施例的透视图。
图11是空气发动机护罩的第八实施例的透视图。
图12是空气发动机护罩的第九实施例的透视图。
具体实施方式
参考附图，本发明总体上涉及喷气发动机护罩，其共同特征在于它们具有底座，该底座与发动机前壳体轮廓的形状相匹配并且容易附接到现有发动机上。本发明的飞机发动机护罩的另一个共同特征是它们为具有依次更小直径区段的总体上圆锥形形状，其中，每个区段可以具有恒定直径、或者锥形直径或略微向外凸出的区域。
本发明的飞机发动机护罩的另一个共同特征是它们的壳体壁包括围绕壁外周延伸的大的穿孔，其中，每个实施例的不同之处在于壁区段的数量、壁角度、以及在那里的开口或孔的数量和取向。
另一个共同特征在于提供具有带前帽的圆锥形形状的前结构，该结构承受着应对鸟类并且使鸟类偏离发动机开口的任务的冲击。护罩的前帽前向部件可以是扁平的、锥形的或脊状的。
图1的透视图示出了八种不同的飞机护罩设计，包括第一护罩150、第二护罩90、第三护罩170、第四护罩130、第五护罩10、第六护罩50、第七护罩110或30、以及第八护罩70。
通常，护罩由金属、优选为半英寸厚但厚度可以多达一英寸或更厚的铝制成，因为需要具有所需的强度和刚度以吸收远远超过50,000英尺磅冲击的力。通常，护罩具有总体上圆锥形的形状，其具有用于附接到飞机发动机的进气侧的底座凸缘、以及由多个区段和用于进气的各种开口和狭槽构成的外壁。
更具体地说，图2的第一实施例示出了具有底座凸缘12的护罩10，其具有用于安装到航空器发动机上的螺钉/铆钉开口13(图3)。开口13可以围绕外周每英寸左右布置一个，以便将护罩10强有力地保持在发动机(未示出)上。护罩10具有第一竖直的底座外周侧壁14，其中多个侧向进气孔16分区段围绕外周成两个圆形线安排，每个区段具有十个孔，五个在上面，另外五个在下面。
此外，如图所示，还存在竖直壁18a、18b和18c，每个竖直壁具有比另一个更小的直径，并且通过连接接片17彼此连接。接片与壁之间的空间限定弧形水平的但前向的狭槽19a、19b、19c和19d。壁18d限定护罩的圆顶，具有圆顶帽22和多个前向孔20。当安装在发动机平面上时，护罩10确保没有重量超过4磅的鸟类组成部分能够进入发动机，应理解的是，联邦航空管理局(FAA)具有的设定规格要求喷气发动机能够吸收小于或约为四磅的动物/禽类组成部分。图3示出了图2的实施例的后视图。
在另一实施例中(图4)，护罩30具有类似的底座32，该底座具有连续前向的弧形且水平的狭槽39a、39b、39c、圆顶区段、以及圆顶帽42。图5是图4的后视图，示出了之前提到的螺钉开口33。
在另一实施例中(图6)，护罩50具有类似的底板52、多个直径逐渐变小的壁，在这种情况下，这些壁是弯曲的并且具有竖直延伸且弯曲的弧形孔59a，如图所示，在每个高度处终止于圆顶帽62。底座外周壁54具有与图2的孔16类似的一排进气侧向孔56。
在图7的进一步实施例中，护罩70具有底座72、围绕外周安排的多个竖直定向的总体上矩形和侧向的进气孔72、以及带有竖直定向的部分面向前的弯曲孔79a的多个竖直壁，如图所示。
参照图8，这个实施例的护罩90在其圆顶中具有竖直定向且弯曲的进气孔100，这些进气孔直接位于圆顶帽102的下方，其中四个竖直壁通过如前所述的接片连接，这些接片限定了弧形的、水平布置的并且向前定向的进气口，如图所示。
在图9中，如图所示，护罩110具有底座112、三个竖直壁、以及终止于圆顶帽122的圆顶和在圆顶帽的底座处的多个前向的圆形进气孔，在竖直壁之间具有弧形向前进气口。
在又一变型中，图10的护罩130包括底座132，底座具有三个竖直定向的壁134，这些竖直定向的壁具有围绕外周有规律地分布的竖直定向的开口134。如前所述，每个竖直壁和外周壁的直径略小于其下方的壁的直径，接片137连接并限定弧形进气口，如图所示。圆顶帽142后面是第一系列的外周地分布、竖直定向、弯曲的矩形进气口141，如图所示。
在本发明的护罩的又一变型中，图11的护罩150具有底座152、第一竖直定向的壁154a、以及特大的圆顶部分154b，该第一竖直定向的壁包括围绕外周的多个矩形且竖直定向的开口156，并且该圆顶部分具有直径逐渐减小的外周壁并且围绕外周在到达圆顶帽162的那些附加孔157c的前方分若干区段地包括大小不同的竖直定向的狭槽。开口157b可以位于底切区段157a中。
图12的另一实施例的特征是护罩170，该护罩包括位于底座处具有周围的一系列侧向进气口的竖直壁、以及非常大的圆顶区段，该圆顶区段围绕其外周和在其弧形、竖直定向且向内弯曲的狭槽177c的前方包括大小不同的竖直定向的孔，如图所示。
通常，从功能性角度来看，各种实施例执行相同的功能，即防止鸟类被整体吸入发动机中，并且仅允许那些在冲击时分裂的鸟区段分成小块、以可以通过由航空器发动机处理的方式被吸入，如所提到的。各种实施例的共同特性是它们都具有可接受的空气动力学表面，结构非常坚固并且具有美观的外观。在底座，这些圆顶与发动机的开口大小相匹配，该大小可以比人的身高更大，这取决于发动机和航空器的类型。护罩的总体圆顶形状、其壁直径向前减小的区段、以及(当适用时)弯曲表面有助于使鸟的身体侧向偏离发动机进气口和护罩的通风口。
虽然已经结合其具体实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多其他变化和修改以及其他用途将变得清楚。因此，优选的是，本发明不受本文具体披露内容的限制，而仅受所附权利要求限制。
Claims (20)
1.一种航空器发动机护罩，用于保护航空器发动机防止吸入大型物体，该护罩包括：
总体上圆锥形的本体；
在该护罩本体的后端处的底座区段、和在该护罩本体的远前端处的圆顶区段；
位于该底座区段与该圆顶区段之间的至少三个竖直外周延伸的壁，这些外周壁中的连续壁具有不同的外周尺寸，所述尺寸从该底座朝向该圆顶区段减小；以及
多个进气口，其中，所述进气口具有的至少一个维度大小测量为小于预定数厘米。
2.如权利要求1所述的护罩，其中，这些进气口包括位于这些外周壁中的至少一个外周壁中的多个侧向进气口。
3.如权利要求1所述的护罩，其中，所述进气口包括多个前向进气口。
4.如权利要求2所述的护罩，其中，所述进气口包括多个前向进气口。
5.如权利要求4所述的护罩，该护罩包括多个接片，这些接片将所述竖直外周壁彼此连接，并且所述前向进气口被部分地限定在所述接片之间。
6.如权利要求1所述的护罩，其中，所述进气口包括在两个相邻外周壁上连续延伸的开口。
7.如权利要求1所述的护罩，其中，所述进气口包括位于向前弯曲的平面中的竖直定向的开口。
8.如权利要求1所述的护罩，其中，该圆顶区段在其前端具有圆顶帽。
9.如权利要求1所述的护罩，其中，所述底座包括具有多个开口的凸缘，用于经由螺钉、螺栓或铆钉穿过所述凸缘中的所述开口来将该护罩附接至该航空器发动机上。
10.如权利要求1所述的护罩，其中，这些外周壁具有至少半英寸铝的厚度。
11.如权利要求1所述的护罩，该护罩包括具有两排侧向进气口的第一外周壁，并且至少包括第二外周壁、第三外周壁和第四外周壁，并且所述进气口包括在所述第一竖直外周壁与所述第二竖直外周壁之间、在所述第二竖直外周壁与所述第三竖直外周壁之间、以及在所述第三竖直外周壁与所述第四竖直外周壁之间的弧形前向开口。
12.如权利要求11所述的护罩，该护罩包括在所述圆顶区段处形成的圆形前向进气口。
13.如权利要求1所述的护罩，其中，所述竖直外周壁包括第一外周壁、第二外周壁、以及第三外周壁，并且其中，所述进气口包括一系列前向弧形开口，这些前向弧形开口在所述第一外周壁与所述第二外周壁之间、在所述第二外周壁与所述第三外周壁之间、以及在所述第三外周壁与所述圆顶区段之间延伸，并且包括圆形的、前向的并且位于该圆顶区段中的一系列附加进气口。
14.如权利要求1所述的护罩，其中，所述进气口包括第一系列侧向进气孔和第一外周壁以及呈弧形形状并且在前向方向上延伸的至少两组外周分布的进气口。
15.如权利要求1所述的护罩，其中，所述护罩本体包括第一外周壁、第二外周壁、以及第三外周壁，并且所述进气口包括外周分布在该第一外周壁上的矩形进气口、以及附加进气口，包括延伸跨过该第一外周壁和该第二外周壁、该第二外周壁和该第三外周壁、以及该第三外周壁和该圆顶区段的开口。
16.如权利要求1所述的护罩，其中，所述护罩本体包括第一外周壁、第二外周壁、第三外周壁、以及第四外周壁，并且其中，所述进气口包括呈弧形形状且外周分布的进气口，包括在该第一外周壁与该第二外周壁之间、在该第二外周壁与该第三外周壁之间、以及在该第四外周壁与该圆顶区段之间的弧形开口，并且其中，该圆顶区段包括位于弯曲平面中并且面向该护罩的侧边和前方的进气口。
17.如权利要求1所述的护罩，其中，所述护罩至少包括第一外周壁、第二外周壁、以及第三外周壁，并且其中，所述进气口包括弧形开口，这些弧形开口水平地延伸并且向前朝向该圆锥区段、并且外周分布并且至少被限定在该第一外周壁与该第二外周壁之间、在该第二外周壁与该第三外周壁之间、以及在该第三外周壁与该圆锥区段之间，该圆锥区段包括前向的并且位于其前向区域且邻近圆顶帽的圆形开口。
18.如权利要求1所述的护罩，其中，所述护罩本体至少包括第一外周壁、第二外周壁、以及第三外周壁，并且其中，所述进气口至少包括四组矩形形状的侧向开口，这些开口外周地分布、位于并且被限定在该第一外周壁、该第二外周壁、该第三外周壁、以及该圆顶区段中，所述进气口进一步包括弧形开口，这些弧形开口外周地分布并且至少被限定在该第一外周壁与该第二外周壁之间、在该第二外周壁与该第三外周壁之间、以及在该第三外周壁与该圆顶区段之间，所述圆顶区段还包括被限定在弯曲平面中并且到达圆顶帽附近的进气口。
19.如权利要求1所述的护罩，其中，所述护罩本体包括圆柱形的第一外周壁以及圆顶区段，该圆顶区段具有逐渐减小的直径并且在其连接该第一外周壁的区域处开始并且延伸至圆顶帽，并且所述进气口包括矩形形状的侧向开口，这些侧向开口围绕该第一外周壁周向地分布、和该第一外周壁与该圆顶区段相连接的区域相邻，并且该圆顶区段包括矩形形状的进气口，这些进气口具有不同的长度并且被分成围绕该圆顶区段周向地分布的若干组而安排。
20.如权利要求19所述的护罩，该护罩包括多个进气口，这些进气口位于限定开口的弧形平面中，这些开口是侧向的和前向的并且到达该圆顶区段。
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