CN111434910B - 排气喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种排气喷嘴。传统的商用引擎排气系统利用轴对称表面(例如，圆锥或接近圆锥表面)限定，其为具有大致恒定的管道高度的风扇(旁通)喷嘴产生围绕圆周的环形排气。在一个示例性构造中，风扇套筒已被向上剪切(朝向机翼或挂架)，导致相对于远离挂架的部分的靠近挂架的更大面积和管道高度。对于由容纳在引擎机舱中的涡扇引擎产生的给定推力，朝向挂架安装件的剪切使推力重新对准在飞行方向上，在一些示例中，这可以降低在涡扇引擎下游所经受的噪声并减少在引擎核心中消耗的燃料。

Description

排气喷嘴
技术领域
本公开涉及一种用于飞机涡扇引擎的排气系统。
背景技术
图1是一个示例性飞机引擎短舱60的示意图。引擎短舱60包括引擎机舱62、风扇64、压缩机66、燃烧室68和涡轮70。引擎短舱60通常通过合适的安装件(例如，挂架71)附接到飞机的机翼或机身。引擎机舱62包括具有外筒74和内筒76的引擎入口72以及接合两者的边缘区段。在该示例性实施例中，内筒76与边缘区段一起限定用于向风扇64供应空气55的进气道78，其随后被引导至旁路管道和包括压缩机66、燃烧室68以及涡轮70的引擎核心两者。图2是引擎短舱60的端视图，其示出了外部引擎机舱202、风扇管道200外流动表面OFS、风扇管道内流动表面IFS、包括超出OFS的后站的IFS的延伸部的后罩204、核心喷嘴205以及最大直径处的插塞206，其中，插塞206、核心喷嘴205、后罩204、OFS和外部引擎机舱202中的每者围绕引擎短舱60的纵向轴线AA同心地嵌套。还示出了风扇排气流210和主流212(也称为核心排气流)的位置。
鉴于机场处的增加的或不可预测的燃料价格和/或噪声限制，商用飞机的操作可具有挑战性。需要增加燃料效率和/或降低促成机场周围的高功率(即，起飞)操作的地区噪声的喷注噪声的方法。本公开满足该需要。
发明内容
本公开描述了一种引擎，该引擎包括具有入口和排气装置的引擎机舱；介于引擎机舱和容纳在引擎机舱中的引擎核心之间的风扇管道，其中，引擎机舱形成风扇管道的外壁(包括外流动表面OFS)；引擎核心的壳体和后罩形成风扇管道的内壁(包括内流动表面IFS)；并且OFS的离开站具有呈一曲率的弯曲部分，从而IFS和OFS使离开排气装置的废气朝向引擎的纵向轴线偏移，以便填充引擎后方的区域并抵消由附接到引擎机舱的挂架导致的废气的偏转。在一个或多个实施例中，在由涡扇引擎产生给定推力的情况下，曲率被控制成有助于使引擎下游所经受的地区噪声降低并使引擎的性能最大化(例如，使容纳在引擎机舱中的引擎中消耗的燃料减少)。
弯曲部分的曲率能以许多方式呈现，包括但不限于以下。
1.曲率使得OFS上的第一点P1和内流动表面(IFS)上的第二点P2之间的第一距离D1(例如，斜高)大于或长于OFS上的第三点P3和IFS上的第四点P4之间的第二距离D2(例如，斜高)。第一距离D1处于挂架的附接侧上(即，在挂架和连接到引擎核心的核心排气装置之间的第一区域R1中)，并且第二距离D2处于核心排气装置和外部引擎机舱(包括引擎机舱的外表面)的背离飞机的区段之间的第二区域R2中。在一个或多个示例中，第一点、第二点、第三点和第四点共线。
2.根据实施例1所述的引擎，其中，弯曲部分包括：第一点P1的位置中的第一偏移，为排气装置的直径的大约1％-2％，如在排气装置的后缘处测得的，以及第三点P3的位置中的第二偏移，为排气装置的直径的大约1％-2％，如在排气装置的后缘处测得的，其中，这些偏移是相对于其中核心排气装置(例如，核心和排气装置(例如，风扇喷嘴))同心的情况。相对于D1和D2已经使核心喷嘴在引擎的纵向轴线或中心线上居中的情况，D1长了1％-2％，并且D2短了1％-2％。
3.根据实施例1或2所述的引擎，其中，引擎机舱包括具有长度L1的外部引擎机舱，如在平行于引擎的纵向轴线AA’的方向上测得的，并且弯曲部分完全位于外部引擎机舱的长度L1的最后25％内。
4.根据实施例1、2或3所述的引擎，其中，排气装置包括风扇管道外壁的剪切或偏移，以便形成弯曲部分。
5.根据实施例1、2、3或4所述的引擎，其中，弯曲部分提高了推力在平行于引擎的纵向轴线的朝后方向上的推力矢量V3的对准，以使通过挂架偏转(向下)的推力偏移回到朝向或平行于引擎的纵向轴线。
6.根据实施例1-5中的一项或任意组合的引擎，其中，挂架使引擎机舱附接到机翼。
7.根据实施例1-6中的一项或任意组合的引擎，其中，挂架使引擎机舱附接到机身或尾翼。
8.在另一示例中，一种用于引擎机舱的排气装置包括弯曲部分，该弯曲部分使通过排气装置离开的气体流在抵消由附接到引擎机舱的安装结构(例如，挂架)导致的流的位移的方向上偏转。排气装置能以许多方式呈现，包括但不限于以下。
9.根据实施例9所述的排气装置包括具有弯曲部分的喷嘴，使得当喷嘴围绕主体设置并且喷嘴和主体之间的气体流由喷嘴上的外流动表面和主体上的内流动表面限制时：
a.外流动表面上的第一点和内流动表面上的第二点之间的第一距离长于外流动表面上的第三点和主体上的第四点之间的第二距离；
b.包括附接到引擎机舱的挂架的安装结构比第三点更靠近第一点；
c.从喷嘴排出的气体流在使用喷嘴推进的飞机的飞行和/或起飞期间在抵消气体的远离挂架并由挂架引起的偏转的方向上偏移。
10.根据实施例8或9所述的排气装置，其中，挂架构造成使引擎机舱附接到机翼。
11.根据实施例8或9所述的排气装置，其中，挂架构造成使引擎机舱附接到机身或尾翼。
12.根据实施例8、9、10或11所述的排气装置，其中，弯曲部分提高了气体流在平行于包括喷嘴的引擎的纵向轴线的朝后方向上的对准。
13.根据实施例9、10、11或12所述的排气装置，其中，喷嘴是涡扇引擎中的风扇喷嘴，并且弯曲部分包括：
第一点的位置中的第一偏移，为喷嘴的直径的1％-2％，如在喷嘴的后缘处测得的，以及
第三点的位置中的第二偏移，为喷嘴的直径的1％-2％，如在风扇喷嘴的后缘处测得的。
14.在另一示例中，一种用于引擎机舱的排气装置包括喷嘴，该喷嘴包括在喷嘴的第一侧上远离引擎机舱的纵向轴线弯曲的第一弯曲表面和在与第一侧相对的第二侧上朝向纵向轴线弯曲的第二弯曲表面，其中：
a.第一弯曲表面具有第一曲率半径，
b.第二弯曲表面具有第二曲率半径，
c.第一曲率半径和第二曲率半径两者均位于形成通过喷嘴和附接到引擎机舱的挂架的横截面的平面中，
d.第一曲率半径大于第二曲率半径，并且
e.第一侧位于平面的更靠近附接到喷嘴的挂架的一侧上。
15.根据实施例14所述的排气装置，其中，第一弯曲表面和第二弯曲表面两者均使喷嘴的后缘偏移了喷嘴的直径的1％-2％，如在后缘处测得的。
16.根据实施例14或15所述的排气装置，其中，第一弯曲表面和第二弯曲表面位于喷嘴的后半部中。
17.根据实施例14、15或16所述的排气装置，其中，引擎机舱包括外部引擎机舱，并且第一弯曲表面和第二弯曲表面位于外部引擎机舱的长度的最后25％内。
18.根据实施例14、15、16或17所述的排气装置，其中，第一弯曲表面和/或第二弯曲表面使从喷嘴排出的废气在由喷嘴推进的飞机的飞行和/或起飞期间在抵消由挂架导致的废气的偏转的方向上偏移，从而提高了来自喷嘴的废气流在平行于包括喷嘴的引擎的纵向轴线的朝后方向上的对准。
附图说明
图1示出了传统的飞机引擎的透视图。
图2示出了传统的飞机引擎的后视图。
图3示出了引擎机舱和用于降低空气动力学阻力的引擎核心包裹。
图4是根据本文所描述的一个或多个示例的包括具有弯曲部分的引擎机舱的涡扇引擎的后横截面图。
图5A是根据本文所描述的一个或多个示例的包括具有弯曲部分的引擎机舱的涡扇引擎的侧视图，其中，弯曲部分在挂架的一侧上弯曲得较少而在相对侧上弯曲得较多。
图5B是示出了齿轮传动式涡扇引擎(虚线)相对于直接驱动式涡扇引擎(实线)的侧视图。
图5C示出了相比于不具有弯曲部分(虚线)根据一个或多个示例的弯曲部分如何能够实现围绕引擎核心的更紧的包裹(实线)。
图6A示出了根据如图4和图5A所示的具有曲率的和不具有曲率(如图3所示)的引擎机舱的风扇喷嘴压力比的效率的图表，并且图6B示出了根据如图4和图5A所示的具有曲率的和不具有曲率(如图3所示)的引擎机舱的风扇喷嘴压力比的朝向挂架的排气尾流的偏移增量的图表。
图7示出了使用容纳在图2的引擎机舱中的涡扇引擎实现的次佳推力矢量的仿真。由剪应力传输(SST)模型确定的湍流动能示出了对于图2的无弯曲的引擎机舱的流体流中的更高度的混合或干涉(噪声特征的核心要素)。
图8示出了使用容纳在图4和图5A的引擎机舱中的涡扇引擎实现的推力矢量的仿真，证明了图8中的推力矢量与朝后方向更对准(例如，更平行于引擎的方向轴线AA’)。利用SST(剪应力传输)湍流模型使用雷诺平均N-S模拟(Reynolds Averaged Navier-Stokessimulation)来模仿推力矢量的对准。通过由流动解决方案模型确定的剪切层中的湍流动能的降低来意指使用图4的引擎机舱的喷注噪声(即，地区噪声或高功率操作噪声)的降低。
图9A示出了其中涡扇引擎安装在机翼上的一个示例，并且图9B示出了其中涡扇引擎安装在飞机的机身上的一个示例。
图10A和图10B示出了根据本文描述的实施例的喷嘴。
图11是示出了根据本文描述的一个或多个示例的制造和操作容纳在引擎机舱中的涡扇引擎的方法的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，参考了形成本文的一部分并通过说明的方式示出的多个实施例的附图。应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用其他实施例，并可做出结构改变。
技术描述
图3示出了涡扇引擎300，其包括具有内表面(风扇套筒304)和外表面(外部引擎机舱306)的引擎机舱302；核心排气喷嘴308；插塞(plug)310；以及用于将涡扇引擎附接到机翼的挂架312。在示出的对于传统引擎的设计中，围绕引擎核心形成紧密包裹(图3中的实线)的引擎机舱降低了空气动力学阻力并增加了涡扇引擎的净推力。然而，对于齿轮传动式涡扇引擎，需要较少的涡轮级并且引擎可制造得较短。在这种较短的引擎示例中，引擎机舱外部必须积极地闭合，以便保持围绕引擎的紧密包裹(并且由于涡轮直径相对于风扇直径较小)。使用最优的轴对称喷嘴以及引擎机舱外部的积极闭合(图3中的虚线)可引起围绕引擎流动的空气的非期望的流动分离(湍流)以及增加的引擎机舱阻力。因此，对于具有大直径风扇的较短的涡扇引擎(例如，超高旁通引擎，例如但不限于齿轮传动式风扇引擎)，具有良性的船形尾部的引擎机舱提供了最佳的阻力水平。然而，该良性的船形尾部(引擎机舱后主体)在难以在维持用于反推装置和风扇罩的期望阻力性能的同时放样最佳喷嘴几何形状。此外，虽然可通过增加排气系统的半径来解决上述整合性能的挑战，但是通常由于增加的喷嘴的湿润区域而导致损害排气系统的性能。
图4和图5示出克服了上述问题的用于引擎机舱402的排气装置400(例如，包括风扇喷嘴400a)。排气装置400包括外套筒404，该外套筒包括风扇管道514的外流动表面(OFS)406和引擎机舱402的外表面408。图4进一步示出风扇管道514的内流动表面(IFS)410。还示出了具有与核心喷嘴411a的直径相似的最大直径的插塞412。核心喷嘴411a和插塞412之间的区域包括主管道411b。IFS包括后罩410a的一表面，该后罩包括用于核心喷嘴411a的整流罩。
OFS 406的后区段/最后区段或离开站包括弯曲部分502(例如，弯折)，使得OFS406的顶部T1和IFS 410的顶部T2之间的第一距离D1大于或长于OFS 406的底部B1和IFS410的底部B2之间的第二距离D2。第一距离D1处于挂架和核心排气装置411之间的第一区域R1中，并且第二距离D2处于核心排气装置411(包括核心喷嘴411a)和外表面的背离飞机900a、900b(也参考图9A和图9B)的区段S6之间的第二区域R2中。
图5A是包括引擎机舱402和入口504的涡扇引擎500的侧视图，该引擎机舱包括排气装置400。引擎核心506容纳在引擎机舱402中，引擎核心506包括或连接到核心排气装置411；并且后罩410a形成围绕核心排气装置411的整流罩。风扇508容纳在引擎机舱中，以便将第一部分空气510通过入口504吸入到引擎核心506中，并将第二部分空气512通过入口504引入到引擎核心506和引擎机舱402之间的风扇管道514中。如本文所述，引擎机舱402形成风扇管道514的外壁W1(包括外流动表面OFS)；并且引擎核心506的壳体554和后罩410a形成风扇管道514的内壁W2(包括内流动表面IFS)，使得OFS 406和IFS 410限制第二部分空气512的流动F。弯曲部分502由图5A中的实线示出(虚线表示不具有弯折的排气装置)。
第一部分空气510用于燃烧引擎核心506中的燃料，以便形成通过核心排气装置411排出的废气(主流)并产生引擎推力的第一分量。主流由后罩的内侧(IFS的延伸部)和插塞限制。第二部分空气512通过排气装置400排出并产生引擎推力的第二分量。还示出了附接到外表面408的第一区段S5的挂架516，其中挂架516用于将引擎机舱402附接到机翼。挂架516包括覆盖挂架516的空气动力学表面或整流罩，并且可附接到风扇壳体(在该情况中，整流罩朝向入口504延伸，如图所示)或引擎核心。包括弯折或剪切的弯曲部分502在图5A中以实线示出(虚线表示不具有弯部部分的排气装置)。
图5B是示出了直接驱动式涡扇引擎500a(实线)和齿轮传动式涡扇引擎500b(虚线)的侧视图，其包括具有弯曲部分502的OFS 406、IFS 410、以及包括超出OFS 406的后站的IFS 410的表面的延伸部的后罩410a。后罩起到用于主喷嘴(例如，核心喷嘴411a)的外覆盖件的作用。如图5B所示，相比于直接驱动式涡扇引擎500a，齿轮传动式涡扇引擎500b较短，具有较少的引擎级，并且还具有较小的引擎核心。用于齿轮传动式涡扇引擎500b的外部引擎机舱552必须更快地闭合，并且必须闭合至较小的引擎核心，从而导致较陡的船形尾部570闭合，这导致了由于流动分离而使阻力增加的风险。
图5C示出了可制造得更大的引擎核心区段表面572，以便补偿较陡的船形尾部570的增加的阻力。然而，这增加了相当大的重量且昂贵。使用如本文所述的具有弯曲部分502的OFS 406克服了该问题，并使具有较陡的船形尾部570b的外部引擎机舱552能够维持紧密包裹，并且同时降低或减轻由于流动分离导致的阻力。具体地，对于相同的空气动力学阻力，相比于船形尾部570和不具有弯曲部分502的外部引擎机舱的包裹而言，该弯曲部分能够实现具有较陡的船形尾部570b的外部引擎机舱552和围绕引擎核心506的更紧密包裹。因此，图5B和图5C可进一步扩大由较短引擎实现的紧密包裹的值，但是与上文参考图3描述的较短引擎相比，具有更陡的船形尾部曲率。
示例性能
图6A至图6B示出具有朝向挂架516的弯曲部分502的排气装置400(例如，弯折的或剪切的排气装置)保持用于涡扇引擎500的推力效率，并在不显著地降低风扇排气流702b的情况下改善了推力矢量。
图7示出了对于具有不带弯曲部分502(具有呈曲率C的向上弯折)并具有更紧密包裹(如图3中由实线所示)的引擎机舱302的涡扇引擎300的离开外部引擎机舱306的风扇排气流800和包括离开核心排气喷嘴308的核心排气流802的主流之间的相互作用。风扇排气流800和核心排气流802的相互作用使得形成产生声学特征(通常是喷嘴喷注噪声)的剪切层。
此外，挂架导致风扇排气流800远离(例如，向下)挂架的干涉(偏转850)。传统的解决方案将增加风扇管道在核心排气喷嘴308下方并且离挂架312最远的面积A，以重新分配远离挂架的流动，从而降低转向趋势。实际上，这可以起作用，但是本公开已经发现这不是高度敏感的。如本文所描述的，将风扇喷嘴套筒(和OFS)向上或朝向挂架剪切或转动(以及减小挂架下方的风扇管道面积A)似乎是相反的，使更多的风扇排气流800经过挂架于是将被预期为向下偏转。然而，令人惊讶的是，图8示出了包括具有曲率C的向上弯折的弯曲部分502使风扇排气流702b偏移，使得此时风扇排气流702b与引擎的纵向轴线AA’更一致地传播，就像主流(核心排气流702a)一样。因此降低了风扇排气流702b和核心排气流702a之间的干涉。在一个或多个实施例中，包括弯折或曲率C的弯曲部分502向废气702施加矢量偏移V，这提高了推力矢量V3和/或流F2在平行于涡扇引擎500的纵向轴线AA和/或飞机的飞行方向的朝后方向上的对准。在一个或多个示例中，风扇排气流702b和核心排气流702a的减少的混合或相互作用降低了风扇喷嘴400a下游的噪声。
第二示例
排气装置400(例如，剪切的排气装置)不限于应用在机翼920上的涡扇引擎500上，如图9A所示。图9B示出了包括引擎902的飞机900b的一个示例，该引擎包括使用挂架904安装至机身906的引擎机舱916。引擎902包括具有弯曲部分502的排气装置400，如图10A或图10B所示。
第三示例(也参考图4、图5A、图8、图9A和图9B)
图10A示出了用于引擎机舱916、402的包括喷嘴1002的排气装置1000，其具有在喷嘴1002的更靠近附接到引擎机舱916的挂架904的第一侧1010上远离引擎机舱916、402的纵向轴线AA’弯曲的第一弯曲表面1008；以及在与第一侧1010相对的第二侧1014上朝向纵向轴线AA’弯曲的第二弯曲表面1012。第一弯曲表面1008具有第一曲率半径C1，第二弯曲表面1012具有第二曲率半径C2，第一曲率半径C1和第二曲率半径C2两者均位于形成通过喷嘴1002和附接到引擎机舱402、916的挂架904、516的横截面的平面中，并且第一曲率半径C1大于第二曲率半径C2。
图10B示出了包括弯曲部分502的喷嘴1002(例如，风扇喷嘴或反推装置套筒)，使得当喷嘴1002围绕主体1016(例如，中心主体或核心喷嘴)设置，喷嘴1002和主体1016之间的气体G的流动F(例如，来自诸如风扇508或引擎核心506的推进器的空气，如图5A和图8所示)由喷嘴上的OFS 1004和主体1016上的IFS 1006限制时：
1.OFS 1004上的第一点P1和IFS 1006上的第二点P2之间的第一距离D1大于或长于OFS 1004上的第三点P3和IFS 1006上的第四点P4之间的第二距离D2。
2.附接到引擎机舱的挂架516、904比第三点P3更靠近第一点P1(例如，第一距离D1处于挂架904、516和主体1016之间的第一区域R1中，并且第二距离D2处于主体和引擎机舱402的外表面408的背离飞机900a、900b的区段S6之间的第二区域R2中)。
在图10A和图10B两者中，垂直于平面P的平面P5限定了平面P5的一侧上的更靠近挂架516、904的第一侧1010以及平面P5的相对侧上的背离飞机900a、900b的第二侧1014。
在图10A和图10B两者中，弯曲部分502(第一弯曲表面1008和第二弯曲表面1012)使从喷嘴1002排出的废气702在抵消废气702(或气体G的排气702f)远离挂架516的偏转854的方向V(见图5和图8)上偏移，偏转854在使用喷嘴1002推进的飞机900a、900b的飞行和/或起飞期间由挂架516引起。弯曲部分502(第一弯曲表面1008和/或第二弯曲表面1012)可使废气偏移，以便提高来自喷嘴的废气702的流动F2在平行于飞机的飞行方向854b和/或包括喷嘴1002的引擎500的纵向轴线AA’的朝后方向854a上的对准。因此，在一个或多个实施例中，喷嘴1002下游所经受的噪声(例如，地区噪声)减小和/或在连接到核心喷嘴411a的引擎核心506中消耗的燃料降低。
在一个或多个示例中，第一弯曲表面1008和第二弯曲表面1012两者均使喷嘴1002的后缘E偏移了喷嘴的直径518的1％-2％，如在后缘所测量的，和/或第一弯曲表面和第二弯曲表面处于外部引擎机舱的长度的最后25％内。
如本文所示出的，喷嘴1002的后缘E处的喷嘴1002的半径R3可围绕喷嘴1002的圆周变化。后缘E处的横截面可具有多种形状(例如，圆形、椭圆形或其它形状)。图10A和图10B中还示出了剪切方向S3和S4。
当引擎机舱916使用挂架904安装到使用挂架904的机身906时，挂架904使一些排气流转向侧面。侧面的排气流不提供升力并产生必须由另一侧上的引擎或飞机飞行控制抵消的无用的侧推力。使用如图4和图5A所示的具有弯曲部分502和曲率的排气装置，废气702可指向飞行方向854b，以改善飞机效率。
更普遍地，本文所示出的排气装置400、1000包括弯曲部分502，该弯曲部分具有使通过排气装置400离开的气体G的流动F2(例如，风扇排气流702b)在抵消由附接到引擎机舱402的结构912(例如，挂架904、机翼920、机身906)导致的流动F2的位移855和/或干涉I或干涉I2的方向V6上偏移的曲率，从而使流动F2与飞行方向854b和/或引擎500的纵向轴线AA’更好地对准，并且避免流动F2与飞机900a、900b的干涉I2。
因此，如本文所述，图10A和图10B的喷嘴可实施于容纳多个引擎并定位在飞机上的多个位置中的引擎机舱中。当引擎机舱安装在机翼上时，排气装置的部分通过挂架向下偏转有助于产生升力，尽管效率比机翼更低(机翼产生最有效的升力)。然而，由于一些排气不指向飞行方向，因此必须增加引擎的功率设置，以恢复维持飞行速度所需的推力。令人惊讶的是，使用如本文所描述的弯曲的排气装置400来产生与推力对准的矢量并使排气有效地指向飞行方向854b(并使机翼用于产生升力)构造了效率提高(例如，最大化)(例如，效率提高至少0.25％)的飞机。
在一个或多个实施例中，由弯曲部分502(第一弯曲表面1008和/或第二弯曲表面1012)导致的排气的最佳矢量偏移V使得所产生的推力矢量V3(V和由挂架516导致的偏转854的总和)大体上位于飞行方向854b上。
在一个或多个实施例中，结构912是挂架904，并且具有曲率C的弯曲部分502使离开排气装置400的气体G的流动F2远离挂架904偏移，从而避免流动F2与飞机900b的干涉I。
在一个或多个实施例中，当排气装置1000附接到包括机翼920的飞机900a、900b时，弯曲部分502使包括气体G的尾流P7向上偏移以抵消(1)来自飞机900a、900b的飞行方向854b的尾流P7向下的偏转854，偏转854由于机翼相对于飞行方向854b的入射960而引起，和/或(2)包括挂架904、516的结构912使尾流P7远离飞行方向854b偏转或导致偏转854。
处理步骤
图11是示出了制造用于容纳引擎902的引擎机舱402的方法以及操作具有引擎902的飞机900a、900b的流程图(也参考图4、图5A-图5C、图7、图8、图9A、图9B、图10A和图10B)。
方框1100表示形成排气装置400。
引擎机舱402、916的排气装置400能以许多方式呈现，包括但不限于以下。
1.排气装置400包括弯曲部分502和喷嘴1002，使得当喷嘴1002围绕主体(例如，核心排气装置411或核心喷嘴411a，例如，如在涡扇引擎500、902中发现的)设置，并且喷嘴和主体之间的气体G的流动F由排气装置400上的OFS和主体1016上的IFS限制时：
a.OFS 406上的第一点P1和IFS 410上的第二点P2之间的第一距离D1大于OFS 406上的第三点P3和IFS 410上的第四点P4之间的第二距离D2；
b.第一距离D1处于挂架516、904和核心排气装置411之间的第一区域R1中；并且第二距离D2处于核心排气装置和引擎机舱402的外表面的背离使用引擎推进的飞机900a、900b的区段S5之间的第二区域R2中。在一个或多个示例中，风扇管道514的在挂架516的附接侧上的第一区域R1或第一侧1010中的体积大于风扇管道514的在第一区域R1或第一侧1010相对的第二区域R2或第二侧1014中的体积；和/或
c.附接到引擎机舱402、916的外部914的挂架904比第三点P3更靠近第一点P1。
2.根据实施例1所述的排气装置400，其中，第一点P1、第二点P2、第三点P3和第四点P4共线；P2位于P4和P1之间；P4位于P2和P3之间；并且弯曲部分在具有与从P2到P1的矢量V1共线的矢量V2分量的方向上弯曲(例如，朝外)；并且
3.根据实施例1或2所述的排气装置，其中，弯折或弯曲部分502包括：第一点P1的位置中的第一偏移S1，为排气装置400的直径518的大约1.5％(例如，1％-2％)(例如，直径518的1.5％-2.5％或1％-2％)，如在排气装置400的后缘E处测得的，以及第三点P3的位置中的第二偏移S2，为排气装置400的直径518的大约1.5％(例如，1％-2％)(例如，直径518的0.5％-1.5％)，如在排气装置400的后缘E处测得的。在一个或多个示例中，在其中排气装置400和核心排气装置411同轴或第一距离D1等于第二距离D2的情况下，第一偏移和第二偏移分别对应于第一点P1和第三点P3的位置。在一个或多个示例中，相对于D1和D2已经使核心喷嘴在引擎的纵向轴线AA’或中心线上居中的情况，D1长了1％-2％，并且D2短了1％-2％。
4.根据实施例1、2或3所述的排气装置400，其中，弯折或弯曲部分502包括在挂架的方向上的弯折(例如，向上的弯折502a)，使得第一距离D1处于OFS 406的顶部T1处的第一点P1和IFS 410或核心排气装置411的顶部T2处的第二点P2之间，并且第二距离D2处于OFS406的底部B1处的第三点P3和IFS 410的底部B2处的第四点P4之间。
5.根据实施例4所述的排气装置400，其中，弯曲部分502(向上的弯折502a)包括，在OFS 406的顶部T1向上或向外的第一偏移S1，第一偏移S1为排气装置400的直径518的大约1.5％(例如，1％-2％)，如在排气装置400的后缘E处测得的，以及在OFS 406的底部B1向上的第二偏移S2，第二偏移S2为排气装置400的直径518的大约1.5％(例如，1％-2％)，如在排气装置400的后缘E处测得的。在一个或多个示例中，当排气装置400和核心排气装置506同心时(图5A中的虚线)，与位置P1-P4相比测得第一偏移S1和第二偏移S2。
6.根据实施例1-5中的一项或任意组合的排气装置400，其中，弯折或弯曲部分502抵消或中和由挂架产生的压力场PF，该压力场PF使推力812的推力矢量V3偏转，并且弯折或弯曲部分502提高了推力矢量V3在平行于涡扇引擎500、902的纵向轴线AA’的朝后方向上的对准。
7.根据实施例1-6中的一项或任意组合的排气装置400，其中，排气装置400包括形成弯折或弯曲部分502的剪切(例如，排气装置400包括在形成通过挂架516、904和排气装置400的横截面的平面P中的剪切S3、S4，该剪切形成弯曲部分502)。
8.根据实施例1-7中的一项或任意组合的排气装置400，其中，成形包含剪切金属管550，以便形成包括弯折或弯曲部分502的剪切管550。
9.根据实施例1-8中的一项或任意组合的排气装置400，其中，成形包括将金属片成形为排气装置400，使得OFS 406包括弯折或弯曲部分502(例如，形成为排气装置的直径518的1％-2％的偏移S1和S2)。
10.根据实施例1-9中的一项或任意组合的排气装置，其中，排气装置400中的弯折或弯曲部分502允许使用更小半径的排气装置中心主体来更好地执行，从而对于给定的燃料消耗而言增加了从排气装置400输出的推力812。
在一个或多个示例中，风扇管道外壁包括风扇喷嘴400a并包括包含复合结构的弯曲部分502。
方框1102表示可选地组装排气装置400和入口504以便形成引擎机舱402。在一个或多个示例中，引擎机舱402进一步包括风扇罩和反推装置。
引擎机舱402能以许多方式呈现，包括但不限于以下。
11.引擎机舱402构造成包括入口504和排气装置400。
12.引擎机舱402包括根据实施例1-11中的一项或任意组合的弯折或弯曲部分502，其中，弯折或弯曲部分502位于风扇喷嘴400a的后半部H中。
13.在一个或多个实施例中，引擎机舱包括外部引擎机舱552，并且弯曲部分完全位于外部引擎机舱的长度L1的最后25％内。
14.引擎机舱402包括根据实施例1-13中的一项或任意组合的弯折或弯曲部分502，其中，相比于不具有弯折或弯曲部分502的引擎机舱302，排气装置400的后缘E处的排气装置400的半径R3(直径518的一半)较小。
方框1104表示提供包括容纳在引擎机舱402中的引擎核心506的引擎902(例如，涡扇引擎500)，引擎核心506包括或连接到核心喷嘴411a；风扇508容纳在引擎机舱402中，以便将第一部分空气510通过入口504吸入到引擎核心506中，并将第二部分空气512通过入口504吸入到引擎核心506和引擎机舱402之间的风扇管道514中。风扇管道具有位于引擎机舱上的OFS 406和与OFS相对的IFS 410，使得OFS 406和IFS 410限制第二部分空气512的流动F。第一部分空气510用于燃烧引擎核心506中的燃料，以便形成通过核心排气装置411(例如，喷嘴411a)排出并产生推力812的第一分量的第一废气702d。第二部分空气512通过引擎机舱402的排气装置400排出为第二废气702e，以便产生推力812的第二分量。弯曲部分502使第二废气在飞机900a的飞行和/或起飞期间在抵消由挂架516导致的第二废气702e的偏转的方向上偏移(或向第二废气施加矢量偏移V)。更具体地，外流动表面406包括具有曲率C的弯曲部分502，使得外流动表面406上的后缘E处的第一点P1和内流动表面410上的第二点P2之间的第一距离D1大于外流动表面406的后缘E上的第三点P3和内流动表面410上的第四点P4之间的第二距离D2；第一距离D1处于挂架516和核心排气装置411之间的第一区域R1中；第二距离D2处于核心排气装置411和引擎机舱402的背离使用引擎500推进的飞机900a的区段S5之间的第二区域R2中。
在一个或多个示例中，在由引擎902(例如，涡扇引擎)产生给定的推力812的情况下，OFS 406的弯折或弯曲部分502使得降低了引擎902下游所经受的噪声和/或降低了引擎核心506中消耗的燃料。在一个或多个示例中，矢量偏移V使飞机燃料效率改善了大约0.5％(例如，改善了0.5％或至少0.5％)。
涡扇引擎500、902能以许多方式呈现，包括但不限于以下。
15.涡扇引擎500、902包括根据实施例1-14中的一项或任意组合的弯折或弯曲部分502，其中，弯折或弯曲部分502提高了推力812的推力矢量V3在平行于涡扇引擎500、902的纵向轴线AA的朝后方向上的对准。
16.根据实施例1-15中的一项或任意组合的涡扇引擎，该引擎包括齿轮传动式涡扇引擎，并且相比于不具有弯曲部分的引擎机舱302，引擎机舱402形成围绕引擎核心506的更紧密包裹，从而降低了引擎500、902的空气动力学阻力。
方框1106表示使用利用结构912的挂架904、516将一个或多个引擎902(例如，涡扇引擎500)安装在飞机900a、900b上。
17.根据实施例1-16中的一项或任意组合的涡扇引擎500、902，其中，结构912是包括将引擎机舱402附接到机翼920的挂架516的安装件。
18.根据实施例1-16中的一项或任意组合的涡扇引擎，其中，结构912是附接到引擎机舱402的挂架904，并将引擎机舱402附接到机身906或尾翼918。
19.尽管本发明的实施例结合涡扇引擎示出，但是包括曲率C或弯曲部分502(例如，弯折)的引擎机舱也可用于容纳任何引擎(例如，螺旋桨引擎或火箭引擎)，该引擎的输出推力可由将引擎机舱附接到飞机的挂架而偏转。
方框1108表示可选地操作由引擎902提供动力的飞机。
曲率C或弯曲部分502(例如，剪切)使风扇排气流702b与引擎500的纵向轴线AA和/或飞行方向854b更好地对准。剪切(例如，曲率C或弯曲部分502)可用于将风扇排气流702b朝向或远离挂架引导。在一个或多个实施例中，曲率C或弯曲部分502(例如，弯折)在飞机的飞行和/或起飞期间在使得抵消由挂架导致的第二废气的偏转的方向上向第二废气施加矢量偏移V3(例如，中和了风扇喷嘴下游的压力场，从而允许风扇流沿着引擎轴线向后传播，具有与主排气更少的混合并提供降低的喷注噪声的附带益处(在一个或多个示例中)。因此，在一个或多个示例中，在给定推力下，向上弯折或弯曲部分502降低了涡扇引擎下游所经受的噪声和/或降低了引擎核心中消耗的燃料。在一个或多个示例中，风扇喷嘴400a中的弯折或弯曲部分502使燃料燃烧降低了0.25％-0.75％(例如，当D1和D2分别改变了+1英寸和-1英寸时)。在一个或多个示例中，弯折或弯曲部分502也减轻了引擎机舱的路拱线(crown line)上的反压力。
在其它实施例中，曲率C或弯曲部分可构造成将风扇排气流702b朝向飞机900a、900b偏转或引导(例如，以补偿机翼升流)，以便提高风扇排气流与飞行方向的对准。
在仍进一步的实施例中，曲率C或弯曲部分502可构造成将风扇排气流远离挂架偏转或引导，以避免与飞机的干涉。
尽管引擎机舱402可解决使用具有短的推进系统(例如，齿轮传动式涡扇引擎)的更紧密包裹所引起的阻力问题，但是在长的(非齿轮传动式涡扇)引擎中也已经观察到了喷嘴性能在推力效率和推力矢量方面以及声学效益上的改善，并且该引擎机舱通常也可应用于所有类型的引擎。
结论
这里对本公开的优选实施例的描述做出总结。前述的优选实施例已经出于说明和描述的目的而给出。其并非旨在穷举或将本公开限制为所公开的特定形式。根据上述教导，可进行许多修改和变化。旨在使权利的范围不限于该详细描述，而是由本文所附的权利要求限制。

Claims (14)

1.一种引擎机舱(302、402、916)，包括排气装置(400、1000)和挂架(312、516、904)，所述排气装置(400、1000)包括喷嘴(1002、411a)，所述喷嘴(1002、411a)包括弯曲部分(502)，该弯曲部分构造成使通过所述排气装置(400、1000)离开的气体流在抵消由附接到所述引擎机舱(302、402、916)的所述挂架导致的气体流的偏转(854)的方向(854b)上偏移，
其中：
所述喷嘴(1002、411a)围绕主体(1016)设置，并且所述喷嘴(1002、411a)和所述主体(1016)之间的气体流由所述喷嘴(1002、411a)上的外流动表面(1004)和所述主体(1016)上的内流动表面(1006)限制；
所述外流动表面(1004)上的第一点P1和所述内流动表面(1006)上的第二点P2之间的第一距离D1长于所述外流动表面(1004)上的第三点P3和所述主体(1016)上的第四点P4之间的第二距离D2；
附接到所述引擎机舱(302、402、916)的所述挂架(312、516、904)比所述第三点P3更靠近所述第一点P1；并且
从所述喷嘴(1002、411a)排出的废气(702)在使用所述喷嘴(1002、411a)推进的飞机(900a、900b)的飞行和/或起飞期间在抵消所述废气(702)远离所述挂架(312、516、904)并由所述挂架(312、516、904)引起的偏转(854)的方向(V)上偏移。
2.根据权利要求1所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述挂架(312、516、904)构造成将所述引擎机舱(302、402、916)附接到机翼(920)。
3.根据权利要求1所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述挂架(312、516、904)构造成将所述引擎机舱(302、402、916)附接到机身(906)或尾翼(918)。
4.根据权利要求1所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述弯曲部分(502)：
提高了所述废气(702)的流动F2在平行于包括所述喷嘴(1002、411a)的引擎(500、902)的纵向轴线AA的朝后方向(854a)上的对准。
5.根据权利要求1所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述喷嘴(1002、411a)是涡扇引擎(902)中的风扇喷嘴(410a)，并且所述弯曲部分(502)包括：
所述第一点P1的位置中的第一偏移S1，为所述喷嘴(1002、411a)的直径(518)的1％-2％，如在所述喷嘴(1002、411a)的后缘E处测得的，以及
所述第三点P3的位置中的第二偏移S2，为所述喷嘴(1002、411a)的直径(518)的1％-2％，如在所述风扇喷嘴(410a)的后缘E处测得的。
6.根据权利要求1所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述弯曲部分(502)具有使离开所述排气装置(400、1000)的所述气体流F2远离所述挂架(312、516、904)偏移的曲率C，以便避免所述气体流与飞机(900a、900b)的干涉。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，当所述排气装置(400、1000)附接到包括机翼(920)的飞机(900a、900b)时，所述弯曲部分(502)使包括气体G的尾流P7向上偏移以抵消：
所述尾流P7从所述飞机(900a、900b)的飞行方向(854b)向下的偏转(854)，所述偏转(854)由于所述机翼(920)相对于所述飞行方向(854b)的入射(960)而引起，和/或
所述挂架(312、516、904)使所述尾流P7远离所述飞行方向(854b)偏转。
8.根据权利要求1所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，
所述喷嘴(1002、411a)包括在所述喷嘴(1002、411a)的第一侧(1010)上远离所述引擎机舱(302、402、916)的纵向轴线弯曲的第一弯曲表面(1008)以及在与所述第一侧(1010)相对的第二侧(1014)上朝向所述纵向轴线弯曲的第二弯曲表面(1012)，其中：
所述第一弯曲表面(1008)具有第一曲率半径C1，
所述第二弯曲表面(1012)具有第二曲率半径C2，
所述第一曲率半径C1和所述第二曲率半径C2两者均位于形成通过所述喷嘴(1002、411a)和附接到所述引擎机舱(302、402、916)的挂架(312、516、904)的横截面的平面P中，
所述第一曲率半径C1大于所述第二曲率半径C2，并且
所述第一侧(1010)位于所述平面P的更靠近附接到所述喷嘴(1002、411a)的所述挂架(312、516、904)的一侧上。
9.根据权利要求8所述的引擎机舱(302、402、916)，其中：
所述第一弯曲表面(1008)和所述第二弯曲表面(1012)两者均使所述喷嘴(1002、411a)的后缘E偏移了所述喷嘴(1002、411a)的直径(518)的1％-2％，如在所述后缘E处测得的。
10.根据权利要求8所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述第一弯曲表面(1008)和所述第二弯曲表面(1012)位于所述喷嘴(1002、411a)的后半部中。
11.根据权利要求8所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述引擎机舱(302、402、916)包括外部引擎机舱(552)，并且所述第一弯曲表面(1008)和所述第二弯曲表面(1012)位于所述外部引擎机舱(552)的长度的最后25％内。
12.根据权利要求8所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述第一弯曲表面(1008)和所述第二弯曲表面(1012)使从所述喷嘴(1002、411a)排出的废气(702)在由所述喷嘴(1002、411a)推进的飞机(900a、900b)的飞行和/或起飞期间抵消由所述挂架(312、516、904)导致的所述废气(702)的偏转(854)的方向(854b)上偏移，以便提高来自所述喷嘴(1002、411a)的所述废气(702)的流动F2在平行于包括所述喷嘴(1002、411a)的引擎(500、902)的纵向轴线AA的朝后方向(854a)上的对准。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述挂架(312、516、904)构造成将所述引擎机舱(302、402、916)附接到机翼(920)。
14.根据权利要求8所述的引擎机舱(302、402、916)，其中，所述挂架(312、516、904)构造成将所述引擎机舱(302、402、916)附接到机身(906)或尾翼(918)。
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