CN112664275A - 无涵道单转子发动机 - Google Patents

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CN112664275A
CN112664275A CN202011102845.3A CN202011102845A CN112664275A CN 112664275 A CN112664275 A CN 112664275A CN 202011102845 A CN202011102845 A CN 202011102845A CN 112664275 A CN112664275 A CN 112664275A
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CN
China
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vanes
vane
engine
propulsion system
blades
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CN202011102845.3A
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B·W·米勒
A·布里兹-斯特林费洛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

本发明涉及无涵道单转子发动机。提供了一种根据本公开的方面的推进系统，推进系统包括转子组件和静叶组件，转子组件具有相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶，静叶组件定位成与转子组件成空气动力学关系。静叶组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，并且推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。

Description

无涵道单转子发动机
对相关申请的交叉引用
本申请是非临时申请，其要求2019年10月15日提交的美国临时申请No. 62/915364根据美国法典第35编第119条(e)款的优先权的权益，该美国临时申请通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本申请大体上涉及一种涡轮机发动机，包括用于这样的发动机的架构和用于操作这样的发动机的方法。
背景技术
涡轮风扇发动机根据中央燃气涡轮核心驱动旁通风扇的原理操作，旁通风扇位于发动机的机舱和发动机核心之间的径向位置处。利用这样的构型，发动机在旁通风扇的可允许尺寸方面大体上是受限制的，因为增加风扇尺寸对应地增加了机舱的尺寸和重量。
相比之下，开式转子发动机根据使旁通风扇位于发动机机舱外部的原理操作。与传统涡轮风扇发动机相比，这允许使用能够作用于更大量的空气的更大转子动叶，从而潜在地相比常规涡轮风扇发动机设计而提高推进效率。
已经研究了具有开式转子设计的发动机，该发动机具有由两个反向旋转的转子组件提供的风扇。各个转子组件承载位于发动机机舱外部的翼型件动叶阵列。如本文中所使用的，“反向旋转关系”意味着第一和第二转子组件的动叶布置成在彼此相反的方向上旋转。典型地，第一和第二转子组件的动叶布置成围绕公共轴线在相反方向上旋转，并且沿着该轴线轴向地间隔开。例如，第一转子组件和第二转子组件的相应动叶可同轴地安装并间隔开，其中第一转子组件的动叶构造成围绕轴线顺时针旋转，并且第二转子组件的动叶构造成围绕轴线逆时针旋转(或反过来)。
然而，反向旋转转子组件在从功率涡轮传递功率以驱动在相反方向上旋转的转子组件的动叶方面带来技术挑战。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
提供了一种根据本公开的方面的推进系统，该推进系统包括转子组件和静叶组件，该转子组件具有相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶，该静叶组件定位成与转子组件成空气动力学关系。静叶组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，并且推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。
本发明的另一个方面涉及一种推进系统，该推进系统具有无涵道单转子组件，该组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶。静叶组件定位在无涵道转子组件的后方，并包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶。推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。
本发明的另一个方面涉及一种推进系统，该推进系统具有无涵道单转子组件，该组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶。静叶组件定位在无涵道转子组件的后方，并包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶。推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率、在2和-2之间的静叶数量与动叶数量之间的差值或者在20和30之间的动叶与静叶的总和中的一个或多个。参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成其部分的附图图示了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
技术方案1. 一种限定发动机中心线的推进系统，所述推进系统包括：
转子组件，其包括相对于所述发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶；以及
静叶组件，其定位成与所述转子组件成空气动力学关系，其中，所述静叶组件包括相对于所述发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，并且其中，所述推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量为20个或更少。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量在16个和11个之间。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述静叶数量与所述动叶数量之间的差值在2和-2之间。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述静叶数量与所述动叶数量之间的差值在2和-2之间，并且其中，所述动叶数量在16个和11个之间。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量与所述静叶数量的所述比率在0.5和1.5之间。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，动叶和静叶的总和为30个或更少，并且其中，动叶和静叶的所述总和为20个或更多。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述转子组件是无涵道的。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述静叶组件定位在所述转子组件的后方。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述静叶组件是无涵道的。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述推进系统包括：
封装在机舱中的核心发动机，其中，所述机舱限定最大直径，并且其中，所述静叶组件从所述机舱延伸。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述转子组件包括毂，所述多个动叶从所述毂延伸，并且其中，所述推进系统包括从所述毂的前端延伸到所述机舱的后端的长度，并且其中，长度与最大直径的比率为至少2。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，长度与最大直径的所述比率为至少2.5。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述核心发动机和所述转子组件一起构造成在巡航高度下产生25马力/英尺2或更大的功率负载。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述转子组件构造成以高达750英尺/秒的动叶末梢速度旋转。
技术方案16. 一种限定发动机中心线轴线的推进系统，所述推进系统包括：
无涵道单转子组件，其包括相对于所述发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶；以及
静叶组件，其定位在所述无涵道转子组件的后方，其中，所述静叶组件包括相对于所述发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，并且其中，所述推进系统包括在2和-2之间的静叶数量与动叶数量之间的差值。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述转子组件包括动叶桨距改变机构，所述动叶桨距改变机构构造成相对于在所述多个静叶中的一个或多个处的静叶桨距来控制在所述多个动叶中的一个或多个处的动叶桨距。
技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述静叶组件包括静叶桨距改变机构，所述静叶桨距改变机构构造成相对于在所述多个动叶中的一个或多个处的动叶桨距来控制在所述多个静叶中的一个或多个处的静叶桨距。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述推进系统包括：
封装在机舱中的核心发动机，其中，所述机舱限定最大直径，并且其中，所述静叶组件从所述机舱延伸；并且
其中，所述转子组件包括毂，所述多个动叶从所述毂延伸，并且其中，所述推进系统包括从所述毂的前端延伸到所述机舱的后端的长度，并且其中，长度与最大直径的比率为至少2。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量为20个或更少。
技术方案21. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，动叶和静叶的总和为30个或更少，并且其中，动叶和静叶的所述总和为20个或更多。
技术方案22. 根据任意前述技术方案所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量与所述静叶数量的比率在2:5和2:1之间。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：
图1是根据本公开的方面的推进系统的实施例的横截面侧视图；
图2是图1的推进系统的静叶组件的静叶的示例性实施例；
图3至图7是图1的推进系统的静叶组件的实施例的展开视图；
图8是图1的推进系统的可铰接静叶的位置的示例性实施例；以及
图9示出了曲线图，其描绘了针对关于图1至图8描绘和描述的发动机的一个或多个实施例的噪声水平与动叶和静叶数量的关系。
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的本实施例，其一个或多个示例在附图中图示。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中相同或相似的标记已用于指代本发明的相同或相似的部分。
词语“示例性”在本文中用来意指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式都不一定被解释为相比其它实施方式优选或有利。
如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可能够互换地使用，以将一个构件与另一个构件区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
用语“前”和“后”指代燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，并且指代燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，“前”指代较接近于发动机入口的位置，并且“后”指代较接近于发动机喷嘴或排气口的位置。
用语“上游”和“下游”指代相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”指代流体所流自的方向，且“下游”指代流体所流至的方向。
用语“联接”、“固定”、“附接到”等指代直接联接、固定或附接以及通过一个或多个中间构件或特征的间接联接、固定或附接两者，除非本文中另外指定。
除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数个引用对象。
如在本文中遍及说明书和权利要求书而使用的近似语言适用于修饰可容许变化的任何定量表示，而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“约”、“近似地”和“基本上”的一个或多个用语修饰的值将不限于所指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指代在单独值、值的(一个或多个)范围和/或限定值的(一个或多个)范围的端点中的1%、2%、4%、10%、15%或20%的裕度内。
在此且遍及说明书和权利要求书，范围限制组合且互换，除非上下文或语言另外指示，否则这样的范围被标识且包括包含在其中的所有子范围。例如，本文中所公开的所有范围都包括端点，且端点能够彼此独立地组合。
对“噪声”、“噪声水平”或“感知噪声”或其变型的引用理解为包括机身外的声压级(SPL)、机身外噪声水平、感知噪声水平、有效感知噪声水平(EPNL)、瞬时感知噪声水平(PNL(k))、或音调校正感知噪声水平(PNLT(k))、或一个或多个持续时间校正因子、音调校正因子、或其它适用因子，如由联邦航空管理局(FAA)、欧盟航空安全局(EASA)、国际民用航空组织(ICAO)、瑞士联邦民用航空办公室(FOCA)或其委员会、或其它等同监管或管理机构所限定的。在本文中提供噪声水平的某些范围(例如，单位为分贝或dB)的情况下，将理解，本领域的技术人员将在没有歧义或不当的实验的情况下理解用于测量和确定这样的水平的方法。在具有合理的确定性且没有不当实验的情况下，如由本领域技术人员在本文中提供的用于测量和确定一个或多个噪声水平的方法包括但不限于理解测量系统、在发动机和/或飞行器相对于测量系统或其它感知物体之间的参考系(包括但不限于距离、位置、角度等)、或大气条件(包括但不限于温度、湿度、露点、风速和矢量及其测量参考点)，如可由FAA、EASA、ICAO、FOCA或其它监管或管理机构限定的。
将为合乎期望的是，提供一种开式转子推进系统，该系统利用类似于传统涡轮风扇发动机旁通风扇的单个旋转转子组件，这降低了设计的复杂性，并且产生了与反向旋转推进设计相当的推进效率水平，同时显著减小了重量和长度。
本文中提供了单无涵道转子发动机10的实施例。本文中所提供的发动机或推进系统的实施例产生在阈值功率负载(即，功率/转子翼型件的面积)处和其上的增加的无涵道转子效率。在某些实施例中，在巡航高度下，阈值功率负载为25马力/英尺2或更大。在发动机的特定实施例中，本文中所提供的结构和方法在巡航高度下产生在25马力/英尺2和100马力/英尺2之间的功率负载。巡航高度大体上是在爬升后和下降到进近飞行阶段前飞行器水平面所处的高度。在多种实施例中，发动机应用于具有高达近似65000英尺的巡航高度的运载工具。在某些实施例中，巡航高度在近似28000英尺和近似45000英尺之间。在另外的某些实施例中，巡航高度以基于海平面处的标准气压的飞行水平面表示，其中巡航飞行状况在FL280和FL650之间。在另一个实施例中，巡航飞行状况在FL280和FL450之间。在另外的某些实施例中，巡航高度至少基于大气压力来限定，其中巡航高度基于近似14.70磅/平方英寸的海平面压力和近似59华氏度的海平面温度在近似4.85磅/平方英寸和近似0.82磅/平方英寸之间。在另一个实施例中，巡航高度在近似4.85磅/平方英寸和近似2.14磅/平方英寸之间。应当理解，在某些实施例中，由压力限定的巡航高度的范围可基于不同的参考海平面压力和/或海平面温度来调整。
单无涵道转子发动机的多种实施例包括与带动叶的转子组件20成空气动力学关系的静叶组件30。参考图1，静叶组件30定位在单无涵道转子组件20的后方(即，靠近后端99)或大体上下游(相对于由箭头FW示意性地描绘的正常的向前操作)。静叶组件30可大体上限定去旋流器设备，该去旋流器设备构造成减少无涵道转子的动能损失或将动能损失转换成推力输出。在某些实施例中，静叶组件30构造成至少基于来自转子组件20的输出速度矢量来调节静叶桨距角90。可调节静叶桨距角构造成基于期望的发动机操作(例如，向前推力、中性或无推力、或反向推力)和期望的声学噪声水平来输出期望的推力矢量。在另外的某些实施例中，带动叶的转子组件20构造成至少基于到静叶组件30的期望的输出速度矢量、期望的发动机操作或期望的声学噪声水平来调节动叶桨距角91。在另外的多种实施例中，转子组件20构造成基于到转子组件的进入空气的攻角来调节转子平面，以便调节到静叶组件的输出速度矢量，并降低或消除来自转子组件的不期望的噪声水平。
单无涵道转子发动机10的某些实施例基于相对于进入空气的攻角和从转子组件到后静叶组件的输出空气速度的动态动叶桨距角改变、静叶桨距角改变和/或转子平面角改变来提供噪声降低或衰减。另外或备选地，本文中所提供的发动机10的实施例可衰减低频噪声，诸如当发动机处于巡航高度时可传播到地面或者如可被称为“途中噪声”的那些噪声。发动机的多种实施例构造成合乎期望地改变转子平面角、动叶桨距角和/或静叶桨距角，以减轻不期望的噪声向地面和机身的传播。另外，发动机10可构造成合乎期望地向上(例如，向天空)而不是朝向地面偏转噪声。照此，感知的噪声水平可通过本文中所提供的一个或多个结构来降低或减轻。
现在参考附图，图1示出了单无涵道转子发动机10的示例性实施例的正视横截面视图。如从图1所见，发动机10采用开式转子推进系统的形式，并且具有转子组件20，转子组件20包括围绕发动机10的纵向轴线11的翼型件动叶21的阵列。动叶21围绕纵向轴线11以典型地等间距的关系布置，并且各个动叶21具有根部223和末梢246以及限定在它们之间的翼展。
另外，发动机10包括具有核心(或高速系统)40和低速系统的燃气涡轮发动机。核心发动机40大体上包括高速压缩机4042、高速涡轮4044和在它们之间延伸并连接高速压缩机4042和高速涡轮4044的高速轴4045。高速压缩机4042、高速涡轮4044和高速轴4045可共同地限定并被称为发动机的高速转轴4046。此外，燃烧区段4048位于高速压缩机4042和高速涡轮4044之间。燃烧区段4048可包括一个或多个构型，其用于接收燃料和空气的混合物，并通过高速涡轮提供燃烧气体流，以用于驱动高速转轴4046。
低速系统50类似地包括低速涡轮5050、低速压缩机或增压器5052以及在低速压缩机5052和低速涡轮5050之间延伸并连接它们的低速轴5055。低速压缩机5052、低速涡轮5050和低速轴5055可共同地限定并被称为发动机的低速转轴5054。
应当理解，当与压缩机、涡轮、轴或转轴构件一起使用时，用语“低”和“高”或它们相应的比较级(例如，在可适用的情况下，“更”)各自指代发动机内的相对速度，除非另外指定。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定构造成以低于发动机处的“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度(诸如最大可允许旋转速度)操作的构件。备选地，除非另外指定，否则前面提到的用语可理解为它们的最高级。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”可指代涡轮区段内的最低的最大旋转速度涡轮，“低压缩机”或“低速压缩机”可指代压缩机区段内的最低的最大旋转速度涡轮，“高涡轮”或“高速涡轮”可指代涡轮区段内的最高的最大旋转速度涡轮，并且“高压缩机”或“高速压缩机”可指代压缩机区段内的最高的最大旋转速度压缩机。类似地，低速转轴指代比高速转轴更低的最大旋转速度。还应当理解，用语“低”或“高”在这样的前面提到的方面可另外或备选地理解为相对于最小可允许速度，或者相对于发动机的正常、期望、稳定状态等操作的最小或最大可允许速度。
尽管发动机10被描绘成低速压缩机5052定位在高速压缩机4042的前方(即，靠近前端98)，但是在某些实施例中，压缩机4042、5052可呈交错布置，即，低速压缩机5052的旋转翼型件沿着气体流动路径与高速压缩机4042的旋转翼型件呈交替布置。另外或备选地，尽管发动机10被描绘成高速涡轮4044定位在低速涡轮5050的前方，但是在某些实施例中，涡轮4044、5050可呈交错布置。尽管本文中所提供的旋转元件的某些实施例或描述可包括“低压”或“高压”，但是应当理解，旋转元件可另外或备选地分别指代“低速”或“高速”，诸如基于交错布置或上文提供的其它方式。
参考图1，核心发动机40大体上被封装在限定最大直径DM的整流罩1056中。静叶组件30从整流罩1056延伸并定位在转子组件20的后方。在多种实施例中，最大直径被限定为沿着径向方向R面向外的与从转子组件20流出的流体流流体连通的流动路径表面。在某些实施例中，整流罩1056的最大直径基本上对应于从整流罩1056延伸的静叶组件30的静叶31的根部335的位置或定位。转子组件20还包括在多个动叶21前方延伸的毂1052。
在某些实施例中，发动机10限定从毂1052的前端1042到整流罩1056的后端1043的长度L。然而，应当理解，长度L可对应于面向后或推进式构型的毂1052和转子组件20的后端。在另外的某些实施例中，发动机10限定从整流罩1056的后端1043开始的长度L，其中后端1043定位在核心发动机40的出口端或排气口1060处。在多种实施例中，长度L可不包括定位在涡轮机流动路径1062的径向内部的排气喷嘴或帽的尺寸。在多种实施例中，发动机10包括长度(L)与最大直径(DM)的比率，其提供减小的安装阻力。在一个实施例中，L/DM为至少2。在另一个实施例中，L/DM为至少2.5。在多种实施例中，应当理解，L/DM针对单无涵道转子发动机。
减小的安装阻力可进一步提供改进的效率，诸如改进的燃料消耗率。另外或备选地，减小的阻力可提供巡航高度发动机和飞行器在0.5马赫或其上的操作。在某些实施例中，减小的阻力提供巡航高度发动机和飞行器在0.75马赫或其上的操作。在诸如L/DM的某些实施例的某些实施例中，转子组件20和/或定位在转子组件20后方的静叶组件30、发动机10限定在近似0.55马赫和近似0.85马赫之间的最大巡航高度操作速度。在另外的特定实施例(L/DM的某些实施例)中，在转子组件20处的动叶数量与在静叶组件30和/或定位在转子组件20后方的静叶组件30处的静叶数量之比为发动机10提供在近似0.75马赫和0.85马赫之间的最大巡航高度操作速度。
此外，将理解，发动机10还包括整流罩1056，整流罩1056围绕涡轮机并至少部分地限定入口1058、排气口1060以及在入口1058和排气口1060之间延伸的涡轮机流动路径1062。对于所示出的实施例，入口1058是位于转子组件20和静叶组件30之间的环形或轴对称360度入口1058，并且为进入的大气提供路径以进入静叶组件30的径向内部的涡轮机流动路径1062(以及压缩机、燃烧区段和涡轮)。由于多种原因，这样的位置可为有利的，这些原因包括结冰性能的管理以及保护入口1058免受如操作中可遇到的多种物体和材料的影响。
如所描绘的，转子组件20由涡轮机驱动，并且更具体地由低速转轴5054驱动。更具体地，此外，图1所示出的实施例中的发动机10包括功率齿轮箱1064，并且转子组件20由涡轮机的低速转轴5054横跨功率齿轮箱64驱动。以这样的方式，转子组件20的旋转动叶21可围绕轴线11旋转，并产生推力以在向前方向FW上推进发动机10，并因此推进与其相关联的飞行器。
功率齿轮箱1064可包括用于降低低速转轴5054相对于低速涡轮5050的旋转速度的齿轮组，使得转子组件20可以以比低速转轴5054更低的旋转速度旋转。在某些实施例中，功率齿轮箱1064包括至少4:1的齿轮比。尽管在多种实施例中，4:1的齿轮比可大体上使低速涡轮5050以转子组件20的旋转速度的近似四倍的速度旋转，但是应当理解，本文中所提供的其它结构(诸如动叶桨距改变机构和/或电机)可允许无涵道转子组件20以与低速涡轮5050的旋转速度基本上解耦的方式操作。此外，当使用交错反向旋转或无静叶涡轮时，齿轮比可减小，而转子组件20的输出功率没有明显损失。
在示例性实施例中，单无涵道转子发动机10还包括静叶组件30，静叶组件30包括也围绕纵向轴线11设置的静叶31的阵列，并且各个静叶31具有根部335和末梢334以及限定在它们之间的翼展。这些静叶31安装到固定框架，并且不相对于纵向轴线11旋转。在某些实施例中，静叶31包括用于调节其相对于其轴线90和/或相对于动叶21的取向的机构，诸如本文中进一步描述的。出于参考的目的，图1还描绘了用箭头FW表示的向前方向，其继而限定系统的前部分和后部分。如图1中所示出的，转子组件20以“拉进式”构型位于涡轮机的前方，并且排气口1060位于静叶组件30的后方。
可为合乎期望的是，动叶21、静叶31或两者并入桨距改变机构，使得翼型件(例如，动叶21、静叶31等)可独立地或彼此结合地相对于变桨旋转轴线旋转。这样的桨距改变可用于在多种操作调节下改变推力和/或涡流效应，包括提供对在静叶31处产生的推力的量值或方向的调节，或者提供在某些操作状况下(诸如在飞行器着陆时)可能有用的推力反向特征，或者合乎期望地调节至少部分地由动叶21、静叶31或动叶21相对于静叶31的空气动力学相互作用产生的声学噪声。
静叶31尺寸设计、成形和构造成向流体施加反作用涡流，使得在两排翼型件(例如，动叶21、静叶31)后方的下游方向上，流体具有大大降低的涡流程度，这转化为提高的诱导效率水平。
如图1中所示出的，根据期望，静叶31可具有比动叶21更短的翼展，例如动叶21的翼展的50%，或者可具有更长的翼展或与动叶21相同的翼展。静叶31可附接到与推进系统相关联的飞行器结构，如图1中所示出的，或者附接到另一个飞行器结构，诸如机翼、挂架或机身。固定元件的静叶31的数量可少于或多于旋转元件的动叶21的数量，或者与旋转元件的动叶21的数量相同，并且典型地数量多于两个，或者多于四个。
在某些实施例中，多个动叶21各自具有负载分布，使得在动叶根部223和30%动叶翼展246之间的任何位置处，空气流中的ΔRCu的值大于或等于空气流中的峰值ΔRCu的60%。Cu是静止参考系中的圆周平均切向速度。矢量图示出在坐标系中，其中轴向方向在向下方向上，并且切向方向是从左到右的。将Cu乘以空气流半径R得到特性RCu。在给定半径R下的动叶或静叶负载现在被限定为横跨动叶排(在恒定半径下或沿着流管)的RCu的变化，下文中称为ΔRCu，并且是所述动叶排的基本比扭矩的量度。合乎期望地，旋转元件的ΔRCu应在整个翼展的旋转方向上。
在某些实施例中，动叶21在翼展上限定更均一的ΔRCu，特别是在动叶根部223和中翼展之间的区域中。事实上，在30%翼展的位置处，ΔRCu的值大于或等于ΔRCu的最大值的60%，并且在一个实施例中大于或等于ΔRCu的最大值的70%，并且在实施例中大于或等于ΔRCu的最大值的80%。ΔRCu以常规方式横跨转子组件20测量。
在某些实施例中，动叶21弯度在动叶的内部部分中改变，即从约0%翼展到大约50%翼展改变，并且预期示例性实施例的特性也可由弯度分布粗略地限定。满足以下标准中的至少一个：在30%翼展处，动叶弯度是在50%和100%翼展之间的最大弯度水平的至少90%；并且0%翼展弯度是在50%和100%翼展之间的最大弯度的至少110%。动叶21的实施例可包括提供负载分布的几何形状或特征，诸如在美国专利No. 10202865 B2“Unducted ThrustProducing System”在附录A中提供的，该专利通过引用以其整体并入本文中以用于所有目的。
动叶21可包括金属前缘(MLE)包层，以用于在发动机操作期间抵抗外来物体碎片(FOD)，诸如鸟撞击。在特定实施例中，动叶21包括在前缘处的金属片护套。在多种实施例中，动叶21包括一个或多个特征，包括孔口、空隙、开口、空腔或构造成合乎期望地释放动叶21的部分的其它易碎特征，以便最小化对飞行器机身的损坏。
在多种实施例中，多个静叶31和/或飞行器表面1160可包括前缘处理，以便减少转子组件20和定位在转子组件20下游的静叶或飞行器表面之间的声学相互作用。静叶31和/或飞行器表面1160可包括限定修改轮廓的表面修改元件，该修改轮廓构造成对定位在静叶或飞行器表面的至少部分上的源场内的多个声源的相位分布进行去相关。静叶31和/或飞行器表面1160的实施例可包括诸如一个或多个表面改性元件的特征的几何形状，诸如在美国专利申请No. US 2017/0225773 A1“Wing Leading Edge Features to AttenuatePropeller Wake-Wing Acoustic Interactions”中提供的，该申请通过引用以其整体并入本文中以用于所有目的。
在某些实施例中，发动机10包括动叶21与静叶31的期望比率、动叶21的数量与静叶31的数量的差值、或者动叶21的数量与静叶31的数量的总和中的一个或多个，从而提供诸如本文中进一步描述的特定的和意外的益处。此外，应当理解，可为合乎期望的是，在动叶21的数量的一个或多个特定范围内，或者更特别地，在动叶21与静叶31的比率、差值和/或总和的范围内，从本文中所描绘和描述的转子组件20产生推力，以便减少无涵道转子组件和静叶组件之间的相互作用噪声。更进一步地，应当理解，尽管涡轮机械的某些实施例可提供产生推力的动叶数量的部分重叠范围，但是本公开提供如下的范围、差值或总和：其至少部分地为无涵道转子组件提供期望推力，同时衰减或减轻由动叶21和静叶31的相互作用产生的噪声或者衰减由观察者或测量设备感知的噪声。另外或备选地，本文中所描绘和描述的一个或多个静叶31或静叶结构可包括或至少部分地构造在诸如本文中所描述的一个或多个飞行器表面1160处，包括但不限于机翼、挂架、机身、尾翼或非机翼表面。
在多种实施例中，发动机10包括在2:5和2:1之间或者在2:4和3:2之间或者在0.5和1.5之间的动叶21的数量与静叶31的数量的比率。在某些实施例中，动叶21的数量和静叶31的数量之间的差值在二(2)和负二(-2)之间，或者在一(1)和负一(-1)之间。在多种实施例中，动叶21的数量为二十(20)个或更少。在另外的某些实施例中，动叶21的数量和静叶31的数量的总和在二十(20)和三十(30)之间，或者在二十四(24)和二十八(28)之间，或者在二十五(25)和二十七(27)之间。在一个实施例中，发动机10包括在十一(11)和十六(16)之间的动叶21的数量。在另一个实施例中，发动机10包括十二(12)个动叶21和十(10)个静叶31。在再一个实施例中，发动机10包括在三(3)和二十(20)个之间的动叶21和在三(3)和二十(20)个之间的静叶31。在又一个实施例中，发动机10包括相等数量的动叶21和静叶31。在又一个实施例中，发动机10包括相等数量的动叶21和静叶31，其中动叶21的数量等于或少于二十(20)个。在多种实施例中，发动机10包括动叶21的数量与静叶31的数量在2:5和2:1之间的组合，动叶21的数量与静叶31的数量之间的差值在二(2)和负二(-2)之间，并且动叶21的数量在十一(11)和十六(16)之间。例如，动叶数量和静叶数量之间的差值可对应于具有十四(14)个动叶和十六(16)个静叶、或者十四(14)个动叶和十二(12)个静叶、或者十六(16)个动叶和十八(18)个静叶、或者十六(16)个动叶和十四(14)个静叶、或者十一(11)个动叶和十三(13)个静叶、或者十一(11)个动叶和九(9)个静叶等的发动机。
现在参考图9，提供了描绘相互作用噪声水平与诸如本文中所描述的动叶21的数量与静叶31的数量的差值的关系的图表。图9描绘了诸如本文中所描述的动叶21的数量与静叶31的数量的特定范围，以提供诸如本文中所描述的意外结果。还应当理解，本文中以及关于图9提供的差值是由噪声水平的评估产生的。应当理解，本文中提供的动叶21和静叶31的比率、差值、总和或离散数量或它们的组合的期望范围提供了诸如关于图9描绘和描述的噪声水平。关于图9描绘和描述的噪声水平是在代表噪声认证点的操作条件下在动叶组件20的基本动叶通过频率(本文中称之为“1BPF频率”)下获得的。1BPF频率是在该操作条件下动叶组件20的总体噪声特征的主要贡献者。对于给定数量的动叶21 (B0)，当动叶和静叶数量相等时，出现最低噪声水平，其中随着动叶21的数量与静叶31的数量的差值的绝对值增加，噪声水平增加。动叶21的数量可改变(例如，经由线B0+1、B0+2、B0+3描绘的)，对于在+2和-2之间的动叶21的数量与静叶31的数量的差值，仍然获得最低的噪声水平。
在特定实施例中，以空气动力学方式定位在动叶组件20后方以恢复诸如本文中所描述的流中的涡流的静叶组件30与动叶21和静叶31的数量之间的差异的组合允许降低噪声，诸如图9中所描绘的。静叶组件20相对于发动机中心线轴线固定允许降低噪声的辐射效率，并以有利于使用诸如本文中所描述的动叶21和静叶31的数量之间的差异的方式使噪声改道。相比之下，与包括在前动叶排和后动叶排之间的动叶数的较大差异的反向旋转无涵道风扇或螺旋桨转子发动机相比，包括对于前动叶排和后动叶排具有近似相等的动叶数的反向旋转无涵道风扇或螺旋桨转子的发动机可大体上造成增加的噪声辐射。
应当理解，包括本文中所描绘和描述的动叶21与静叶31的比率、差值或总和的一个或多个范围的发动机10的实施例可提供优于涡轮风扇或涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机构型的有利改进。在一个实例中，本文中所提供的发动机10的实施例允许推力范围类似于或大于具有更大数量的动叶或静叶的涡轮风扇发动机，同时还避免了诸如风扇箱或机舱的结构。在另一个实例中，本文中所提供的发动机10的实施例允许推力范围类似于或大于具有相似数量的动叶的涡轮螺旋桨发动机，同时进一步提供诸如本文中所提供的降低的噪声或声级。在再一个实例中，本文中所提供的发动机10的实施例允许诸如本文中所提供的推力范围和衰减的声级，同时减少重量、复杂性或与风扇箱、机舱、可变喷嘴或在机舱处的推力反向器组件相关联的问题。
还应当理解，本文中所提供的动叶21与静叶31的比率、差值、总和和/或离散量的范围可在推力输出和声级方面为燃气涡轮发动机提供特别的改进。例如，大于本文中所提供的一个或多个范围的数量的动叶数量可产生可使开式转子发动机在某些应用(例如，商用飞行器、调节噪声环境等)中停用的噪声水平。在另一个实例中，小于本文中所提供的那些范围的动叶数量可产生不足的推力输出，从而在某些飞行器应用中使开式转子发动机不可操作。在又一个实例中，小于本文中所提供的一个或多个范围的数量的静叶数量可不能充分地产生推力和减弱噪声，从而在某些应用中不能使用开式转子发动机。在再一个实例中，大于本文中所提供的范围的数量的静叶数量可造成重量增加，这不利地影响推力输出和噪声消减。
应当理解，本文中所描绘和描述的单无涵道转子发动机10的多种实施例可允许在0.5马赫或以上的正常亚音速飞行器巡航高度操作。在某些实施例中，发动机10允许在巡航高度下在0.55马赫和0.85马赫之间的正常飞行器操作。在另外的特定实施例中，发动机10允许在0.75马赫和0.85马赫之间的正常飞行器操作。在某些实施例中，发动机10允许等于或小于750英尺/秒(fps)的转子动叶末梢速度。
返回参考图1，并进一步结合图2至图9，在某些实施例中，静叶组件30包括以间隔开的方式布置的多个静叶翼型件31。简要参考图2，提供示例性翼型件31，其以图形方式描绘了诸如弯度角和交错角的多种参数是如何相对于诸如静叶31(图1)的翼型件来限定的。翼型件中弧线(meanline)被描述为在所有位置平分翼型件厚度(或与吸力面和压力面等距)的线。中弧线在前缘(LE)和后缘(TE)处与翼型件相交。翼型件的弯度限定为在前缘处翼型件中弧线的切线与在后缘处翼型件中弧线的切线之间的角度改变。交错角被限定为弦线与中心线轴线(例如，参考线44)形成的角度。参考线44平行于轴线11，并且参考线55正交于参考线44。
在某些实施例中，多个静叶31中的一个或多个能够围绕静叶变桨轴线(例如，图1中的静叶变桨轴线90)旋转。在其它实施例中，多个静叶31中的一个或多个是围绕静叶变桨轴线固定的。应当理解，在另外的某些实施例中，多个静叶31中的一个或多个或全部以诸如本文中所描述的某些布置固定。静叶特性致动组件可用来向静叶31中的一个或多个提供静叶31围绕各个相应静叶31的静叶变桨轴线的取向或翼型件特性的共同的、独立的或成组的(即，第一组静叶能够与第二组静叶不同地和/或独立地操作，诸如本文中所描绘和描述的)调节。静叶31围绕静叶变桨轴线的桨距角的这样的独立或共同调节可用于衰减不期望的声学噪声、用于产生期望的推力矢量和/或用于产生期望的推力负载。
图3至图7各自包括发动机10的径向截面的图示，该径向截面是通过各级轴流式翼型件和附近的飞行器表面截取的，典型地被称为“展开视图”，诸如动叶围绕圆周到平面上的投影。这些视图是通过在从纵向轴线11径向地测量的固定径向尺寸和图1中的参考尺寸R处剖切翼型件级和飞行器表面而产生的。当相应的转子组件20和静叶组件30的动叶21和静叶31在参考尺寸R处剖开时，产生对应的动叶21和静叶31。然后，动叶21和静叶31铺开或“展开”，以在二维空间中观察截面，同时保持翼型件级和任何附近飞行器表面之间的周向和轴向关系。参考尺寸E用于动叶21和静叶31之间的轴向间距。这允许在两个维度中描述图3至图7中的转子组件20和静叶组件30。平行于纵向轴线11且与图1中所示出的移动工作流体的方向Z大体上对齐的轴向维度，以及与轴向维度正交的“展开”或变平的周向维度X。
图3示出了转子组件20的横截面“展开视图”，如所描绘的，转子组件20包括十二个动叶21。各个动叶21分别用小写字母o至z标记，标记为o的动叶21在序列的末尾重复，以突出转子组件20的实际圆周特性。各个动叶21具有动叶前缘244。通过各个动叶前缘244在周向方向X上定位的线限定转子平面24。各个动叶21彼此间隔开，并且轴向地位于转子平面24处。
类似于转子组件20，图3中所描绘的静叶组件30具有十个静叶31，分别标记为a至j，各个静叶具有静叶前缘333。通过各个静叶前缘333在周向方向上定位的线限定定子平面34。在图3中，静叶组件30中的各个静叶31在尺寸、形状和构型上是相同的，并且彼此周向均匀地间隔开(即，沿着参考尺寸P)，并且与转子平面24轴向均匀地间隔开(即，关于参考尺寸E)。静叶31之间的名义上的、均匀分布的周向间距Q可通过使用参考尺寸R的径向高度和静叶组件30中的静叶31的数量N的以下等式来限定：
Q = R * 2 *π/N。
如本文中将进一步描绘和描述的，发动机10可包括控制器，该控制器构造成调节一个或多个静叶31的位置、在转子组件20(例如，关于图2至图7)处的多个动叶21的动叶桨距角和/或相对于转子组件20的多个动叶21的转子组件20的转子平面24。在某些实施例中，在变桨轴线(例如，图1中的静叶变桨轴线90)处的桨距角、相应静叶前缘333到转子平面24的纵向或轴向间距、和/或两个或更多个静叶31沿着参考尺寸Q的周向间距被调节，以相对于发动机10和/或飞行器的多种操作条件(例如，攻角)改进发动机10的声学特征。关于图5至图7进一步提供静叶组件30相对于转子组件20的调节或定位的示例性实施例。在这些图中的各个中，转子组件20和静叶组件30位于飞行器的机翼的轴向前方。另外，飞行器表面1160的示例性实施例被表示为两个机翼区段1161、1162。注意，在各个“展开视图”中存在两个机翼区段，因为产生这些安装视图的径向截面在两个周向位置穿过飞行器的机翼。对于随后的所有附图中的非均一静叶31，这种虚线和实线描绘方法分别用于指代标称和非标称静叶31的示例性实施例。
为了最小化声学特征，合乎期望的是，静叶前缘333的气动负载都是相似的，并且大体上不是高负载的。为了最大化效率并最小化转子组件20的声学特征，期望的目标将是最小化周向地沿着转子组件20的静压的变化。另外或备选地，期望的目标将是最小化声学特征，以使多个静叶31上的不稳定负载尽可能相似。为了最大化静叶组件30的性能，另一个目标是既不使静叶前缘333的气动负载也不使静叶吸力面和压力面的扩散率导致气流的分离。
为了最大化在这些示例性实施例中被描绘为机翼区段1161和1162的飞行器表面的性能，一个目标可为保持机翼负载分布类似于机翼设计成与发动机10隔离时的负载分布，从而保持其期望的设计特性。将飞行器表面1160的性能保持为与发动机10隔离设计的目标适用于非机翼的飞行器表面，包括例如机身、挂架等。此外，为了最大化整个飞行器和发动机10的性能，目标之一是在下游尾流中留下最低水平的合成涡流。如本文中所描述的，在发动机10和飞行器的操作期间，静叶31的非均一特性基于这些期望目标中的一个或多个来调节。
这种最佳性能可部分地通过发展非均一的静叶出口气流角(图4中示出为角度Y和Z)来实现，以最小化发动机安装的相互作用损失并减少声学特征。这种情况的第一示例性实施例在图4中示出，其中静叶组件30中的各对静叶31彼此周向均匀地间隔开，并且与转子平面24轴向均匀地间隔开。然而，图4中的静叶31的标称(没有桨距改变)交错角和弯度变化，以提供进入静叶组件30下游的飞行器表面的最佳出口气流角，诸如关于标记为b至e和g至i的参考静叶31所描绘的。
图5示出了静叶组件30的另一个示例性实施例，其提供与飞行器表面1160互补的流动。在图5中，静叶组件30中的静叶31和相关静叶31在周向上彼此非均一地间隔开，也不与转子平面24轴向均匀地间隔开。非均一程度可沿着静叶的翼展变化。两个静叶31在定子平面34的轴向前方间隔开(参考尺寸F和G)，从而允许静叶组件30与飞行器表面1160轴向合并。例如，飞行器表面1160可至少部分地包括或限定静叶组件30的静叶31中的至少一个。静叶31的标称(没有桨距改变)交错角和弯度角变化，以提供进入机翼区段1161和1162的最佳出口气流角，如标记为d至i的静叶31中所示出的。
图6类似于图5。然而，图5描绘了邻近机翼区段1161的两个静叶31的移除。该示例性实施例允许静叶31与转子平面24轴向均匀地间隔开，并允许机翼区段与静叶组件30轴向合并。
尽管转子组件20和静叶组件30的位置在各个前述示例性实施例中在飞行器表面1160的轴向前方，但是可预见，发动机10可位于飞行器表面1160的后方。在这些实例中，先前列举的针对最佳安装性能的目标保持不变。合乎期望的是，推进系统具有合适的转子组件20周向压力变化、静叶前缘333气动负载以及静叶压力面和吸力面扩散率。这部分地通过单独地或者与改变静叶31的桨距角结合改变静叶组件30中的各个静叶31和相关静叶31的尺寸、形状和构型来实现。对于这些实施例，可额外强调确保组合发动机10和飞行器在下游尾流中留下最低水平的合成涡流。
关于图5至图6描绘和描述的静叶组件30的某些实施例可由于静叶前缘333的非均一定位而增加由撞击在静叶组件30上的转子尾流产生的相互作用噪声。然而，静叶组件30的布置的实施例可有利地且意外地至少基于来自静叶组件30的相互作用噪声和由于转子组件20上的高水平非均一背压而产生的噪声的相对量值来最小化来自转子组件20和静叶组件30的总体噪声，同时最大化如安装到运载工具的发动机10的总体性能，诸如本文中关于巡航速度、动叶末梢速度、功率负载和L/DM中的一个或多个而描述的。
图3中的转子组件20和静叶组件30的示例性实施例被设计用于沿着定子平面34接收进入静叶31中的恒定的涡流角(参考角A)。然而，随着飞行器攻角变化，静叶移动到非设计状态，并且进入静叶组件30的涡流角将围绕定子平面34变化。因此，为了保持静叶前缘333上的气动负载沿着定子平面34大致一致，需要将各个静叶31或一组静叶31旋转不同量的可变桨距系统。这样的桨距改变可通过使静叶31在沿着任何轴线(包括例如沿着静叶31的质心的轴线或沿着静叶前缘333的轴线)的刚体旋转中旋转来实现。对静叶前缘333上的类似气动负载的期望部分地是由将发动机10的声学特征保持较低的期望驱动的。具有高前缘负载的静叶31往往是由上游转子组件20的阵风产生的噪声的更有效的声辐射器。图7中的转子组件20和静叶组件30的示例性实施例通过一个或多个静叶31的桨距角的变化描述了静叶31中的这种期望变化。为了便于解释，我们将在设计点处的静叶的弦线角限定为交错，并且因此将在设计点处的静叶之间的变化限定为交错变化。当发动机10移动到不同的操作状况时，或者当发动机所附接到的飞行器移动到不同的操作状况(例如，起飞、爬升、巡航、进近、着陆等)时，静叶31可围绕变桨轴线90旋转，这被称为静叶31的桨距改变(或桨距角的改变)。由这些刚体旋转引起的静叶弦角的变化被称为桨距角变化。
在图7中，静叶组件30中的各个静叶31在尺寸、形状和构型上是相同的，并且彼此周向均匀地间隔开，并且与转子平面24轴向均匀地间隔开。然而，图7中静叶31的桨距角变化，因为它们代表静叶31变桨致动的变化，以适应变化的输入涡流，参考部分地由飞行器攻角的变化引起的进入定子平面34的不同的输入涡流角A和B。根据需要，这在静叶前缘333上提供类似的气动负载，以保持发动机10的声学特征较低，诸如在本文中进一步描述的一个或多个范围内。这种类似的负载可通过经由静叶特性改变机构独立地改变单个静叶31的桨距角来实现，或者通过类似地改变适于成组的静叶31组的桨距角来实现。静叶31可围绕空间中的任何点变桨旋转，但是可为合乎期望的是，保持原始前缘333的周向间距，并且围绕位于或靠近其前缘333的点旋转静叶31。这在图7中使用标记为c、d、f和g的静叶31示出，其中标称交错静叶31用虚线描绘，并且旋转(或变桨)静叶31用实线描绘。
如在图8中通过示例的方式示出的，可为合乎期望的是，成组的动叶21和静叶31中的任一个或两个结合桨距或翼型件特性改变机构，使得动叶和静叶可独立地或彼此结合地相对于变桨旋转轴线旋转。这样的桨距改变可用于在多种操作状况下改变推力和/或涡流效应，包括提供推力反向、声学噪声衰减或期望的推力矢量，这在发动机10和/或飞行器的某些操作状况下可能是有用的。
如适合于输入涡流和飞行器表面1160安装的给定变化的静叶组件30相对于彼此具有静叶的非均一的特性或参数，这些特性或参数单独地或组合地选自下面的特性或参数。根据一个实施例，可采用大于或等于约2度的相邻静叶31之间的交错角增量，并且根据另一个实施例，该值在约3度和约20度之间。根据一个实施例，可采用大于或等于约2度的相邻静叶31和相关静叶31之间的弯度角增量，并且根据另一个实施例，该值在约3度和约15度之间。对于从约5至约20的静叶31数N来说，可采用标称均匀周向间距的约10%至约400%的相邻静叶31和相关静叶31之间在给定参考尺寸R处的周向间距Q。也可采用静叶31的径向高度H的至多约400%的从转子平面24到静叶31和相关静叶31的轴向间距。
非均一特性可归因于静叶的翼展的部分，或静叶的翼展的基本上全部。在某些实施例中，静叶组件30的多个静叶31中的至少部分或全部可包括静叶特性致动机构，其中静叶特性致动机构构造成调节至少变桨轴线和/或轴向间距，诸如本文中所描述的。
本文中所提供的静叶组件30的另外的多种实施例可包括限定挂架或飞行器表面(例如，飞行器表面1160)的至少一个静叶。应当理解，静叶桨距角改变可诸如本文中所描述合乎期望地朝向或远离挂架表面的推力方向改变，以减弱不期望的噪声的产生。在某些实施例中，一个或多个飞行器表面(诸如挂架)可包括桨距改变机构、襟翼或致动器，其构造成执行与本文中所描绘和描述的一个或多个静叶基本上类似的功能。
本文中所描绘和描述的发动机10的多种实施例提供对已知推进系统的新颖改进。发动机10的实施例包括但不限于动叶与静叶的比率、长度与最大直径的比率、相对于一个或多个动叶或动叶桨距角的静叶间距或取向(即，静叶桨距角)或它们的组合的一个或多个范围。应当理解，一个或多个结构或范围可与本领域已知的一个或多个结构或范围重叠，在这个意义上，具有某些涡轮机械布置的某些结构通常可能不期望与具有其它涡轮机械布置的其它结构结合。例如，涡轮风扇发动机构型通常包括一定数量的静叶，以对围绕转子组件的壳体提供结构支撑，而不提供对于开式转子发动机特定的关于推力输出和噪声消减的任何教导或动因。在另一个实例中，涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机构型通常不包括静叶组件，因为增加的结构可能增加重量，而不会为涡轮螺旋桨发动机或涡轮风扇发动机应用提供其它益处。
在再一个实例中，本文中所描述的动叶与静叶之比的某些范围提供本领域中先前不知道的、或者此外本领域中对于单级无涵道转子组件先前不知道的意外的益处。在又一个实例中，动叶与静叶的某些范围以及发动机的长度与最大直径之比的某些范围提供本领域中先前不知道的、或者此外本领域中对于单级无涵道转子组件先前不知道的意外的益处。在另外的特定实施例中，本文中所提供的动叶与静叶的某些范围、差值或总和提供本领域中先前不知道的意外的益处，诸如降低了动叶组件20和静叶组件30之间的相互作用噪声。
更进一步地，本文中所提供的发动机10的某些实施例可允许在0.5马赫或以上或0.75马赫以上的正常亚音速飞行器巡航高度操作，至少基于动叶与静叶的范围或数量和/或动叶与静叶的范围以及长度与最大直径的比率和/或结合本文中所提供的其它结构。在某些实施例中，发动机10允许在巡航高度下在0.55马赫和0.85马赫之间或在0.75马赫至0.85马赫之间的正常飞行器操作。在某些实施例中，发动机10允许等于或小于750英尺/秒(fps)的转子动叶末梢速度。在另外的某些实施例中，核心发动机40和转子组件20一起构造成产生在巡航高度下25马力/英尺2的阈值功率负载。在发动机10的特定实施例中，本文中所提供的结构和范围产生在巡航高度下在25马力/英尺2和100马力/英尺2之间的功率负载。另外的特定实施例可提供这样的益处，并且动叶组件20和静叶组件30之间的相互作用噪声降低和/或由动叶组件20和静叶组件30产生的整体噪声降低。另外，应当理解，功率负载和/或转子动叶末梢速度的范围可对应于某些结构、核心尺寸、推力输出等、或在核心发动机40和转子组件20处的其它结构。然而，如前所述，在本文中所提供的一个或多个结构在本领域中可能已知的意义上，应当理解，本公开可包括先前不知道要组合(至少是因为部分地基于益处与损失的冲突、期望的操作模式或本领域中其它形式的反向教导的原因)的结构的组合。
还应当理解，本文中所提供的发动机10的多种实施例的某些意外的益处可在推力输出和声级方面为推进系统提供特别的改进。例如，大于本文中所提供的一个或多个范围的数量的动叶数量可产生可能使开式转子发动机在某些应用(例如，商用飞行器、调节噪声环境等)中不能使用的噪声水平。在另一个实例中，小于本文中所提供的那些范围的动叶数量可产生不足的推力输出，从而在某些飞行器应用中使开式转子发动机不可操作。在又一个实例中，小于本文中所提供的一个或多个范围的数量的静叶数量可能不能充分地产生推力和减弱噪声，从而在某些应用中不能使用开式转子发动机。在再一个实例中，大于本文中所提供的范围的数量的静叶数量可导致重量增加，这不利地影响推力输出和噪声消减。
应当理解，包括本文中所描绘和描述的动叶21与静叶31的一个或多个范围的比率、差值、总和或离散数量的发动机10的实施例可提供优于涡轮风扇或涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机构造的有利改进。在一个实例中，本文中所提供的发动机10的实施例允许推力范围类似于或大于具有更大数量的动叶或静叶的涡轮风扇发动机，同时还避免了诸如风扇箱或机舱的结构。在另一个实例中，本文中所提供的发动机10的实施例允许推力范围类似于或大于具有相似数量的动叶的涡轮螺旋桨发动机，同时进一步提供诸如本文中所提供的降低的噪声或声级。在再一个实例中，本文中所提供的发动机10的实施例允许诸如本文中所提供的推力范围和衰减的声级，同时减少重量、复杂性或与风扇箱、机舱、可变喷嘴或在涡轮风扇发动机机舱处的推力反向器组件相关联的问题。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何设备或系统，以及执行任何并入的方法)。本文中所描述的(一个或多个)发明的范围由权利要求中的一项或多项限定，包括两项或更多项权利要求或条款(如下文所阐述的)的组合，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。例如，(一个或多个)发明的方面由以下条款的主题提供，这些条款旨在覆盖所有合适的组合，除非基于逻辑或条款和/或相关联的附图和描述的上下文另外规定：
1. 一种限定发动机中心线的推进系统，推进系统包括：转子组件，其包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶；以及静叶组件，其定位在转子组件的后方，静叶组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，其中，推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。
2. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量为20个或更少。
3. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量在3个和20个之间。
4. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶数量为30个或更少。
5. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶数量在5个和30个之间。
6. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量为12个，并且其中，静叶数量为10个。
7. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量等于静叶数量。
8. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，转子组件是无涵道的。
9. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶组件是无涵道的。
10. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，转子组件包括动叶桨距改变机构，该动叶桨距改变机构构造成控制在多个动叶中的一个或多个处的动叶桨距。
11. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶组件包括静叶桨距改变机构，该静叶桨距改变机构构造成控制在多个静叶中的一个或多个处的静叶桨距。
12. 一种用于减少针对单无涵道转子发动机的噪声产生的系统，该系统包括根据本文中的一项或多项条款的推进系统。
13. 一种限定发动机中心线的推进系统，推进系统包括：无涵道转子组件，其包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶，转子组件构造成产生与发动机中心线轴线基本上同向的推力；以及静叶组件，其定位在转子组件后方，静叶组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，其中，推进系统在巡航高度下在转子组件处产生至少25马力/英尺2的功率负载。
14. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，推进系统在巡航高度下在转子组件处产生100马力/英尺2或更小的功率负载。
15. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，巡航高度包括在4.85磅/平方英寸和2.14磅/平方英寸之间的环境空气条件。
16. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。
17. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量在3个和20个之间。
18. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶数量在5个和30个之间。
19. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，转子组件包括动叶桨距改变机构，该动叶桨距改变机构构造成控制在多个动叶中的一个或多个处的动叶桨距。
20. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶组件包括静叶桨距改变机构，该静叶桨距改变机构构造成控制在多个静叶中的一个或多个处的静叶桨距。
21. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，推进系统在巡航高度下在转子组件处产生50马力/英尺2或更小的功率负载。
22. 一种推进系统，推进系统包括：核心发动机，其封装在机舱中，其中，机舱限定直径；转子组件，其包括多个动叶和毂；静叶组件，其从核心发动机的机舱延伸，静叶组件定位在转子组件的后方，推进系统限定从转子组件的毂延伸到机舱的后端的长度，并且其中，长度与直径的比率为至少2。
23. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，核心发动机包括轴对称入口。
24. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，包括用于减少针对根据本文中的一项或多项条款的单无涵道转子发动机的噪声产生的系统。
25. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，转子组件是构造成提供基本上轴向的推力的单无涵道转子组件。
26. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，包括核心发动机，其构造成产生用于驱动涡轮区段的燃烧气体，其中，可变桨距转子组件构造成提供推力矢量的改变而不改变核心发动机处的速度。
27. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，包括用于减少针对根据本文中的一项或多项条款的单无涵道转子发动机的噪声产生的系统。
28. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，转子组件是构造成提供基本上轴向的推力的单级无涵道转子组件。
29. 一种用于减少针对单无涵道转子发动机的噪声产生的系统，该系统包括根据本文中的一项或多项条款的推进系统。
30. 一种限定发动机中心线的推进系统，推进系统包括：转子组件，其包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶；以及静叶组件，其定位在转子组件的后方，静叶组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，其中，多个静叶构造成相对于彼此产生非均一特性，并且其中，推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。
31. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，多个静叶中的两个或更多个彼此周向交错。
32. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，多个静叶中的两个或更多个彼此轴向交错。
33. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，非均一特性包括弯度、交错、周向间距、轴向位置、翼展、末梢半径或它们的组合中的一个或多个。
34. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，包括能够操作地连接到静叶组件的多个静叶的静叶特性改变机构，其中，静叶特性改变机构构造成产生多个静叶相对于彼此的非均一特性。
35. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶特性改变机构构造成向多个静叶提供两个或更多个不同的静叶特性计划。
36. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，连接到静叶特性改变机构的多个静叶能够独立于至少一个其它静叶操作。
37. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，多个静叶包括第一组静叶，该第一组静叶能够独立于来自第二组静叶的静叶特性改变。
38. 一种推进系统，推进系统包括：转子组件，其包括多个动叶；和静叶组件，其定位在转子组件的后方，静叶组件包括多个静叶；以及静叶特性改变机构，其能够操作地连接到静叶组件的多个静叶，其中，静叶特性改变机构构造成沿着静叶变桨轴线旋转多个静叶中的一个或多个。
39. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶特性改变机构构造成产生多个静叶相对于彼此的非均一特性。
40. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量为20个或更少。
41. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量在16个和11个之间。
42. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶数量与动叶数量之间的差值在2和-2之间。
43. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶数量与动叶数量之间的差值在1和-1之间。
44. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶数量与动叶数量之间的差值在2和-2之间，并且其中，动叶数量在16个和11个之间。
45. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶数量与静叶数量的比率在0.5和1.5之间。
46. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶和静叶的总和为30个或更少，并且其中，动叶和静叶的总和为20个或更多。
47. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶和静叶的总和在24个和28个之间。
48. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，动叶和静叶的总和在25个和27个之间。
49. 一种限定发动机中心线轴线的推进系统，推进系统包括：无涵道单转子组件，其包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶；以及静叶组件，其定位在无涵道转子组件后方，其中，静叶组件包括相对于发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，并且其中，推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率、在2和-2之间的静叶数量与动叶数量之间的差值或者在20和30之间的动叶与静叶的总和中的一个或多个。
50. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，静叶组件包括多个静叶，并且其中，多个静叶构造成施加与由旋转元件施加的相反的空气的切向速度的改变，并且其中，多个静叶相对于彼此具有非均一特性，并且构造成产生期望的静叶出口涡流角。
51. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，非均一特性选自由下者组成的组：弯度、交错、周向间距、轴向位置、翼展、末梢半径和它们的组合。
52. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，所述静叶具有根部、末梢和两者间的翼展，并且其中，所述非均一特性归因于所述静叶的翼展的部分。
53. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，所述非均一特性归因于所述静叶的翼展的基本上全部。
54. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，所述静叶是桨距能够变化的。
55. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，所述静叶是桨距能够单独变化的。
56. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，多个所述静叶是桨距能够彼此结合地变化的。
57. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，推进系统包括固定元件和具有旋转轴线的旋转元件，所述旋转元件具有多个动叶，多个动叶各自具有靠近所述轴线的动叶根部、远离所述轴线的动叶末梢以及在所述动叶根部和所述动叶末梢之间测量的动叶翼展，其中，所述固定元件具有多个静叶，多个静叶各自具有靠近所述轴线的静叶根部、远离所述轴线的静叶末梢以及在所述静叶根部和所述静叶末梢之间测量的静叶翼展，并且其中，多个静叶构造成施加与由旋转元件施加的相反的空气的切向速度的改变，并且其中，多个静叶相对于彼此具有非均一特性，并且构造成产生期望的静叶出口涡流角。
58. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，所述非均一特性被定制以适应飞行器结构的影响。
59. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，所述飞行器结构是机翼、机身或挂架中的一个。
60. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，整流罩的最大直径基本上对应于从整流罩延伸的静叶组件的静叶的根部的位置或定位。
61. 一种推力产生系统，包括：飞行器结构，其包括飞行器表面；无护罩的旋转元件；静叶组件，其位于旋转元件后方，其中，飞行器表面的至少部分沿着轴向方向与静叶组件合并。
62. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，飞行器结构包括挂架、机身或机翼中的一个或多个。
63. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，飞行器结构的前缘沿着轴向方向与静叶组件合并。
64. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，包括驱动机构，该驱动机构构造成向无护罩的旋转元件提供扭矩和功率。
65. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，飞行器表面和静叶组件一起沿着轴向方向与参考转子平面均匀间隔开。
66. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，至少静叶组件构造成施加与由旋转元件施加的相反的空气的切向速度的改变，并且其中，静叶组件包括相对于两个或更多个静叶非均一的特性，并且其中，静叶组件构造成产生期望的出口涡流角。
67. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，包括定位在静叶组件和飞行器结构处的多个静叶，其中，多个静叶中的至少部分是桨距能够变化的。
68. 一种推力产生系统，包括：飞行器结构，其包括定位在挂架、机身或机翼中的一个或多个处的飞行器表面；无护罩的旋转元件；驱动机构，其构造成向无护罩的旋转元件提供扭矩和功率，驱动机构通过飞行器结构连接到飞行器；无护罩的静叶组件，其位于旋转元件的后方，其中，飞行器表面的至少部分沿着轴向方向与静叶组件合并，并且其中，飞行器表面的至少部分沿着周向方向定位在静叶组件的两个静叶之间。
69. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，飞行器结构的前缘沿着轴向方向与无护罩的静叶组件合并。
70. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，飞行器表面和无护罩的静叶组件一起沿着轴向方向与参考转子平面均匀间隔开。
71. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，包括非旋转固定元件，该非旋转固定元件相对于推力产生系统的纵向轴线沿着周向方向定位，其中，固定元件包括无护罩的静叶组件和飞行器表面。
72. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，固定元件构造成施加与由旋转元件施加的相反的空气的切向速度的改变，并且其中，无护罩的静叶组件包括相对于两个或更多个静叶非均一的特性，并且其中，固定元件构造成产生期望的出口涡流角。
73. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，非均一特性选自由下者组成的组：弯度、交错、周向间距、轴向位置、翼展、末梢半径和它们的组合。
74. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，包括定位在静叶组件和飞行器表面处的多个静叶。
75. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，多个静叶中的各个包括前缘。
76. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，多个静叶中的至少部分是桨距能够变化的。
77. 一种用于飞行器的推力产生系统，包括：飞行器结构，其包括机身和挂架，其中，挂架包括前缘；无护罩的旋转元件；驱动机构，其构造成向无护罩的旋转元件提供扭矩和功率，驱动机构通过飞行器结构连接到飞行器；无护罩的静叶组件，其位于旋转元件的后方并相对于驱动机构的纵向轴线旋转地固定，其中，无护罩的静叶组件包括沿着周向方向定位的多个静叶，并且其中，挂架的前缘的至少部分沿着轴向方向在无护罩的静叶组件的两个静叶之间合并。
78. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，挂架和无护罩的静叶组件一起沿着轴向方向与参考转子平面均匀间隔开。
79. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，至少无护罩的静叶组件构造成施加与由无护罩的旋转元件施加的相反的空气的切向速度的改变，并且其中，无护罩的静叶组件包括相对于两个或更多个静叶非均一的特性，并且其中，无护罩的静叶组件构造成产生期望的出口涡流角。
80. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，多个静叶中的至少部分是桨距能够变化的。
81. 一种用于飞行器的推力产生系统，推力产生系统包括：飞行器结构，其包括机身和挂架，其中，挂架包括前缘；无护罩的旋转元件；驱动机构，其构造成向无护罩的旋转元件提供扭矩和功率，驱动机构通过飞行器结构连接到飞行器；无护罩的静叶组件，其位于旋转元件的后方并相对于驱动机构的纵向轴线旋转地固定，其中，无护罩的静叶组件包括沿着周向方向定位的多个静叶；并且其中，挂架的前缘的至少部分沿着轴向方向在无护罩的静叶组件的两个静叶之间合并。
82. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，挂架和无护罩的静叶组件一起沿着轴向方向与参考转子平面均匀间隔开。
83. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，至少无护罩的静叶组件构造成施加与由无护罩的旋转元件施加的相反的空气的切向速度的改变，并且其中，无护罩的静叶组件包括相对于两个或更多个静叶非均一的特性，并且其中，无护罩的静叶组件构造成产生期望的出口涡流角。
84. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，多个静叶中的至少部分是桨距能够变化的。
85. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，包括根据本文中的一项或多项条款的推进系统。
86. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，对于从约5个至约20个的静叶数N来说，在相邻的静叶和相关静叶之间在给定参考尺寸R处的周向间距Q是标称值的约10%至约400%。
87. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，从转子平面到静叶和相关静叶的轴向间距高达径向高度H的约400%。
88. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，对于从约5个至约20个的静叶数N来说，在相邻的静叶和相关静叶之间在给定参考尺寸R处的周向间距Q是标称值的约10%至约400%。
89. 根据本文中的一项或多项条款的推力产生系统，其中，从转子平面到静叶和相关静叶的轴向间距高达径向高度H的约400%。
90. 根据本文中的一项或多项条款的推进系统，其中，长度与直径的比率为至少2.5。

Claims (10)

1.一种限定发动机中心线的推进系统，所述推进系统包括：
转子组件，其包括相对于所述发动机中心线轴线径向延伸的多个动叶；以及
静叶组件，其定位成与所述转子组件成空气动力学关系，其中，所述静叶组件包括相对于所述发动机中心线轴线径向延伸的多个静叶，并且其中，所述推进系统包括在2:5和2:1之间的动叶数量与静叶数量的比率。
2.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量为20个或更少。
3.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量在16个和11个之间。
4.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述静叶数量与所述动叶数量之间的差值在2和-2之间。
5.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述静叶数量与所述动叶数量之间的差值在2和-2之间，并且其中，所述动叶数量在16个和11个之间。
6.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述动叶数量与所述静叶数量的所述比率在0.5和1.5之间。
7.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，动叶和静叶的总和为30个或更少，并且其中，动叶和静叶的所述总和为20个或更多。
8.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述转子组件是无涵道的。
9.根据权利要求8所述的推进系统，其特征在于，所述静叶组件定位在所述转子组件的后方。
10.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述静叶组件是无涵道的。
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