CN109094795A - 飞行器发动机组件和从发动机排放燃烧气体的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种飞行器发动机组件(15)，包括：发动机(16)，该发动机具有排气涡轮，该排气涡轮具有驱动轴(21)和排气收集器(25)；螺旋桨(17)，该螺旋桨旋转地连接到驱动轴(21)并且限定了旋转轴线(20)；以及排气连杆头(30)，该排气连杆头引导排放气体离开飞行器(1)。本申请还提供了一种从发动机排放燃烧气体的方法。

Description

飞行器发动机组件和从发动机排放燃烧气体的方法
技术领域
本申请涉及一种飞行器发动机组件和从发动机排放燃烧气体的方法。
背景技术
当代涡轮螺旋桨发动机飞行器能够包括联接到飞行器的发动机的一个或多个螺旋桨。发动机内产生的排气能够通过排气连杆头被向外引导。排气能量以及通过排气连杆头的离开方向能够相对于螺旋桨所提供的推力提供额外的残余推力。
选择能够减小飞行器上的阻力同时优化推力的排气方向能够是有益的。然而，飞行器上诸如挡风玻璃之类的热敏感部件可能受到来自排气连杆头的热排气的冲击。
发明内容
在一个方面中，一种飞行器发动机组件包括：发动机，该发动机具有驱动轴和排气收集器；螺旋桨，该螺旋桨旋转连接到驱动轴并且限定旋转轴线；以及排气连杆头，该排气连杆头具有流体连接到排气收集器的入口和具有向外转弯尖端的排气出口。该排气连杆头限定中心线，并且在包含中心线的平面中观察时，向外转弯尖端的内侧部分限定凹形表面并且向外转弯尖端的外侧部分限定凸形表面。凹形表面和凸形表面具有相同的曲率半径，并且向外转弯尖端沿小于排气连杆头的20％的长度延伸。
该排气连杆头包括：第一部分，该第一部分流体连接到排气收集器并且相对于旋转轴线形成第一角度；以及第二部分，该第二部分流体连接到第一部分并且相对于旋转轴线形成第二角度，其中第二角度小于第一角度。排气连杆头还包括流体连接第一部分和第二部分的转弯部分，并且向外转弯尖端设置于第二部分上。此外，当沿旋转轴线观察时，向外转弯尖端能够位于通过螺旋桨尖端的完整旋转形成的周向边界内。
飞行器发动机组件还包括出入口，该出入口设置于排气连杆头中并且面对螺旋桨。出入口通过偏置力偏置打开，其中在飞行期间偏置力小于螺旋桨尾流力，使得出入口在飞行期间关闭；并且在空转期间大于螺旋桨尾流力使得出入口在空转期间打开。
在另一个方面中，一种飞行器发动机组件包括：发动机，该发动机具有驱动轴，该驱动轴具有排气收集器；螺旋桨，该螺旋桨旋转连接到驱动轴并且限定旋转轴线；排气连杆头，该排气连杆头具有流体连接到排气收集器的入口和排气出口；和出入口，该出入口设置于排气连杆头中并且在打开/关闭条件之间操作。该出入口形成排气连杆头的外壁的一部分、或者排气出口的一部分、并且面向螺旋桨。偏置装置向出入口施加偏置力，以使出入口从关闭位置偏置到打开位置。在飞行期间，偏置力小于螺旋桨尾流力，使得出入口在飞行期间关闭；并且在空转期间大于螺旋桨尾流力，使得出入口在空转期间打开。
在另一个方面中，一种从使螺旋桨围绕旋转轴线旋转的发动机排放燃烧气体的方法包括在飞行期间相对于旋转轴线以第一角度从排气连杆头排放燃烧气体、和在空转期间相对于旋转轴线以第二角度从排气连杆头排放燃烧气体，第二角度大于第一角度。该方法还包括跨过排气连杆头的出口形成压力梯度，以实现以第二角度从排气连杆头排放燃烧气体。该方法还包括在空转期间打开排气连杆头中的出入口，以实现以第二角度从排气连杆头排放燃烧气体。该方法还包括在空转期间打开排气连杆头中的出入口，以实现以第二角度从排气连杆头排放燃烧气体。
技术方案1.一种飞行器发动机组件，包括：发动机，所述发动机具有驱动轴和排气收集器；螺旋桨，所述螺旋桨旋转连接到所述驱动轴并且限定旋转轴线；以及排气连杆头，所述排气连杆头具有流体连接到所述排气收集器的入口和具有向外转弯尖端的排气出口。
技术方案2.根据技术方案1所述的飞行器发动机组件，其中所述排气连杆头限定了中心线并且当在包含所述中心线的平面中观察时，所述向外转弯尖端的内侧部分限定了凹形表面且所述向外转弯尖端的外侧部分限定了凸形表面。
技术方案3.根据技术方案2所述的飞行器发动机组件，其中所述凹形表面和所述凸形表面具有相同的曲率半径。
技术方案4.根据技术方案1所述的飞行器发动机组件，其中所述向外转弯尖端沿小于所述排气连杆头的长度的20％的长度延伸。
技术方案5.根据前述技术方案中任一项所述的飞行器发动机组件，其中所述排气连杆头包括第一部分，所述第一部分流体连接到所述排气收集器并且相对于所述旋转轴线形成第一角度。
技术方案6.根据技术方案5所述的飞行器发动机组件，其中所述排气连杆头包括第二部分，所述第二部分流体连接到所述第一部分并且相对于所述旋转轴线形成第二角度，其中所述第二角度小于所述第一角度。
技术方案7.根据技术方案6所述的飞行器发动机组件，其中所述排气连杆头包括转弯部分，所述转弯部分流体连接所述第一部分和所述第二部分。
技术方案8.根据技术方案7所述的飞行器发动机组件，其中所述向外转弯尖端设置于所述第二部分上。
技术方案9.根据前述技术方案中任一项所述的飞行器发动机组件，其中当沿所述旋转轴线观察时，所述向外转弯尖端位于由所述螺旋桨的尖端的完整旋转形成的周向边界内。
技术方案10.根据前述技术方案中任一项所述的飞行器发动机组件，还包括设置于所述排气连杆头中的出入口。
技术方案11.根据权利要求10所述的飞行器发动机组件，其中所述出入口通过偏置力偏置打开。
技术方案12.根据技术方案11所述的飞行器发动机组件，其中所述偏置力在飞行期间小于螺旋桨尾流力，使得所述出入口在飞行期间关闭。
技术方案13.根据技术方案12所述的飞行器发动机组件，其中所述偏置力在空转期间大于所述螺旋桨尾流力，使得所述出入口在空转期间打开。
技术方案14.根据技术方案10所述的飞行器发动机组件，其中所述出入口面向所述螺旋桨。
技术方案15.一种从发动机排放燃烧气体的方法，所述发动机使螺旋桨围绕旋转轴线旋转，所述方法包括：在飞行期间相对于所述旋转轴线以第一角度从排气连杆头排放燃烧气体；以及在空转期间相对于所述旋转轴线以第二角度从所述排气连杆头排放燃烧气体，所述第二角度大于所述第一角度。
附图说明
在附图中：
图1是根据本说明书中所描述的各个方面的包括发动机组件的飞行器的示意图。
图2示出了根据本发明的一个方面的具有排气连杆头的图1的发动机组件。
图3示出了图2的排气连杆头的一部分。
图4示出了图2的排气连杆头，其中出入口处于关闭状态。
图5示出了图2的排气连杆头，其中出入口处于打开状态。
具体实施方式
所描述的本发明的实施例涉及用于发动机的排气连杆头。出于说明的目的，将关于用于飞行器的涡轮螺旋桨发动机来描述本发明。然而，应理解，本发明并不如此受限并且可在其它飞行器发动机或者其它工业、商业和住宅应用中具有一般适用性。
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、横向、前方、后方、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、向前、向后等)仅用于识别目的以辅助读者理解本申请，并且具体地关于位置、取向或本申请的用途并不产生限制。除非另外指明，否则连接参考(例如，附接、耦合、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。示例性附图仅仅是出于说明的目的，且本发明的附图中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。此外，如本说明书所使用，“组”可包括任何数目的特定元件，包括只有一个。
图1示出飞行器10，该飞行器具有机身12和从机身12向外延伸的机翼14。飞行器10包括连接到飞行器10的诸如涡轮螺旋桨飞行器发动机16之类的至少一个发动机组件15(图示为与机翼14连接在一起的一组发动机16)。发动机16包括与发动机16连接在一起的一组螺旋桨组件17，该一组螺旋桨组件包括螺旋桨叶片18和可旋转毂组件19。发动机16内的驱动轴21沿由箭头22指示的方向围绕螺旋桨组件旋转轴20驱动螺旋桨组件17。螺旋桨叶片18相对于螺旋桨组件旋转轴线20被进一步构造或成角度，使得螺旋桨叶片18的旋转22产生用于飞行器10的推力(如箭头24所示)。排气连杆头30从发动机 16向外延伸，以除了产生用于飞行器10的额外推力之外，还引导排气离开发动机16(或者位于机身12或机翼14上的任何热敏感部件)。
尽管已图示了具有两个涡轮螺旋桨发动机16的飞行器10，本发明的实施例可以包括任何数量的发动机16、螺旋桨组件17、或者螺旋桨叶片18、或发动机16、组件17或叶片18相对于飞行器的任何布置。本发明的实施例还可以适用于不同的飞行器发动机类型，其中包括但不限于活塞式内燃机或者电动发电机。此外，提供螺旋桨组件17 或螺旋桨叶片18的旋转22以用于理解本发明的实施例。本发明的实施例可以包括螺旋桨组件17或螺旋桨叶片18的备选旋转方向22、或者其中一组发动机16使螺旋桨叶片18沿相同或相反方向旋转的实施例。
图2中能够更详细地可见排气连杆头30。排气连杆头30包括流体连接到发动机16内的排气收集器25的入口31、以及具有尖端35 的排气出口32，该尖端能够向外转弯，如图所示。螺旋桨叶片18限定通过叶片18尖端的完整旋转形成的周向边界23；当在沿旋转轴20的方向上观察时，排气出口尖端35位于周向边界23内。
参照图3，排气连杆头30包括入口中心线33、出口中心线34、流体连接到排气收集器25的第一部分41、和流体连接到第一部分41 的第二部分42。第一部分41包括入口中心线33以相对于旋转轴线20 形成第一角度51。第二部分42包括尖端35和排气出口中心线34以相对于旋转轴线20形成第二角度52，并且能够构想，第二角度52小于第一角度51。此外，排气连杆头30的转向部分43流体连接第一部分41和第二部分42。
排气连杆头30的尖端35还包括内侧部分36和外侧部分37。当在包含排气出口中心线34的平面中观察时，内侧部分36相对于中心线34限定凹形表面、而外侧部分37限定凸形表面。应理解，内侧部分36和外侧部分37具有相同或不同的曲率半径，并且在图3的实施例中示为具有相同的曲率半径以形成向外转弯尖端35。此外，向外转弯尖端35具有线性范围38，该线性范围可以小于排气连杆头30的长度(例如曲线长度)的20％。
在操作中，发动机16内产生的排气能够在通过尖端35离开之前流过排气收集器25和排气连杆头30。向外转弯尖端35能够形成压力梯度，其中较高压力区域靠近内侧部分36的凹形表面并且较低压力区域靠近外侧部分37的凸形表面。尖端35处的压力梯度能够朝向外侧部分37并且远离发动机16引导排气流过排气连杆头30。可以理解，排气能够离开排气连杆头30，同时相对于旋转轴线20形成比第二角度52大的角度。
参照图4，排气连杆头30还可以包括出入口70，该出入口面对螺旋桨叶片18并且形成排气连杆头30的外壁的一部分。出入口70能够围绕铰链(图示为枢轴71)打开和关闭，图示为图4中的关闭位置和图5中的打开位置。出入口能够通过由箭头(B)指示的偏置力偏置到打开位置，并且能够构想，偏置力(B)能够根据需要由外部流、通过排气连杆头30的排气流、或者由机械致动器提供。
通过螺旋桨旋转产生的气流(也被称为螺旋浆尾流)能够在发动机16操作期间在出入口70上施加力(P)。应理解，额外的力(其中包括取决于空气速度的冲压阻力)也能够作用在出入口70上。在飞行中，可以理解，螺旋桨尾流力(P)能够比偏置力(B)大，以关闭出入口70，如图4中可见。流过排气连杆头30并且通过尖端35的排气能够随后沿方向100被引导离开发动机16，从而相对于旋转轴线20 形成第一角度101(图4)。在发动机空转期间，发动机尾流力(P) 能够比偏置力(B)小，使得出入口70能够处于如图5中可见的打开位置。排气随后能够通过出入口70离开并且沿方向200(图5)被进一步引导离开发动机16，从而相对于旋转轴线20形成第二角度102。
一种从发动机16排放燃烧气体的方法可以包括通过在飞行期间关闭出入口70来以第一角度101(图4)从排气连杆头30排放燃烧气体，和通过在空转期间打开出入口70来以第二角度102(图5)从排气连杆头30排放燃烧气体。该方法还可以包括跨过排放出口32(图3)形成压力梯度，其中包括通过凹形内侧部分36和凸形外侧部分37 (图3)。
本发明的各个方面能够提供多种益处。可以理解，热排放气体能够撞击位于机身12或机翼14上的热敏感部件，并且本发明中所描述的方面能够通过使用出入口70(图4-5)或向外转弯尖端35(图2) 来减少热气体撞击。另一个益处是改进空气阻力，其中波形尖端35能够通过内侧部分36和外侧部分37(图3)沿较安全的方向提供排放气体，并且在尖端35处形成的压力梯度能够增大排放气体的离开角度同时允许第二角度52(图3)被设计成尽可能小以用于阻力减小并且用于使来自排气的残余推力最大。此外，使用出入口70能够在操作阶段期间提供增大的排气角度102，其中使阻力最小的重要性小于发动机效率，并且还可以在诸如滑行或停止之类的地面操作期间减少发动机过热。可以在由通过排气连杆头30的气体流提供的天然偏置力 (B)(图5)中发现另一个益处，从而允许使用可打开/可关闭的出入口70，而无需复杂的致动机构。
应当理解，所公开设计的应用不限于涡轮螺旋桨发动机，而是还适用于涡轮和涡轴发动机。
在尚未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可按需要彼此组合或替代使用。一个特征未在所有实施例中说明并不意味着被解释为它不能这样，而是为了简化描述才这样。因此，必要时可以混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，而无论是否已明确描述所述新的实施例。本发明涵盖本说明书所描述的特征的所有组合或排列。
此书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其它实施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 (10)

1.一种飞行器发动机组件(15)，包括：
发动机(16)，所述发动机具有驱动轴(21)和排气收集器(25)；
螺旋桨(17)，所述螺旋桨旋转连接到所述驱动轴(21)并且限定旋转轴线(20)；以及
排气连杆头(30)，所述排气连杆头具有流体连接到所述排气收集器(25)的入口(31)和具有向外转弯尖端(35)的排气出口(32)。
2.根据权利要求1所述的飞行器发动机组件(15)，其中所述排气连杆头(30)限定了中心线(34)并且当在包含所述中心线(34)的平面中观察时，所述向外转弯尖端(35)的内侧部分(36)限定了凹形表面且所述向外转弯尖端(35)的外侧部分(37)限定了凸形表面。
3.根据权利要求2所述的飞行器发动机组件(15)，其中所述凹形表面和所述凸形表面具有相同的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的飞行器发动机组件(15)，其中所述向外转弯尖端(35)沿小于所述排气连杆头(30)的长度的20％的长度延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的飞行器发动机组件(15)，其中所述排气连杆头(30)包括第一部分(41)，所述第一部分流体连接到所述排气收集器(25)并且相对于所述旋转轴线(20)形成第一角度(51)。
6.根据权利要求5所述的飞行器发动机组件(15)，其中所述排气连杆头(30)包括第二部分(42)，所述第二部分流体连接到所述第一部分(41)并且相对于所述旋转轴线(20)形成第二角度(52)，其中所述第二角度(52)小于所述第一角度(51)。
7.根据权利要求6所述的飞行器发动机组件(15)，其中所述排气连杆头(30)包括转弯部分(43)，所述转弯部分流体连接所述第一部分(41)和所述第二部分(42)。
8.根据权利要求7所述的飞行器发动机组件(15)，其中所述向外转弯尖端(35)设置于所述第二部分(42)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的飞行器发动机组件(15)，其中当沿所述旋转轴线(20)观察时，所述向外转弯尖端(35)位于由所述螺旋桨(17)的尖端的完整旋转形成的周向边界(23)内。
10.一种从发动机排放燃烧气体的方法，所述发动机使螺旋桨围绕旋转轴线旋转，所述方法包括：
在飞行期间相对于所述旋转轴线以第一角度从排气连杆头排放燃烧气体；以及
在空转期间相对于所述旋转轴线以第二角度从所述排气连杆头排放燃烧气体，所述第二角度大于所述第一角度。
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