專利名稱：具有公共控制的殼組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及飛行器殼組件，尤其涉及帶有飛行器推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS)和飛行器可變面積風扇噴嘴(VAFN)系統(tǒng)的殼組件。
背景技術：
傳統(tǒng)的燃氣渦輪發(fā)動機通常包括風扇段和帶有一個或多個壓縮機、燃燒段和一個或多個渦輪機的核心發(fā)動機。風扇段和核心發(fā)動機被圍繞著縱向軸線設置并且被包圍在殼組件內。在運行期間，風扇段將第一部分空氣引入到核心發(fā)動機并將第二部分空氣引入旁通流動路徑。在核心發(fā)動機中，空氣被壓縮、與燃料混合、燃燒、通過渦輪機膨脹、并接著通過廢氣噴嘴系統(tǒng)從核心發(fā)動機排出。旁通空氣被引導通過設置在主空氣流動路徑的徑向外側的旁通流動路徑，并且通過限定在風扇殼和內整流罩之間的環(huán)形風扇排放噴嘴系統(tǒng)排出。大部分推力是由從風扇排放噴嘴排出的加壓風扇空氣產(chǎn)生的，其余的推力是由通過核心廢氣噴嘴排出的燃燒氣體提供的。發(fā)動機可包括推力反轉器系統(tǒng)和風扇噴嘴系統(tǒng)以操縱通過旁通流動路徑的空氣流。推力反轉器用于增強飛行器在著陸期間的制動。當被展開時，推力反轉器將通過噴氣發(fā)動機的旁通流動路徑的向后的推力改向為向前或半向前的方向以在著陸時使飛行器減速。當在收回位置時，推力反轉器處于基本上不改向發(fā)動機推力的位置。噴嘴系統(tǒng)可被定位在推力反轉器系統(tǒng)的轉換整流罩上或附近。一些燃氣渦輪發(fā)動機已經(jīng)實施了可變面積風扇噴嘴?？勺兠娣e風扇噴嘴提供了更小的風扇出口噴嘴直徑以在某些條件下最優(yōu)化運行。不過，提供可變面積風扇噴嘴或對其進行改進可導致復雜性提高以及燃料效率降低。因此，期望的是提供改進的飛行器推力反轉器致動系統(tǒng)和飛行器可變面積風扇噴嘴系統(tǒng)，其不增加復雜性或者飛行器的重量。另外，本發(fā)明的其它令人滿意的特征和特點將從下面對本發(fā)明的具體描述和所附的權利要求并結合附圖以及本發(fā)明的該背景技術而變
得易于理解。

發(fā)明內容
根據(jù)示例性實施例，提供了用于飛行器的殼組件。該組件包括構造成給飛行器提供制動輔助的推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS)、構造成調節(jié)飛行器的發(fā)動機廢氣的可變面積風扇噴嘴(VAFN)系統(tǒng)、和公共控制組，其聯(lián)接到TRAS和VAFN系統(tǒng)以控制TRAS和VAFN系統(tǒng)的運行。
根據(jù)另一示例性實施例，控制組被提供給推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS)和可變面積風扇噴嘴。該控制組包括構造成控制TRAS和VAFN的公共控制器、以及流動控制單元，該流動控制單元構造成將燃料提供給與TRAS相關聯(lián)的第一燃料驅動馬達和與VAFN相關聯(lián)的第二燃料驅動馬達。


此后將結合下面的附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標記表示相同的元件；并且圖1是根據(jù)示例性實施例的飛行器發(fā)動機系統(tǒng)的透視圖；圖2是根據(jù)示例性實施例的圖1的發(fā)動機系統(tǒng)的示意截面圖；圖3是根據(jù)示例性實施例的圖2的發(fā)動機系統(tǒng)的局部的、更具體的截面圖，其中轉換整流罩和噴嘴處于第一位置；圖4是根據(jù)示例性實施例的圖2的發(fā)動機系統(tǒng)的局部的、更具體的截面圖，其中轉換整流罩處于第二位置；圖5是根據(jù)示例性實施例的圖2的發(fā)動機系統(tǒng)的局部的、更具體的截面圖，其中噴嘴處于第二位置；以及圖6是根據(jù)示例性實施例的與圖2的發(fā)動機系統(tǒng)相關聯(lián)的致動器系統(tǒng)的簡化功能不意表不O
具體實施例方式下面的具體描述本質上僅僅是示例性的，并非用于限定本發(fā)明、其應用或使用。在本文使用時，詞語“示例性”表示“用作示例、例子或說明”。因此，本文描述的任何“示例性”實施例都不一定被理解為相比其它實施例是優(yōu)選的或有利的。本文描述的所有實施例都是示例性實施例，它們被提供用于使本領域技術人員能夠制造或使用本發(fā)明，并且不是用于限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由權利要求限定。而且，并不意在受在前面的技術領域、背景技術、發(fā)明內容或者后面的具體實施方式
中出現(xiàn)的任何明示或暗示的理論的約束。圖1是帶有風扇殼102的飛行器噴氣發(fā)動機系統(tǒng)100的一部分的透視圖。通常，風扇殼102包圍渦輪風扇發(fā)動機，如下所描述，并且安裝該發(fā)動機以用于飛行器運行。如下面還將討論的,發(fā)動機系統(tǒng)100可包括殼組件110以最優(yōu)化運行。圖2是圖1的發(fā)動機系統(tǒng)100的示意截面圖。發(fā)動機系統(tǒng)100被圍繞著發(fā)動機中心線200周向設置。發(fā)動機系統(tǒng)100包括圍繞著發(fā)動機軸250布置的風扇210、低壓壓縮機220、高壓壓縮機222、燃燒段230、高壓渦輪機240和低壓渦輪機242。通常，空氣在壓縮機220,222內被壓縮、在燃燒段230內與燃料混合并燃燒、并且在渦輪機240、242內膨脹。渦輪機240、242包括轉子，該轉子被聯(lián)接成隨發(fā)動機軸旋轉以響應于燃燒氣體的膨脹而驅動壓縮機220、222和風扇210。在示出的示例中，發(fā)動機系統(tǒng)100是燃氣渦輪機旁通渦輪風扇布置，其中風扇210的直徑大于壓縮機220、222的直徑。如此，殼(或發(fā)動機機艙)102圍繞著風扇210周向延伸以限定在殼102和內整流罩224之間延伸的旁通空氣流動路徑212，該流動路徑基本上圍繞壓縮機220、222、燃燒段230和渦輪機240、242。在運行中，風扇210將空氣作為核心流204吸入發(fā)動機系統(tǒng)100并且作為旁通空氣流206吸入旁通空氣流動路徑212。后部排放裝置260將旁通空氣流206從發(fā)動機系統(tǒng)100排出，并且核心流204被從內整流罩224和尾錐262之間的通道排出以產(chǎn)生推力。如下面更具體地描述的，殼組件110通常包括推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS) 112和可變面積風扇噴嘴(VAFN)系統(tǒng)114以操縱旁通空氣流動路徑212中的旁通空氣流206。一般來說，TRAS112用于選擇性地阻擋發(fā)動機的旁通空氣流動路徑212從而給飛行器提供制動，例如作為改向的推力。VAFN系統(tǒng)114用于選擇性地調節(jié)旁通空氣流動路徑212的流動面積以最優(yōu)化發(fā)動機的運行。圖3-5圖示了 TRAS112和VAFN系統(tǒng)114的相對于旁通空氣流動路徑212的操作。特別地，圖3是圖2的飛行器發(fā)動機的局部的、更具體的截面圖，其中TRAS112和VAFN系統(tǒng)114處于第一位置。圖4是圖2的飛行器發(fā)動機的局部的、更具體的截面圖，TRAS112處于第二位置，而圖5是圖2的飛行器發(fā)動機的局部的、更具體的截面圖，其中VAFN系統(tǒng)114處于第二位置。如下面更具體所述，TRAS112包括一個或多個半圓形轉換整流罩(或反轉器整流罩)300，其被周向地定位在噴氣發(fā)動機風扇殼102的外側(圖1)，通常在固定的結構或扭矩盒上。在一個示例性實施例中，TRAS112包括一對半圓形轉換整流罩300，它們圍繞著殼102延伸。VAFN系統(tǒng)114包括布置在轉換整流罩300的下游端處的后緣風扇噴嘴400。在更具體地描述調節(jié)轉換整流罩300和后緣風扇噴嘴400的致動器之前，下面先參照圖3-5提供對轉換整流罩300和后緣風扇噴嘴400的操作和展開的更多細節(jié)。如圖3中具體所示，轉換整流罩300覆蓋多個葉片302，它們可以是定位在轉換整流罩300和旁通空氣流動路徑212之間的級串型葉片。當處于收起位置時，如圖3中所示，轉換整流罩300被壓靠在一個或多個收起密封件上，這將空氣保持在旁通空氣流動路徑212中。轉換整流罩300通過拉力連桿306被機械地連接到一系列的阻擋器門304。在收起位置，阻擋器門304形成外壁的一部分并且因此被取向為平行于旁通空氣流動路徑212。不過，如圖4中所示，當TRAS112被命令展開時，轉換整流罩300被向后平移，使得阻擋器門304旋轉成展開位置，從而阻擋旁通空氣流動路徑212。這還導致葉片302被暴露并且旁通空氣流被改向成從葉片302出來。旁通空氣流的向前方向改向建立了反推力并因此用于使飛機變慢。現(xiàn)在參照圖5，其圖示了處于收起位置的TRASl 12，VAFN系統(tǒng)114可選擇性地調節(jié)安裝在轉換整流罩300的后緣上的噴嘴400從而在不同的飛行條件下最優(yōu)化發(fā)動機性能。噴嘴400可以是噴嘴式的環(huán)形翼型結構，其被選擇性地平移(S卩，被前后移動)以改變風扇噴嘴的出口面積并調節(jié)發(fā)動機芳通流的量。與圖3相比，圖5中的噴嘴400被向后平移?？商峁┤我鈹?shù)量的噴嘴400，但是在一個示例性實施例，提供了兩個噴嘴400。如此，轉換整流罩300和噴嘴400被通過一個或多個致動系統(tǒng)平移。在一個示例性實施例中，噴嘴400僅在轉換整流罩300處于收起位置時被操作。換句話說，在該示例性實施例中噴嘴400在飛行器正著陸時不被操作。其它的實施例可具有不同的構造。圖6是根據(jù)第一不例性實施例的殼組件110的致動系統(tǒng)600的簡化功能不意表示。一般來說，致動系統(tǒng)600調整推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS) 112和可變面積風扇噴嘴(VAFN)系統(tǒng)114的展開和收起。致動系統(tǒng)600用于縮回和展開TRAS112的轉換整流罩300和VAFN的噴嘴400。盡管示出了一組轉換整流罩300和噴嘴400，可圍繞發(fā)動機系統(tǒng)100 (圖I)的外周提供多于一組，包括兩個轉換整流罩300和兩個噴嘴400。一般來說，致動系統(tǒng)600可包括全權數(shù)字發(fā)動機控制器(FADEC)602、低壓控制器604、和燃料控制單元606，它們共同向TRASl 12和VAFN系統(tǒng)114提供燃料、電能和控制。FADEC602、低壓控制器604和燃料控制單元606可總體被稱為控制組608，并且可以是單獨的部件或者被集成在一個或多個部件中。如下面更具體地描述地，TRAS112包括燃料驅動馬達652、制動器(或鎖)654、速度阻尼器656、一個或多個齒輪箱658、手動驅動器660、一個或多個柔性軸662、一個或多個致動器664、和一個或多個傳感器666。VAFN系統(tǒng)114包括燃料驅動馬達682、制動器(或鎖)684、速度阻尼器686、一個或多個齒輪箱688、手動驅動器690、一個或多個柔性軸692、一個或多個致動器694、和一個或多個傳感器696。一般來說，F(xiàn)ADEC602可形成更廣義的飛行器控制系統(tǒng)的一部分，并基于來自飛行員、飛行器控制器、和傳感器的信號(例如來自傳感器666和696)向TRASl 12和VAFN系統(tǒng)114提供展開和收起命令。特別地，F(xiàn)ADEC602提供這些命令給低壓控制器604。在一個示例性實施例中，除了來自FADEC602的命令外，低壓控制器604可接收來自飛行器控制器和/或飛行員的用于TRASl 12和VAFNl 14的準備命令。作為響應，低壓控制器604提供命令信號和/或電能給TRASl 12和/或VAFN系統(tǒng)114，如下面所描述地，并且提供命令信號和/或電能給燃料控制單元606。通常，即使低壓控制器604為殼組件110共用，用于TRAS112的命令信號和用于VAFNl 14的命令信號也被彼此分開。這阻止或減輕了相應的致動系統(tǒng)之間的信號干擾。不過，公共的控制器604確實能實現(xiàn)資源和空間的共享，包括公共的電能分配、互連、濾波和硬件。低壓控制器604可包括例如EMI (電磁干擾)濾波器。如上所述，EMI濾波器對于與TRASl 12和VAFNl 14相關聯(lián)的輸入信號來說是共用的。控制器604可采取帶有接觸器布置的電能驅動電路的形式，其控制馬達652、682中的哪一個(下面描述)通過電能供應線從該電路接收電能。接觸器布置以這種方式的切換阻止了對VAFN系統(tǒng)114或TRAS112的不期望致動。響應于來自低壓控制器604的控制信號，燃料控制單元606提供必要量的燃料給TRAS112和/或VAFN系統(tǒng)114以執(zhí)行該命令，也如下所描述。在一個示例性實施例中，燃料控制單元606可包括用于利用高壓增益進行速度控制的2級HlSV以最小化滯后和閾值問題。例如，這種EHSV可由來自低壓控制器604的毫安電流驅動信號來控制，其中在毫安命令和馬達速度之間存在線性關系。螺線管可在一些情況下被使用。通常，燃料控制單元606被構造成響應于來自低壓控制器604的命令，選擇性地提供燃料到馬達652和682。在一些示例性實施例中，低壓控制器604被提供來自28VDC電源的電能，但是可以提供其它電能布置。一般來說，低壓控制器604要求相當?shù)偷碾妷海缧∮?10V。燃料控制單元606可形成更大的燃料系統(tǒng)的一部分和/或接收來自發(fā)動機系統(tǒng)100的燃料系統(tǒng)的燃油(圖2)。殼組件110可額外地接收來自飛行器控制器的輸入(例如，準備和解除準備命令)。通常，與燃料驅動馬達相關聯(lián)的命令和控制函數(shù)比與EM馬達相關聯(lián)的那些簡單得多。例如，EM馬達可要求高功率控制器，而燃料驅動馬達可僅要求低功率控制器。如此，在運行過程中，燃料驅動馬達652通過燃料饋送線從燃料控制單元606接收燃料。燃料驅動馬達652使用加壓燃料來產(chǎn)生機械扭矩，這進而通過阻尼器656、齒輪箱658、和軸662驅動致動器664。在一些實施例中，阻尼器656可被省略?？商峁┲苿悠?54,例如EM和/或燃料驅動激勵的制動器或鎖，由低壓控制器604命令和/或提供電能。柔性驅動軸662驅動安裝到固定結構(例如靜止的扭矩盒)上的齒輪箱658。齒輪箱658可以是例如斜齒輪組齒輪箱。致動器664用于以同步方式在收起和展開位置中驅動轉換整流罩300。如下面參照圖3和4所述，在第一位置中，轉換整流罩300被壓靠在一個或多個收起密封件上，阻擋器門180被取向為平行于旁通空氣流動路徑160，并且空氣保持在旁通空氣流動路徑160中。在第二位置中，轉換整流罩300被向后平移，導致阻擋器門180(圖3和4)旋轉到展開位置，使得旁通空氣流動路徑160被阻擋，由此建立反推力并減慢飛機。在一些實施例中，也可提供中間位置。傳感器666可提供位置和狀態(tài)反饋信息到FADEC602以確定適當?shù)拿?。這些傳感器可以是例如RVDT、LVDT和/或解析器組件以提供T/R位置信號。盡管為具體示出，可提供鎖、鎖傳感器、和其它傳感器和/或安全部件。致動器664通常是滾珠絲杠致動器，其中平移螺母被附接到旋轉/線性可變差動變壓器而滾珠絲杠被附接到齒輪箱驅動軸，但是也可提供其它類型的致動器，包括電的、機械的、氣動的、液壓的等，由合適的電能纜線和導管(未示出)互連。平衡架或其它結構將致動器664連接到轉換整流罩300。另外，手動驅動單元660安裝到齒輪箱658并與齒輪軸配合從而允許轉換整流罩300的手動延伸和縮回。在一個示例性實施例中，軸662是柔性的。燃料驅動馬達652能實現(xiàn)維護減少，并通常這種馬達不需要被泄放，因為燃料箱相當大從而燃料系統(tǒng)將自然地將任何空氣從該系統(tǒng)泄放入發(fā)動機。這種布置可提供相當簡單、重量輕的、低功率殼組件110。馬達652可以是例如約14-16hp，或者在小于2-70hp之間，但是可提供任何合適的尺寸。燃料驅動馬達652尤其使用已經(jīng)存在于飛行器發(fā)動機的殼中的工作燃料壓力。在一個示例性實施例中，與液壓系統(tǒng)相比，燃料驅動的TRAS可有效地消除笨重的閥設備和飛行器供給/返回管線，從而產(chǎn)生更集成化的系統(tǒng)。類似地，在一個示例性實施例中，與專門的電馬達系統(tǒng)相比，燃料驅動TRAS可有效地消除大型的控制器和電能調節(jié)模塊，大型的電馬達和相關聯(lián)的大直徑、高電壓電能饋送線。現(xiàn)在回到VAFN系統(tǒng)114，燃料驅動馬達682也通過燃料饋送線從燃料控制單元606接收燃料。燃料驅動馬達682使用加壓燃料來產(chǎn)生機械扭矩，這進而通過阻尼器686和齒輪箱688驅動致動器694。在一些實施例中，阻尼器686可被省略。可提供制動器684，例如EM和/或燃料驅動激勵的制動器或鎖，由低壓控制器604命令和/或提供電能。致動器694用于以同步方式在收起和展開位置中驅動噴嘴400。如下面參照圖3和4所述，可通過從行程的0%到100%地移動噴嘴位置來調節(jié)有效流動面積。傳感器696可提供位置和狀態(tài)反饋信息到FADEC602。這些傳感器可以是例如RVDT、LVDT和/或解析器組件以提供T/R位置信號。盡管為具體示出，可提供鎖、鎖傳感器、和其它傳感器和/或安全部件。致動器694通常是滾珠絲杠致動器，其中平移螺母被附接到旋轉/線性可變差動變壓器而滾珠絲杠被附接到齒輪箱驅動軸，但是也可提供其它類型的致動器，包括電的、機械的、氣動的、液壓的等，由合適的電能纜線和導管(未示出)互連。致動器694可以是例如伸縮和/或斷開致動器，其在轉換整流罩300處于展開位置時斷開噴嘴400并使噴嘴400固定，例如示例性的實施例提供了利用同步的致動器鎖定和解鎖特征來接合/分離驅動聯(lián)接。平衡架或其它結構將致動器694連接到噴嘴400。另外，手動驅動單元690安裝到齒輪箱688并與齒輪軸配合從而允許噴嘴400的手動延伸和縮回。在一個示例性實施例中，軸692是柔性的。類似于TRASl 12的燃料驅動馬達652，VAFN系統(tǒng)114的燃料驅動馬達682能實現(xiàn)維護的減少，并且通常，這種馬達不需要被泄放。這種布置可提供相當簡單、重量輕的、且低功率的殼組件110。燃料驅動馬達682尤其利用已經(jīng)存在于飛行器發(fā)動機的殼內的工作燃料壓力。馬達682可以是例如約l_2hp，或小于10hp，但是可提供任何合適的尺寸。在一個示例性實施例中，噴嘴致動器694僅在推力反轉器轉換整流罩300被收起和鎖定后才被操作。此時，驅動聯(lián)接將在固定的扭矩盒上的齒輪箱接合到噴嘴致動器694，并且同時解鎖致動器694以在起飛、巡航期間并且著陸/反轉器操作之前能實現(xiàn)風扇噴嘴操作。當飛行器著陸并且命令推力反轉器轉換整流罩300展開時，驅動聯(lián)接斷開并且噴嘴致動器694被鎖定。如上所述，可提供獨立的布置。例如，雖然描述的實施例圖示了安裝在轉換整流罩300上的致動器694，但是致動器694可被安裝在發(fā)動機的扭矩盒上。如所示，F(xiàn)ADEC602、控制器604、和燃料控制單元606是為VAFNl 14和TRASl 12共用的。公共的控制部件可通過避免設備和連接的不必要的重復而減少成本、復雜性、重量和空間。如上所述，F(xiàn)ADEC602、控制器604和燃料控制單元606可包括適于執(zhí)行上述功能的任何部件。例如，本文公開的這些實施例可利用各種邏輯塊、模塊、電路來實施或執(zhí)行，包括通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程的邏輯設備、分離的門或晶體管邏輯、分離的硬件部件、或它們的設計成執(zhí)行本文描述的功能的任意組合。通用處理器可以是微處理器，但是作為另一選擇，該處理器可以是任何傳統(tǒng)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器也可被實施為計算設備的組合，例如DSP和微處理器的組合、多個微處理器、與DSP芯聯(lián)合的一個或多個微處理器、或者任何其它的此類構造。雖然已經(jīng)在本發(fā)明的前面的具體描述中給出了至少一個示例性實施例，但應當意識到存在大量的變型。還應意識到，一個或多個示例性實施例僅為示例，并且決不是用來限制本發(fā)明的范圍、應用性、或構造。更確切地說，前面的具體描述將給本領域技術人員提供用于實施本發(fā)明的示例性實施例的方便的路線圖。應當理解的是，可在示例性實施例中描述的元件的功能和布置方面進行各種改變，而不超出由所附權利要求限定的本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種飛行器的殼組件(110),其包括: 推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS) (112)，其構造成給該飛行器提供制動輔助； 可變面積風扇噴嘴(VAFN)系統(tǒng)(114)，其構造成調節(jié)飛行器的發(fā)動機廢氣；以及公共的控制組(608)，其聯(lián)接到TRAS(112)和VAFN系統(tǒng)(114)用于控制TRAS(112)和VAFN系統(tǒng)(114)的操作。
2.如權利要求1所述的殼組件(110)，其中公共的控制組(608)包括全權數(shù)字發(fā)動機控制器(FADEC) (602)， 其中FADEC(602)構造成提供展開和縮回命令給TRAS(112)和VAFN系統(tǒng)(114)， 其中，公共的控制組(608)還包括低壓控制器￠04)，以及 其中低壓控制器(604)包括與TRAS(112)和VAFN系統(tǒng)(114)相關聯(lián)的公共的EMI濾波器。
3.一種用于推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS) (112)和可變面積風扇噴嘴(VAFN)系統(tǒng)(114)的控制組(608)，其包括: 公共控制器(604)，其構造成控制TRAS(112)和VAFN(114)； 流動控制單元，其構造成提供燃料給與TRAS(112)相關聯(lián)的第一燃料驅動馬達(652)和與VAFN(114)相關聯(lián) 的第二燃料驅動馬達￠82)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有公共控制的殼組件。提供了用于飛行器的殼組件。該組件包括構造成給飛行器提供制動輔助的推力反轉器致動系統(tǒng)(TRAS)、構造成調節(jié)飛行器的發(fā)動機廢氣的可變面積風扇噴嘴(VAFN)系統(tǒng)、和公共控制組，其聯(lián)接到TRAS和VAFN系統(tǒng)以控制TRAS和VAFN系統(tǒng)的運行。
文檔編號F01D25/24GK103161514SQ201210598399
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者R·沃恩, L·波爾托萊斯, M·麥吉爾, K·K·查克拉, M·E·貝恩克, J·T·莫里斯 申請人:霍尼韋爾國際公司