CN110273761B - 用于喷气发动机的入口扩压器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种用于喷气发动机的入口扩压器。入口扩压器包括入口扩压器主体，入口扩压器主体包括细长结构，该细长结构经配置为允许位于细长结构之间的边界层空气的第一部分在通道内流动，限制边界层空气的第一部分流经任一细长结构，并允许位于细长结构外侧的边界层空气的第二部分流经细长结构并进入通道内部的内部容积区域，其中当边界层空气的第二部分沿内侧方向流经细长结构时，边界层空气的第二部分被细长结构推离扩压器主体的内表面。本申请还公开了一种用于在具有高偏移和高纵横比孔的紧凑入口扩压器中混合空气边界层的方法。

Description

用于喷气发动机的入口扩压器
技术领域
本公开涉及用于喷气发动机的入口扩压器(inlet diffuser)。
背景技术
飞机推进系统可使用入口扩压器来控制环境空气进入飞机发动机。为了减小由入口扩压器产生的阻力并允许入口扩压器更有效地集成到飞机设计中，一些当前的飞机推进系统使用具有非常宽的开口的高纵横比入口，该开口过渡到圆形发动机面。
入口扩压器的一个重要作用是防止边界层空气干扰发动机性能。边界层空气可导致总压恢复损失和总压畸变，这可导致发动机失速。为了防止这种情况，一些系统使用边界层分流器来防止边界层空气进入入口扩压器。然而，边界层分流器会降低飞机的空气动力，这降低了飞机的速度和效率。因此，期望具有新的用于喷气发动机的入口扩压器，其防止边界层空气干扰发动机性能，同时仅最小程度地影响飞机的空气动力。
发明内容
公开了用于喷气发动机的入口扩压器、喷气发动机、喷气式飞机及用于扩散喷气发动机的进气的方法。
一种用于喷气发动机的入口扩压器，包括入口扩压器主体，入口扩压器主体限定内部容积和面向内部容积的内表面。内表面包括前部区域和后部区域，前部区域靠近入口孔，入口孔通向内部容积以用于接收进入的环境空气，后部区域在前部区域下游且靠近出口孔，空气通过出口孔从内部容积输送到喷气发动机的下游部分。用于喷气发动机的入口扩压器还包括一对细长结构，该对细长结构沿内表面从内表面的前部区域纵向延伸到内表面的后部区域。该对细长结构限定细长结构内侧的内部容积的通道。细长结构经配置为：(i)允许位于细长结构之间的边界层空气的第一部分在通道内从前部区域流动到后部区域，(ii)限制边界层空气的第一部分流经一对细长结构中的一细长结构，并且(iii)允许位于一对细长结构中的一细长结构外侧的边界层空气的第二部分流经细长结构并进入通道内部的内部容积的区域，其中当边界层空气的第二部分在内侧方向上流经细长结构时，细长结构将边界层空气的第二部分推离内部容积的内表面。
一种用于混合边界层的方法，包括：经由入口孔将空气接收到入口扩压器的内部容积中；通过一对细长结构将空气的下边界层分成位于细长结构之间的边界层空气的第一部分和位于一对细长结构中的细长结构外侧的边界层空气的第二部分；通过该对细长结构，允许边界层空气的第一部分在细长结构内侧的内部容积的通道内流动；以及通过该对细长结构，限制边界层空气的第一部分流经该对细长结构中的细长结构。用于混合边界层的方法还包括：该对细长结构允许边界层空气的第二部分流经细长结构并进入通道内部的内部容积的区域；当边界层空气的第二部分流经细长结构时，将边界层空气的第二部分推离内部容积的内表面；以及经由通向内部容积的出口孔将空气输送到喷气发动机的下游部分。
已经讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现，或者可在其他实施例中组合，参考以下描述和附图可看到这些实施例的进一步细节。
附图说明
图1是采用根据本公开的入口扩压器的示例飞机的详细示意性透视图。
图2是示出根据本公开的扩压器入口的性能的示意性俯视示意图。
图3是表示根据本公开的入口扩压器的示例的示意性横截面图。
图4是表示根据本公开的入口扩压器的示例的示意性横截面图。
图5是示出包括一对细长结构的入口扩压器的性能的复合图，该对细长结构从入口孔处或入口孔附近开始并具有直的斜坡边缘。
图6是示出包括一对细长结构的入口扩压器的性能的复合图，该对细长结构在入口扩压器的偏移斜坡面上开始并具有直的斜坡边缘。
图7是示出入口扩压器的性能的复合图，入口扩压器包括具有直的斜坡边缘的两对细长结构。
图8是描述根据本公开的用于扩散进气的方法的流程图。
具体实施方式
公开了用于喷气发动机的入口扩压器、喷气发动机、喷气式飞机以及用于混合入口扩压器的边界层进气的方法。通常，在附图中，给定示例中可能包括的元件以实线示出，而给定示例中可选的元件以虚线示出。然而，实线所示的元件对于本公开的所有示例不是必需的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，实线所示的元件可从特定示例中省略。
图1是使用根据本公开的入口扩压器10的飞机100的说明性非排它性示例的示意性透视图。例如，如图1中示意性示出的，飞机100可包括飞机主体120，一个或多个发动机130固定到该飞机主体，诸如以向飞机100提供推力。发动机130可包括喷气发动机，并且在此可称为喷气发动机130。例如，发动机130可以是燃气涡轮发动机，其包括诸如压缩机132、燃烧器134、涡轮机136、出口喷嘴138等的元件。入口扩压器10可以可操作地连接到发动机130，以控制被允许进入发动机130的环境空气。飞机100通常可用于运送人员、货物和/或其他有效载荷，并且可以是商用飞机、军用飞机等。利用根据本公开的至少一个发动机130的飞机100通常可经配置为以亚音速和/或超音速操作。
如图1中示意性示出的，入口扩压器10包括扩压器主体14，扩压器主体限定内部容积16、入口孔12和出口孔18，环境空气通过入口孔进入内部容积16，并且空气通过出口孔从入口扩压器10的内部容积16流到发动机130的下游部分。
入口孔12在图1中示出为具有最大宽度40、最大高度50和高纵横比。在本公开中，术语高纵横比是指最大宽度40与最大高度50之间的关系，其中最大宽度40是最大高度50的至少2倍、至少3倍、至少4倍或至少5倍。图1还示出具有梯形形状的入口孔12，然而也可使用具有高开口率的其它形状，诸如矩形、卵形、圆形区段等。
出口孔18在图1中示出为具有直径为52的圆形轮廓；然而，也可使用其它形状。例如，出口孔18的形状可对应于发动机130的下游元件的形状，出口孔18与该下游元件相接。图1还示出入口孔12与出口孔18偏移一偏移距离54。在本公开中，术语偏移用于表示从入口孔12的垂直横截面的中心点延伸的法线42与从出口孔18的垂直横截面的中心点延伸的法线44之间的最小平移距离，其中入口孔12的垂直横截面和出口孔18的垂直横截面是平行平面。
入口扩压器10还包括面向内部容积16的内表面20。内表面20具有靠近入口孔12的前部区域22并具有后部区域24，后部区域在前部区域22的下游且靠近出口孔18。内表面20具有中心线80，中心线将内表面20平分并从入口孔12延伸到出口孔18。在本公开中，术语外侧用于表示远离并垂直于与内表面20平行的内表面20的中心线80的方向，术语内侧用于表示朝向并垂直于与内表面20平行的内表面20的中心线80的方向。
根据本公开，内表面20还包括位于前部区域22的下游的偏移斜面26。偏移斜面26是内表面20的一部分，其倾斜以便补偿偏移距离54。在一些示例中，当空气通过入口扩压器10的内部容积16时，入口扩压器10的偏移特性可导致流动分离。
当环境空气进入入口扩压器10时，沿内表面20形成空气的边界层。空气的边界层对应于内表面20附近的空气层，其中速度从内表面20处的零变为远离内表面20的高能气流的速度。随着空气的边界层沿内表面20从入口孔12流到出口孔18，空气边界层的一部分可能上升并离开内表面20。例如，由于低速边界层空气与高速高能气流之间的压力差，空气边界层的一部分可能被拉离内表面20。如果这种类型的拉动/混合发生在离内表面20太远的位置，则其可产生气流总压畸变，这会导致可操作地联接到入口扩压器10的喷气发动机130失速。
为了解决这个问题，本公开的入口扩压器10包括细长结构30，以增强边界层混合，最小化提升离开表面20的边界层气流，并降低发动机130由于这种气流压力畸变而失速的可能性。在本公开中，细长结构30附加地或替代地可被描述为混合装置或混合结构。本文公开的某些实施例对于在具有高偏移和/或高纵横比孔的紧凑入口扩压器中最小化这种发动机失速特别有效。细长结构30可包括沿内表面20纵向延伸的一对细长结构30。该对细长结构30中的每个包括位于前部区域22上的前端32和位于后部区域24上的后端34。在一些实施例中，该对细长结构30中的每个可与内表面20的中心线80等距地隔开。在一些实施例中，细长结构30可与入口扩压器10的内表面20一体地形成。替代地或附加地，细长结构30可经由一种或多种联接方法(诸如粘接、螺栓连接、焊接等)联接到内表面20。细长结构30可由与内表面20相同的材料和/或一种或多种其它材料构成。
该对细长结构30限定位于细长结构30内侧的内部容积16的通道70。例如，通道70可以是内部容积16的子容积，其由第一细长结构、内表面20的一部分和第二细长结构在三个细长侧上界定，其中通道70的第四细长侧和两个相对端侧(分别靠近入口孔12和出口孔18)通向内部容积16。
根据本公开，在飞机100的操作和/或使用期间，内部容积16中的空气的边界层被分成边界层空气的第一部分36和边界层空气的第二部分38。例如，空气的边界层可由细长结构30的前端32分成位于细长结构30之间(即，在通道70内)的边界层空气的第一部分36和边界层空气的第二部分38，边界层空气的第二部分在细长结构30的外侧位于细长结构30的第一外侧、细长结构30的第二外侧或这两者上。以这种方式，边界层空气的第一部分36可位于边界层空气的第二部分38之间。
细长结构30经配置允许边界层空气的第一部分36沿内表面20从前部区域22流到后部区域24。例如，细长结构30经配置为限制空气从通道70沿外侧方向流动。例如，每个细长结构30可在通道70的相应外侧上形成屏障，防止边界层空气的第一部分36流经该屏障。附加地，细长结构30还可限制或在某些情况下防止边界层空气的第二部分38沿内侧方向移动到通道70内。以这种方式，细长结构30允许边界层空气的第一部分36流向出口孔18，而不在外侧方向上扩散或通过边界层空气的第二部分38的内侧移动而被扫起。
根据本公开，细长结构30还经配置为使得边界层空气的第二部分38被允许沿内侧方向移动经过细长结构30。此外，细长结构30的斜坡面是倾斜的，使得边界层空气的第二部分38在它们沿内侧方向行进经过斜坡面时被推离入口扩压器10的内表面20。以这种方式，当给定的边界层空气的第二部分38沿内侧方向移动经过细长结构30时，它被相应的细长结构的表面引导到通道70内边界层空气的第一部分36内部的空间区域中。一旦给定的边界层空气的第二部分38被引入边界层空气的第一部分36内部的空间区域，它就与流过内部容积16的中心区域的高能气流混合。图5-图7示出在本公开的入口扩压器的各种示例性实施例中边界层空气的逐渐混合。因为细长结构30的斜面可沿它们的整个长度延伸，所以细长结构30可促进边界层空气的第二部分38沿入口扩压器10的长度60逐渐混合。以这种方式，降低由边界层空气的两部分混合而引起的涡流强度。
图2是示出包括一对细长结构30的入口扩压器10的示例的示意性俯视图。图2示出位于入口扩压器10的内表面20上的一对细长结构30。每个细长结构30被示出为具有靠近入口孔12的前端32和在前端32下游的后端34。在图2中，前端32被示出为对应于平端210，后端34被示出为对应于成角端212。然而，在替代实施例中，前端32和后端34中的一个或多个可对应于平端210、成角端212和/或弯曲端214。在图2中，内表面20的一部分被示出为设置在细长结构30的前端32和入口孔12之间。替代地，相应的细长结构30的前端32可与入口孔12对准。
图2还示出入口扩压器10的示例，其中中心线80将入口扩压器10的内表面20平分。在一些实施例中，每个细长结构30与中心线80等距地隔开。附加地，图2示出位于细长结构30中的每个的内侧的通道70，边界层空气能够通过该通道从入口孔12向下游流到入口扩压器10的出口孔18。每个细长结构30的内表面82可形成屏障，这些屏障防止边界层空气沿外侧方向流出通道70。图2示出具有恒定宽度(即，细长结构30的内侧表面82之间的距离沿通道70的长度是恒定的)的通道70。
根据本公开，入口扩压器10的内部容积16可在入口孔12与出口孔18之间沿内侧方向变窄。内部容积16的这种变窄在图2中由数字220表示。如图2所示，在入口孔12的最大宽度40大于出口孔18的最大宽度46的情况下，内部容积16必须沿内侧方向变窄以补偿差异。图2将扩压器主体14描绘为包括面向内部容积16的一个或多个外侧壁230。为了补偿最大宽度40和最大宽度46的差异，图2描绘了扩压器主体14的每个外侧壁230沿内侧方向变窄。内部容积16的外侧壁230的这种变窄导致边界层空气的第二部分38被迫沿内侧方向移动。
为了说明边界层空气的第二部分38的这种内侧移动，每个细长结构30经配置为允许边界层空气沿内侧方向流经相应的细长结构30。附加地，每个细长结构30还经配置为当边界层空气的第二部分38沿内侧方向流经相应的细长结构30时，将边界层空气的第二部分38推离内部容积16的内表面20。例如，每个细长结构30可将对应的边界层空气的第二部分38推离内表面20，使得一旦对应的第二部分38已沿内侧方向完全越过每个细长结构30，则边界层空气的第二部分38就被引入到内部容积16的位于通道70内部的区域。以这种方式，由于外侧壁230变窄而移位的边界层空气的第二部分38与设置在边界层空气的第一部分36内部的高能气流的一部分混合。因此，不是边界层空气的第一部分36在内侧方向上被压缩和/或通过边界层空气的第二部分38的内侧移动而被推离内表面20，而是本公开的细长结构30隔离通道70内边界层空气的第一部分36的流动，同时将向内移位的边界层空气的第二部分38引入内部容积16的位于通道70内部的子容积中。
图3-图4是示出包括一对细长结构30的入口扩压器10的示例的示意性横截面图。图3-图4示出位于入口扩压器10的内表面20上的一对细长结构30。每个细长结构30包括壁面310，该壁面沿相应的细长结构30的内侧基本垂直于内表面20而延伸。在本公开中，基本垂直对应于壁面310在垂直于内表面20的紧邻内侧部分的15°内。替代地，在一些实施例中，壁面310可具有弯曲的斜面312或者具有相对于内表面20的成角度斜面314，如图3-图4示意性地和可选地示出。
图3和图4还示出壁面310具有垂直高度62，垂直高度对应于内表面20与壁面310的顶点部分64之间的垂直距离。在本公开中，壁面310的顶点部分64可对应于壁面310的上部区域、壁面310上的点和/或壁面310的上脊。在一些实施例中，壁面310的高度62在细长结构30的长度上是恒定的。替代地，壁面310的高度62可在细长结构30的长度上变化。例如，在一个实施例中，内表面20与后端34处的壁面310的顶点部分64之间的垂直距离可小于内表面20与细长结构30的中心部分(位于前端32和后端34之间)处的壁面310的顶点部分64之间的垂直距离。
图3-图4还示出形成在一对细长结构30之间的通道70，边界层空气的第一部分36在通道70内从入口孔12流向入口扩压器10的出口孔18。如图3-图4所示，每个细长结构30的壁面310可对应于通道70的对应细长侧。每个壁面310用作防止边界层空气沿外侧方向移动经过细长结构30的屏障。例如，当边界层空气的第一部分36在通道70内流向出口孔18时，细长结构30的壁面310可阻挡边界层空气的第一部分36沿外侧方向流出通道70。以这种方式，壁面310用作限制边界层空气的第一部分36向外侧流动的屏障，使得第一部分36保持在通道70内。在一些实施例中，壁面310在沿细长结构30的任何给定点处的高度62大于从内表面20垂直测量的边界层空气的第一部分36的预期厚度56。例如，如果当边界层空气的第一部分36以正常操作速度在通道70内流动时，在沿细长结构30的第一点处的第一空气边界层的厚度56预期为3厘米，那么在沿细长结构30的第一点处的壁面310的高度62可以是4厘米。
图3-图4还示出每个细长结构30包括斜坡面320，斜坡面从每个细长结构30的壁面310的顶点部分64延伸到内表面20的外侧位置66，并沿每个细长结构30的长度延伸。根据本公开，斜坡面320经配置为允许边界层空气沿内侧方向流经斜坡面320的表面。
作为示例，图3-图4示出多个边界层空气的第二部分38沿内侧方向流经斜坡面320。附加地，当边界层空气流经细长结构30的斜坡面320时，边界层空气被推离内表面20。例如，图3-图4示出沿内侧方向流经斜坡面320的边界层空气的第二部分38，使得内表面20与边界层空气的第二部分38之间的垂直距离随着每个边界层空气的第二部分38沿内侧方向流经对应的斜坡面320而增加。
斜坡面320的表面可经配置为允许边界层空气平稳地流经斜坡面320。例如，图3示出用于喷气发动机的入口扩压器的实施例，其中斜坡面320是直斜坡面320(即，其横截面是线性的)。在入口扩压器10的替代实施例，斜坡面320具有弯曲部分(即，其横截面是凹的)，该弯曲部分更加逐渐地将边界层空气推离内表面20。斜坡面320的特性(即，斜率、曲率、长度等)沿细长结构30的长度可以是恒定的。替代地或附加地，特性中的一个或多个可沿细长结构30的长度变化。例如，斜坡面320可在相应的细长结构30的第一垂直横截面中具有第一凹曲率，并且在相应的细长结构30的第二垂直横截面中具有第二凹曲率。以这种方式，该对细长结构30能够考虑在入口扩压器10的不同区域处存在的不同流动特性(例如，基于外壁310的曲率、入口孔12和/或出口孔18的尺寸、形状和/或偏移、飞机100的特性、发动机130的特性等)。
图3-图4还示出内部容积16的中心子容积330，高能气流流过该中心子容积。当向内流动的边界层空气的一部分到达斜坡面320的内侧端时，允许该边界层空气的一部分流入中心子容积330。以这种方式，不是当第一部分36在通道70内流动时使边界层空气的第一部分36移位，而是细长结构30的斜坡面320使得边界层空气的第二部分38流入内部容积16的位于通道70内部的区域。一旦边界层空气的第二部分38流入中心子容积330，则边界层空气的第二部分38就与高能气流混合，以形成保持接近内表面20的较小畸变流。
现在转到图5-图7，示出用于喷气发动机的入口扩压器10的说明性非排它性的示例。在适当的情况下，来自图1-图4的示意图的附图标记用于表示图5-图7的示例的对应部分；然而，图5-图7的示例是非排他性的，并且不将用于喷气发动机的入口扩压器限制于图5-图7所示的实施例。也就是说，根据本公开的用于喷气发动机的入口扩压器不限于图5-图7的具体实施例，并且根据本公开的用于喷气发动机的入口扩压器可结合在图1-图4的示意图和/或图5-图7的实施例及其变形中示出和讨论的用于喷气发动机的入口扩压器的任何数量的各种方面、配置、特性、性质等，而不需要包括所有这些方面、配置、特性、性质等。为了简洁起见，前面讨论的每个部件、零件、部分、方面、区域等或其变形可不参考图5-图7的示例再次讨论、图示和/或标记；然而，在本公开的范围内，前面讨论的特征、变形等可与图5-图7的示例一起使用。
如图5所示，入口扩压器500是用于喷气发动机130的入口扩压器10的示例，其包括一对细长结构30，该对细长结构从入口孔12处或入口孔附近开始并具有直的斜坡面320。入口扩压器500包括扩压器主体14，扩压器主体限定内部容积16、入口孔12和出口孔18，环境空气通过入口孔进入内部容积16，空气通过出口孔从入口扩压器500的内部容积16进入喷气发动机130的下游部分，该下游部分可操作地与出口孔18接合。
入口扩压器500包括沿扩压器主体14的内表面20纵向延伸的一对细长结构30，内表面面向内部容积16。该对细长结构30中的每个包括位于前部区域22上的前端32和位于后部区域24上的后端34。在图5中，前端32被示出为延伸到入口孔12。前端32可包括钝面510，钝面将边界层空气分成多个部分。替代地或附加地，前端32可具有高度逐渐增加部512，以便分离边界层空气，同时减小由进入入口孔12的环境空气与前端32之间的相互作用而产生的弓形波的尺寸。图5还示出后端34，后端34延伸到出口孔18上游的区域，并表现出高度的逐渐降低，以便减少从后端34出来的尾流(wake)。
图5还示出垂直横截面510-540，其示出入口扩压器500在入口扩压器500内的不同位置处的操作。例如，横截面510示出入口扩压器500在入口孔12附近的位置处的操作。横截面510示出一对细长结构30，该对细长结构包括限定通道70的外侧边界的内侧壁面310并包括具有直斜面的外侧斜坡面320。在横截面510中，可以看到细长结构30如何将进入的边界层空气分成位于通道70内的边界层空气的第一部分36和位于细长结构30外侧的边界层空气的第二部分38。
横截面520示出入口扩压器500在入口孔12下游的位置处的操作，在该位置处内部容积16开始变窄。横截面520示出一对细长结构30，以及在通道70内流动的边界层空气的第一部分36。横截面520示出入口扩压器500的变窄导致边界层空气的第二部分38沿内表面20在内侧方向上移动。横截面520还示出边界层空气的第二部分38，该边界层空气的第二部分移动经过细长结构30的直斜坡面320，并被推离内表面20，推向高能气流从中流过的内部容积16的中心子容积330和通道70的内部。
横截面530示出入口扩压器500在横截面520下游的位置处的操作，在该位置处内部容积16继续变窄。横截面530示出一对细长结构30，以及在通道70内流动的边界层空气的第一部分36。横截面530示出入口扩压器500的持续变窄如何导致边界层空气的第二部分38沿内侧方向移动经过细长结构30并进入内部容积16的中心子容积330，高能气流流过该中心子容积。横截面530还示出边界层空气的第二部分38与高能气流和/或边界层空气的第一部分36的混合。
横截面540示出入口扩压器500在靠近出口孔18的位置处的操作。横截面540示出边界层空气的第一部分36和边界层空气的第二部分38彼此混合，以及在内部容积16的中心部分内流动的高能气流。可以看出，细长结构30有助于边界层空气沿其长度逐渐混合，最小化由这种混合产生的涡流和/或压力畸变，和/或将涡流和/或压力畸变定位到靠近内表面20的区域。
如图6所示，入口扩压器600是用于喷气发动机130的入口扩压器10的示例，其包括一对细长结构30，该对细长结构从自入口孔12移除的位置开始并具有弯曲的斜坡面320。入口扩压器600包括扩压器主体14，扩压器主体限定内部容积16、入口孔12和出口孔18，环境空气通过入口孔进入内部容积16，并且空气通过出口孔从入口扩压器10的内部容积16进入喷气发动机130的下游部分，该下游部分可操作地与出口孔18接合。
入口扩压器600还包括沿扩压器主体14的内表面20纵向延伸的一对细长结构30，内表面面向内部容积16。该对细长结构30中的每个包括位于前部区域22上的前端32和位于后部区域24上的后端34。在图6中，前端32被示出为从入口孔12移除。前端32在图6中还被示出为具有高度逐渐增加部610，其分离边界层空气，同时减小由进入入口孔12的环境空气与前端32之间的相互作用而产生的弓形波的尺寸。图6还示出后端34，后端延伸到出口孔18上游的区域，并表现出高度的逐渐降低，以便减少从后端34出来的尾流。
图6还示出垂直横截面610-640，其示出入口扩压器600在入口扩压器600内的不同位置处的操作。例如，横截面610示出入口扩压器600在入口孔12附近的位置处的操作。横截面610示出在内表面20上形成的空气边界层。
横截面620示出入口扩压器600在入口孔12下游的位置处的操作，在该位置处内部容积16开始变窄。横截面620示出一对细长结构30，该对细长结构包括限定通道70外侧边界的内侧壁面310并包括具有弯曲斜面的外侧斜坡面320。在横截面620中，可以看到细长结构30如何将进入的边界层空气分成位于通道70内的边界层空气的第一部分36和位于细长结构30外侧的边界层空气的第二部分38。横截面620还示出入口扩压器600的变窄导致边界层空气的第二部分38沿内侧方向移动经过细长结构30的外侧斜坡面320的弯曲斜面，并被推离内部容积16的内表面20，推向高能气流从中流过的内部容积16的中心子容积330和通道70的内部。
横截面630示出入口扩压器600在横截面620下游的位置处的操作，在该位置处内部容积16继续变窄。横截面630示出一对细长结构30，以及在通道70内流动的边界层空气的第一部分36。横截面630示出入口扩压器600的持续变窄如何导致边界层空气的第二部分38沿内侧方向移动经过细长结构30的外侧斜坡面320的弯曲斜面，并进入内部容积16的中心子容积330，高能气流流过该中心子容积。横截面630还示出边界层空气的第二部分38与高能气流和/或边界层空气的第一部分36的混合。
横截面640示出入口扩压器600在靠近出口孔18的位置处的操作。横截面640示出边界层空气的第一部分36和边界层空气的第二部分38彼此混合，以及在内部容积16的中心部分内流动的高能气流。可以看出，细长结构30有助于边界层空气沿其长度逐渐混合，最小化由这种混合产生的涡流和/或压力畸变，和/或将涡流和/或压力畸变定位到靠近内表面20的区域。
如图7所示，入口扩压器700是用于喷气发动机130的入口扩压器10的示例，其包括多对细长结构30。入口扩压器700包括扩压器主体14，扩压器主体限定内部容积16、入口孔12和出口孔18，环境空气通过入口孔进入内部容积16，并且空气从入口扩压器700的内部容积16通过出口孔。入口扩压器700还包括细长结构30的内部对710和细长结构30的外部对720。细长结构30的内部对710和外部对720沿面向内部容积16的扩压器主体14的内表面20纵向延伸。
图7还示出垂直截面710-740，其示出入口扩压器700在入口扩压器700内的不同位置处的操作。例如，横截面710示出入口扩压器700在入口孔12附近的位置处的操作。横截面710示出细长结构30的内部对710和细长结构30的外部对720。细长结构30中的每个包括内侧壁面310和具有直斜面的外侧斜坡面320。细长结构30的内部对710的壁面310限定通道70的外侧边界。在横截面710中，可以看到细长结构30如何将进入的边界层空气分成位于通道70内的边界层空气的第一部分36和位于细长结构30的内部对710外侧的多个边界层空气的第二部分38。
横截面720示出入口扩压器700在入口孔12下游的位置处的操作，在该位置处内部容积16开始变窄。横截面720示出多对细长结构30，以及在通道70内流动的边界层空气的第一部分36。横截面720示出入口扩压器700的变窄导致边界层空气的第二部分38沿内表面20在内侧方向上移动。横截面720还示出边界层空气的第二部分38，边界层空气的第二部分移动经过细长结构30中的每个的直斜坡面320并被推离内表面20。
在示例性入口扩压器700中，细长结构30的外部对720未延伸入口扩压器700的长度60。横截面730示出在细长结构30的外部对720结束之后横截面720下游的位置，并且在该位置处内部容积16继续变窄。横截面730示出细长结构30的内部对710，以及在通道70内流动的边界层空气的第一部分36。横截面730示出入口扩压器700的持续变窄如何导致边界层空气的第二部分38沿内侧方向移动经过细长结构30并进入内部容积16的中心子容积330，高能气流流过该中心子容积。横截面730还示出边界层空气的第二部分38与高能气流和/或边界层空气的第一部分36的混合。
横截面740示出入口扩压器700在靠近出口孔18的位置处的操作。横截面740示出边界层空气的第一部分36和边界层空气的第二部分38彼此混合，以及在内部容积16的中心部分内流动的高能气流。可以看出，细长结构30有助于边界层空气沿其长度逐渐混合，最小化由这种混合产生的涡流和/或压力畸变，和/或将涡流和/或压力畸变定位到靠近内表面20的区域。
图8示意性地提供表示根据本公开的方法的说明性、非排他性示例的流程图。在图8中，一些步骤以虚线框示出，指示这些步骤可以是可选的或者可对应于根据本公开的方法的可选版本。也就是说，并非根据本公开的所有方法都需要包括以实心框示出的步骤。附加地，图8所示的步骤顺序是示例性的，并且在不同的实施例中，图8中的步骤可以以不同的顺序执行。图8所示的方法和步骤不是限制性的，并且其它的方法和步骤也在本公开的范围内，包括具有多于或少于所示步骤数量的方法，如从本文讨论中理解的。
图8是描述在喷气发动机的入口扩压器中混合边界层空气的根据本公开的方法800的流程图。方法800包括在802处将空气接收到由入口扩压器的主体(例如，扩压器主体14)限定的内部容积(例如，内部容积16)中。例如，空气可对应于入口扩压器外部的环境空气，该环境空气经由入口孔(例如，入口孔12)流入内部容积。根据本公开，入口孔可具有高纵横比。
方法800还包括将空气的边界层分离成边界层空气的第一部分(例如，第一部分36)和边界层空气的第二部分(例如，第二部分38)。在804处的分离可包括通过位于内表面(例如，内表面20)上的一对或多对细长结构(例如，细长结构30)分离空气的边界层，该内表面面向靠近边界层空气的内部容积。在一些示例中，边界层空气的第一部分位于边界层空气的第二部分之间。
方法800可选地可包括在806处允许边界层空气的第一部分在内部容积的通道(例如，通道70)内流动，该通道由一对细长结构形成。例如，通道可由该对细长结构的壁面(例如，壁面310)形成在相对的侧面上。方法800还可选地可包括在808中限制边界层空气的第一部分，以当边界层空气的第一部分在通道内行进时防止边界层空气的第一部分沿外侧方向流动。例如，该对细长结构的壁面中的每个可防止边界层空气的第一部分流经对应的细长结构。
方法800还包括在810处随着边界层空气的第二部分朝向入口扩压器的出口(例如，出口孔18)流过内部容积而引导第二部分向上和向内流动。在810处的引导可包括引导边界层空气的第二部分沿向内方向流经细长结构的斜坡面(例如斜坡面320)。斜坡面可以是倾斜的，使得当边界层空气的第二部分沿向内方向移动经过斜坡面时，边界层空气的第二部分被推向内表面的内部并推向内部容积的中心区域。方法800可选地可包括在812处允许边界层空气的第二部分在内侧方向上流动。这可对应于允许边界层空气的第二部分流入通道内部的内部容积的区域，高能气流通过该区域流过内部容积。例如，斜坡面可以是倾斜的，使得一旦边界层空气的第二部分在向内方向上移动经过斜坡面，则边界层空气的第二部分就继续在内侧方向上移动到内部容积的中心子容积(例如，中心子容积330)中，高能气流流过该中心子容积。以这种方式，不是使边界层空气的第一部分移位到内部容积的中心区域，而是沿内侧方向移动的边界层空气的第二部分滑入边界层空气的第一部分内部的区域中。
方法800可选地还可包括在814处使得边界层空气的第二部分混合。在814处的混合可包括允许边界层空气的第二部分与内部容积的中心子容积中的通道内部的高能气流混合，高能气流流过该中心子容积。随着边界层空气的第二部分朝向入口扩压器的出口流过内部容积，在814处的混合可沿细长结构的长度逐渐发生。
方法800还包括在816处将空气输送到喷气发动机的下游部分，这可经由可操作地连接到喷气发动机的入口扩压器的出口界面而发生。
在下面列举的段落中描述根据本公开的发明主题的说明性、非排他性的示例：
A1.一种用于喷气发动机的入口扩压器，该入口扩压器包括：
扩压器主体，限定内部容积并具有入口和出口，入口通向内部容积以用于接收进入的环境空气，出口通向内部容积以用于将空气输送到喷气发动机的下游部分，其中扩压器主体具有面向内部容积的内表面，该内表面包括靠近入口的前部区域和在前部区域下游且靠近出口的后部区域；和
一对细长结构，沿内表面从内表面的前部区域纵向延伸到内表面的后部区域，其中该对细长结构限定细长结构内侧的内部容积的通道。
A1.1.根据段落A1所述的入口扩压器，其中该对细长结构经配置为：允许位于细长结构之间的边界层空气的第一部分在通道内从前部区域流到后部区域，并且限制边界层空气的第一部分流经细长结构。
A1.2.根据段落A1-A1.1中任一段落所述的入口扩压器，其中该对细长结构经配置为：允许相对于通道定位于细长结构外侧的边界层空气的第二部分流经细长结构并进入通道内部的内部容积的区域，并且当边界层空气的第二部分流经细长结构时，将边界层空气的第二部分推离内部容积的内表面。
A1.3.根据段落A1-A1.2中任一段落所述的入口扩压器，其中该对细长结构经配置为使得随着边界层空气的第二部分从前部区域流动到后部区域时，边界层空气的第二部分与通道内部的高能气流混合。
A1.4.根据段落A1.3所述的入口扩压器，其中该对细长结构中的每个细长结构经配置为使得边界层空气的第二部分沿对应细长结构的纵向长度与通道内部的高能气流逐渐混合。
A1.5.根据段落A1-A1.4中任一段落所述的入口扩压器，其中该对细长结构经配置为使得在混合边界层空气的第一部分、边界层空气的第二部分和高能气流期间产生的低压区域保持接近入口扩压器的内表面。
A1.6.根据段落A1.5所述的入口扩压器，其中保持接近内表面对应于低压区域保持在通向内部容积的出口的最大高度的20％的距离内。
A1.7.根据段落A1-A1.6中任一段落所述的入口扩压器，其中入口扩压器的内部容积的形状使得当边界层空气的第二部分从前部区域流动到后部区域时，边界层空气的第二部分在内侧方向上移动。
A2.根据段落A1-A1.7中任一段落所述的入口扩压器，其中入口具有最大宽度和最大高度，并且其中入口的最大宽度是入口最大高度的至少2倍、至少3倍、至少4倍或至少5倍。
A3.根据段落A1-A2中任一段落所述的入口扩压器，其中从入口的垂直横截面的中心点延伸的法线偏离从出口的垂直横截面的中心点延伸的法线。
A3.1.根据段落A1-A3中任一段落所述的入口扩压器，其中每个细长结构的前端经配置为将进入的边界层空气分成边界层空气的第一部分和边界层空气的第二部分。
A4.根据段落A1-A3.1中任一段落所述的入口扩压器，其中细长结构中的每个细长结构包括基本垂直于入口扩压器的内表面延伸并延伸相应细长结构的长度的壁面，其中该壁面是相应细长结构的内侧表面并经配置为限制边界层空气的第一部分流经相应的细长结构。
A4.1.根据段落A4所述的入口扩压器，其中内表面与壁面的顶点部分之间的垂直距离在细长结构的长度上变化。
A4.2.根据段落A4-A4.1中任一段落所述的入口扩压器，其中当边界层空气的第一部分以正常操作速度在通道内流动时，内表面与壁面的顶点部分之间的垂直距离大于在邻近该壁面的顶点部分的通道区域中的边界层空气的第一部分的预期厚度。
A4.3.根据段落A4-A4.2中任一段落所述的入口扩压器，其中每个细长结构包括前端下游的后端。
A4.4.根据段落A4-A4.3中任一段落所述的入口扩压器，其中内表面与前端处的壁面的顶点部分之间的垂直距离小于内表面与细长结构的中心部分处的壁面的顶点部分之间的垂直距离，中心部分位于前端和后端之间。
A4.5.根据段落A4.3-A4.4中任一段落所述的入口扩压器，其中内表面与前端处的壁面的顶点部分之间的垂直距离接近零。
A4.6.根据段落A4.3-A4.5中任一段落所述的入口扩压器，其中内表面与后端处的壁面的顶点部分之间的垂直距离小于内表面与细长结构中心部分处的壁面的顶点部分之间的垂直距离，中心部分位于前端和后端之间。
A4.7.根据段落A4.3-A4.6中任一段落所述的入口扩压器，其中内表面与后端处的壁面的顶点部分之间的垂直距离接近零。
A5.根据段落A4-A4.7中任一段落所述的入口扩压器，其中壁面的顶点部分与内表面相对，并且其中每个细长结构包括斜坡面，该斜坡面：(i)从壁面的顶点部分延伸到入口扩压器内表面的位于相应细长结构外侧的部分；并且(ii)延伸相应细长结构的长度。
A5.1.根据段落A5所述的入口扩压器，其中斜坡面经配置为：(i)允许位于相应细长结构外侧的边界层空气的第二部分流经斜坡面并进入通道内部的内部容积的区域；并且(ii)当边界层空气的第二部分流经斜坡面时，将边界层空气的第二部分推离内部容积的内表面。
A5.2.根据段落A5.1所述的入口扩压器，其中斜坡面经配置为使得边界层空气的第二部分与通道内部的高能气流混合。
A5.3.根据段落A5.2所述的入口扩压器，其中斜坡面经配置为使得在边界层空气的第一部分、边界层空气的第二部分和高能气流混合期间产生的低压区域保持接近入口扩压器的内表面。
A5.4.根据段落A5.3所述的入口扩压器，其中保持接近内表面对应于低压区域保持在通向内部容积的出口的最大高度的20％的距离内。
A5.5.根据段落A5-A5.4中任一段落所述的入口扩压器，其中在每个细长结构的垂直横截面中，斜坡面都是直的。
A5.6.根据段落A5-A5.5中任一段落所述的入口扩压器，其中在每个细长结构的垂直横截面中，斜坡面都是凹的。
A5.7.根据段落A5.6所述的入口扩压器，其中在每个细长结构的第一垂直横截面中，斜坡面具有第一凹曲率，并且在相应细长结构的第二垂直横截面中，斜坡面具有第二凹曲率。
A6.根据段落A1-A5.7中任一段落所述的入口扩压器，其中通道为恒定宽度。
A7.根据段落A2-A6中任一段落所述的入口扩压器，其中出口具有最大宽度，并且出口的最大宽度与出口的最大高度之比小于入口的最大宽度与入口的最大高度之比。
A8.根据段落A1-A7中任一段落所述的入口扩压器，其中出口具有圆形形状。
A9.根据段落A1-A8中任一段落所述的入口扩压器，其中出口的形状对应于喷气发动机下游部件的形状。
A10.根据段落A7-A9中任一段落所述的入口扩压器，其中入口的最大宽度大于出口的最大宽度，并且其中入口扩压器的内部容积的宽度在入口扩压器的长度上变窄。
A11.根据段落A7-A10中任一段落所述的入口扩压器，其中入口的最大高度小于出口的最大高度。
A12.根据段落A1-A11中任一段落所述的入口扩压器，其中内表面包括偏移斜面。
A13.根据段落A12所述的入口扩压器，其中偏移斜面经配置为降低入口扩压器内部容积内的空气速度。
A14.根据段落A12-A13中任一段落所述的入口扩压器，其中内表面包括靠近入口的入口表面区域，并且偏移斜面位于入口表面区域的下游。
A15.根据段落A12-A14中任一段落所述的入口扩压器，其中内表面包括靠近出口的出口表面部分，并且偏移斜面位于出口表面部分的上游。
A16.根据段落A12-A15中任一段落所述的入口扩压器，其中细长结构包括在偏移斜面上。
A17.根据段落A12-A16中任一段落所述的入口扩压器，其中每个细长结构的前端包括在偏移斜面上。
A18.根据段落A14-A16中任一段落所述的入口扩压器，其中每个细长结构的前端包括在靠近入口的入口表面区域上。
A19.根据段落A1-A18中任一段落所述的入口扩压器，其中每个细长结构的宽度在相应细长结构的长度上变化。
A20.根据段落A1-A19中任一段落所述的入口扩压器，其中该对细长结构是第一对细长结构，并且入口扩压器还包括第二对细长结构。
A21.根据段落A20所述的入口扩压器，其中第一对细长结构位于第二对细长结构的内侧。
A22.根据段落A20-A21中任一段落所述的入口扩压器，其中第二对细长结构的长度比第一对细长结构的长度短。
A23.根据段落A20-A22中任一段落所述的入口扩压器，其中内部容积的内表面包括从内部容积的入口延伸到内部容积的出口的中心线，并且第一对细长结构中的细长结构与中心线等距地隔开。
A24.根据段落A1-A23中任一段落所述的入口扩压器，其中细长结构由与内部容积的内表面相同的材料构成。
A25.根据段落A1-A24中任一段落所述的入口扩压器，其中细长结构联接到内部容积的内表面上。
A26.根据段落A1-A25中任一段落所述的入口扩压器，其中细长结构与内部容积的内表面一体地形成。
A27.根据段落A1-A26中任一段落所述的入口扩压器，其中喷气发动机为喷气式飞机提供推力。
A28.根据段落A27所述的入口扩压器，其中喷气式飞机是超音速喷气式飞机。
A29.根据段落A28所述的入口扩压器，其中喷气式飞机是亚音速喷气式飞机。
A30.根据段落A1-A29所述的入口扩压器，其中入口扩压器经配置为执行段落F1-F6中任一段落所述的方法。
B1.段落A1-A30中任一段落所述的入口扩压器和喷气发动机的组合。
C1.一种喷气发动机，包括：
发动机主体；和
根据段落A1-A30中任一段落所述的入口扩压器，可操作地联接到发动机本体。
D1.一种喷气式飞机，包括：
机身；和
至少一个喷气发动机，可操作地联接到机身并包括根据段落A1-A30中任一段落所述的入口扩压器。
E1.根据段落A1-A30中任一段落所述的入口扩压器的应用，以用于扩散喷气发动机的进气。
F1.一种扩散喷气发动机的进气的方法，该方法包括：
将空气接收到由入口扩压器的主体限定的内部容积中；
将空气的下边界层分成边界层空气的第一部分和边界层空气的第二部分，其中边界层空气的第一部分位于边界层空气的第二部分之间；
当边界层空气的第二部分朝向入口扩压器的出口流过内部容积时，引导边界层空气的第二部分向上和向内流动；以及
经由内部容积的出口将空气输送到喷气发动机的下游部分。
F2.根据段落F1所述的方法，还包括允许边界层空气的第一部分在内部容积的通道内流动。
F3.根据段落F1-F2中任一段落所述的方法，其中引导边界层空气的第二部分向上和向内流动包括允许边界层空气的第二部分沿内侧方向流入通道内部的内部容积区域，并且当边界层空气的第二部分朝向入口扩压器的出口流过内部容积时，使得边界层空气的第二部分与通道内部的高能气流混合。
F4.根据段落F1-F3中任一段落所述的方法，还包括当边界层空气的第一部分在通道内行进时，限制边界层空气的第一部分沿外侧方向流动。
F5.根据段落F1-F4中任一段落所述的方法，还包括当边界层空气的第二部分朝向入口扩压器的出口流过内部容积时，使得边界层空气的第二部分沿内侧方向行进。
F6.根据段落F1-F5中任一段落所述的方法，由根据段落A1-A30中任一段落所述的入口扩压器执行。
如本文所使用的，术语“适合的(adapted)”和“配置的(configured)”意味着元件、部件或其它主题被设计和/或旨在执行给定的功能。因此，术语“适合的(adapted)”和“配置的(configured)”的使用不应被解释为意味着给定的元件、部件或其他主题仅“能够(capable of)”执行给定的功能，而是为了执行该功能的目的，该元件、部件和/或其他主题被专门选择、创建、实现、利用、编程和/或设计。在本公开的范围内，被叙述为适合于执行特定功能的元件、部件和/或其他所叙述的主题可附加地或替代地被描述为经配置成执行该功能，反之亦然。类似地，被叙述为被配置成执行特定功能的主题可附加地或替代地被描述为可操作来执行该功能。
如本文所使用的，置于第一实体与第二实体之间的术语“和/或”意味着(1)第一实体、(2)第二实体以及(3)第一实体和第二实体中的一个。用“和/或”列出的多个条目应该以相同的方式解释，即，如此联合的实体中的“一个或多个”。除了由“和/或”条款具体指示的实体之外，其他实体可选地存在，无论是否与那些具体指示的实体相关。因此，作为非限制性示例，当与开放式语言诸如“包括(comprising)”结合使用时，对“A和/或B”的引用在一个示例中，可仅指代A(可选地包括除B之外的实体)；在另一示例中，仅指代B(可选地包括除A之外的实体)；在又一示例中，指代A和B(可选地包括其他实体)。这些实体可指代元件、动作、结构、步骤、操作、数值等。
根据本公开的所有装置和方法不需要本文公开的装置和方法步骤的各种公开的元件，并且本公开包括本文公开的各种元件和步骤的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。此外，本文公开的各种元件和步骤中的一个或多个可限定独立的发明主题，该发明主题独立于整个公开的装置或方法。因此，这样的发明主题不需要与本文明确公开的特定装置和方法相关联，并且这样的发明主题可在本文未明确公开的入口扩压器和/或方法中找到用途。

Claims (7)

1.一种用于喷气发动机的入口扩压器，所述入口扩压器包括：
扩压器主体，限定内部容积并具有入口和出口，所述入口通向所述内部容积以用于接收进入的环境空气，所述出口来自所述内部容积以用于将空气输送到所述喷气发动机的下游部分，其中所述扩压器主体具有面向所述内部容积的内表面，所述内表面包括靠近所述入口的前部区域并包括位于所述前部区域下游且靠近所述出口的后部区域；以及
一对细长结构，沿所述内表面从所述内表面的所述前部区域纵向延伸到所述内表面的所述后部区域，其中所述一对细长结构限定所述内部容积在所述细长结构内侧的通道，
其中所述一对细长结构经配置为：
允许位于所述细长结构之间的边界层空气的第一部分在所述通道内从所述前部区域流动到所述后部区域，并且
限制所述边界层空气的第一部分流经所述细长结构，
其中所述一对细长结构中的相应细长结构包括壁面，所述壁面基本垂直于所述入口扩压器的所述内表面而延伸并且沿所述相应细长结构的纵向长度延伸，其中所述壁面是所述相应细长结构的内侧表面并且经配置为限制所述边界层空气的第一部分流经所述相应细长结构，
其中所述壁面包括与所述内表面相对的顶点部分，并且其中所述一对细长结构中的相应细长结构包括斜坡面，所述斜坡面：
(i)从所述壁面的所述顶点部分延伸到所述入口扩压器的所述内表面的位于所述相应细长结构外侧的部分，并且
(ii)沿所述相应细长结构的纵向长度延伸。
2.根据权利要求1所述的入口扩压器，其中所述一对细长结构经配置为：
允许相对于所述通道定位于所述细长结构外侧的边界层空气的第二部分流经所述细长结构并进入所述内部容积位于所述通道内部的区域中，并且
当所述边界层空气的第二部分流经所述细长结构时，将所述边界层空气的第二部分推离所述内部容积的所述内表面。
3.根据权利要求2所述的入口扩压器，其中所述一对细长结构经配置为，随着所述边界层空气的第二部分从所述前部区域流动到所述后部区域，使得所述边界层空气的第二部分与所述通道内部的高能气流混合。
4.根据权利要求3所述的入口扩压器，其中所述一对细长结构经配置为使得在混合所述边界层空气的第一部分、所述边界层空气的第二部分和所述高能气流期间产生的低压区域保持接近所述入口扩压器的所述内表面。
5.根据权利要求3所述的入口扩压器，其中所述一对细长结构均经配置为使得所述边界层空气的第二部分沿所述细长结构的纵向长度与所述通道内部的所述高能气流逐渐混合。
6.根据权利要求2所述的入口扩压器，其中所述入口扩压器的所述内部容积的形状使得当所述边界层空气的第二部分从所述前部区域流动到所述后部区域时，所述边界层空气的第二部分在向内方向上移动。
7.根据权利要求1所述的入口扩压器，其中所述壁面包括与所述内表面相对的顶点部分，并且其中当所述边界层空气的第一部分以正常操作速度在所述通道内流动时，在所述壁面的一位置处的所述内表面与所述壁面的所述顶点部分之间的垂直距离大于在邻近所述壁面的所述位置的通道区域中的所述边界层空气的第一部分的预期厚度。
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