具有用于低風(fēng)扇壓力比的風(fēng)扇可變面積噴嘴的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】一種用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)艙組件，包括：核心機(jī)艙，所述核心機(jī)艙圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心線軸線被限定；風(fēng)扇機(jī)艙，所述風(fēng)扇機(jī)艙至少部分地圍繞所述核心機(jī)艙被安裝，以限定用于風(fēng)扇旁通空氣流的風(fēng)扇旁通流路徑；風(fēng)扇可變面積噴嘴，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴能夠相對于所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向地移動(dòng)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積并且調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通空氣流的風(fēng)扇壓力比，所述風(fēng)扇壓力比小于大約1.45。在用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步實(shí)施方式中，所述組件進(jìn)一步包括控制器，所述控制器可操作以控制所述風(fēng)扇可變面積噴嘴。
【專利說明】具有用于低風(fēng)扇壓力比的風(fēng)扇可變面積噴嘴的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2011年12月30日提交的美國申請N0.13/340，771的優(yōu)先權(quán)，該美國申請是2011年12月8日提交的美國申請N0.13/314,365的部分繼續(xù)申請。
[0002]發(fā)明背景。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及具有風(fēng)扇可變面積噴嘴(VAFN)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，該噴嘴軸向地移動(dòng)以改變其旁通流路徑面積。
【背景技術(shù)】
[0004]常規(guī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括風(fēng)扇部段和核心發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇部段的直徑大于核心發(fā)動(dòng)機(jī)的直徑。風(fēng)扇部段和核心發(fā)動(dòng)機(jī)繞縱向軸線設(shè)置并且被包封在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙組件之內(nèi)。
[0005]燃燒氣體從核心發(fā)動(dòng)機(jī)穿過核心排氣噴嘴排出，同時(shí)設(shè)置在主空氣流路徑徑向外面的環(huán)形風(fēng)扇流穿過環(huán)形風(fēng)扇排氣噴嘴排出，該環(huán)形風(fēng)扇排氣噴嘴被限定在風(fēng)扇機(jī)艙和核心機(jī)艙之間。穿過風(fēng)扇排氣噴嘴排出的加壓風(fēng)扇空氣產(chǎn)生推力的大部分，而穿過核心排氣噴嘴排出的燃燒氣體提供剩余推力。
[0006]常規(guī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇噴嘴具有固定的幾何結(jié)構(gòu)。固定幾何結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇噴嘴是適合于起飛和著陸條件以及巡航條件的折中方案。一些燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)實(shí)施了風(fēng)扇可變面積噴嘴。風(fēng)扇可變面積噴嘴在巡航條件期間提供較小的風(fēng)扇出口噴嘴直徑，并且在起飛和著陸條件期間提供較大的風(fēng)扇出口噴嘴直徑?，F(xiàn)有的風(fēng)扇可變面積噴嘴典型地采用相對復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，其將發(fā)動(dòng)機(jī)總體重量增大到可能抵消由此增加的燃料效率的程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本公開的一個(gè)示例性方面的一種用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)艙組件，包括:核心機(jī)艙，所述核心機(jī)艙圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心線軸線被限定；風(fēng)扇機(jī)艙，所述風(fēng)扇機(jī)艙至少部分地圍繞所述核心機(jī)艙被安裝，以限定用于風(fēng)扇旁通空氣流的風(fēng)扇旁通流路徑；風(fēng)扇可變面積噴嘴，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴相對于所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向地可移動(dòng)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積并且調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通空氣流的風(fēng)扇壓力比，所述風(fēng)扇壓力比小于大約1.45。
[0008]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述組件進(jìn)一步包括控制器，所述控制器可操作以控制所述風(fēng)扇可變面積噴嘴，以便改變所述風(fēng)扇噴嘴出口面積并且調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通空氣流的壓力比。
[0009]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述控制器可以可操作以在巡航飛行條件下減小所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。附加地或替代地，所述控制器可以可操作以控制所述風(fēng)扇噴嘴出口面積，以便降低風(fēng)扇不
穩(wěn)定性。
[0010]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴限定所述風(fēng)扇機(jī)艙的后緣。
[0011]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述組件可以進(jìn)一步包括控制器，所述控制器可操作以軸向地移動(dòng)所述風(fēng)扇可變面積噴嘴，以便響應(yīng)于飛行條件改變所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。
[0012]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述組件可以進(jìn)一步包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙之內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙之內(nèi)的風(fēng)扇。
[0013]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述風(fēng)扇可以將校正風(fēng)扇葉尖速度限定為小于大約1150英尺/秒。
[0014]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述核心發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括低壓渦輪機(jī)，所述低壓渦輪機(jī)限定了大于大約五
(5)的壓力比。附加地或替代地，所述核心發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括低壓渦輪機(jī)，所述低壓渦輪機(jī)限定了大于五(5)的壓力比。
[0015]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述組件可以進(jìn)一步包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙之內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙之內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于大約2.3的齒輪減速比。
[0016]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述組件可以進(jìn)一步包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙之內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙之內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于大約2.5的齒輪減速比。
[0017]在用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式的任一前述機(jī)艙組件的進(jìn)一步的非限制實(shí)施方式中，所述旁通流可以將旁通比限定為大于大約六(6)。附加地或替代地，所述旁通流可以將旁通比限定為大于大約十(10)。附加地或替代地，所述旁通流可以將旁通比限定為大于大約十(10)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)從當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的隨后的【具體實(shí)施方式】將變得明顯。伴隨該【具體實(shí)施方式】的附圖能夠簡要地描述如下:
圖1A是用于與本發(fā)明使用的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式的一般示意性局部不完整視圖；
圖1B是該發(fā)動(dòng)機(jī)的后視圖；
圖1C是與吊架整合的該發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)視圖；
圖1D是與吊架整合的該發(fā)動(dòng)機(jī)的立體圖；
圖2A是處于閉合位置的VAFN的截面?zhèn)纫晥D；
圖2B是處于打開位置的VAFN的截面?zhèn)纫晥D；以及 圖3是旁通導(dǎo)管歸一化(normalized)橫截面面積分布的曲線圖；
圖4是有效面積增加對噴嘴平移的曲線圖；
圖5是導(dǎo)管面積分布的曲線圖；
圖6A是輔助端口位置的示意性幾何視圖；
圖6B是輔助端口進(jìn)入角的示意性幾何視圖；以及 圖6C是VAFN外表面曲率的示意性幾何視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1A示出了燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10的一般局部不完整示意圖，燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10從發(fā)動(dòng)機(jī)吊架P懸掛在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙組件N之內(nèi)，該發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙組件N對于設(shè)計(jì)用于亞音速操作的航空器是典型的。
[0020]渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10在容納低轉(zhuǎn)子14和高轉(zhuǎn)子24的核心機(jī)艙12之內(nèi)包括核心發(fā)動(dòng)機(jī)。低轉(zhuǎn)子14包括低壓壓縮機(jī)16和低壓渦輪機(jī)18。低轉(zhuǎn)子14通過齒輪系22驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇部段20。高轉(zhuǎn)子24包括高壓壓縮機(jī)26和高壓渦輪機(jī)28。燃燒器30布置在高壓壓縮機(jī)26和高壓渦輪機(jī)28之間。低轉(zhuǎn)子和高轉(zhuǎn)子14、24繞發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)。
[0021]發(fā)動(dòng)機(jī)10優(yōu)選地是高旁通齒輪傳動(dòng)的航空器發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)公開的非限制實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的旁通比大于大約六(6),其中一個(gè)實(shí)例實(shí)施方式大于十(10),齒輪系22是周轉(zhuǎn)齒輪系(例如行星齒輪系統(tǒng))或者齒輪減速比大于大約2.3的其他齒輪系統(tǒng)，并且低壓渦輪機(jī)18具有大于大約5的壓力比。在一個(gè)公開的實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的旁通比大于大約十(10:1)，渦輪風(fēng)扇直徑顯著大于低壓壓縮機(jī)16的直徑，并且低壓渦輪機(jī)18具有大于大約5:1的壓力比。低壓渦輪機(jī)18的壓力比為在低壓渦輪機(jī)18的進(jìn)口之前測得的壓力相對于在排氣噴嘴之前的低壓渦輪機(jī)18的出口處的壓力。齒輪系22可以是周轉(zhuǎn)齒輪系(例如行星齒輪系統(tǒng))或者齒輪減速比大于大約2.5:1的其他齒輪系統(tǒng)。然而應(yīng)當(dāng)理解，上面的參數(shù)僅僅是齒輪傳動(dòng)架構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)示例性實(shí)施方式，并且本發(fā)明可適用于包括直接驅(qū)動(dòng)渦輪風(fēng)扇的其他燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0022]空氣流進(jìn)入風(fēng)扇機(jī)艙34，風(fēng)扇機(jī)艙34至少部分地環(huán)繞核心機(jī)艙12。風(fēng)扇部段20將空氣流傳輸?shù)胶诵臋C(jī)艙12內(nèi)，以便為低壓壓縮機(jī)16和高壓壓縮機(jī)26提供動(dòng)力。由低壓壓縮機(jī)16和高壓壓縮機(jī)26壓縮的核心空氣流與燃燒器30中的燃料混合，并且在高壓渦輪機(jī)28和低壓渦輪機(jī)18上膨脹。渦輪機(jī)28、18被聯(lián)接成分別隨轉(zhuǎn)子24、14旋轉(zhuǎn)，以便響應(yīng)于膨脹而旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)26、16并且通過齒輪系22旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇部段20。核心發(fā)動(dòng)機(jī)排氣E穿過在核心機(jī)艙12和尾錐32之間限定的核心噴嘴43離開核心機(jī)艙12。
[0023]核心機(jī)艙12被結(jié)構(gòu)36支撐在風(fēng)扇機(jī)艙34之內(nèi)，結(jié)構(gòu)36 —般被通稱為風(fēng)扇出口導(dǎo)葉(FEGV)。旁通流路徑40被限定在核心機(jī)艙12和風(fēng)扇機(jī)艙34之間。發(fā)動(dòng)機(jī)10生成具有旁通比的高旁通流布置，其中，進(jìn)入風(fēng)扇機(jī)艙34的空氣流的大約80%變成旁通流B。旁通流B傳輸穿過大致環(huán)形的風(fēng)扇旁通流路徑40，并且穿過風(fēng)扇可變面積噴嘴(VAFN) 42從發(fā)動(dòng)機(jī)10排出，風(fēng)扇可變面積噴嘴42在風(fēng)扇部段20下游的風(fēng)扇機(jī)艙34的風(fēng)扇機(jī)艙端部節(jié)段34S處限定了風(fēng)扇機(jī)艙34和核心機(jī)艙12之間的風(fēng)扇噴嘴出口面積44。
[0024]推力是密度、速度和面積的函數(shù)。這些參數(shù)中的一個(gè)或更多個(gè)能夠被操縱以改變由旁通流B提供的推力的量和方向?？勺兠娣e風(fēng)扇噴嘴(“VAFN”)42響應(yīng)于控制器C而操作以有效地改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44的面積，以便選擇性地調(diào)節(jié)旁通流B的壓力比。低壓力比渦輪風(fēng)扇由于其高推進(jìn)效率而是合乎期望的。然而，低壓力比風(fēng)扇在低功率和低飛行速度處可能固有地易于受到風(fēng)扇穩(wěn)定性/顫振問題。VAFN42允許發(fā)動(dòng)機(jī)在低功率處改變到更加有利的風(fēng)扇操作線，避免不穩(wěn)定性區(qū)域，并且仍然提供對于在巡航時(shí)獲得高效率風(fēng)扇操作線而言必要的相對較小的噴嘴面積。
[0025]由于高旁通比，旁通流B提供了顯著量的推力。發(fā)動(dòng)機(jī)10的風(fēng)扇部段20被設(shè)計(jì)成用于特別飛行條件一典型地以大約0.8馬赫和大約35，000英尺巡航。0.8馬赫和35，000英尺的飛行條件，其中發(fā)動(dòng)機(jī)處于其最佳燃料消耗處一也被稱為“穩(wěn)定巡航推力燃料消耗率(bucket cruise Thrust Specific Fuel Consumption, ‘TSFC’)”一是正在燃燒的燃料磅質(zhì)量(Ibm)除以發(fā)動(dòng)機(jī)在該最低點(diǎn)處產(chǎn)生的磅推力(Ibf)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。“低風(fēng)扇壓力比”是在不具有風(fēng)扇出口導(dǎo)葉(“FEGV”)系統(tǒng)36時(shí)單獨(dú)越過風(fēng)扇葉片的壓力比。如根據(jù)一個(gè)非限制實(shí)施方式在本文所公開的，低風(fēng)扇壓力比小于大約1.45?！暗托ＵL(fēng)扇葉尖速度”是以英尺/秒計(jì)的實(shí)際風(fēng)扇葉尖速度除以[(Tiw deg R) / 518.7) Λ0.5]的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)溫度校正。如根據(jù)一個(gè)非限制實(shí)施方式在本文所公開的，“低校正風(fēng)扇葉尖速度”小于大約1150英尺/秒。
[0026]由于風(fēng)扇部段20之內(nèi)的風(fēng)扇葉片被高效地設(shè)計(jì)成處于用于高效巡航條件的特別的固定前伸角(stagger angle)處，VAFN42被操作以有效地改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44，以便調(diào)節(jié)風(fēng)扇旁通空氣流，使得風(fēng)扇葉片上的迎角或入射角被保持成接近于用于其他飛行條件(例如降落和起飛)下的高效發(fā)動(dòng)機(jī)操作的設(shè)計(jì)入射角，以便由此關(guān)于性能和其他操作參數(shù)(例如噪聲水平)提供在飛行條件范圍上的經(jīng)優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)操作。
[0027]VAFN42被分離為限定在吊架P和下B1-Fi分流器L之間的至少兩個(gè)扇區(qū)42A-42B(圖1B)，該下B1-Fi分流器L典型地使較大直徑的風(fēng)扇導(dǎo)管逆向整流罩和較小直徑的核心整流罩互相連接(圖1C和1D)。所述至少兩個(gè)扇區(qū)42A-42B的每一個(gè)可獨(dú)立地調(diào)節(jié)以非對稱地改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44，以便生成矢量推力。應(yīng)當(dāng)理解，盡管示出了兩個(gè)節(jié)段，但是可以替代地或附加地提供任何數(shù)量的節(jié)段。
[0028]在操作中，VAFN42與控制器C或類似物通信，以便以對稱和非對稱方式調(diào)節(jié)風(fēng)扇噴嘴出口面積44。包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或航空器飛行控制系統(tǒng)的其他控制系統(tǒng)也可以與本發(fā)明一起使用。通過對稱地調(diào)節(jié)VAFN42的整個(gè)周界，其中，所有扇區(qū)均勻地移動(dòng)，推力效率和燃料經(jīng)濟(jì)性在每個(gè)飛行條件期間被最大化。通過單獨(dú)地調(diào)節(jié)VAFN42的圓周扇區(qū)42A-42B以提供非對稱的風(fēng)扇噴嘴出口面積44，發(fā)動(dòng)機(jī)旁通流被選擇性地矢量化，以便例如僅僅提供配平平衡或推力受控的操縱增強(qiáng)地面操作或短場性能。
[0029]VAFN42通常包括輔助端口組件50，其具有第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52和相對于第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52可移動(dòng)地安裝的第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54。第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54沿著發(fā)動(dòng)機(jī)軸線A相對于固定的第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52軸向地滑動(dòng)，以便改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44的有效面積。第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54響應(yīng)于致動(dòng)器58 (示意性地示出)在軌道整流片罩56A、56B(在圖1C和ID中示意性地示出)上向尾部滑動(dòng)。軌道整流片罩56A、56B鄰近于相應(yīng)的吊架P和下B1-Fi分流器L從第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52延伸(圖1D)。
[0030]VAFN42在特別飛行條件期間改變旁通流路徑40的物理面積和幾何結(jié)構(gòu)。通過使第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54相對于第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52在閉合位置(圖2A)和打開位置(圖2B)之間滑動(dòng)，旁通流B被有效地改變。通過將第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54定位為與第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52成一直線以將風(fēng)扇噴嘴出口面積44限定為出口面積H)，輔助端口組件50被閉合(圖2A)。
[0031]通過使第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54沿著軌道整流片罩56A、56B遠(yuǎn)離第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52向尾部移動(dòng)以打開輔助端口 60，VAFN42被打開，輔助端口 60在打開的第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54相對于第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52之間延伸以基本上提供增大的風(fēng)扇噴嘴出口面積44的出口面積Fl。也就是說，利用端口 60的出口面積Fl大于出口面積H)(圖2B)。
[0032]在一個(gè)公開的實(shí)施方式中，輔助端口 60被結(jié)合到高旁通比商業(yè)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)內(nèi)，在風(fēng)扇出口導(dǎo)葉(FEGV)尾部的旁通導(dǎo)管之內(nèi)(圖2A、2B)。輔助端口 60位于旁通導(dǎo)管外壁的尾部部段中。
[0033]參照圖3，旁通導(dǎo)管面積分布、有效面積增加對平移(圖4)、面積分布(圖5)以及輔助端口 60的位置(圖6A)和壁曲率(圖6B-6C)被調(diào)整以提供適當(dāng)流場，其允許輔助端口 60獲得所需要的額外有效出口面積。由于平移，輔助端口 60將會(huì)基本上使有效面積增益加倍。輔助端口 60提供相對低重量的方法，該方法提供增大的出口面積以控制風(fēng)扇操作線而不引起高的系統(tǒng)損耗或不可接受的航空器安裝問題。通過調(diào)整旁通導(dǎo)管面積分布和外壁曲率，在輔助端口 60的沖程達(dá)到其有效面積增加極限之前實(shí)現(xiàn)了所期望的最大有效面積增加。
[0034]輔助端口出口平面44B (被定義為靜止部段的后緣和移動(dòng)部段的前緣之間的平面)最初具有開口，其中，出口平面法線矢量是幾乎軸向的，但是當(dāng)沖程增加時(shí)，法線矢量變得更加傾斜并且接近幾乎徑向的矢量。出口平面法線一經(jīng)變成幾乎徑向，則已經(jīng)達(dá)到了最大輔助端口有效性。一旦達(dá)到了該點(diǎn)，則有效面積與平移的比率從“良好設(shè)計(jì)的端口 ”的陡坡變成“僅僅主噴嘴”的平緩比率，因?yàn)閷?huì)由于核心機(jī)艙12的向內(nèi)斜坡而通過主噴嘴44A提供額外面積。良好設(shè)計(jì)的輔助端口噴嘴將會(huì)在達(dá)到端口有效性極限之前實(shí)現(xiàn)大約+25%的有效面積。也就是說，存在沖程的有限范圍，其中，輔助端口使額外有效性的比率加倍。在該范圍之外，額外有效性的比率可相當(dāng)于不具有輔助端口的平移噴嘴?；蛘邠Q句話說，輔助端口縮短了對于純平移噴嘴實(shí)現(xiàn)期望有效面積所必須的沖程。
[0035]參照圖5,輔助端口 60處的橫截面面積大于VAFN42的最大需要有效面積,并且旁通導(dǎo)管面積分布被調(diào)整以確保輔助端口 60前方的導(dǎo)管橫截面面積大于端口開口橫截面面積。這避免了上游內(nèi)部橫截面變成控制流面積(即，小于出口面積)的情況，該情況能夠?qū)е虏僮鳂O限和結(jié)構(gòu)問題。
[0036]參照圖6A，在所公開實(shí)施方式中的輔助端口 60定位為不比0.1 DEL_X/L_DUCT更向前，0.1 DEL_X/L_DUCT從第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54限定的環(huán)形風(fēng)扇旁通流路徑40的最大半徑Rmax處的點(diǎn)D限定。Rmax被限定為通過點(diǎn)D并且垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)軸線A。當(dāng)?shù)诙L(fēng)扇機(jī)艙部段54處于閉合位置時(shí)，所公開的非限制實(shí)施方式中的點(diǎn)D位于第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54的內(nèi)壁表面541上。DEL_X是從Rmax到輔助端口 60的最前點(diǎn)的軸向距離。L_DUCT是環(huán)形風(fēng)扇旁通流路徑40的總軸向長度。平均端口線和風(fēng)扇導(dǎo)管外壁之間的角度是相對低的，以提供運(yùn)轉(zhuǎn)良好的低損耗出口流。在所公開的實(shí)施方式中，相對于風(fēng)扇旁通導(dǎo)管OD的壁的輔助端口 60的進(jìn)入角(Thetajn)小于20度(圖6B)，而外VAFN表面具有R_ARC/CH0RD>0.7，其中，R_ARC是從發(fā)動(dòng)機(jī)軸線A到第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54的徑向外壁表面540的徑向距離，并且CHORD是第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54的弦長。(圖6C)。輔助端口 60附近的外壁表面540的曲率促使流穿過輔助端口 60。在一個(gè)公開的實(shí)施方式中，對于獲得額外20%有效出口面積而言必要的第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54的沖程是大約8.4英寸。
[0037]在操作中，VAFN42與控制器C通信以相對于輔助端口組件50的第一風(fēng)扇機(jī)艙部段52移動(dòng)第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54，以便有效地改變由風(fēng)扇噴嘴出口面積44限定的面積。包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或航空器飛行控制系統(tǒng)的各種控制系統(tǒng)也可以與本發(fā)明一起使用。通過調(diào)節(jié)第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54的整個(gè)周界的軸向位置，其中，所有扇區(qū)同時(shí)移動(dòng)，通過改變風(fēng)扇噴嘴出口面積，發(fā)動(dòng)機(jī)推力和燃料經(jīng)濟(jì)性在每個(gè)飛行狀態(tài)期間被最大化。通過單獨(dú)地調(diào)節(jié)第二風(fēng)扇機(jī)艙部段54的扇區(qū)以提供非對稱的風(fēng)扇噴嘴出口面積44，發(fā)動(dòng)機(jī)旁通流被選擇性地矢量化，以便例如僅僅提供配平平衡、推力受控的操縱、增強(qiáng)的地面操作和短場性能。
[0038]前面的描述是示例性的而非由其內(nèi)的限制因素所限定?？紤]到上面的教導(dǎo)，本發(fā)明的許多修改和變型是可能的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式已經(jīng)被公開，然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，某些修改將會(huì)落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，本發(fā)明可以以與所特別描述的不同的方式實(shí)踐。出于該原因，所附權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被研究以確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高旁通燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)艙組件，包括: 核心機(jī)艙，所述核心機(jī)艙圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心線軸線被限定； 風(fēng)扇機(jī)艙，所述風(fēng)扇機(jī)艙至少部分地圍繞所述核心機(jī)艙被安裝，以限定用于風(fēng)扇旁通空氣流的風(fēng)扇旁通流路徑；以及 風(fēng)扇可變面積噴嘴，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴能夠相對于所述風(fēng)扇機(jī)艙移動(dòng)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積并且調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通空氣流的風(fēng)扇壓力比，所述風(fēng)扇壓力比小于大約1.45。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括控制器，所述控制器能操作以控制所述風(fēng)扇可變面積噴嘴，以便改變所述風(fēng)扇噴嘴出口面積并且調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇壓力比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述控制器能夠操作以在巡航飛行條件下減小所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述控制器能夠操作以控制所述風(fēng)扇噴嘴出口面積，以便降低風(fēng)扇不穩(wěn)定性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴限定了所述風(fēng)扇機(jī)艙的后緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括控制器，所述控制器能夠操作以軸向地移動(dòng)所述風(fēng)扇可變面積噴嘴，以便響應(yīng)于飛行條件改變所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙之內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙之內(nèi)的風(fēng)扇。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述風(fēng)扇將校正風(fēng)扇葉尖速度限定為小于大約1150英尺/秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述核心發(fā)動(dòng)機(jī)包括低壓渦輪機(jī)，所述低壓渦輪機(jī)限定了大于大約五(5)的低壓渦輪機(jī)壓力比。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述核心發(fā)動(dòng)機(jī)包括低壓渦輪機(jī)，所述低壓渦輪機(jī)限定了大于五(5)的低壓渦輪機(jī)壓力比。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙之內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙之內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于大約2.3的齒輪減速比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙之內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙之內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于大約2.5的齒輪減速比。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述風(fēng)扇旁通空氣流將旁通比限定為大于大約六(6)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述風(fēng)扇旁通空氣流將旁通比限定為大于大約十(10)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述風(fēng)扇旁通空氣流將旁通比限定為大于十(10)。
【文檔編號(hào)】F02K1/06GK104011359SQ201280065385
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月30日
【發(fā)明者】G.A.科倫伯格, S.P.扎莫拉, F.M.施瓦斯 申請人:聯(lián)合工藝公司