CN110360163A - 脱冰飞机发动机 - Google Patents

Abstract

根据本教导，提出一种构造成在结冰条件期间可控地脱冰的飞机发动机。该发动机具有以第一角速度操作的构件，该构件具有一表面，该表面分为构造成收集冰的第一冰积聚表面和构造成阻止冰的收集的第一防护表面。在第一冰积聚表面和第一防护表面之间设置有第一凸缘。

Description

脱冰飞机发动机

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年04月09日提交的美国临时专利申请No.62/654,999的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及飞机发动机，并且更具体地涉及经受积冰的飞机发动机，其具有便于积冰受控脱落的结构。

背景技术

本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。飞机发动机在预定载荷、压力和温度下经受积冰。这种冰通常会积聚在旋转部件上，这会通过冰质量的增加而对系统动力产生不利影响。此外，因为这种积冰经常会不时地不可预测地释放，并且质量变化，所以可能会产生发动机部件的不平衡，导致不期望的振动。本发明的目的是克服这些和其他不希望的特征。

发明内容

根据本教导，提出一种构造成在结冰条件期间可控地脱冰的飞机发动机。该发动机在预定载荷、压力和温度下经受积冰。该发动机具有围绕与流动方向对准的旋转轴线以第一角速度旋转的构件。该构件具有一表面，该表面分为构造成收集冰的冰积聚表面和构造成阻止冰的收集的防护(shadow)表面。在冰积聚表面和防护表面之间设置有凸缘。凸缘具有冰接受表面，该冰接受表面与冰积聚表面相交并且一起限定靠近冰积聚表面的冰捕获体积。冰接受表面和冰积聚表面在冰捕获体积内递增地从穿过发动机的气体捕获冰。

根据替代教导，当在冰捕获体积内捕获了预定质量的冰，并且该预定质量的冰受到由所述构件的旋转引起的第一离心力时，该预定质量的冰经受沿着该质量的冰和所述构件之间的界面剪切应力。该剪切应力克服了该质量的冰的附着力，并且冰从冰积聚表面脱落。

根据替代教导，前面段落的飞机发动机可包括设置在第二冰积聚表面和第二防护表面之间的第二凸缘。第二凸缘可以具有第二冰接受表面，该第二冰接受表面与第二冰积聚表面相交，并且一起在第二冰积聚表面上方限定第二冰捕获体积，第二冰捕获体积小于先前描述的冰积聚体积。第二冰接受表面和第二冰积聚表面在第二冰捕获体积内递增地捕获冰，并且在与先前描述的冰积聚体积的脱落不同的时间使积聚的冰脱落。

根据替代教导，提出一种经受积冰的飞机发动机。该发动机包括围绕横向于流动方向的旋转轴线以第一角速度旋转的构件。该构件具有一表面，该表面分为构造成收集冰的第一冰积聚表面和构造成阻止冰的收集的第一防护表面。在第一冰积聚表面和第一防护表面之间设置有大致V形凸缘。该大致V形凸缘具有一对冰接受表面，该对冰接受表面与第一冰积聚表面相交并且在第一冰积聚表面上方限定冰捕获体积。第一冰接受表面和第一冰积聚表面在冰捕获体积内递增地捕获冰。

根据前一段落所述的飞机发动机，其中在所述冰捕获体积内捕获第一预定质量的冰，并且当所述构件围绕所述旋转轴线以所述第一角速度旋转时，该预定质量的冰经受离心力。当第一预定质量的冰受到由该质量的冰以所述角速度旋转引起的离心力时，经受释放剪切力并从第一冰积聚表面脱落。

根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是示出具有根据本教导的脱冰发动机的非限制性实施例的机舱的立体图；

图2是示出图1中所示的脱冰发动机的发动机风扇的局部轴向视图；

图3是示出具有根据本教导的脱冰特征的非限制性实施例的图2中所示的发动机风扇的放大的局部轴向视图；

图4是具有根据本教导的脱冰特征的另一个非限制性实施例的图2中所示的发动机风扇的局部轴向视图；和

图5A和5B分别是剖视图和俯视图，示出了具有根据本教导的脱冰特征的图4中所示的发动机风扇。

在这几幅视图中相应的附图标记指示对应的部件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。现在将参考附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本发明的各种实施例。然而，本公开的主题可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。虽然本发明的实施例涉及包括在发动机周围的旁路流的发动机构造，但是扩展的设计空间可以包括经受结冰的其他旋转发动机部件以及构造成以超音速和亚音速行进的发动机。

参照图1，示出一种推进系统10。推进系统10包括由机舱8覆盖的发动机12(在图1中机舱8是透明的)。发动机12具有在飞行期间经受结冰的可旋转的叶片或构件14(如图2-5中最佳所示)。机舱8包括罩13，罩13的前端用作进气口并且在预定载荷、压力和温度下促进大气水的冻结。如下所述，有意地收集这种冻结的大气水，其收集方式允许冰受控脱落以使脱落的冰的质量最小化。此外，该发动机中的脱冰被定时，以减少由于所收集的冰的质量失调引起的振动的方式来脱冰。机舱10还包括入口模块15和喷嘴模块17。根据本发明的实施例，机舱旁路19可以构造成在发动机12周围从入口15到喷嘴17的旁路流。

如图2所示，与传统的发动机风扇叶片组件21相比，可旋转叶片14具有凸缘16，凸缘16大致垂直于发动机气流和可旋转叶片14上的表面突出，以收积聚的冰。如图所示，这些凸缘16的定位和尺寸使得发动机内的相对叶片具有相同的构造，以允许积聚的冰同时脱落。如下所述，通过改变凸缘16离开叶片表面的高度和凸缘相对于叶片的旋转轴线C的径向位置R，允许不同质量的积聚的冰在设计的定时释放或脱落。可旋转的发动机风扇构件14具有压缩侧表面，该压缩侧表面分为构造成收集冰的第一冰积聚表面20和构造成通过凸缘阻止或屏蔽冰的收集的第一防护表面22。

图3示出具有根据本教导的冰脱落特征的图2中所示的顺时针旋转的可旋转的发动机风扇构件14的视图。可旋转的发动机风扇构件14在预定的载荷、压力和温度下经受积冰。此外，可旋转的发动机风扇构件14在流动方向上围绕叶片的旋转轴线C以第一角速度旋转。该可旋转的发动机风扇构件14的表面18分为构造成收集冰的第一冰积聚表面20和构造成阻止冰的收集的防护表面22。

在冰积聚表面20和20'与防护表面22和22'之间设置有多个凸缘16和16'。这些凸缘16和16'可以具有变化的高度和径向位置，其可以在风扇叶片组件21期间定位，以调节积聚的冰的量和质心位置。这调节使积聚的冰脱落所需的离心力的量。

第一凸缘具有第一高度和纵横比以及第一轴线X，第二凸缘具有第二高度和纵横比以及第二轴线X'。可选地，第一轴线和第二轴线可以相交，例如，以大约90度。可选地，第一轴线和第二轴线可以是平行的。凸缘16的第一冰接受表面20可以与凸缘组件21的旋转方向大致垂直于或成角度。

如图4-5B所示，在第一和第二冰积聚表面20和20'与第一和第二防护表面22和22'之间设置有V形凸缘16和16'。图4包括两个凸缘16和16'的定位，以形成V形凸缘结构。第一和第二凸缘16和16'具有第二冰接受表面26和26'，它们与第二冰积聚表面20和20'相交，以在第二冰积聚表面20'上方限定冰捕获容积28'。如上所述，第二冰接受表面26'和第二冰积聚表面20'在第二冰捕获容积28和28'内递增地捕获冰。

在第二冰捕获体积28'内捕获第二预定质量的冰，并且使第二预定质量的冰经受第二离心力。当风扇叶片16以第一角速度旋转并且积聚的第二冰质量达到临界预定值时，第二预定质量的冰从第二冰积聚表面脱落。第二冰接受表面26'和第二冰积聚表面20'在第二冰捕获体积26'内递增地捕获冰，并且在与先前描述的冰积聚体积的脱落不同的时间使积聚的冰脱落。

由于凸缘16、16'的变化高度，第一体积的收集的冰在距叶片的旋转轴线C的第一半径处具有第一质心，并且第二体积的收集的冰在距叶片的旋转轴线C的第二半径处具有第二质心，第二半径不同于第一半径。这些差异可用于调整针对给定的发动机角速度而脱落的预定质量。

图5A和5B示出图4中所示的可旋转构件14的截面图和俯视图。凸缘16具有第一冰接受表面26，第一冰接受表面26与冰积聚表面20相交并且在冰积聚表面20上方限定第一冰捕获体积28。可旋转的发动机风扇构件14的旋转使得第一冰接受表面22和第一冰积聚表面20在第一冰捕获体积26内递增地捕获冰。大致V形凸缘16设置在第一冰积聚表面和第一防护表面之间，并且具有与其相交的一对冰接受表面。可替代地，所述V形构件具有以接近90度相交的第一腿和第二腿。

当在冰捕获体积28内捕获了第一预定质量的冰并且该预定质量的冰受到离心力时，第一预定质量的冰从第一冰积聚表面20脱落。在这方面，并且该预定质量的冰受到第一离心力，该预定质量的冰受到沿着该质量的冰和表面20、26之间的界面的剪切应力。该剪切应力克服了该质量的冰的附着力，并且冰从冰积聚表面脱落。

提供示例性实施例以使本公开彻底，并且向本领域技术人员充分传达范围。提出了许多具体细节，例如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用特定细节，示例性实施例可以以许多不同的形式实施，并且两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施例中，没有详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也可以包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的，因此是指所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。除非特别标识为执行顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或图示的特定顺序执行。还应理解，可以采用另外的或替代的步骤。

当元件或层被称为在另一元件或层“上”、与另一元件或层“接合”、“连接”或“耦合”时，它可以直接在另一元件或层上，连接或耦合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”，“直接接合到”，“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关所列项目中的任何一个以及一个或多个的所有组合。

尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。除非上下文明确指出，否则本文使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语不暗示序列或顺序。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

在本文中可以使用空间相对术语，例如“内部”、“外部”、“下面”、“下部”、“下方”、“上方”、“上部”等，以便于描述图中示出的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了图中所示的取向之外，空间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中装置的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向在该其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方的取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或在其他取向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。

虽然本说明书包含许多细节，但这些细节不应被解释为对本公开或可要求保护的范围的限制，而是作为对本公开的特定实施方式的特定特征的描述。在本说明书中在分开的实施方式中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式中描述的各种特征也可以分开的多个实施方式中或者以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上面可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此声明，但是在某些情况下可以从组合中去除来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变体。

已经描述了许多实现方式。然而，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。

已经出于说明和描述的目的提供了对实施例的前述描述。其并非旨在穷举或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在所选实施例中使用，即使没有具体示出或描述。其也可以以多种方式变化。不应将这些变化视为脱离本公开，并且所有这些修改旨在包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种飞机发动机，其包括：

围绕旋转轴线以第一角速度旋转的构件，所述旋转轴线与流动方向对准，所述构件具有一表面，该表面分为构造成收集冰的第一冰积聚表面和构造成阻止冰的收集的第一防护表面；

第一凸缘，其设置在所述第一冰积聚表面和所述第一防护表面之间，所述第一凸缘具有第一冰接受表面，所述第一冰接受表面与所述第一冰积聚表面相交并且在所述第一冰积聚表面上方限定第一冰捕获体积，其中所述第一冰接受表面和第一冰积聚表面在所述第一冰捕获体积内递增地捕获冰。

2.根据权利要求1所述的飞机发动机，其中当所述第一凸缘构造成在所述第一冰捕获体积中捕获第一预定质量的冰时，其中所述第一预定质量的冰在所述构件以所述第一角速度旋转时受到第一离心力，所述第一预定质量的冰在受到所述第一离心力时从所述第一冰积聚表面脱落。

3.根据权利要求2所述的飞机发动机，其中所述构件表面进一步分为构造成收集第二冰质量的第二冰积聚表面和构造成阻止暴露于冰积聚的第二防护表面。

4.根据权利要求3所述的飞机发动机，还包括设置在所述第二冰积聚表面和所述第二防护表面之间的第二凸缘，所述第二凸缘具有第二冰接受表面，所述第二冰接受表面与所述第二冰积聚表面相交并且在所述第二冰积聚表面上方限定第二冰捕获体积，其中所述第二冰接受表面和第二冰积聚表面在所述第二冰捕获体积内递增地捕获第二质量的冰。

5.根据权利要求4所述的飞机发动机，其中所述第二构件构造成收集在所述第二冰捕获体积内捕获的第二预定质量的冰，并且当所述构件以所述第一角速度操作时所述第二预定质量的冰受到第二离心力，所述第二预定质量的冰从所述第一冰积聚表面脱落。

6.根据权利要求5所述的飞机发动机，其中所述第一质量的冰在距所述旋转轴线的第一半径处具有第一质心，并且所述第二质量的冰在距所述旋转轴线的第二半径处具有第二质心，所述第二半径不同于所述第一半径。

7.根据权利要求5所述的飞机发动机，其中所述第一凸缘具有第一纵横比和第一轴线，并且第二凸缘具有第二纵横比和第二轴线。

8.根据权利要求7所述的飞机发动机，其中所述第一轴线和所述第二轴线相交。

9.根据权利要求8所述的飞机发动机，其中所述第一轴线和所述第二轴线以接近90度相交。

10.根据权利要求8所述的飞机发动机，其中所述第一轴线和所述第二轴线是平行的。

11.根据权利要求1所述的飞机发动机，其中所述第一冰接受表面大致垂直于与所述构件相邻的空气的流动方向。

12.一种飞机发动机，包括：

围绕旋转轴线以第一角速度操作的构件，所述旋转轴线与穿过所述飞机发动机的流动方向对准，所述构件具有一压缩表面，所述压缩表面分为构造成收集冰的第一冰积聚表面和构造成防止冰的收集的第一防护表面；

设置在所述第一冰积聚表面和所述第一防护表面之间的大致V形凸缘，所述大致V形凸缘具有一对冰接受表面，该对冰接受表面与所述第一冰积聚表面相交并且在所述第一冰积聚表面上方限定冰捕获体积，其中所述第一冰接受表面和第一冰积聚表面在所述冰捕获体积内递增地捕获预定质量的冰。

13.根据权利要求12所述的飞机发动机，其中当第一凸缘构造成在所述第一冰捕获体积中捕获第一预定质量的冰时，其中当所述构件以所述第一角速度旋转时所述第一预定质量的冰受到第一离心力，所述第一预定质量的冰在受到所述第一离心力时从所述第一冰积聚表面脱落。

14.根据权利要求13所述的飞机发动机，其中所述构件表面大致是平面的，并且所述V形凸缘垂直于所述构件表面。

15.根据权利要求14所述的飞机发动机，其中所述构件是风扇叶片。

16.根据权利要求15所述的飞机发动机，其中所述第一质量在距旋转中心的第一半径处具有第一质心。

17.根据权利要求16所述的飞机发动机，还包括设置在所述压缩表面上的第二V形凸缘。

18.根据权利要求15所述的飞机发动机，其中所述V形构件具有以接近90度相交的第一腿和第二腿。

19.一种飞机发动机，包括：

围绕旋转轴线以第一角速度操作的构件，所述旋转轴线与穿过所述飞机发动机的流动方向对准，所述构件具有一压缩表面，该压缩表面分为构造成收集冰的第一冰积聚表面和构造成防止冰的收集的第一防护表面；

设置在所述第一冰积聚表面和所述第一防护表面之间的一对凸缘，该对凸缘具有一对冰接受表面，该对冰接受表面与所述第一冰积聚表面相交并且在所述第一冰积聚表面上方限定冰捕获体积，其中所述第一冰接受表面和第一冰积聚表面在所述冰捕获体积内递增地捕获预定质量的冰。

20.根据权利要求19所述的飞机发动机，其中当第一凸缘构造成在所述第一冰捕获体积中捕获第一预定质量的冰时，其中当所述构件以所述第一角速度旋转时所述第一预定质量的冰受到第一离心力，所述第一预定质量的冰在受到所述第一离心力时从所述第一冰积聚表面脱落。