CN116733631A - 具有带非环形入口的机舱的涡轮风扇发动机 - Google Patents

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CN116733631A CN202310209677.5A CN202310209677A CN116733631A CN 116733631 A CN116733631 A CN 116733631A CN 202310209677 A CN202310209677 A CN 202310209677A CN 116733631 A CN116733631 A CN 116733631A
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Abstract

一种涡轮风扇发动机，包括：风扇，风扇具有多个风扇叶片；涡轮机，涡轮机可操作地联接到风扇以驱动风扇，涡轮机包括处于串行流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；机舱，机舱围绕并至少部分地包围风扇，机舱包括机舱的前缘处的入口，入口限定非环形的内部入口表面；以及入口预旋流特征，入口预旋流特征位于多个风扇叶片的上游，入口预旋流特征附接到机舱或集成到机舱中。

Description

具有带非环形入口的机舱的涡轮风扇发动机
技术领域
本主题大体涉及燃气涡轮发动机，或者更具体地，涉及构造成在机舱的入口处引导气流的燃气涡轮发动机。
背景技术
涡轮风扇发动机通常包括布置成彼此流动连通的具有多个风扇叶片的风扇和涡轮机。另外，涡轮风扇发动机的涡轮机通常以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，空气从风扇提供到压缩机区段的入口，在压缩机区段中，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气直到其到达燃烧区段。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导向到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，并且然后被导向通过排气区段，例如，排放到大气。
涡轮机可以被构造成驱动风扇。然而，风扇叶片的上部跨度的效率损失可能导致较低效率的涡轮风扇发动机。
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公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本主题的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意横截面视图。
图2是根据本主题的示例性实施例的图1的示例性燃气涡轮发动机的前端的特写示意图。
图3是根据本主题的另一个示例性实施例的图1的示例性燃气涡轮发动机的前端的特写示意图。
图4是根据本主题的示例性实施例的沿图1的燃气涡轮发动机的轴向方向的图1的示例性燃气涡轮发动机的入口的局部示意图。
图5是根据本主题的另一个示例性实施例的沿图1的燃气涡轮发动机的轴向方向的图1的示例性燃气涡轮发动机的入口的示意图。
图6是根据本主题的另一个示例性实施例的沿图1的燃气涡轮发动机的轴向方向的图1的示例性燃气涡轮发动机的入口的局部示意图。
图7是根据本主题的另一个示例性实施例的沿图1的燃气涡轮发动机的轴向方向的图1的示例性燃气涡轮发动机的入口的示意图。
图8是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的入口的示意图。
图9是根据本公开的另一个示例性实施例的部分跨度入口导向轮叶和圆形部分的一部分的示意图。
图10是根据本公开的另一个示例性实施例的部分跨度入口导向轮叶和圆形部分的一部分的示意图。
图11是根据本公开的另一个示例性实施例的部分跨度入口导向轮叶和圆形部分的一部分的示意图。
图12是根据本公开的另一个示例性实施例的部分跨度入口导向轮叶和圆形部分的一部分的示意图。
图13是根据本公开的另一个示例性实施例的部分跨度入口导向轮叶和圆形部分的一部分的示意图。
对应的附图标记在多个视图中指示对应的部分。本文列出的示例示出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
现在将详细参考本公开的当前实施例，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附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。
提供以下描述是为了使本领域技术人员能够制作和使用被设想用于执行本公开的所描述的实施例。然而，各种修改、等同物、变化和替代物对于本领域技术人员而言将是显而易见的。任何和所有此类修改、变化、等同物和替代物旨在落入本公开的范围内。
本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“纵向”及其派生词应与本公开如其在附图中被定向的相关。然而，应当理解，本公开可以假定各种替代变型，除非明确指明相反。附图中示出的以及在以下说明书中描述的具体装置仅是本公开的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为限制性的。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以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，其中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”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
此外，除非另有说明，否则术语“低”、“高”或它们各自的比较级(例如，更低、更高，在适用的情况下)均指发动机内的相对速度或压力。例如，“低压涡轮”在通常低于“高压涡轮”的压力下操作。替代地，除非另有说明，否则可以以其最高级来理解上述术语。例如，“低压涡轮”可以指涡轮区段内的最低最大压力涡轮，而“高压涡轮”可以指涡轮区段内的最高最大压力涡轮。本公开的发动机还可以包括中压涡轮，例如具有三个线轴的发动机。
如本文在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语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值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点、和/或端点之间的范围的裕度。
在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
如本文所用，术语“风扇压力比”是指风扇操作期间紧接风扇的风扇叶片下游的气压与风扇操作期间紧接风扇的风扇叶片上游的气压之比。
如本文所用，关于涡轮风扇发动机的术语“额定速度”是指涡轮风扇发动机在正常操作时可达到的最大转速。例如，涡轮风扇发动机可以在最大负载操作期间(例如在起飞操作期间)以额定速度操作。
同样如本文所用，由风扇的多个风扇叶片限定的术语“风扇尖端速度”是指在风扇操作期间风扇叶片的外尖端沿径向方向的线性速度。
本公开大体涉及涡轮风扇发动机的外机舱，其包括外机舱的前缘处的入口。入口限定非环形的内部入口表面，并且外机舱还包括一个或多个入口预旋流特征。如本文所用，关于内部入口表面的术语“非环形”是指内部入口表面的形状偏离绝对环形形状比由于制造能力和涡轮风扇发动机的外机舱的正常磨损的限制而必然存在的更多。此外，关于内部入口表面的术语“非环形”是指内部入口表面本身，而不是任何附加特征(例如入口预旋流特征)和相关联的安装或联接结构(例如入口预旋流特征和内部入口表面之间的斜缘)。
以这种方式，入口的非环形内部入口表面引导通过外机舱的入口进入涡轮风扇发动机的一定量的空气。此外，入口的非环形内部入口表面也开始风扇的风扇叶片前方的预旋流。此外，入口的非环形内部入口表面有助于沿发动机机舱入口的内表面引导边界层空气。因为边界层空气往往是湍流的，所以入口的非环形内部入口表面有助于最小化空气与机舱表面的分离。
以这种方式，在这种气流到达风扇的多个风扇叶片之前使通过机舱的入口提供的气流预旋流可以减少分离损失和/或冲击损失，从而允许风扇以本文描述的相对高的风扇尖端速度操作，效率损失较小。
现在参考附图，其中贯穿附图相同的数字指示相同的元件，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横截面视图。更具体地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是航空涡轮风扇喷气发动机10(本文称为“涡轮风扇发动机10”)，其被构造为例如以翼下构造或尾部安装构造安装到飞行器。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线12延伸)、径向方向R和周向方向(即，绕轴向方向A延伸的方向；未描绘)。大体上，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的涡轮机16(涡轮机16有时也或替代地称为“核心涡轮发动机”)。
所描绘的示例性涡轮机16大体上包括限定环形入口20的基本上管状外壳18。外壳18以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括第一增压或低压(LP)压缩机22和第二高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括第一高压(HP)涡轮28和第二低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷射排气喷嘴区段32以串行流动顺序布置，并且一起限定通过涡轮机16的核心空气流动路径37。还设想本公开与具有中压涡轮的发动机(例如，具有三个线轴的发动机)兼容。
仍然参考图1的实施例，风扇区段14包括可变螺距单级风扇38，涡轮机16可操作地联接到风扇38以驱动风扇38。风扇38包括以间隔开的方式联接到盘42的多个可旋转风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40大致沿径向方向R从盘42向外延伸。借助于风扇叶片40可操作地联接到合适的致动构件44，每个风扇叶片40可相对于盘42绕螺距轴线P旋转，致动构件44被构造成例如一致地共同改变风扇叶片40的螺距。风扇叶片40、盘42和致动构件44通过LP轴36跨动力齿轮箱46一起可绕纵向中心线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将LP轴36的转速降低到更有效的旋转风扇速度。因此，对于所示实施例，涡轮机16通过动力齿轮箱46可操作地联接到风扇38。
在示例性实施例中，风扇区段14包括二十二(22)个或更少的风扇叶片40。在某些示例性实施例中，风扇区段14包括二十(20)个或更少的风扇叶片40。在某些示例性实施例中，风扇区段14包括十八(18)个或更少的风扇叶片40。在某些示例性实施例中，风扇区段14包括十六(16)个或更少的风扇叶片40。在某些示例性实施例中，设想风扇区段14包括用于特定应用的其他数量的风扇叶片40。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，风扇38限定风扇压力比，并且多个风扇叶片40中的每一个都限定风扇尖端速度。在涡轮风扇发动机以额定速度操作期间，所描绘的示例性涡轮风扇发动机10限定相对高的风扇尖端速度和相对低的风扇压力比。如本文所用，术语“风扇压力比”是指风扇38的操作期间紧接风扇叶片40下游的气压与风扇38的操作期间紧接风扇叶片40上游的气压之比。对于图1所描绘的实施例，涡轮风扇发动机10的风扇38限定相对低的风扇压力比。例如，所描述的涡轮风扇发动机10限定小于或等于约1.5的风扇压力比。例如，在某些示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以限定小于或等于约1.4的风扇压力比。在某些示例性实施例中，设想涡轮风扇发动机10可以为特定应用限定其他风扇压力比。风扇压力比可以是风扇38在涡轮风扇发动机10的操作期间(例如在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间)的风扇压力比。
如本文所用，关于涡轮风扇发动机10的术语“额定速度”是指涡轮风扇发动机10在正常操作时可达到的最大转速。例如，涡轮风扇发动机10可以在最大负载操作期间(例如在起飞操作期间)以额定速度操作。
同样如本文所用，由多个风扇叶片40限定的术语“风扇尖端速度”是指在风扇38的操作期间风扇叶片40的外尖端沿径向方向R的线性速度。在示例性实施例中，本公开的涡轮风扇发动机10使风扇38的风扇叶片40以相对高的转速旋转。例如，在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间，多个风扇叶片40中的每一个的风扇尖端速度大于或等于1000英尺/秒且小于或等于2250英尺/秒。在某些示例性实施例中，在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间，每个风扇叶片40的风扇尖端速度可以大于或等于1,250英尺/秒且小于或等于2250英尺/秒。在某些示例性实施例中，在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间，每个风扇叶片40的风扇尖端速度可大于或等于约1,350英尺/秒(例如大于约1,450英尺/秒，例如大于约1,550英尺/秒)且小于或等于2250英尺/秒。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的前机舱或毂48覆盖，前机舱或毂48在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，对于所描述的实施例，环形风扇壳体或外机舱50至少部分地周向围绕风扇38和涡轮机16的至少一部分。
更具体地，外机舱50包括内壁52，并且外机舱50的内壁52的下游区段54在涡轮机16的外部分上延伸，以便在它们之间限定旁通气流通道56。另外，对于所描绘的实施例，外机舱50由多个周向间隔开的出口导向轮叶55相对于涡轮机16被支撑。外机舱50包括外机舱50的前缘61处的入口60。入口60限定非环形的内部入口表面63，如本文更详细描述的。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定量空气58通过外机舱50和/或风扇区段14的入口60进入涡轮风扇发动机10。当一定量空气58穿过风扇叶片40时，由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导向到旁通气流通道56中，并且由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导向到核心空气流动路径37中。通过旁通气流通道56的气流量(即，由箭头62指示的第一部分空气)与通过核心空气流动路径37的气流量(即，由箭头64指示的第二部分空气)之间的比被称为旁通比。
在示例性实施例中，涡轮风扇发动机10(例如，以额定速度)操作期间的旁通比小于或等于约十一(11)。例如，涡轮风扇发动机10(例如，以额定速度)操作期间的旁通比可以小于或等于约十(10)，例如小于或等于约九(9)。此外，旁通比可以至少约为二(2)。
在其他示例性实施例中，旁通比通常可以在约7:1和约20:1之间，例如在约10:1和约18:1之间。然后，随着由箭头64指示的第二部分空气被导向通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26，第二部分空气的压力增加，在燃烧区段26中第二部分空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
在示例性实施例中，动力齿轮箱46的齿轮比大于或等于1.2且小于或等于3.0。在一些示例性实施例中，动力齿轮箱46的齿轮比大于或等于1.2且小于或等于2.6。在其他示例性实施例中，动力齿轮箱46的齿轮比大于或等于1.2且小于或等于2.0。
仍然参考图1，来自压缩机区段的由箭头64指示的压缩的第二部分空气与燃料混合，并在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体66。燃烧气体66从燃烧区段26被导向通过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接到外壳18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取，因此使HP轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被导向通过LP涡轮30，其中经由联接到外壳18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级从燃烧气体66提取第二部分热能和动能，因此使LP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随后被导向通过涡轮机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，随着由箭头62指示的第一部分空气在从涡轮风扇发动机10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导向通过旁通气流通道56，第一部分空气62的压力显著增加，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至少部分地限定热气路径78，用于引导燃烧气体66通过涡轮机16。
仍然参考图1，本公开的涡轮风扇发动机10还提供风扇叶片40的尖端前方的预旋流流，如本文所述。例如，涡轮风扇发动机10另外包括例如构造为多个部分跨度入口导向轮叶100的入口预旋流特征，如本文更详细描述的。
在一些示例性实施例中，本公开的示例性涡轮风扇发动机10可以是相对大功率等级的涡轮风扇发动机10。因此，当以额定速度操作时，涡轮风扇发动机10可以被构造为生成相对大的推力量。更具体地，当以额定速度操作时，涡轮风扇发动机10可以被构造为生成至少约20,000磅的推力，例如至少约25,000磅的推力，例如至少约30,000磅的推力，以及至高达例如约150,000磅的推力。因此，涡轮风扇发动机10可以被称为相对大功率等级的燃气涡轮发动机。
此外，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可以具有任何其他合适的构造。例如，在某些示例性实施例中，风扇可以不是可变螺距风扇，发动机可以不包括驱动风扇的减速齿轮箱(例如，动力齿轮箱46)，可以包括任何其他合适数量或布置的轴、线轴、压缩机、涡轮等。
如上所讨论的，本公开的涡轮风扇发动机10还提供风扇叶片40的尖端前方的预旋流流。现在还参考图2，提供了图1的示例性涡轮风扇发动机10的风扇区段14和涡轮机16的前端的特写示意图。在示例性实施例中，涡轮风扇发动机10包括位于风扇38的多个风扇叶片40上游并且附接到或集成到外机舱50中的入口预旋流特征。更具体地，对于图1和图2的实施例，入口预旋流特征被构造为多个部分跨度入口导向轮叶100。多个部分跨度入口导向轮叶100各自在沿轴向方向A的风扇38的多个风扇叶片40前方和外机舱50的入口60后方的位置处从外机舱50(例如从外机舱50的内壁52)悬臂伸出。更具体地，多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个沿径向方向R限定外端102，并且通过合适的连接装置(未示出)在径向外端102处附接/连接到外机舱50。例如，多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个都可以在外端102处螺栓连接到外机舱50的内壁52，在外端102处焊接到外机舱50的内壁52，或者在外端102处以任何其他合适的方式附接到外机舱50。
此外，对于所示实施例，多个部分跨度入口导向轮叶100大体沿径向方向R从外端102延伸到内端104(即，沿径向方向R的内端104)。此外，如将理解的，对于所描绘的实施例，多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个在各自的内端104处与相邻部分跨度入口导向轮叶100不连接(即，相邻部分跨度入口导向轮叶100在径向内端104处不彼此接触，并且不包括径向内端104处的任何中间连接构件，例如连接环、支柱等)。更具体地，对于所描述的实施例，每个部分跨度入口导向轮叶100完全由相应外端102处的到外机舱50的连接支撑(并且不通过例如在沿径向方向R在外端102内侧的位置处在相邻部分跨度入口导向轮叶100之间延伸的任何结构)。如下面将讨论的，这可以减少由部分跨度入口导向轮叶100生成的湍流量。
此外，如所描绘的，多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个并不完全在外机舱50和例如涡轮风扇发动机10的毂48之间延伸。更具体地，对于所描绘的实施例，多个入口导向轮叶中的每一个沿径向方向R限定入口导向轮叶(“IGV”)跨度106，并且进一步，多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个还限定前缘108和后缘110。IGV跨度106是指在部分跨度入口导向轮叶100的前缘108处部分跨度入口导向轮叶100的外端102和内端104之间沿径向方向R的测量值。类似地，风扇38的多个风扇叶片40沿径向方向R限定风扇叶片跨度112。更具体地，风扇38的多个风扇叶片40中的每一个还限定前缘114和后缘116，并且风扇叶片跨度112是指在相应风扇叶片40的前缘114处风扇叶片40的径向外尖端和基部之间沿径向方向R的测量值。
对于所描绘的实施例，IGV跨度106至少为风扇叶片跨度112的约百分之五，并且至高达风扇叶片跨度112的约百分之五十五。例如，在某些示例性实施例中，IGV跨度106可以在风扇叶片跨度112的约百分之十五和风扇叶片跨度112的约百分之四十五之间，例如在风扇叶片跨度112的约百分之三十和风扇叶片跨度112的约百分之四十之间。
现在还将参考图4，提供了图1和图2的涡轮风扇发动机10的入口60的局部轴向视图。应当理解，对于所描绘的实施例，涡轮风扇发动机10的多个部分跨度入口导向轮叶100包括相对大量的部分跨度入口导向轮叶100。更具体地，对于所描绘的实施例，多个部分跨度入口导向轮叶100包括约十个部分跨度入口导向轮叶100至约五十个部分跨度入口导向轮叶100。更具体地，对于所描绘的实施例，多个部分跨度入口导向轮叶100包括约二十个部分跨度入口导向轮叶100至约四十五个部分跨度入口导向轮叶100，并且还更具体地，所描绘的实施例包括三十二个部分跨度入口导向轮叶100。另外，对于所描绘的实施例，多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个沿周向方向C基本上均匀地间隔开。更具体地，多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个与相邻部分跨度入口导向轮叶100限定周向间距118，其中每个相邻部分跨度入口导向轮叶100之间的周向间距118基本相等。
虽然未描绘，但在某些示例性实施例中，部分跨度入口导向轮叶100的数量可以基本上等于涡轮风扇发动机10的风扇38的风扇叶片40的数量。然而，在其他实施例中，部分跨度入口导向轮叶100的数量可以大于涡轮风扇发动机10的风扇38的风扇叶片40的数量，或者替代地，可以小于涡轮风扇发动机10的风扇38的风扇叶片40的数量。在其他示例性实施例中，部分跨度入口导向轮叶100的数量可以显著大于涡轮风扇发动机10的风扇38的风扇叶片40的数量。例如，设想部分跨度入口导向轮叶100的数量与风扇38的风扇叶片40的数量之比可以至少为10:1。在其他实施例中，设想部分跨度入口导向轮叶100的数量与风扇38的风扇叶片40的数量之比可以至少为15:1。在其他实施例中，设想部分跨度入口导向轮叶100的数量与风扇38的风扇叶片40的数量之比可以至少为5:1。
例如，所描绘的涡轮风扇发动机10限定小于或等于约1.5的风扇压力比。例如，在某些示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以限定小于或等于约1.4的风扇压力比。在某些示例性实施例中，设想涡轮风扇发动机10可以为特定应用限定其他风扇压力比。风扇压力比可以是风扇38在涡轮风扇发动机10的操作期间(例如在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间)的风扇压力比。
此外，应当理解，在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以包括任何其他合适数量的部分跨度入口导向轮叶100和/或部分跨度入口导向轮叶100的周向间距118。例如，现在简要地参考图8，提供了根据本公开的另一个示例性实施例的涡轮风扇发动机10的入口60的轴向视图。对于图8的实施例，涡轮风扇发动机10包括少于二十个部分跨度入口导向轮叶100。更具体地，对于图8的实施例，涡轮风扇发动机10包括至少八个部分跨度入口导向轮叶100，或者更具体地，包括恰好八个部分跨度入口导向轮叶100。另外，对于图8的实施例，多个部分跨度入口导向轮叶100沿周向方向C不是基本上均匀地间隔开的。例如，多个部分跨度入口导向轮叶100中的至少某些限定第一周向间距118A，而多个部分跨度入口导向轮叶100中的其他部分跨度入口导向轮叶限定第二周向间距118B。对于所描绘的实施例，第一周向间距118A比第二周向间距118B大至少约百分之二十，例如大至少约百分之二十五，例如大至少约百分之三十，例如大高达约百分之二百。值得注意的是，如下文将更详细描述的，周向间距118是指相邻部分跨度入口导向轮叶100之间的平均周向间距。不均匀周向间距可以例如偏移部分跨度入口导向轮叶100上游的结构。
返回参考图1和图2，如上所述，外机舱50包括外机舱50的前缘61处的入口60。入口60限定非环形的内部入口表面63。以这种方式，入口60的非环形周边(circumference)引导通过外机舱50的入口60进入涡轮风扇发动机10的一定量的空气58。此外，入口60的非环形周边也开始风扇叶片40前方的预旋流。
参考图2，入口60的非环形周边和多个部分跨度入口导向轮叶100中的每一个都被构造为在风扇38的多个风扇叶片40的上游预旋流通过机舱50的入口60提供的气流58。如上简要讨论的，在通过机舱50的入口60提供的气流58到达风扇38的多个风扇叶片40之前预旋流这种气流58可以减少分离损失和/或冲击损失，允许风扇38以上述相对高的风扇尖端速度操作，效率损失较小。
返回参考图4，现在将讨论限定非环形的内部入口表面63的入口60的示例性实施例。例如，内部入口表面63包括周向围绕外机舱50定位的多个圆形部分200。在示例性实施例中，多个圆形部分200包括扇贝形状。在其他示例性实施例中，多个圆形部分200包括弯曲、弧形或其他圆形形状。在示例性实施例中，多个圆形部分200在轴向方向A(图2)上对准。在示例性实施例中，多个圆形部分200延伸到外机舱50的内部入口表面63中约0.0001英寸至约0.010英寸。在其他示例性实施例中，多个圆形部分200延伸到外机舱50的内部入口表面63中约0.0001英寸至约0.250英寸。
参考图4，在示例性实施例中，多个圆形部分200和多个部分跨度入口导向轮叶100以交替布置的方式周向设置。例如，在这样的构造中，一个圆形部分200位于每对部分跨度入口导向轮叶100之间，如图4所示。
现在参考图5，提供了根据另一个示例性实施例的图1和图2的涡轮风扇发动机10的入口60的轴向视图。参考图5，在另一个示例性实施例中，多个圆形部分200中的一个顺序地周向设置在多个部分跨度入口导向轮叶100中的每两个之间。
现在参考图6，提供了根据另一个示例性实施例的图1和图2的涡轮风扇发动机10的入口60的局部轴向视图。参考图6，在另一个示例性实施例中，多个圆形部分200中的一个顺序地周向设置在多个部分跨度入口导向轮叶100中的每三个之间。
现在参考图7，提供了根据另一个示例性实施例的图1和图2的涡轮风扇发动机10的入口60的轴向视图。参考图7，在另一个示例性实施例中，多个圆形部分200和多个部分跨度入口导向轮叶100的构造在外机舱50的各个位置处是不同的。
参考图7，外机舱50包括顶部部分210、底部部分212、第一侧部分214和第二侧部分216。在这样的示例性实施例中，多个圆形部分200相对于多个部分跨度入口导向轮叶100以第一构造顺序地周向设置在外机舱50的顶部部分210和底部部分212。例如，在第一构造中，多个圆形部分200中的一个顺序地周向设置在多个部分跨度入口导向轮叶100中的每两个之间。设想多个圆形部分200和多个部分跨度入口导向轮叶100的任何其他构造可用于第一构造。
此外，在这样的示例性实施例中，多个圆形部分200相对于多个部分跨度入口导向轮叶100以第二构造顺序地周向设置在外机舱50的第一侧部分214和第二侧部分216，其中第一构造与第二构造不同。例如，在第二构造中，多个圆形部分200中的一个顺序地周向设置在多个部分跨度入口导向轮叶100中的每三个之间。设想多个圆形部分200和多个部分跨度入口导向轮叶100的任何其他构造可用于第二构造。
还设想可以在外机舱50的顶部部分210、底部部分212、第一侧部分214和第二侧部分216中的每一个处使用多个圆形部分200和多个部分跨度入口导向轮叶100的不同构造。
此外，设想在示例性实施例中，多个圆形部分200在外机舱50的顶部部分210和底部部分212处延伸到外机舱50的内部入口表面63中第一深度Dl。在这样的示例性实施例中，多个圆形部分200在外机舱50的第一侧部分214和第二侧部分216处延伸到外机舱50的内部入口表面63中第二深度D2，其中第一深度D1与第二深度D2不同。
还设想多个圆形部分200延伸到外机舱50的内部入口表面63中的深度在外机舱50的顶部部分210、底部部分212、第一侧部分214和第二侧部分216中的每一个处可以不同。
返回参考图2，在示例性实施例中，多个圆形部分200从外机舱50的前缘61延伸到入口预旋流特征(例如部分跨度入口导向轮叶100)上游的位置。
设想可以使用多个圆形部分200的其他构造。例如，返回参考图3，在示例性实施例中，多个圆形部分200从外机舱50的前缘61延伸到入口预旋流特征(例如部分跨度入口导向轮叶100)后方或下游的位置。
在其他示例性实施例中，设想多个圆形部分200中的第一组从外机舱50的前缘61延伸到入口预旋流特征(例如部分跨度入口导向轮叶100)上游的位置，并且多个圆形部分200中的第二组从外机舱50的前缘61延伸到入口预旋流特征(例如部分跨度入口导向轮叶100)后方或下游的位置。
返回参考图8，在包括八个部分跨度入口导向轮叶100的示例性实施例中，设想可以使用多个圆形部分200和多个部分跨度入口导向轮叶100的任何构造。例如，在一个示例性实施例中，多个圆形部分200中的一个顺序地周向设置在多个部分跨度入口导向轮叶100中的每两个之间。
现在参考图9，提供了部分跨度入口导向轮叶100和多个圆形部分200的一部分的示意图。如图所示，在示例性实施例中，多个圆形部分200限定圆形部分纵向轴线220，并且圆形部分纵向轴线220与涡轮风扇发动机10(图1)的纵向轴线12对准。
此外，在示例性实施例中，多个圆形部分200包括第一端230和第二端232，并且多个部分跨度入口导向轮叶100包括前缘108和后缘110。在所描绘的实施例中，多个圆形部分200的第一端230在多个部分跨度入口导向轮叶100的前缘108的前方，并且多个圆形部分200的第二端232在多个部分跨度入口导向轮叶100的后缘110的前方。
现在参考图10，提供了部分跨度入口导向轮叶100和多个圆形部分200的一部分的示意图。如图所示，在另一个示例性实施例中，多个圆形部分200限定圆形部分纵向轴线220，并且圆形部分纵向轴线220倾斜于涡轮风扇发动机10(图1)的纵向轴线12。例如，设想圆形部分纵向轴线220与部分跨度入口导向轮叶100的弦线226对准。
此外，在示例性实施例中，多个圆形部分200包括第一端230和第二端232，并且多个部分跨度入口导向轮叶100包括前缘108和后缘110。在所描绘的实施例中，多个圆形部分200的第一端230在多个部分跨度入口导向轮叶100的前缘108的前方，并且多个圆形部分200的第二端232在多个部分跨度入口导向轮叶100的后缘110后方。在这样的实施例中，还设想多个圆形部分200的第二端232可以与多个部分跨度入口导向轮叶100对准，或甚至与多个部分跨度入口导向轮叶100的后缘110对准。
现在参考图11，提供了部分跨度入口导向轮叶100和多个圆形部分200的一部分的示意图。如图所示，在另一个示例性实施例中，多个圆形部分200限定圆形部分纵向轴线220并且圆形部分纵向轴线220倾斜于涡轮风扇发动机10(图1)的纵向轴线12。例如，设想圆形部分纵向轴线220与部分跨度入口导向轮叶100的弦线226对准。还设想圆形部分纵向轴线220与部分跨度入口导向轮叶100的前缘108处的弦角对准。
此外，在示例性实施例中，多个圆形部分200包括第一端230和第二端232，并且多个部分跨度入口导向轮叶100包括前缘108和后缘110。在所描绘的实施例中，多个圆形部分200的第一端230在多个部分跨度入口导向轮叶100的前缘108的前方，并且多个圆形部分200的第二端232在多个部分跨度入口导向轮叶100的后缘110的前方。在这样的实施例中，还设想多个圆形部分200的第二端232在多个部分跨度入口导向轮叶100的前缘108的后方。
现在参考图12，提供了部分跨度入口导向轮叶100和多个圆形部分200的一部分的示意图。如图所示，在另一个示例性实施例中，多个圆形部分200限定圆形部分纵向轴线220，并且圆形部分纵向轴线220倾斜于涡轮风扇发动机10(图1)的纵向轴线12。例如，设想圆形部分纵向轴线220与部分跨度入口导向轮叶100的弦线226对准。还设想圆形部分纵向轴线220与部分跨度入口导向轮叶100的前缘108处的入射角对准。
此外，在示例性实施例中，多个圆形部分200包括第一端230和第二端232，并且多个部分跨度入口导向轮叶100包括前缘108和后缘110。在所描绘的实施例中，多个圆形部分200的第一端230在多个部分跨度入口导向轮叶100的前缘108的前方，并且多个圆形部分200的第二端232在多个部分跨度入口导向轮叶100的后缘110的前方。在这样的实施例中，还设想多个圆形部分200的第二端232在多个部分跨度入口导向轮叶100的前缘108的后方。
现在参考图13，提供了部分跨度入口导向轮叶100和多个圆形部分200的一部分的示意图。如图所示，在另一个示例性实施例中，多个圆形部分200限定第一圆形部分纵向轴线220和第二圆形部分纵向轴线222。第一圆形部分纵向轴线220和第二圆形部分纵向轴线222倾斜于涡轮风扇发动机10(图1)的纵向轴线12。例如，设想第二圆形部分纵向轴线222相对于涡轮风扇发动机10(图1)的纵向轴线12的角度大于第一圆形部分纵向轴线220相对于涡轮风扇发动机10(图1)的纵向轴线12的角度。
此外，在示例性实施例中，多个圆形部分200包括第一端230和第二端232，并且多个部分跨度入口导向轮叶100包括前缘108和后缘110。在所描绘的实施例中，多个圆形部分200的第一端230在多个部分跨度入口导向轮叶100的前缘108的前方，并且多个圆形部分200的第二端232在多个部分跨度入口导向轮叶100的后缘110的后方。在这样的实施例中，还设想多个圆形部分200的第二端232可以与多个部分跨度入口导向轮叶100对准或甚至与多个部分跨度入口导向轮叶100的后缘110对准。
本公开的进一步方面由以下条项的主题提供：
一种涡轮风扇发动机，所述涡轮风扇发动机限定纵向轴线并且包括：风扇，所述风扇包括多个风扇叶片；涡轮机，所述涡轮机可操作地联接到所述风扇以驱动所述风扇，所述涡轮机包括处于串行流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；机舱，所述机舱围绕并至少部分地包围所述风扇，所述机舱包括所述机舱的前缘处的入口，所述入口限定非环形的内部入口表面；以及入口预旋流特征，所述入口预旋流特征位于所述多个风扇叶片的上游，所述入口预旋流特征附接到所述机舱或集成到所述机舱中。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述内部入口表面包括围绕所述机舱周向定位的多个圆形部分。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述入口预旋流特征包括多个部分跨度入口导向轮叶，所述多个部分跨度入口导向轮叶在所述多个风扇叶片的上游和所述机舱的所述入口的后方从所述机舱延伸。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分和所述多个部分跨度入口导向轮叶以交替布置的方式周向设置。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分中的一个顺序地周向设置在所述多个部分跨度入口导向轮叶中的每两个之间。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分限定圆形部分纵向轴线，并且其中所述圆形部分纵向轴线与所述涡轮风扇发动机的所述纵向轴线对准。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分限定圆形部分纵向轴线，并且其中所述圆形部分纵向轴线倾斜于所述涡轮风扇发动机的所述纵向轴线。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分包括第一端和第二端，其中所述多个部分跨度入口导向轮叶包括前缘和后缘，并且其中所述多个圆形部分的所述第一端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述前缘的前方，并且所述多个圆形部分的所述第二端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述后缘的后方。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分包括第一端和第二端，其中所述多个部分跨度入口导向轮叶包括前缘和后缘，并且其中所述多个圆形部分的所述第一端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述前缘的前方，并且所述多个圆形部分的所述第二端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述后缘的前方。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述机舱包括顶部部分、底部部分、第一侧部分和第二侧部分，其中所述多个圆形部分相对于所述多个部分跨度入口导向轮叶以第一构造顺序地周向设置在所述机舱的所述顶部部分和所述底部部分，其中所述多个圆形部分相对于所述多个部分跨度入口导向轮叶以第二构造顺序地周向设置在所述机舱的所述第一侧部分和所述第二侧部分，并且其中所述第一构造与所述第二构造不同。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分延伸到所述机舱的所述内部入口表面中约0.0001英寸至约0.250英寸。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述机舱包括顶部部分、底部部分、第一侧部分和第二侧部分，其中所述多个圆形部分在所述顶部部分和所述底部部分处延伸到所述机舱的所述内部入口表面中第一深度，其中所述多个圆形部分在所述第一侧部分和所述第二侧部分处延伸到所述机舱的所述内部入口表面中第二深度，并且其中所述第一深度与所述第二深度不同。
根据任何前述条项所述的涡轮风扇发动机，其中，所述多个圆形部分包括扇贝形状。
一种用于涡轮风扇发动机的机舱组件，所述涡轮风扇发动机包括风扇，所述风扇包括多个风扇叶片，所述机舱组件构造成周向围绕所述风扇，所述机舱组件包括：入口，所述入口在所述机舱组件的前缘，所述入口限定非环形的内部入口表面；以及入口预旋流特征，所述入口预旋流特征位于所述多个风扇叶片的上游，所述入口预旋流特征附接到所述机舱组件或集成到所述机舱组件中。
根据任何前述条项所述的机舱组件，其中，所述内部入口表面包括围绕所述机舱组件周向定位的多个圆形部分。
根据任何前述条项所述的机舱组件，其中，所述入口预旋流特征包括多个部分跨度入口导向轮叶，所述多个部分跨度入口导向轮叶在所述多个风扇叶片的上游和所述机舱组件的所述入口的后方从所述机舱组件延伸。
根据任何前述条项所述的机舱组件，其中，所述多个圆形部分和所述多个部分跨度入口导向轮叶以交替布置的方式周向设置。
根据任何前述条项所述的机舱组件，其中，所述多个圆形部分中的一个顺序地周向设置在所述多个部分跨度入口导向轮叶中的每两个之间。
根据任何前述条项所述的机舱组件，其中，所述多个圆形部分中的一个顺序地周向设置在所述多个部分跨度入口导向轮叶中的每三个之间。
根据任何前述条项所述的机舱组件，其中，所述机舱组件包括顶部部分、底部部分、第一侧部分和第二侧部分，其中所述多个圆形部分相对于所述多个部分跨度入口导向轮叶以第一构造顺序地周向设置在所述机舱组件的所述顶部部分和所述底部部分，其中所述多个圆形部分相对于所述多个部分跨度入口导向轮叶以第二构造顺序地周向设置在所述机舱组件的所述第一侧部分和所述第二侧部分，并且其中所述第一构造与所述第二构造不同。
该书面描述使用示例来公开本公开，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公开，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，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落入权利要求的范围内。
虽然本公开已经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、用途或改编。此外，本申请旨在涵盖属于本公开所属领域的已知或惯常实践并且落入所附权利要求的限制内的与本公开的这种偏离。

Claims (10)

1.一种限定纵向轴线的涡轮风扇发动机，其特征在于，所述涡轮风扇发动机包括：
风扇，所述风扇包括多个风扇叶片；
涡轮机，所述涡轮机可操作地联接到所述风扇以驱动所述风扇，所述涡轮机包括处于串行流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；
机舱，所述机舱围绕并至少部分地包围所述风扇，所述机舱包括所述机舱的前缘处的入口，所述入口限定非环形的内部入口表面；以及
入口预旋流特征，所述入口预旋流特征位于所述多个风扇叶片的上游，所述入口预旋流特征附接到所述机舱或集成到所述机舱中。
2.根据权利要求1所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述内部入口表面包括围绕所述机舱周向定位的多个圆形部分。
3.根据权利要求2所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述入口预旋流特征包括多个部分跨度入口导向轮叶，所述多个部分跨度入口导向轮叶在所述多个风扇叶片的上游和所述机舱的所述入口的后方从所述机舱延伸。
4.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述多个圆形部分和所述多个部分跨度入口导向轮叶以交替布置的方式周向设置。
5.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述多个圆形部分中的一个顺序地周向设置在所述多个部分跨度入口导向轮叶中的每两个之间。
6.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述多个圆形部分限定圆形部分纵向轴线，并且其中所述圆形部分纵向轴线与所述涡轮风扇发动机的所述纵向轴线对准。
7.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述多个圆形部分限定圆形部分纵向轴线，并且其中所述圆形部分纵向轴线倾斜于所述涡轮风扇发动机的所述纵向轴线。
8.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述多个圆形部分包括第一端和第二端，其中所述多个部分跨度入口导向轮叶包括前缘和后缘，并且其中所述多个圆形部分的所述第一端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述前缘的前方，并且所述多个圆形部分的所述第二端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述后缘的后方。
9.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述多个圆形部分包括第一端和第二端，其中所述多个部分跨度入口导向轮叶包括前缘和后缘，并且其中所述多个圆形部分的所述第一端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述前缘的前方，并且所述多个圆形部分的所述第二端在所述多个部分跨度入口导向轮叶的所述后缘的前方。
10.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机，其特征在于，其中，所述机舱包括顶部部分、底部部分、第一侧部分和第二侧部分，
其中所述多个圆形部分相对于所述多个部分跨度入口导向轮叶以第一构造顺序地周向设置在所述机舱的所述顶部部分和所述底部部分，
其中所述多个圆形部分相对于所述多个部分跨度入口导向轮叶以第二构造顺序地周向设置在所述机舱的所述第一侧部分和所述第二侧部分，并且
其中所述第一构造与所述第二构造不同。
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