CN115127116A - 用于可变翼型件系统的部件组件 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径。部件组件包括：外壳，该外壳包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼件的第一阵列；内壳，该内壳包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列，其中外壳和内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和旋转中的一个或两个。

Description

用于可变翼型件系统的部件组件
相关申请的交叉引用
本申请是2021年3月24日同时提交的标题为“用于燃气涡轮发动机的燃烧区段的部件组件”的申请号为17/210，773的共同未决的美国申请的相关申请，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本主题通常涉及一种燃气涡轮发动机，或更具体地涉及一种用于燃气涡轮发动机的可变翼型件系统的部件组件。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。此外，燃气涡轮发动机的核心通常按串行流动顺序包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇被提供到压缩机区段的入口，在那里一个或多个压缩机逐渐地压缩空气直到它到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段输送到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后通过排气区段被输送到例如大气中。
涡轮区段的前端包括第一级涡轮喷嘴，其用于引导和计量从燃烧区段通过涡轮区段的燃烧气体。第一级涡轮喷嘴可以在前端附接到燃烧区段的燃烧器的外衬或内衬，并且在后端附接到例如围绕第一级涡轮转子叶片的护罩。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践获知。
在本公开的一个示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，该燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径。部件组件包括：外壳，该外壳包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼型件的第一阵列；和内壳，该内壳包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列，其中外壳和内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和旋转中的一个或两个。
在某些示例性实施例中，外壳和内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此都平移和旋转。
在某些示例性实施例中，在第一位置，第一喉部距离限定在外壳和内壳之间，并且，在第二位置，第二喉部距离限定在外壳和内壳之间，并且第二喉部距离小于第一喉部距离。
在某些示例性实施例中，外壳相对于内壳旋转，使得整体外壳翼型件相对于整体内壳翼型件移动。
在某些示例性实施例中，外壳相对于内壳沿轴向方向平移。
在某些示例性实施例中，部件组件进一步包括致动器，该致动器与外壳和内壳中的一个连通，其中致动器使外壳和内壳相对于彼此旋转，并且其中致动器使外壳和内壳相对于彼此平移。
在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机包括限定燃烧室的燃烧器，其中外壳至少部分限定核心空气流动路径，其中内壳至少部分限定核心空气流动路径，其中外壳的一部分限定燃烧室的第一部分，并且其中内壳的一部分限定燃烧室的第二部分。
在某些示例性实施例中，致动器设置在燃烧器的上游。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，该燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径。部件组件包括：外壳，该外壳包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼型件的第一阵列；内壳，该内壳包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列；和致动器，该致动器与外壳和内壳中的一个连通，其中外壳和内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和旋转中的一个或两个。
在某些示例性实施例中，致动器使外壳和内壳相对于彼此旋转，并且其中致动器使外壳和内壳相对于彼此平移。
在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机包括限定燃烧室的燃烧器，其中外壳至少部分限定核心空气流动路径，其中内壳至少部分限定核心空气流动路径，其中外壳的一部分限定燃烧室的第一部分，并且其中内壳的一部分限定燃烧室的第二部分。
在本公开的示例性方面中，提供一种用于改变燃气涡轮发动机中的翼型件之间的喉部距离的方法。该方法包括提供一种部件组件，该部件组件包括具有整体外壳翼型件的第一阵列的外壳和具有整体内壳翼型件的第二阵列的内壳；将外壳和内壳相对于彼此从第一位置旋转到第二位置；以及将外壳和内壳相对于彼此从第一位置平移到第二位置。
在某些示例性方面，其中将外壳和内壳相对于彼此从第一位置旋转到第二位置使整体外壳翼型件相对于整体内壳翼型件移动，并且其中将外壳和内壳相对于彼此从第一位置平移到第二位置包括使外壳和内壳相对于彼此沿轴向方向移动。
在某些示例性方面，在第一位置，第一喉部距离限定在外壳和内壳之间，并且，在第二位置，第二喉部距离限定在外壳和内壳之间，并且第二喉部距离小于第一喉部距离。
在某些示例性方面，该方法进一步包括提供致动器，致动器与外壳和内壳中的一个连通，其中致动器使外壳和内壳相对于彼此旋转，并且其中致动器使外壳和内壳相对于彼此平移。
在某些示例性方面，燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径并且包括限定燃烧室的燃烧器，其中外壳至少部分限定核心空气流动路径，并且其中内壳至少部分限定核心空气流动路径，其中外壳的一部分限定燃烧室的第一部分，并且其中内壳的一部分限定燃烧室的第二部分。
在某些示例性方面，致动器设置在燃烧器的上游。
在某些示例性方面，外壳和内壳在发动机起飞状态期间处于第一位置，并且外壳和内壳在发动机巡航状态期间旋转并平移到第二位置。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本主题的这些和其他特征、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，并与描述一起解释了本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性剖视图。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃烧器组件和包括部件组件的涡轮区段的一部分的示意性剖视图。
图3A是根据本公开的示例性实施例的部件组件的外壳的立体图。
图3B是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳的立体图。
图3C是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳和外壳的组装立体图。
图4是根据本公开的示例性实施例的整体内壳翼型件的阵列的立体图。
图5是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳和外壳的第二组装立体图。
图6是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳和外壳的特写组装正视图。
图7是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳和外壳的一部分的特写组装立体图。
图8是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳和外壳的组装正视图。
图9是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳和外壳的一部分的另一特写组装立体图。
图10是根据本公开的示例性实施例的部件组件的内壳和外壳的一部分的另一特写组装立体图。
图11是根据本公开的另一个示例性实施例的处于第一位置的部件组件的内壳和外壳的组装立体图。
图12是根据本公开的另一个示例性实施例的处于第二位置的部件组件的内壳和外壳的组装立体图。
图13是根据本公开的另一个示例性实施例的处于第一位置的外壳的翼型件和内壳的翼型件的剖视图。
图14是根据本公开的另一个示例性实施例的处于第二位置的外壳的翼型件和内壳的翼型件的剖视图。
图15是根据本公开的另一个示例性实施例的用于部件组件的燃烧器和致动器的示意图。
对应的附图标记在多个视图中指示对应的部分。在此列出的示例说明了本公开的示例性实施例，并且这些示例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代图中的特征。附图和描述中相同或相似的标号已用于指代本发明的相同或相似部分。
提供以下描述以使本领域技术人员能够制造和使用预期用于实施本发明的所述实施例。然而，对于本领域技术人员来说，各种修改、等价物、变化和替代物将是显而易见的。任何和所有这样的修改、变化、等价物和替代物都旨在落入本发明的范围内。
为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”及其派生词应与本发明在附图中定位时有关。然而，应当理解，本发明可以采用各种替代变化，除非明确指明相反。还应理解，附图中所示以及以下说明书中描述的特定装置仅仅是本发明的示例性实施例。因此，与本发明公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特性不应被认为是有限制的。
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“前”和“后”是指燃气涡轮发动机内的相对位置，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流出的方向，“下游”是指流体流向其的方向。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。
在本文整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修改可以允许变化而不导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由一个或多个术语(例如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值，不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或者用于配置或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在百分之十的裕度内。在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。
本公开包括一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，该燃气涡轮发动机具有限定燃烧室的燃烧器，燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径、径向方向和周向方向。部件组件包括至少部分地限定核心空气流动路径的外壳，外壳具有外壳周边，该外壳周边包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼型件的第一阵列。部件组件还包括至少部分地限定核心空气流动路径的内壳，内壳具有内壳周边，该内壳周边包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列。通过具有带有本文描述的几何形状并且与内壳集成的整体内壳翼型件和具有带有本文描述的几何形状并且与外壳集成的整体外壳翼型件，本发明的翼型件比传统的系统具有更符合空气动力学的形状和功能，其中在传统的系统中，喷嘴被布置为燃烧室后方的独立的部件。
本公开创建了带壳的叶状结构并且能够替换第一级喷嘴。在一个实施例中，燃烧衬套的连续环延伸以代替喷嘴带，并且喷嘴翼型件形成为燃烧衬套后侧的悬臂叶。如本文所述，翼型件的一半放置在内衬上，一半放置在外衬上，然后在组装时啮合在一起以形成完全集成的流动路径结构。以这种方式，通过将翼型件和喷嘴几何形状集成到燃烧衬套中，以形成单一流动路径结构，消除了流动路径步骤、清洗流和接口硬件。本公开减轻了重量，简化了安装配置，优化了整体外壳结构的几何形状，消除了组装内的分段间隙，消除了轴向清洗，通过消除单独的喷嘴单件/双件、密封件和支撑硬件来减少零件数量，保持冷却膜从衬套到喷嘴带，并减轻流动路径步骤。
在一些实施例中，本公开提供了一种部件组件，其具有相对于彼此固定的外壳和内壳，即，防止外壳和内壳之间的显著相对运动。在其他示例性实施例中，本公开提供一种具有外壳和内壳的部件组件，外壳和内壳可以在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和相对于彼此旋转。
以这种方式，本公开的部件组件允许操纵发动机的核心空气流动路径，即，可以在飞行器任务期间增加或减少核心空气流动路径的一部分，例如，核心空气流动路径的喉部。这允许在飞行器任务的特定飞行状态期间将核心气流路径的喉部设置在期望的或最佳的位置。
此外，本公开的部件组件允许致动器位于发动机的燃烧器的上游，其中致动器使外壳和/或内壳相对于彼此旋转和/或使外壳和/或内壳相对于彼此平移。以这种方式，由于该位置的温度降低和该位置的物理体积增加，致动器的性能得到提高，这使得致动系统更加稳健。
现在参考附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性剖视图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机，本文称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于提供作为参考的纵向中心线12延伸)、径向方向R和周向方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向；未描绘)。通常，涡轮风扇10包括风扇区段14和布置在风扇区段14的下游的涡轮机或核心涡轮发动机16。
所描绘的示例性涡轮机16通常包括限定环形入口20的基本上管状的外壳体18。外壳体18以串行流动关系包围：压缩机区段，该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，该涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；和喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。此外，压缩机区段、燃烧区段26和涡轮区段一起至少部分地限定延伸穿过其中的核心空气流动路径37。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40通常沿径向方向R从盘42向外延伸。通过风扇叶片40可操作地联接到适当的致动构件44，每个风扇叶片40相对于盘42绕俯仰轴线可旋转，该致动构件44被构造成一致地集体改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和致动构件44穿过动力齿轮箱46通过LP轴36一起绕纵向中心线12可旋转。动力齿轮箱46包括用于降低LP轴36的转速到更有效的风扇转速的多个齿轮。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前轮毂48覆盖，其空气动力学轮廓可促进气流通过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向围绕风扇38和/或涡轮机16的至少一部分。对于所描绘的实施例，机舱50由多个周向间隔的出口导向轮叶52相对于涡轮机16被支撑。此外，机舱50的下游部分54在涡轮机16的外部上方延伸，以便在它们之间限定旁通气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的运行期间，一定体积的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联入口60进入涡轮风扇10。当一定体积的空气58通过风扇叶片40时，由箭头62所指示的空气58的第一部分被引导或导通到旁通气流通道56中，并且如箭头64所指示的空气58的第二部分被引导或导通到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为旁通比。随后，随着空气的第二部分64被导通通过HP压缩机24并进入燃烧区段26，其压力增加，在燃烧区段26中它与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导通通过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴或线轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级被提取，从而使HP轴或线轴34旋转，从而支持HP压缩机24的运行。燃烧气体66然后被导通通过LP涡轮30，其中热能和动能的第二部分经由联接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴或线轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66提取，从而使LP轴或线轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导通通过涡轮机16的喷射排气喷嘴区段32以提供推进推力。同时，随着空气的第一部分62从涡轮风扇10的风扇38的喷嘴排气区段76排出之前被导通通过旁通气流通道56，其压力显著增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定用于使燃烧气体66导通通过涡轮机16的热气体路径78。
然而，应当理解，图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可具有任何其他合适的配置。附加地或替代地，本公开的方面可以与任何其他合适的航空燃气涡轮发动机一起使用，例如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。此外，本公开的方面还可以与任何其他陆基燃气涡轮发动机(例如发电燃气涡轮发动机)，或任何航空衍生燃气涡轮发动机(例如船用燃气涡轮发动机)一起使用。
现在参考图2，提供根据本公开的示例性实施例的燃烧器组件100和涡轮的特写侧视剖视图。在至少某些示例性方面中，图2的燃烧器组件100可以定位在图1的示例性涡轮风扇发动机10的燃烧区段26中，并且类似地，图2的涡轮可以定位在图1的示例性涡轮风扇发动机10的涡轮区段28中。
如图所示，燃烧器组件100通常包括通常沿轴向方向A在后端104和前端106之间延伸的内衬102，以及也通常沿轴向方向A在后端110和前端112之间延伸的外衬108。内衬102和外衬108一起至少部分地在它们之间限定燃烧室114。内衬102和外衬108各自附接至环形圆顶或与环形圆顶整体地形成。更具体地，环形圆顶包括与内衬102的前端106整体地形成的内圆顶区段116和通常与外衬108的前端112整体地形成的外圆顶区段118。此外，内圆顶区段116和外圆顶区段118可以各自整体地形成(或者可以由以任何合适方式附接的多个部件形成)并且可以各自沿着周向方向C延伸以限定环形形状。然而，应该理解的是，在其他实施例中，燃烧器组件100可以不包括内圆顶区段116和/或外圆顶区段118；可包括单独形成的内圆顶区段116和/或外圆顶区段118，其附接到相应的内衬102和外衬108；或者可以具有任何其他合适的配置。
仍然参考图2，燃烧器组件100还包括多个燃料空气混合器124，它们沿周向方向C(图3B)间隔开并且至少部分地定位在环形圆顶内。更具体地，多个燃料空气混合器124沿径向方向R至少部分地设置在外圆顶区段118和内圆顶区段116之间。来自涡轮风扇发动机10的压缩机区段的压缩空气流入或通过燃料空气混合器124，其中压缩空气与燃料混合并被点燃，以在燃烧室114内产生燃烧气体66。内圆顶区段116和外圆顶区段118构造成有助于提供来自压缩机区段的这种压缩空气流进入或通过燃料空气混合器124。例如，在示例性实施例中，外圆顶区段118包括位于前端的外罩126，并且内圆顶区段116类似地包括位于前端的内罩130。外罩126和内罩130可以帮助将压缩空气流从压缩机区段引导进入或通过一个或多个燃料空气混合器124。然而，同样，在其他实施例中，环形圆顶可以以任何形式配置其他合适的方式。
对于所描绘的实施例，内衬102和外衬108各自由陶瓷基复合(CMC)材料形成，该材料是包括增强陶瓷基体的陶瓷纤维并具有高温能力的非金属材料。作为示例而非限制，用于此类衬套102、108的示例性CMC材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化铝基质材料及其组合。作为示例而非限制，陶瓷纤维可以包括氧化稳定的增强纤维，其包括单丝，如蓝宝石和碳化硅(例如，Textron的SCS-6)，以及包括碳化硅的粗纱和纱线(例如，NipponCarbon的
Figure BDA0003560349100000091
Ube Industries的
Figure BDA0003560349100000094
和道康宁的
Figure BDA0003560349100000092
)、硅酸铝(例如Nextel的440和480)，和短切晶须和纤维(例如Nextel的440和
Figure BDA0003560349100000093
)，以及任选的陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y的氧化物及其组合)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)。
仍然参考图2，并且如上所述，燃烧气体66从燃烧室114流入并通过涡轮风扇发动机10的涡轮区段，其中来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由涡轮定子轮叶和涡轮转子叶片的连续级被提取。值得注意的是，图2中描绘的涡轮被配置为HP涡轮28，其紧接在燃烧区段26的燃烧器组件100限定的燃烧室114的下游。
如所描绘的，图2的示例性HP涡轮28包括部件组件132，其位于HP涡轮28的前端，位于燃烧器组件100的燃烧室114下游的位置，或者更确切地说紧接在燃烧器组件100的燃烧室114的下游的位置。在示例性实施例中，部件组件132限定燃烧室114的一部分。另外，部件组件132紧接在涡轮转子叶片134的第一级的上游。如下文将更详细描述的，部件组件132构造成将来自燃烧室114的燃烧气体66定向到期望的流动方向上，以提高HP涡轮28的性能。所描绘的HP涡轮28的部件组件132通常可以代替HP涡轮28的第一级喷嘴。
参考图2、3A和3C，部件组件132包括至少部分地限定核心空气流动路径37的外壳136。在示例性实施例中，外壳136包括具有整体外壳翼型件138的第一阵列的外壳周边137，该整体外壳翼型件138的第一阵列从外壳周边137向内延伸。在一个实施例中，整体外壳翼型件138与外壳136集成，与外壳136整体地形成，并且由外壳136的部分形成。如图2所示，在一个实施例中，整体外壳翼型件138与外壳136集成并与外衬108集成。例如，在一些示例性实施例中，整体外壳翼型件138、外壳136和外衬108均可以由相同的陶瓷基复合(CMC)材料整体地形成。在其他示例性实施例中，整体外壳翼型件138、外壳136和外衬108可以各自由任何其他合适的材料整体地形成，例如合适的金属材料。本公开的这种整体构造使得整体外壳翼型138能够是中空的，如图10所示。整体外壳翼型件138也可以被配置为实心翼型件，如图9所示。在示例性实施例中，整体外壳翼型件138从外壳周边137沿径向方向R向内延伸并且沿周向方向C间隔开(图3B)。此外，外壳136的一部分可以限定燃烧室114的第一部分。
参考图2、3B、3C和4，部件组件132还包括至少部分地限定核心空气流动路径37的内壳140。在示例性实施例中，内壳140包括具有整体内壳翼型件142的第二阵列的内壳周边141，整体内壳翼型件142的第二阵列从内壳周边141向外延伸。在一个实施例中，整体内壳翼型件142与内壳140集成，与内壳140整体地形成，并且由内壳140的部分形成。如图2所示，在一个实施例中，整体内壳翼型件142与内壳140集成并与内衬102集成。例如，在一些示例性实施例中，整体内壳翼型件142、内壳140和内衬102均可以由相同的陶瓷基复合(CMC)材料整体地形成。在其他示例性实施例中，整体内壳翼型件142、内壳140和内衬102可以各自由任何其他合适的材料整体地形成，例如合适的金属材料。本发明的这种整体构造使得整体内壳翼型件142是中空的，如图10所示。整体内壳翼型件142也可以被配置为实心翼型件，如图9所示。在示例性实施例中，整体内壳翼型件142从内壳周边141沿径向方向R向外延伸并且沿周向方向C间隔开(图3B)。此外，内壳140的一部分可以限定燃烧室114的第二部分。参考图2-10，整体外壳翼型件138和整体内壳翼型件142设置为交错和交替布置。例如，如从图2-10中可以理解的那样，每个整体内壳翼型件142沿周向方向C位于相邻整体外壳翼型件138之间，并且可以具有与相邻整体外壳翼型件138的形状互补的形状。在示例性实施例中，内壳140与外壳136完全分开，内壳140不直接连接到外壳136。例如，整体内壳翼型件142不接触外壳136，并且整体外壳翼型件138不接触内壳140。
参考图3A-10，在一个示例性实施例中，外壳136和内壳140相对于彼此固定，即，防止外壳136和内壳140之间的显著相对运动。参考图11-15，在其他示例性实施例中，外壳136、236和内壳140、240可以在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和相对于彼此旋转，如下文详细描述的。
参考图2，在示例性实施例中，部件组件132的外壳136包括位于整体外壳翼型件138的后方并沿径向方向R向外延伸的外凸缘144。外壳136的外凸缘144用于将部件组件132的外壳136附接到燃气涡轮发动机的壳体146，并且进一步对于所描绘的实施例，将外壳136附接到围绕第一级涡轮转子叶片134的护罩组件148。类似地，对于所描绘的实施例，内壳140包括内凸缘150，内凸缘150在整体内壳翼型件142的后方位置处沿径向方向R向内延伸。内壳140的内凸缘150用于将部件组件132的内壳140附接到燃气涡轮发动机的内部结构部件(未示出)。外壳136的外凸缘144和/或内壳140的内凸缘150可以沿周向方向C连续地延伸，或者，可以构造为沿周向方向C间隔开的多个离散的凸缘。然而，在其他实施例中，部件组件132的外壳136或内壳140中的一个或两个可以替代地以任何其他合适的方式安装在燃气涡轮发动机内。
图2-10示出了本公开的示例性实施例。参考图3A，在示例性实施例中，整体外壳翼型件138包括在第一前缘162处的第一过渡部分160和在第一后缘166处的第一边缘部分164。在一个实施例中，第一过渡部分160从外壳周边137倾斜地向内延伸。例如，第一过渡部分160从外壳周边137以一定角度向内延伸，其中该角度不垂直于外壳周边137。在一个实施例中，外壳136还在相邻的整体外壳翼型件138之间限定了U形槽168。这些U形槽168以本文所述的交错和交替布置接收对应的整体内壳翼型件142。
在一个实施例中，整体外壳翼型件138从第一前缘162到第一后缘166具有变化的厚度。例如，从外壳周边137倾斜地向内延伸的第一过渡部分160具有第一厚度部分，其小于第一边缘部分164处的第二厚度部分。在示例性实施例中，整体外壳翼型件138具有非对称几何形状。例如，从外壳周边137倾斜地向内延伸的第一过渡部分160具有第一几何部分180，第一几何部分180与第一边缘部分164处的第二几何部分182不同。
参考图3B和4，在示例性实施例中，整体内壳翼型件142包括在第二前缘172处的第二过渡部分170和在第二后缘176处的第二边缘部分174。在一个实施例中，第二过渡部分170从内壳周边141倾斜地向外延伸。例如，第二过渡部分170从内壳周边141以一定角度向外延伸，其中该角度不垂直于内壳周边141。在一个实施例中，内壳140还在相邻的整体内壳翼型件142之间限定U形槽178。这些U形槽178以本文所述的交错和交替布置接收对应的整体外壳翼型件138。在一个实施例中，整体内壳翼型件142的第二过渡部分170具有与整体外壳翼型件138的第一过渡部分160不同的几何形状。
在一个实施例中，整体内壳翼型件142从第二前缘172到第二后缘176具有变化的厚度。例如，从内壳周边141倾斜地向外延伸的第二过渡部分170具有第一厚度部分，其小于第二边缘部分174处的第二厚度部分。在示例性实施例中，整体内壳翼型件142具有非对称几何形状。例如，从内壳周边141倾斜地向外延伸的第二过渡部分170具有第一几何部分190，该第一几何部分190不同于在第二边缘部分174处的第二几何部分192。
通过具有带有本文描述的几何形状并且与内壳140集成的整体内壳翼型件142和具有带有本文描述的几何形状并且与外壳136集成的整体外壳翼型件138，本发明的翼型件138、142比传统的系统具有更符合空气动力学的形状和功能，其中在传统的系统中，喷嘴被布置为燃烧室后方的独立的部件。
本公开创建了带壳的叶状结构并且能够替换第一级喷嘴。在一个实施例中，燃烧衬套的连续环延伸以代替喷嘴带，并且喷嘴翼型件形成为燃烧衬套后侧的悬臂叶。如本文所述，翼型件的一半放置在内衬上，一半放置在外衬上，然后在组装时啮合在一起以形成完全集成的流动路径结构。以这种方式，通过将翼型件和喷嘴几何形状集成到燃烧衬套中，以形成单一流动路径结构，消除了流动路径步骤、清洗流和接口硬件。本公开减轻了重量，简化了安装配置，优化了整体外壳结构的几何形状，消除了组装内的分段间隙，消除了轴向清洗，通过消除单独的喷嘴单件/双件和支撑硬件来减少零件数量，保持冷却膜从衬套到喷嘴带，并减轻流动路径步骤。
在示例性实施例中，整体内壳翼型件142和整体外壳翼型件138沿轴向方向A限定翼型形状和弯曲轮廓，用于引导流过其中的燃烧空气流到期望的方向上。例如，整体内壳翼型件142和整体外壳翼型件138可限定从前缘延伸到后缘的弦线，以及也从前缘延伸到后缘的平均弧线。在示例性实施例中，平均弧线从弦线发散，使得整体内壳翼型件142和整体外壳翼型件138各自限定弧度。参考图10，尽管整体内壳翼型件142和整体外壳翼型件138被示为围绕中空腔体封闭，但可以设想，在其他示例性实施例中，腔体可向冷侧敞开。
现在参考图11-15，在示例性实施例中，外壳和内壳可以在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移或相对于彼此旋转。在本公开的示例性实施例中，外壳和内壳可以在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和旋转。例如，在这样的实施例中，本公开的部件组件232包括外壳236和内壳240，它们可以在第一位置(图11和图13)和第二个位置(图12和图14)之间相对于彼此平移和相对于彼此旋转。图11-14示出了外壳236和内壳240之间的距离比实际实践中要远得多，以便清楚地说明外壳236和内壳240可以相对于彼此平移和旋转，以改变这些部件之间的距离。在实践中，外壳236和内壳240之间的这种运动在程度上会很小，以根据需要改变喉部距离。设想当外壳236和内壳240处于第二位置时，外壳236和内壳240将如图3C所示对齐。进一步设想，外壳236和内壳240可以在第一位置和第二位置以多种配置对齐，如某些发动机操作状态所要求的。
还可以设想，外壳236和内壳240可以以各种不同的配置在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移或相对于彼此旋转。例如，在示例性实施例中，内壳240和外壳236可以相对于彼此平移和旋转。在另一个示例性实施例中，内壳240和外壳236可以相对于彼此平移。在又一示例性实施例中，内壳240和外壳236可以相对于彼此旋转。在另一个示例性实施例中，内壳240可以相对于固定的外壳236旋转和平移。在又一个示例性实施例中，内壳240可以相对于固定的外壳236旋转。在另一个示例性实施例中，内壳240可以相对于固定的外壳236平移。在另一个示例性实施例中，外壳236可以相对于固定的内壳240旋转和平移。在又一个示例性实施例中，外壳236可以相对于固定的内壳240旋转。在另一个示例性实施例中，外壳236可以相对于固定的内壳240平移。
以这种方式，本公开的部件组件232允许操纵发动机10(图1)的核心空气流动路径37(图1)，即，可以在飞行器任务期间增加或减少核心空气流动路径37的一部分，例如，核心空气流动路径37的喉部。这允许在飞行器任务的特定飞行状态期间将核心空气流动路径37的喉部设置在期望的或最佳的位置。
仍然参考图11-15，在示例性实施例中，外壳236包括从外壳周边237向内延伸的整体外壳翼型件238的第一阵列。内壳240包括从内壳周边241向外延伸的整体内壳翼型件242的第二阵列。
参考图11和图13，在第一位置，喉部208具有第一喉部距离210，其限定在外壳236和内壳240之间，例如，在外壳翼型件238的一部分和内壳翼型件242的一部分之间和/或在外壳236的一部分和内壳240的一部分之间。对于所描绘的实施例，外壳236和内壳240限定它们之间的喉部距离210，该喉部距离210是外壳236和内壳240之间的最小距离。然而，可以设想，在外壳236和内壳240之间的其他区域可以用于在第一位置限定喉部距离210。设想可以在外壳翼型件238的一部分和内壳翼型件242的一部分之间，和/或外壳236的一部分和内壳240的一部分之间，和/或在由外壳236和内壳240限定的其他点之间限定喉部距离。
在示例性实施例中，外壳236和内壳240在发动机10的规定操作状态期间处于第一位置。例如，外壳236和内壳240在发动机起飞状态期间处于第一位置。在发动机起飞状态下，使更多空气流过核心空气流动路径37的喉部208是有利的。因此，在一个实施例中，在第一位置，外壳236和内壳240相对于彼此平移和旋转，以将第一喉部距离210增加到最大喉部距离。
参考图12和图14，在第二位置，喉部208具有第二喉部距离220，该第二喉部距离220限定在外壳236和内壳240之间，例如，在外壳翼型件238的一部分和内壳翼型件242的一部分之间和/或在外壳236的一部分和内壳240的一部分之间。对于所描绘的实施例，外壳236和内壳240限定它们之间的喉部距离220，该喉部距离220是外壳236和内壳240之间的最小距离。然而，可以设想，在外壳236和内壳240之间的其他区域可以用于在第二位置限定喉部距离220。设想可以在外壳翼型件238的一部分和内壳翼型件242的一部分之间，和/或外壳236的一部分和内壳240的一部分之间，和/或在由外壳236和内壳240限定的其他点之间限定喉部距离。
在示例性实施例中，外壳236和内壳240在发动机10的规定操作状态期间处于第二位置。例如，外壳236和内壳240在发动机巡航状态期间处于第二位置。在发动机巡航状态下，使更少空气流过核心空气流动路径37的喉部208是有利的。因此，在一个实施例中，在第二位置，外壳236和内壳240相对于彼此平移和旋转，以将第二喉部距离220减小到最小喉部距离。这样，第二喉部距离220小于第一喉部距离210。
此外，本公开的部件组件232允许外壳236和内壳240相对于彼此平移和/或相对于彼此旋转到第一位置(图11和图13)和第二位置(图12和图14)之间的任何位置处，用于发动机10的其他期望的规定操作状态。
如上所述，本公开的部件组件232包括外壳236和内壳240，它们可在第一位置(图11和图13)和第二位置(图12和图14)之间相对于彼此平移和/或相对于彼此旋转。参考图11和图12，外壳236和内壳240通常沿箭头B的方向相对于彼此旋转。这种旋转使整体外壳翼型件238相对于整体内壳翼型件242移动。另外，外壳236和内壳240通常沿箭头C的方向相对于彼此平移。这种平移使外壳236相对于内壳240沿轴向方向A移动。在其他示例性实施例中，如上所述，内壳240可以相对于外壳236平移和旋转，和/或外壳236可以相对于内壳240平移和旋转。
参考图15，在示例性实施例中，本公开的部件组件232包括致动器300，致动器300与外壳236和内壳240之一连通。还可以设想，在其他示例性实施例中，致动器300可以与外壳236和内壳240两者连通。致动器300构造成控制外壳236和内壳240相对于彼此的旋转，并且致动器300构造成控制外壳236和内壳240相对于彼此的平移。设想本公开的致动器300可以是与发动机10相关联的任何发动机控制系统，以控制外壳236和内壳240相对于彼此的运动。设想，致动器300可以以各种配置与外壳236和内壳240连通，这些配置可能需要致动器300移动外壳236和内壳240中的一个或可能需要两者移动。例如，设想外壳236和内壳240可以以各种不同的配置通过致动器300在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移或相对于彼此旋转。例如，在示例性实施例中，内壳240和外壳236可以通过致动器300相对于彼此平移和旋转。在另一个示例性实施例中，内壳240和外壳236可以通过致动器300相对于彼此平移。在另一个示例性实施例中，内壳240和外壳236可以通过致动器300相对于彼此旋转。在另一个示例性实施例中，内壳240可以通过致动器300相对于固定的外壳236旋转和平移。在又一示例性实施例中，内壳240可通过致动器300相对于固定的外壳236旋转。在另一个示例性实施例中，内壳240可以通过致动器300相对于固定的外壳236平移。在另一个示例性实施例中，外壳236可以通过致动器300相对于固定的内壳240旋转和平移。在另一个示例性实施例中，外壳236可以通过致动器300相对于固定的内壳240旋转。在另一个示例性实施例中，外壳236可以通过致动器300相对于固定的内壳240平移。
如上面关于图1和2所描述的，燃气涡轮发动机10包括限定燃烧室114的燃烧器100。有利地，本公开的部件组件232允许致动器300位于燃烧器100的上游，如图15所示。通过将致动器300定位在燃烧器100的上游，由于该位置的温度降低和该位置的物理体积增加，致动器300的性能得到提高，这使得致动系统能够更加稳健。
在本公开的示例性方面，提供一种用于改变燃气涡轮发动机中的翼型件之间的喉部距离的方法。该方法包括提供部件组件，该部件组件包括具有整体外壳翼型件的第一阵列的外壳和具有整体内壳翼型件的第二阵列的内壳；将外壳和内壳相对于彼此从第一位置旋转到第二位置；以及将外壳和内壳相对于彼此从第一位置平移到第二位置。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，所述燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径，所述部件组件包括：外壳，所述外壳包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼型件的第一阵列；和内壳，所述内壳包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列，其中所述外壳和所述内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移并和旋转中的一个或两个。
2.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，所述外壳和所述内壳能够在所述第一位置和所述第二位置之间相对于彼此平移和旋转。
3.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，在所述第一位置，第一喉部距离限定在所述外壳和所述内壳之间，并且其中，在所述第二位置，第二喉部距离限定在所述外壳和所述内壳之间，并且其中所述第二喉部距离小于所述第一喉部距离。
4.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，所述外壳相对于所述内壳旋转，使得所述整体外壳翼型件相对于所述整体内壳翼型件移动。
5.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，所述外壳相对于所述内壳沿轴向方向平移。
6.根据任何在前条项所述的部件组件，进一步包括致动器，所述致动器与所述外壳和所述内壳中的一个连通，其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此旋转，并且其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此平移。
7.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，所述燃气涡轮发动机包括限定燃烧室的燃烧器，其中所述外壳至少部分限定所述核心空气流动路径，其中所述内壳至少部分限定所述核心空气流动路径，其中，所述外壳的一部分限定所述燃烧室的第一部分，并且其中所述内壳的一部分限定所述燃烧室的第二部分。
8.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，所述致动器设置在所述燃烧器的上游。
9.一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，所述燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径，所述部件组件包括：外壳，所述外壳包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼型件的第一阵列；内壳，所述内壳包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列；和致动器，所述致动器与所述外壳和所述内壳中的一个连通，其中所述外壳和所述内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和旋转中的一个或两个。
10.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此旋转，并且其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此平移。
11.根据任何在前条项所述的部件组件，其中，所述燃气涡轮发动机包括限定燃烧室的燃烧器，其中所述外壳至少部分限定所述核心空气流动路径，其中所述内壳至少部分限定所述核心空气流动路径，其中，所述外壳的一部分限定所述燃烧室的第一部分，并且其中所述内壳的一部分限定所述燃烧室的第二部分。
12.一种用于改变燃气涡轮发动机中的翼型件之间的喉部距离的方法，包括：提供一种部件组件，所述部件组件包括具有整体外壳翼型件的第一阵列的外壳和具有整体内壳翼型件的第二阵列的内壳；将所述外壳和所述内壳相对于彼此从第一位置旋转到第二位置；以及将所述外壳和所述内壳相对于彼此从所述第一位置平移到所述第二位置。
13.根据任何在前条项所述的方法，其中，将所述外壳和所述内壳相对于彼此从所述第一位置旋转到所述第二位置使所述整体外壳翼型件相对于所述整体内壳翼型件移动，并且其中将所述外壳和所述内壳相对于彼此从所述第一位置平移到所述第二位置包括使所述外壳和所述内壳相对于彼此沿轴向方向移动。
14.根据任何在前条项所述的方法，其中，在所述第一位置，第一喉部距离限定在所述外壳和所述内壳之间，并且其中，在所述第二位置，第二喉部距离限定在所述外壳和所述内壳之间，并且其中所述第二喉部距离小于所述第一喉部距离。
15.根据任何在前条项所述的方法，进一步包括提供致动器，所述致动器与所述外壳和所述内壳中的一个连通，其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此旋转，并且其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此平移。
16.根据任何在前条项所述的方法，其中，所述燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径并且包括限定燃烧室的燃烧器，其中所述外壳至少部分限定所述核心空气流动路径，并且其中所述内壳至少部分限定所述核心空气流动路径，其中所述外壳的一部分限定所述燃烧室的第一部分，并且其中所述内壳的一部分限定所述燃烧室的第二部分。
17.根据任何在前条项所述的方法，其中，所述致动器设置在所述燃烧器的上游。
18.根据任何在前条项所述的方法，其中，所述外壳和所述内壳在发动机起飞状态期间处于所述第一位置，并且其中所述外壳和所述内壳在发动机巡航状态期间旋转并平移到所述第二位置。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何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合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以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书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图在权利要求书的范围内。
虽然本公开已被描述为具有示例性设计，但本公开可在本公开的范围内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原理的本公开的任何变化、使用或改编。此外，本申请旨在涵盖在本公开所涉及的本领域的已知或习惯做法的范围内，且属于所附权利要求范围内的偏离本公开的情况。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，所述燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径，其特征在于，所述部件组件包括：
外壳，所述外壳包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼型件的第一阵列；和
内壳，所述内壳包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列，
其中所述外壳和所述内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和旋转中的一个或两个。
2.根据权利要求1所述的部件组件，其特征在于，其中，所述外壳和所述内壳能够在所述第一位置和所述第二位置之间相对于彼此平移和旋转。
3.根据权利要求2所述的部件组件，其特征在于，其中，在所述第一位置，第一喉部距离限定在所述外壳和所述内壳之间，并且其中，在所述第二位置，第二喉部距离限定在所述外壳和所述内壳之间，并且其中所述第二喉部距离小于所述第一喉部距离。
4.根据权利要求2所述的部件组件，其特征在于，其中，所述外壳相对于所述内壳旋转，使得所述整体外壳翼型件相对于所述整体内壳翼型件移动。
5.根据权利要求4所述的部件组件，其特征在于，其中，所述外壳相对于所述内壳沿轴向方向平移。
6.根据权利要求1所述的部件组件，其特征在于，进一步包括致动器，所述致动器与所述外壳和所述内壳中的一个连通，其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此旋转，并且其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此平移。
7.根据权利要求6所述的部件组件，其特征在于，其中，所述燃气涡轮发动机包括限定燃烧室的燃烧器，其中所述外壳至少部分限定所述核心空气流动路径，其中所述内壳至少部分限定所述核心空气流动路径，其中，所述外壳的一部分限定所述燃烧室的第一部分，并且其中所述内壳的一部分限定所述燃烧室的第二部分。
8.根据权利要求7所述的部件组件，其特征在于，其中，所述致动器位于所述燃烧器的上游。
9.一种用于燃气涡轮发动机的部件组件，所述燃气涡轮发动机限定核心空气流动路径，其特征在于，所述部件组件包括：
外壳，所述外壳包括从外壳周边向内延伸的整体外壳翼型件的第一阵列；
内壳，所述内壳包括从内壳周边向外延伸的整体内壳翼型件的第二阵列；和
致动器，所述致动器与所述外壳和所述内壳中的一个连通，
其中所述外壳和所述内壳能够在第一位置和第二位置之间相对于彼此平移和旋转中的一个或两个。
10.根据权利要求9所述的部件组件，其特征在于，其中，所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此旋转，并且其中所述致动器使所述外壳和所述内壳相对于彼此平移。
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