具有軸向可移動(dòng)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)艙組件包括風(fēng)扇可變面積噴嘴，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴能夠相對(duì)于風(fēng)扇機(jī)艙軸向移動(dòng)以限定輔助端口，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比。
【專利說明】具有軸向可移動(dòng)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(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2011年12月8日提交的美國申請(qǐng)N0.13/314,365的優(yōu)先權(quán)，該美國申請(qǐng)N0.13/314，365是2007年8月23日提交的美國申請(qǐng)N0.11/843675的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
【背景技術(shù)】
[0002]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)以改變其旁通流動(dòng)路徑面積。
[0003]常規(guī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括風(fēng)扇區(qū)段和核心發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇區(qū)段具有比核心發(fā)動(dòng)機(jī)的直徑更大的直徑。風(fēng)扇區(qū)段和核心發(fā)動(dòng)機(jī)繞縱軸線布置并且被包封在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙組件內(nèi)。
[0004]燃燒氣體從核心發(fā)動(dòng)機(jī)穿過核心排氣噴嘴排出，而布置在主氣流路徑的徑向外側(cè)的環(huán)形風(fēng)扇流穿過環(huán)形風(fēng)扇排氣噴嘴排出，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。
[0005]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)扇可變面積噴嘴通常采用相對(duì)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，其增大了發(fā)動(dòng)機(jī)總體總量使得可能抵消由此增加的燃料效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]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)艙組件可包括:圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線限定的核心機(jī)艙；風(fēng)扇機(jī)艙，所述風(fēng)扇機(jī)艙被至少部分地圍繞所述核心機(jī)艙安裝以限定用于風(fēng)扇旁通氣流的風(fēng)扇旁通流動(dòng)路徑；和風(fēng)扇可變面積噴嘴，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴能夠相對(duì)于所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向移動(dòng)以限定輔助端口，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比。
[0007]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，控制器可以操作以控制所述風(fēng)扇可變面積噴嘴以改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比。
[0008]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述控制器可以操作以在巡航飛行條件時(shí)減小所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。
[0009]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述控制器可以操作以控制所述風(fēng)扇噴嘴出口面積以減小風(fēng)扇不穩(wěn)定性。
[0010]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴可以限定所述風(fēng)扇機(jī)艙的后緣。
[0011]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述組件還可包括控制器，所述控制器能操作以軸向地移動(dòng)所述風(fēng)扇可變面積噴嘴以響應(yīng)于飛行條件改變所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。
[0012]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴可以與所述風(fēng)扇機(jī)艙對(duì)準(zhǔn)以限定所述風(fēng)扇噴嘴出口面積的閉合位置。另外或替代地，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴從所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向地偏移以限定所述風(fēng)扇噴嘴出口面積的打開位置。
[0013]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述機(jī)艙組件還可包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于約2.3的齒輪減速比。
[0014]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述機(jī)艙組件還可包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于約2.5的齒輪減速比。
[0015]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述機(jī)艙組件還可包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于2.5的齒輪減速比。
[0016]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，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)限定了大于約五(5)的壓力比。
[0017]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，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)限定了大于五(5)的壓力比。
[0018]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述旁通流可以限定大于約六(6)的旁通比。
[0019]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述旁通流可以限定大于約十(10)的旁通比。
[0020]在任一前述機(jī)艙組件實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述旁通流可以限定大于十(10)的旁通比。
[0021]根據(jù)本公開的另一個(gè)示例性方面的一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括:圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線限定的核心機(jī)艙；風(fēng)扇機(jī)艙，所述風(fēng)扇機(jī)艙被至少部分地圍繞所述核心機(jī)艙安裝以限定用于風(fēng)扇旁通氣流的風(fēng)扇旁通流動(dòng)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(duì)于所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向移動(dòng)以限定輔助端口，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比；和控制器，所述控制器能操作以控制所述風(fēng)扇可變面積噴嘴以改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比。
[0022]在任一前述燃?xì)鉁u輪機(jī)實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以是直接驅(qū)動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0023]在任一前述燃?xì)鉁u輪機(jī)實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)還可以包括所述核心機(jī)艙內(nèi)的低軸筒，其通過齒輪傳動(dòng)架構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙內(nèi)的風(fēng)扇。
[0024]在任一前述燃?xì)鉁u輪機(jī)實(shí)施例的另一非限制線實(shí)施例中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有大于10:1的旁通比，并且所述齒輪傳動(dòng)架構(gòu)可以具有大于2.5:1的齒輪減速比。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)從當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述明白本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。該詳細(xì)描述的附圖可以簡要介紹如下: 圖1A是與本發(fā)明一起使用的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例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是與吊架集成的該發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)視圖；
圖1D是與吊架集成的該發(fā)動(dòng)機(jī)的透視圖；
圖2A是處于閉合位置的VAFN的剖切側(cè)視圖；
圖2B是處于打開位置的VAFN的剖切側(cè)視圖；并且 圖3是旁通導(dǎo)管正規(guī)化橫截面面積分布的曲線圖；
圖4是有效面積增加與噴嘴平移的曲線圖；
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；并且 圖6C是VAFN外表面曲率的示意性幾何視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]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內(nèi)，如設(shè)計(jì)成亞音速運(yùn)轉(zhuǎn)的飛機(jī)所常見的。
[0027]渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10包括核心機(jī)艙12內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)，核心機(jī)艙12容納低軸筒14和高軸筒24。低軸筒14包括低壓壓縮機(jī)16和低壓渦輪機(jī)18。低軸筒14通過齒輪系22驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇區(qū)段20。高軸筒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。低和高軸筒14、24繞發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)。
[0028]發(fā)動(dòng)機(jī)10優(yōu)選地是高旁通齒輪傳動(dòng)架構(gòu)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)公開的非限制性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10旁通比大于約六(6)比十(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約2.3的其他齒輪系統(tǒng)，并且低壓渦輪機(jī)18具有大于約5的壓力比。在一個(gè)公開的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10旁通比大于十(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5:1的壓力比。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)實(shí)施例的示例并且本發(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)。
[0029]氣流進(jìn)入風(fēng)扇機(jī)艙34，風(fēng)扇機(jī)艙34至少部分地圍繞核心機(jī)艙12。風(fēng)扇區(qū)段20將氣流輸送到核心機(jī)艙12中，以便為低壓壓縮機(jī)16和高壓壓縮機(jī)26提供動(dòng)力。低壓壓縮機(jī)16和高壓壓縮機(jī)26所壓縮的核心氣流與燃燒器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)接成分別隨軸筒24、14旋轉(zhuǎn)以響應(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驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇區(qū)段20。核心發(fā)動(dòng)機(jī)排氣E通過被限定在核心機(jī)艙12和尾椎32之間的核心噴嘴43離開核心機(jī)艙12。
[0030]核心機(jī)艙12被結(jié)構(gòu)36支撐在風(fēng)扇機(jī)艙34內(nèi)，結(jié)構(gòu)36 —般通常稱為風(fēng)扇出口導(dǎo)葉(FEGV)0旁通流動(dòng)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產(chǎn)生具有旁通比的高旁通流布置，其中，進(jìn)入風(fēng)扇機(jī)艙34的氣流的大約80%變成旁通流B。旁通流B傳輸通過大致環(huán)形的風(fēng)扇旁通流動(dòng)路徑40并且從發(fā)動(dòng)機(jī)10通過風(fēng)扇可變面積噴嘴(VAFN)42排出，風(fēng)扇可變面積噴嘴42在風(fēng)扇區(qū)段20下游的風(fēng)扇機(jī)艙34的風(fēng)扇機(jī)艙端部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。
[0031]推力是密度、速度和面積的函數(shù)?？梢圆倏v這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)以改變旁通流B所提供的推力的量和方向。VAFN 42響應(yīng)于控制器C進(jìn)行操作以有效地改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44的面積以選擇性地調(diào)節(jié)旁通流B的壓力比。低壓力比渦輪風(fēng)扇由于它們的高推進(jìn)效率而是所期望的。然而，低壓力比風(fēng)扇可能固有地易于受到低功率和低飛行速度時(shí)的風(fēng)扇穩(wěn)定性/顛振問題的影響。VAFN允許發(fā)動(dòng)機(jī)改變到低功率時(shí)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(duì)于在巡航時(shí)獲得高效率風(fēng)扇操作線而言必要的相對(duì)較小的噴嘴面積。
[0032]由于高旁通比，旁通流B提供了推力的顯著量。發(fā)動(dòng)機(jī)10的風(fēng)扇區(qū)段20被優(yōu)選地設(shè)計(jì)成用于特定飛行條件一通常以大約0.SM和大約35000英尺巡航。由于風(fēng)扇區(qū)段20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定的固定斜罩角，VAFN 42被操作成有效地改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44以調(diào)節(jié)風(fēng)扇旁通氣流，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)時(shí)的高效發(fā)動(dòng)機(jī)操作的設(shè)計(jì)入射角，從而關(guān)于性能和其他操作參數(shù)(例如噪音水平)提供在一系列飛行條件上的經(jīng)優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)操作。
[0033]VAFN 42被分成限定在吊架P和下B1-Fi分裂器之間的至少兩個(gè)區(qū)段42A-42B(圖1B)，其通?；ハ噙B接較大直徑的風(fēng)扇導(dǎo)管逆向整流罩和較小直徑的核心整流罩(圖1C和1D)。至少兩個(gè)區(qū)段42A-42B的每一個(gè)能夠被獨(dú)立地調(diào)節(jié)以不對(duì)稱地改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44以產(chǎn)生矢量推力。應(yīng)當(dāng)理解，盡管示出了兩個(gè)區(qū)段，但可以替代地或另外提供任何數(shù)量的區(qū)段。
[0034]在操作中，VAFN 42與控制器C等通信以便以對(duì)稱或不對(duì)稱的方式調(diào)節(jié)風(fēng)扇噴嘴出口面積44。包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或飛機(jī)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(duì)稱地調(diào)節(jié)VAFN 42的整個(gè)周界，其中，所有的區(qū)段均勻地移動(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)VAFN 42的圓周區(qū)段42A-42B以提供不對(duì)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。
[0035]VAFN 42通常包括輔助端口組件50，其具有第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段52和相對(duì)于第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段52可移動(dòng)地安裝的第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54。第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54沿著發(fā)動(dòng)機(jī)軸線A相對(duì)于固定的第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段52軸向地滑動(dòng)，以改變風(fēng)扇噴嘴出口面積44的有效面積。第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54響應(yīng)于致動(dòng)器58 (示意性示出)在軌道整流罩56A、56B (在圖1C和ID中示意性示出)上向尾部滑動(dòng)。軌道整流罩56A、56B分別鄰近于吊架P和下B1-Fi分裂器L從第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段52延伸(圖1D)。
[0036]VAFN 42在特定飛行條件期間改變了旁通流動(dòng)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)艙區(qū)段54相對(duì)于第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)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)艙區(qū)段54定位成與第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段52 —致以將風(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)。[0037]通過使第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54沿著軌道整流罩56A、56B遠(yuǎn)離第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段52向尾部移動(dòng)以打開輔助端口 60，VAFN 42被打開，輔助端口 60在打開的第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54相對(duì)于第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)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出口面積F1。也就是說，出口面積Fl與端口 60大于出口面積H)(圖2B)。
[0038]在一個(gè)公開的實(shí)施例中，輔助端口 60被并入高旁通比商業(yè)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中，在風(fēng)扇出口導(dǎo)葉(FEGV ;圖2A、2B)尾側(cè)的旁通導(dǎo)管內(nèi)。輔助端口 60位于旁通導(dǎo)管外壁的尾部中。
[0039]參照?qǐng)D3 (旁通導(dǎo)管面積分布)、有效面積增加與平移(圖4)、面積分布(圖5)以及輔助端口 60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)基本上使有效面積加倍。輔助端口 60提供相對(duì)低重量的方法，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)損耗或不可接受的飛機(jī)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。
[0040]輔助端口出口平面44B (被定義為靜止部分的后緣和移動(dòng)部分的前緣之間的平面)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。一旦出口平面法線已經(jīng)變成幾乎徑向，則已經(jīng)實(shí)現(xiàn)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%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，輔助端口減少了純平移噴嘴實(shí)現(xiàn)期望有效面積的沖程必要性。
[0041]參照?qǐng)D5，輔助端口 60處的橫截面積大于VAFN 42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)管橫截面積大于端口開口橫截面積。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，該情況可導(dǎo)致操作極限和結(jié)構(gòu)問題。
[0042]參照?qǐng)D6A，所公開實(shí)施例中的輔助端口 60被定位在不比0.1 DEL_X/L_DUCT更前，其從第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54所限定的環(huán)形風(fēng)扇旁通流動(dòng)路徑40的最大半徑Rmax處的點(diǎn)D限定。Rmax被通過點(diǎn)D限定并且垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)軸線A。當(dāng)?shù)诙L(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54處于閉合位置時(shí)，所公開的非限制性實(shí)施例中的點(diǎn)D位于第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)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)扇旁通流動(dòng)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(duì)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)施例中，相對(duì)于風(fēng)扇旁通導(dǎo)管OD壁的輔助端口 60進(jìn)入角(Theta_in)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)艙區(qū)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)艙區(qū)段54的弦長(圖6C)。輔助端口 60附近的外壁表面540的曲率促進(jìn)了通過輔助端口 60的流量。在一個(gè)公開的實(shí)施例中，對(duì)于獲得額外20%有效出口面積而言必要的第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54的沖程是大約8.4英寸。
[0043]在操作中，VAFN 42與控制器C通信以相對(duì)于輔助端口組件50的第一風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段52移動(dòng)第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54，以有效地改變由風(fēng)扇噴嘴出口面積44限定的面積。包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制器或飛機(jī)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)艙區(qū)段54的整個(gè)周界的軸向位置，其中，所有的區(qū)段同時(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)飛行體制期間被最大化。通過單獨(dú)地調(diào)節(jié)第二風(fēng)扇機(jī)艙區(qū)段54的各部分以提供不對(duì)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。
[0044]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)明的許多修改和變形是可能的。已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可意識(shí)到在本發(fā)明的范圍內(nèi)可有某些修改。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以與所特別描述的不同的方式實(shí)施。為此，應(yīng)當(dāng)研究所附權(quán)利要求以確定本發(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: 圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線限定的核心機(jī)艙； 風(fēng)扇機(jī)艙，所述風(fēng)扇機(jī)艙被至少部分地圍繞所述核心機(jī)艙安裝以限定用于風(fēng)扇旁通氣流的風(fēng)扇芳通流動(dòng)路徑；和 風(fēng)扇可變面積噴嘴，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴能夠相對(duì)于所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向移動(dòng)以限定輔助端口，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，還包括控制器，所述控制器能操作以控制所述風(fēng)扇可變面積噴嘴以改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比。
3.如權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述控制器能操作以在巡航飛行條件時(shí)減小所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。
4.如權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述控制器能操作以控制所述風(fēng)扇噴嘴出口面積以減小風(fēng)扇不穩(wěn)定性。
5.如權(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.如權(quán)利要求1所述的組件，還包括控制器，所述控制器能操作以軸向地移動(dòng)所述風(fēng)扇可變面積噴嘴以響應(yīng)于 飛行條件改變所述風(fēng)扇噴嘴出口面積。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴與所述風(fēng)扇機(jī)艙對(duì)準(zhǔn)以限定所述風(fēng)扇噴嘴出口面積的閉合位置。
8.如權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述風(fēng)扇可變面積噴嘴從所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向地偏移以限定所述風(fēng)扇噴嘴出口面積的打開位置。
9.如權(quán)利要求1所述的組件，還包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于約2.3的齒輪減速比。
10.如權(quán)利要求1所述的組件，還包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心機(jī)艙內(nèi)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙內(nèi)的風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于約2.5的齒輪減速比。
11.如權(quán)利要求1所述的組件，還包括齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)由所述核心發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇，所述齒輪系統(tǒng)限定了大于或等于2.5的齒輪減速比。
12.如權(quán)利要求9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)限定了大于約五(5)的壓力比。
13.如權(quán)利要求9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)的壓力比。
14.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述旁通流限定了大于約六(6)的旁通比。
15.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述旁通流限定了大于約十(10)的旁通比。
16.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述旁通流限定了大于十(10)的旁通比。
17.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),包括: 圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線限定的核心機(jī)艙； 風(fēng)扇機(jī)艙，所述風(fēng)扇機(jī)艙被至少部分地圍繞所述核心機(jī)艙安裝以限定用于風(fēng)扇旁通氣流的風(fēng)扇旁通流動(dòng)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(duì)于所述風(fēng)扇機(jī)艙軸向移動(dòng)以限定輔助端口，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比；和 控制器，所述控制器能操作以控制所述風(fēng)扇可變面積噴嘴以改變風(fēng)扇噴嘴出口面積和調(diào)節(jié)所述風(fēng)扇旁通氣流的壓力比。
18.如權(quán)利要求17所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
19.如權(quán)利要求17所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)還包括所述核心機(jī)艙內(nèi)的低軸筒，其通過齒輪傳動(dòng)架構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述風(fēng)扇機(jī)艙內(nèi)的風(fēng)扇。
20.如權(quán)利要求19所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有大于10:1的旁通比，并且所述齒輪傳動(dòng)架 構(gòu)具有大于2.5:1的齒輪減速比。
【文檔編號(hào)】F02K3/075GK104040158SQ201280060203
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月8日
【發(fā)明者】格雷戈里·A·科倫伯格, 肖恩·P·扎莫拉 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司