CN109996730A - 用于飞行器尾部安装的风扇部段的平移机舱壁 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种定位在飞行器的尾部部段上的风扇部段，其中风扇部段限定周向方向，径向方向和轴向方向。风扇部段包括风扇和机舱。风扇包括多个风扇叶片和风扇轴，其中多个风扇叶片可与轴一起旋转。机舱包括至少部分地包围风扇的壁。壁包括第一部分和第二部分。第一部分相对于第二部分在第一关闭位置和第二打开位置之间平移，在第一关闭位置，机舱的壁周向地包围风扇，在第二打开位置，风扇的至少一部分未被机舱的壁包围。

Description

用于飞行器尾部安装的风扇部段的平移机舱壁
技术领域
本发明大体涉及一种飞行器尾部部段的风扇部段。
背景技术
飞行器和发动机设计面临着越来越倾向于降低油耗和排放的挑战。提高飞行器效率的一种已知解决方案是在飞行器的尾部部段或其附近安装混合电风扇部段。
然而，类似于传统的翼下风扇构造，风扇部段的直径受到起飞滑行和着陆期间飞行器的可用离地间隙的限制。已知的解决方案是移除风扇机舱以提供开放式转子构造。然而，移除风扇机舱可能降低风扇效率。此外，风扇机舱提供噪音抑制和风扇叶片密闭保护，没有这些保护，开放式转子构造的好处可能会被增加的噪音和风扇叶片密封能力的损失所抵消。
因此，需要一种安装在飞行器尾部部段的风扇部段，其可以克服由于飞行器离地间隙引起的风扇直径限制，同时还提供飞行器效率，噪音抑制和/或风扇叶片密闭益处。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
本公开涉及一种定位在飞行器的尾部部段上的风扇部段，其中风扇部段限定周向方向，径向方向和轴向方向。风扇部段包括风扇和机舱。风扇包括多个风扇叶片和风扇轴，其中多个风扇叶片可与轴一起旋转。机舱包括至少部分地包围风扇的壁。壁包括第一部分和第二部分。第一部分相对于第二部分在第一关闭位置和第二打开位置之间平移，在第一关闭位置，机舱的壁周向地包围风扇，在第二打开位置，风扇的至少一部分未被机舱的壁包围。
本公开的另一方面涉及一种飞行器，其包括限定后端的机身和在机身的后端处附接到机身的发动机。发动机包括限定周向方向，径向方向和轴向方向的风扇部段。风扇部段包括风扇和机舱，风扇包括可与风扇轴一起旋转的多个风扇叶片。机舱包括至少部分地包围风扇的壁，壁包括第一部分和第二部分。第一部分相对于第二部分在第一关闭位置和第二打开位置之间平移，在第一关闭位置，机舱的壁周向地包围风扇，在第二打开位置，风扇的至少一部分未被机舱的壁包围。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
参考附图在说明书中阐述了涉及本领域普通技术人员的本发明的完整且可实现的公开，包括其最佳模式，其中：
图1A是飞行器尾部安装的风扇部段的示例性实施例的立体图，示出了处于第一径向位置的多个风扇叶片和处于第一位置的机舱；
图1B是图1A的风扇部段的示例性实施例的立体图，示出了处于第一径向位置的多个风扇叶片和处于第二位置的机舱；
图1C是图1A的风扇部段的示例性实施例的立体图，示出了处于第二径向位置的多个风扇叶片和处于第二位置的机舱；
图2是包括尾部安装的风扇部段的示例性实施例的飞行器的示例性实施例的俯视图；和
图3是图2中示出的示例性飞行器的左舷侧视图。
在本说明书和附图中重复使用的参考字符旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所用，术语“第一”，“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
通常提供定位在飞行器尾部部段的风扇部段，该风扇部段包括具有平移壁的机舱。包括具有平移壁的机舱的风扇部段可以通过使机舱壁的第一部分相对于第二部分平移，从而克服由于飞行器离地间隙引起的风扇部段直径限制。第一部分可在第一关闭位置和第二打开位置之间平移，在第一关闭位置，该壁周向地包围风扇，在第二打开位置，风扇的至少周向部分未被包围。将壁的第一部分平移到打开位置可在飞行器起飞滑行和着陆期间提供足够的离地间隙，同时使得较大直径的风扇部段能够安装在飞行器的尾部部段。大直径风扇部段可以从飞行器的机身的表面捕获并激励低动量边界层流体，从而增加飞行器效率并减少燃料消耗和排放。
现在参考附图，图1A，1B和1C是风扇部段100的示例性实施例的立体图。具体地，图1A提供了安装在飞行器10的尾部部段上的示例性风扇部段100的立体图，其中壁的第一部分处于关闭位置；图1B提供了示例性风扇部段100的立体图，其中壁的第一部分处于打开位置；图1C提供了示例性风扇部段100的立体图，其中多个风扇叶片中的一个或多个处于缩回位置。
如图所示，风扇部段100通常限定轴向方向A，径向方向R和周向方向C。此外，风扇部段100包括风扇101和机舱110。风扇101包括多个风扇叶片102和轴106。每个风扇叶片102相对于风扇部段100的纵向轴线108沿径向方向限定外端120。风扇部段100的至少一个风扇叶片102从延伸位置平移到缩回位置，在延伸位置，风扇叶片102处于第一径向位置121(如图1A所示)，在缩回位置，风扇叶片102处于第二径向位置122(如图1C所示)。另外，每个风扇叶片102可与轴106一起旋转。在一个实施例中，每个风扇叶片102联接到毂104，毂104又附接到轴106。如图所示，多个风扇叶片102中的每一个通常沿周向方向间隔开。毂104，轴106和多个风扇叶片102各自可绕纵向轴线108旋转。
机舱110包括壁112，壁112至少部分地包围风扇101。壁112包括第一部分114和第二部分116。第一部分114相对于第二部分116平移。更具体地，机舱110将壁112的第一部分114从第一关闭位置(图1A中所示)平移到第二打开位置(图1B和1C中所示)。当壁112的第一部分114处于关闭位置时，壁112周向地包围风扇101。相反，当壁112的第一部分处于第二位置时，风扇101在周向方向C上的至少一部分未被包围。
仍然参照图1A，1B和1C，机舱110可以将壁112的第一部分114的至少一部分沿着周向方向C平移到壁112的第二部分116中，使得第一部分114的至少一段嵌套在第二部分116内。另外，对于所描述的实施例，壁112的第一部分114包括第一部段162和第二部段164。第一部段162沿周向方向顺时针平移(从后端观察，例如在图1A至1B的视图中)，以与壁112的第二部分116的至少一段重叠或嵌套在壁112的第二部分116的至少一段中。第二部段164逆时针(从后端观察，例如在图1A至1B的视图中)平移，以与壁112的第二部分116的一段重叠或嵌套在壁112的第二部分116的一段中。然而，应当理解，在其他示例性实施例中，第一部分114可以不包括两个部段(即，部段162，164)，相反，第一部分作为整体可以相对于第二部分116平移以打开机舱110。
当第一部分114平移到打开位置时(图1B和1C中所示)，第一和第二部段162，164限定了缝160。在一个实施例中，第一部段162沿周向方向限定第一长度166，第二部段164沿周向方向限定第二长度168。在图1A，1B和1C所示的实施例中，第一长度166可沿周向方向C近似等于第二长度168。当第一部分162处于打开位置时，壁112的第一部分162的第一长度166和第二长度168可以一起沿周向方向C限定壁112的大约120度的部段。
在一个实施例中，第一和第二部段162，164之间的缝160可以大约处于下死点(BDC)位置(即相对于竖直参考线109的180度)。在其他实施例中，壁112的第一部分114的第一部段162和第二部段164之间的缝160可以沿着周向方向C限定第一长度166不等于第二长度168。在一个实施例中，其中第一长度166和第二长度168一起沿周向方向C限定壁112的120度的部段，可以在除BDC之外的地方处限定缝160，使得第一长度166限定至少60度的部段，第二长度168限定至多60度的部段。
参照图1A和1B所示的实施例，机舱110还可包括机舱锁定机构141，以将第一部段162和/或第二部段164锁定到周向静止位置。例如，机舱锁定机构141可以是附接到机舱110的壁112的第二部分116的销，并且可延伸到由壁112的第一部分114限定的开口中。机舱锁定机构141可将壁112的第一部分114的第一部段162和/或第二部段164锁定在周向静止位置，使得当处于打开位置时，第一部分114可被锁定从而不能在第一和第二长度166，168上旋转。
仍参照图1A，1B和1C中所示的实施例，每个风扇叶片102的外端120是风扇叶片102的沿着相对于纵向轴线108的径向方向R的最外部分(例如翼型尖端)。在图1A和1B所示的实施例中，第一径向位置121指的是风扇叶片102的外端120在其最外侧位置的位置。第二径向位置122指的是风扇叶片102的外端120在其最内侧位置的位置。对于所示的实施例，风扇叶片102各自沿着径向方向R大致在延伸位置(在第一径向位置121处)和缩回位置(在第二径向位置122处)之间平移。值得注意的是，对于图1C中描述的实施例，当处于缩回位置时，每个风扇叶片102的外端120定位成邻近毂104，使得第二径向位置122可以近似等于毂104的外径。然而，应该理解的是，尽管未示出，但在其他示例性实施例中，第二径向位置122可以小于毂104的外径，使得风扇叶片102在处于缩回位置时完全缩回到毂104内。
如图1A，1B和1C中的实施例所示，风扇部段100可构造成将机舱110的壁112的第一部分114从第一关闭位置(图1A中所示)平移到第二打开位置(如图1B和1C所示)，以在起飞滑行和着陆期间提供足够的离地间隙。另外，风扇叶片102的外端120可在延伸位置(在第一径向位置121处，在图1A和1B中示出)和缩回位置(在第二径向位置122处，在图1C中示出)之间平移。在一个实施例中，多个风扇叶片102各自沿径向方向R向内平移到缩回位置，表示相应风扇叶片102的半径从延伸位置减小至少25％。在壁112从第一关闭位置(图1A中所示)平移到第二打开位置(如图1B和1C所示)期间，平移风扇叶片102的外端120可在外端120和机舱110的壁112之间提供间隙。另外，当壁112缩回到第二打开位置时，平移风扇叶片102的外端120可在起飞或着陆期间为飞行器10提供额外的离地间隙。
仍参照图1A，1B和1C中所示的实施例，风扇部段100可包括锁定机构140，以将多个风扇叶片102定位在周向静止位置(即风扇部段100不绕纵向轴线108旋转)。例如，锁定机构140可以是销，其附接到风扇部段100或机身12(图2中示出)的周向静止部分，并且可通过促动器延伸到由毂104限定的开口中。锁定机构140可以将风扇叶片102锁定在周向静止位置，使得延伸的风扇叶片102可以在打开位置被锁定从而不能在第一长度166和第二长度168上旋转。
现在参考图2，提供了可结合本文所述的风扇部段100的各种实施例的示例性飞行器10的俯视图。另外，图3提供了如图2所示的飞行器10的左舷侧视图。如图2和图3共同所示，飞行器10包括动力装置90，机身12和多个翼20。飞行器10还包括位于机身12的后端18处的发动机99。发动机99包括根据图1-4中所示并在此描述的各种实施例的风扇部段100，风扇部段100定位在机身12包括的竖直稳定器30的后方。
仍然参照图2和图3，飞行器10限定了延伸穿过的纵向中心线14，竖直方向V，横向方向L，前端16和后端18。此外，飞行器10限定了在飞行器10的前端16和后端18之间延伸的平均线15。如本文所用，“平均线”是指沿着飞行器10的长度延伸的中点线，未考虑飞行器10的附件(例如下面讨论的翼20和稳定器)。
包括风扇部段100的发动机99安装在飞行器10的后端18。更具体地，对于所示的实施例，风扇部段100位于竖直稳定器30的后面。此外，所描述的风扇部段100可以摄取并消耗形成飞行器10的机身12上的边界层的至少一部分空气。具体地，对于所描述的实施例，风扇部段100在后端18处固定地连接到机身12，使得风扇部段100结合到后端18的尾部部段中，并且使得平均线15延伸穿过其中。
更具体地，风扇部段100可以定位在机身12的后端18的区域处，在来自机身12的外表面38的厚流体边界层产生相对大的低动量流体区域的尾部部段。将风扇部段100放置在机身12的后端18处以摄取相对低的动量边界层流体增加了飞行器10的效率。平移风扇部段100的风扇叶片102可以避免在飞行器起飞滑行和着陆期间与地面接触。在另一个实施例中，平移风扇叶片102可以将风扇叶片102的外端120的第一径向位置121定位在流体边界层的100％或其较小部分内，以使效率最大化。在又一个实施例中，平移风扇叶片102可以定位风扇叶片102的外端120的第二径向位置122，以避免在起飞滑行或着陆期间的地面接触，并且将第一径向位置121定位在流体边界层的可以产生最大效率的部分内。例如，平移风扇叶片102可以在起飞或着陆期间将外端120定位在流体边界层的60％内，或50％内，或45％内，等等，同时避免与地面接触。此外，随着边界层条件改变，风扇部段100可以将风扇叶片102的外端120从第一径向位置121重新定位到第二径向位置122，以使效率最大化。值得注意的是，在该实施例中，或在其他实施例中，风扇部段100还可包括用于将风扇叶片102锁定在期望的径向位置的锁定机构(未示出)。锁定机构可以直接与风扇叶片102一起操作(例如，销或夹紧构件)，或者可选地，可以与构造成平移风扇叶片102的促动器一起操作。
机身12从飞行器10的前端16向飞行器10的后端18纵向延伸，并且包括附接到其上的飞行器的多个翼20。如本文所用，术语“机身”通常包括飞行器10的本体的全部，包括飞行器10的尾翼或尾部部段。这些翼20中的第一个相对于纵向中心线14从机身12的左舷侧22横向向外延伸，并且这些翼20中的第二个相对于纵向中心线14从机身12的右舷侧24横向向外延伸。用于所示示例性实施例的每个翼20包括一个或多个前缘襟翼26和一个或多个后缘襟翼28。机身12还包括竖直稳定器30，其包括用于偏航控制的舵襟翼32，以及一对水平稳定器34，每个水平稳定器34具有用于俯仰控制的升降襟翼36。机身12另外包括外表面或表皮38。然而，应当理解，在本公开的其他示例性实施例中，飞行器10可以附加地或替代地包括任何其他合适的稳定器构造，其可以或可以不沿着竖直方向V或水平/横向方向L直接延伸。这些示例包括但不限于T尾，十字尾，双尾或三尾，或V尾。
包括在图2和3中所示的飞行器10中的示例性动力装置90包括一个或多个燃气涡轮发动机92和风扇部段100。一个或多个燃气涡轮发动机92产生一定量的推力，并且还可以产生动力以驱动风扇部段100。可以理解的是，对于所示实施例，风扇部段100附接到飞行器的后端，附接到飞行器的机身。风扇部段100可以摄取并重新激励飞行器机身上的边界层气流，以提高飞行器的推进效率。在某些实施例中，风扇部段100可包括一个或多个风扇叶片102，其在延伸位置和缩回位置之间平移，以在起飞和着陆期间增加离地间隙。更具体地，在某些实施例中，风扇部段100可以根据上面参考图1A-1C描述的一个或多个实施例来构造。
仍参照图2和图3，动力装置90还可包括电力传动系94，以将电能转换，存储和分配到风扇部段100。在一个实施例中，发动机92包括发电机，以为飞行器10和风扇部段100提供能量。在另一个实施例中，如图2所示，动力装置90包括与发动机92分开的至少一个发电机96。例如，发电机96可包括放置在翼20内或在飞行器10的后端18附近的尾翼处的辅助动力单元(APU)。发动机92或发电机96将电能传输到能量存储装置95。例如，能量存储装置95可以是，但不限于的电容器，电池或燃料电池，以存储能量供以后使用。
能量存储装置95可用于提供能量以操作风扇部段100，以产生推进力，或独立于发动机92的动力输出或转速而平移风扇叶片102的外端120。例如，风扇部段100可以在发动机92不工作时，或在发动机92工作在使用从能量存储装置95传输的能量以降低功率输出时，平移风扇叶片102或提供推力。
电力传动系94还可包括功率调节器97，例如整流器，变压器或交流发电机。然而，应该理解的是，发电机96可以包括功率调节手段，其可以避免包括单独的功率调节器97(例如，作为发电机96的可变频率发电机系统)。因此，在其他实施例中，发电机96可以构造成与能量存储装置95直接通信，而在它们之间没有单独的功率调节器97。电力传动系94还可包括通信设备98，以将能量分配到风扇部段100，并从风扇部段100接收负载要求和向风扇部段100传递负载要求。
然而，应当理解，在本公开的其他实施例中，风扇部段100可以替代地从动力装置90接收机械能，动力装置90包括安装在飞行器10的机身12的后端18处的发动机92，例如，在竖直稳定器30处，或在机身12的尾部不断内，或沿着飞行器10的后端18处的机身12的左舷侧22或右舷侧24。发动机92可通过将风扇部段100机械地联接到发动机92来将机械能传递到风扇部段100，例如，通过将风扇部段100的轴106联接到发动机92的轴和/或齿轮箱。将机械能传递到风扇部段100的发动机92可包括，例如涡轮风扇，涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，其也为飞行器10提供推进力，或涡轮轴发动机，例如APU，其也向飞行器10提供电能。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域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结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种位于飞行器的尾部部段的风扇部段，所述风扇部段限定周向方向、径向方向和轴向方向，其特征在于，所述风扇部段包括：
风扇，所述风扇包括多个风扇叶片和风扇轴，其中所述多个风扇叶片能够与所述轴一起旋转；和
机舱，所述机舱包括至少部分地包围所述风扇的壁，其中所述壁包括第一部分和第二部分，并且其中所述第一部分相对于所述第二部分在第一关闭位置和第二打开位置之间平移，在所述第一关闭位置，所述机舱的所述壁周向地包围所述风扇，在所述第二打开位置，所述风扇的至少一部分未被所述机舱的所述壁包围。
2.根据权利要求1所述的风扇部段，其特征在于，其中，所述机舱沿着所述周向方向使所述第一部分从所述关闭位置平移到所述打开位置。
3.根据权利要求1所述的风扇部段，其特征在于，其中，所述机舱的所述壁的所述第一部分的至少一段沿着所述周向方向平移到所述壁的所述第二部分中，并且其中所述第一部分的至少一段嵌套在所述第二部分内。
4.根据权利要求1所述的风扇部段，其特征在于，其中，所述第一部分包括第一部段和第二部段，并且其中当从后端观察时，所述第一部段沿着所述周向方向顺时针平移，以与所述壁的所述第二部分的至少一段重叠，并且其中当从所述后端观察时，所述第二部段逆时针平移，以与所述壁的所述第二部分的一段重叠。
5.根据权利要求4所述的风扇部段，其特征在于，其中，当所述第一部分平移到所述打开位置时，所述第一部段和所述第二部段限定缝，并且其中所述第一部段沿着所述周向方向限定第一长度，并且其中所述第二部段沿着所述周向方向限定第二长度。
6.根据权利要求5所述的风扇部段，其特征在于，其中，当所述第一部分处于所述打开位置时，所述第一长度和所述第二长度一起沿着所述周向方向限定所述壁的大约120度的一段。
7.根据权利要求5所述的风扇部段，其特征在于，其中，所述第一长度沿着所述周向方向大致等于所述第二长度。
8.根据权利要求5所述的风扇部段，其特征在于，其中，所述第一长度沿着所述周向方向不等于所述第二长度。
9.根据权利要求1所述的风扇部段，其特征在于，其中，至少一个风扇叶片在沿着所述径向方向的延伸位置和沿着所述径向方向的缩回位置之间平移。
10.根据权利要求9所述的风扇部段，其特征在于，其中，一个或多个风扇叶片沿着所述径向方向向内平移到缩回位置，所述缩回位置表示所述风扇叶片的半径从所述延伸位置减小至少25％。
11.根据权利要求1所述的风扇部段，其特征在于，所述风扇部段进一步包括：
锁定机构，其中所述锁定机构将所述多个风扇叶片定位在周向静止位置。
12.一种飞行器，其特征在于，包括：
机身，所述机身限定后端；和
发动机，所述发动机在所述机身的所述后端附接到所述机身，所述发动机包括限定周向方向、径向方向和轴向方向的风扇部段，其中所述风扇部段包括：
风扇，所述风扇包括多个风扇叶片和风扇轴，其中所述多个风扇叶片能够与所述轴一起旋转；和
机舱，所述机舱包括至少部分地包围所述风扇的壁，其中所述壁包括第一部分和第二部分，并且其中所述第一部分相对于所述第二部分在第一关闭位置和第二打开位置之间平移，在所述第一关闭位置，所述机舱的所述壁周向地包围所述风扇，在所述第二打开位置，所述风扇的至少一部分未被所述机舱的所述壁包围。
13.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，其中，所述机舱沿着所述周向方向使所述第一部分从所述关闭位置平移到所述打开位置。
14.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，其中，所述机舱的所述第一部分包括第一部段和第二部段，并且其中当从后端观察时，所述第一部段沿着所述周向方向顺时针平移，以与所述壁的所述第二部分的至少一段重叠，并且其中当从所述后端观察时，所述第二部分逆时针平移，以与所述壁的所述第二部分的一段重叠。
15.根据权利要求14所述的飞行器，其特征在于，其中，当所述第一部分平移到所述打开位置时，所述第一部段和所述第二部段限定缝，并且其中所述第一部段沿着所述周向方向限定第一长度，并且其中所述第二部段沿着所述周向方向限定第二长度。
16.根据权利要求15所述的飞行器，其特征在于，其中，当所述第一部分处于所述打开位置时，所述第一长度和所述第二长度一起限定所述壁沿着所述周向方向的大约120度的一段。
17.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，其中，至少一个风扇叶片在沿着所述径向方向的延伸位置和沿着所述径向方向的缩回位置之间平移。
18.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，其中，所述机舱摄取所述飞机的所述机身的流体边界层的至少一部分。
19.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，其中，所述风扇部段沿着所述飞行器的平均线安装。
20.根据权利要求12所述的飞行器，其特征在于，进一步包括电力传动系，以将电能分配到所述风扇部段。
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