專利名稱：緊湊型增壓排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且特別涉及其中的排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
渦輪風(fēng)扇式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)包括一個(gè)安裝在外周艙中的風(fēng)扇，并由一個(gè)低壓渦輪(LPT)驅(qū)動(dòng)。被引導(dǎo)通過風(fēng)扇的空氣的里面部分，進(jìn)入一個(gè)中心發(fā)動(dòng)機(jī)，在這里，空氣在一個(gè)高壓壓縮機(jī)(HPC)中被加壓，并在燃燒室中與燃料相混合，用于產(chǎn)生熱的燃燒氣體。在一個(gè)高壓渦輪(HPT)中，從該燃燒氣體中獲取能量，用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
風(fēng)扇空氣的外面部分繞過中心發(fā)動(dòng)機(jī)而穿過環(huán)形的旁通管道。從旁通管道排出的加壓的空氣提供發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分的推進(jìn)力，用于為飛行中的飛機(jī)提供動(dòng)力。
在大型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過在風(fēng)扇之后、中心發(fā)動(dòng)機(jī)的HPC之前設(shè)置一個(gè)低壓或增壓壓縮機(jī)，能夠產(chǎn)生額外的功率。典型地，所述增壓壓縮機(jī)包括多個(gè)軸向級，這些級能夠增大輸送到HPC的風(fēng)扇空氣的增壓，該HPC也包括多個(gè)軸向級，能進(jìn)一步增大提供給燃燒室的空氣的壓力。
典型的渦輪風(fēng)扇式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)配置成在飛行全程中運(yùn)行，該飛行全程包括怠速轉(zhuǎn)動(dòng)、起飛、爬升、巡航、進(jìn)場著陸、著陸，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出相應(yīng)地變化。例如，增壓和高壓壓縮機(jī)的多個(gè)軸向級必需設(shè)計(jì)和運(yùn)行以在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)獲得適當(dāng)?shù)氖儆嗔?。對發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率運(yùn)行來說，壓縮機(jī)以適當(dāng)?shù)氖儆嗔吭谧畲髿饬骱妥畲笤鰤簳r(shí)運(yùn)行。
但是，在飛機(jī)進(jìn)場著陸的飛行怠速運(yùn)行中，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相對較低的功率，HPC需要相應(yīng)較小的氣流量從其中通過。為了在這種部分功率條件下能保持發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)行，以及保持HPC中的適當(dāng)?shù)氖儆嗔?，通常將一部分加壓的增壓壓縮機(jī)的空氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排出，并引入到風(fēng)扇旁通管道中。
因此，通常在大型渦輪風(fēng)扇式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中包括了一個(gè)增壓排氣系統(tǒng)，當(dāng)需要保持發(fā)動(dòng)機(jī)的包括適當(dāng)?shù)膲嚎s機(jī)失速余量在內(nèi)的高效運(yùn)行時(shí)，該增壓排氣系統(tǒng)選擇性地排出部分增壓器所排放的空氣。
典型的增壓排氣系統(tǒng)相對較大，并且相對復(fù)雜，其位于增壓器和高壓壓縮機(jī)之間。例如，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)包括一個(gè)設(shè)置在兩個(gè)壓縮機(jī)之間的風(fēng)扇框架。該框架包括一排通過風(fēng)扇旁通管道徑向向外延伸的支柱，用于支撐風(fēng)扇艙。
該框架還包括一個(gè)具有一排流量瞬變管道的中心結(jié)構(gòu)轂，該流量瞬變管道在支柱的內(nèi)端之間交替，用于提供在增壓壓縮機(jī)的出口和HPC的入口之間的流動(dòng)連續(xù)性。所述轂還包括一個(gè)或多個(gè)容納軸承的軸承支架，用于支撐將風(fēng)扇與LPT相連接的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)軸。增壓壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片也連接到風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)軸。
在大型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，風(fēng)扇框架也相應(yīng)較大，并具有一個(gè)相應(yīng)較大的中心轂，在中心轂中可以包括一個(gè)典型的增壓排氣系統(tǒng)。但是，排氣系統(tǒng)的設(shè)置相應(yīng)地需要在輪轂中設(shè)置用于排出增壓空氣的入口孔。輪轂中還需要設(shè)置用于引導(dǎo)排出空氣進(jìn)入風(fēng)扇旁通管道中的相應(yīng)出口的出口孔。
任何位于風(fēng)扇框架的結(jié)構(gòu)轂中的孔或開口都破壞了轂的結(jié)構(gòu)完整性，并且相應(yīng)地需要對轂進(jìn)行增強(qiáng)，這通常又增加了風(fēng)扇框架的尺寸和重量。排氣系統(tǒng)還需要多個(gè)入口閥或門，以及相應(yīng)的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中根據(jù)需要選擇性地打開和關(guān)閉該排氣門。
在大型的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的典型的風(fēng)扇框架中安裝的排氣系統(tǒng)，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，相應(yīng)地降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。
在高旁通渦扇飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷發(fā)展中，需要在不相應(yīng)減小額定功率的情況下減小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和重量。在一種正在開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，風(fēng)扇框架包括較小的中心轂，但該較小的中心轂中缺少用于引入常規(guī)的增壓排氣系統(tǒng)的可用空間。
另外，鄰近風(fēng)扇框架的部件具有安裝那些部件本身的有限的可用空間，而不具有引入適當(dāng)?shù)脑鰤号艢庀到y(tǒng)的額外因素。
因此，需要提供一種具有改進(jìn)的增壓壓縮機(jī)排氣系統(tǒng)的渦輪風(fēng)扇式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，該排氣系統(tǒng)相對緊湊和簡單，并具有小的外形，以整體結(jié)合到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的可用空間中。

發(fā)明內(nèi)容
一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)安裝到風(fēng)扇艙內(nèi)的風(fēng)扇框架上的風(fēng)扇。一個(gè)增壓壓縮機(jī)連接到該風(fēng)扇，并位于一個(gè)分流器內(nèi)。一個(gè)增壓排氣系統(tǒng)布置在分流器內(nèi)，該增壓排氣系統(tǒng)包括一個(gè)位于壓縮機(jī)出口處的入口以及一個(gè)連接到旁通管道并位于風(fēng)扇之后的出口。


根據(jù)優(yōu)選和示例性實(shí)施例，在以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中，更加具體地描述了本發(fā)明及其更多的目的和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是飛機(jī)渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部分示意性軸向剖視圖。
圖2是圖1的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中所示的增壓排氣系統(tǒng)的放大的軸向剖視圖，其中顯示的是關(guān)閉的排氣閥。
圖3是圖2所示的排氣系統(tǒng)的進(jìn)一步放大的軸向剖視圖，其中顯示的是打開的排氣閥。
圖4是穿過圖3所示的排氣系統(tǒng)的一部分并沿著線4-4的徑向剖視圖。
圖5是圖3所示的排氣系統(tǒng)的一部分并沿著線5-5的部分剖視、平面圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示意性地顯示了一種渦輪風(fēng)扇式飛機(jī)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，其配置成在飛行全程中，從起飛到巡航到著陸的典型的運(yùn)行周期中，為飛行中的飛機(jī)(未示出)提供動(dòng)力。該發(fā)動(dòng)機(jī)是關(guān)于縱向或軸向中心線12軸對稱的，并適當(dāng)?shù)匕惭b到飛機(jī)的機(jī)翼或機(jī)身上。
發(fā)動(dòng)機(jī)包括串聯(lián)流體連通的風(fēng)扇14、增壓器或低壓壓縮機(jī)16、高壓壓縮機(jī)18、燃燒室20、高壓渦輪(HPT)22和低壓渦輪(LPT)24。HTP或第一渦輪22通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸連接到高壓或第二壓縮機(jī)18。并且，LPT或第二渦輪24通過另一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸連接到風(fēng)扇14和增壓器或第一壓縮機(jī)16。
在典型操作中，空氣26被風(fēng)扇14加壓，該空氣的里面部分被引導(dǎo)通過一個(gè)第一壓縮機(jī)16，該壓縮機(jī)16進(jìn)一步對空氣進(jìn)行加壓。加壓的空氣隨后被引導(dǎo)到第二壓縮機(jī)18，該壓縮機(jī)18也進(jìn)一步對空氣進(jìn)行加壓。
加壓的空氣在燃燒室20中與燃料相混合，用于產(chǎn)生熱的燃燒氣體28，燃燒氣體28向下游依次流過HPT22和LPT24。在這兩個(gè)渦輪中獲取能量，用于以常規(guī)方式給風(fēng)扇14、增壓壓縮機(jī)16和高壓壓縮機(jī)18提供動(dòng)力。
圖1所示的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)配置成高旁通運(yùn)行，并且包括一個(gè)環(huán)繞風(fēng)扇14并支撐在環(huán)形風(fēng)扇框架32頂上的短的風(fēng)扇艙30。增壓壓縮機(jī)16適于在風(fēng)扇框架32前面連接到風(fēng)扇14，并布置在環(huán)形分流器34的徑向內(nèi)側(cè)，分流器34與風(fēng)扇艙30的內(nèi)表面徑向向內(nèi)相間隔，以在它們之間限定環(huán)形風(fēng)扇旁通管道36的前部。
分流器34是緊鄰風(fēng)扇14之后的環(huán)繞增壓壓縮機(jī)16的金屬片殼體，其包括一個(gè)尖的前緣，該前緣將由風(fēng)扇14加壓的風(fēng)扇空氣26分成被引導(dǎo)通過增壓壓縮機(jī)的徑向內(nèi)側(cè)流和被引導(dǎo)通過旁通管道36的徑向外側(cè)流。
圖1所示的基本的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是以常規(guī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行為飛行中的飛機(jī)提供動(dòng)力。風(fēng)扇14包括一排從支撐轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸的風(fēng)扇葉片。
增壓壓縮機(jī)16包括多級，例如圖示的三級，所述級具有從支撐轉(zhuǎn)子盤或轉(zhuǎn)子徑向向外延伸的相應(yīng)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，該支撐轉(zhuǎn)子盤或轉(zhuǎn)子依次固定連接到風(fēng)扇14的支撐盤，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軸連接到LPT24的轉(zhuǎn)子盤。
相似地，高壓壓縮機(jī)18包括多排或多級由相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軸連接到HPT22的轉(zhuǎn)子盤上的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。
壓縮機(jī)16、18和渦輪22、24都具有安裝在各自的轉(zhuǎn)子葉片前的相應(yīng)的定子葉片，轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片相互配合在壓縮機(jī)中壓縮空氣流，而以常規(guī)方式在渦輪中使燃燒氣體膨脹。
如上所述，圖1所示的示例性的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)10具有改良的設(shè)計(jì)，用于在使尺寸最小化的同時(shí)使其額定功率最大化。特別的，與傳統(tǒng)的較大的風(fēng)扇框架相比，新的風(fēng)扇框架32相對緊湊，并布置在第一和第二壓縮機(jī)16、18之間的有限的可用空間內(nèi)。
緊湊的風(fēng)扇框架32具有一排通過風(fēng)扇旁通管道36徑向向外延伸的中空的框架支柱38，用于支撐艙30，并合適地連接到其上。支柱38從環(huán)形的結(jié)構(gòu)轂40向外延伸。
中心轂40包括一排在相應(yīng)的支柱38的內(nèi)端之間沿圓周方向設(shè)置的瞬變流動(dòng)管道42。該轂還包括多個(gè)徑向向內(nèi)延伸的環(huán)形的軸承支架44，后者依次安裝相應(yīng)的軸承46，例如圖1所示的三個(gè)支架和三個(gè)軸承。風(fēng)扇框架通過其轂旋轉(zhuǎn)地支撐風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)軸48，驅(qū)動(dòng)軸48同時(shí)連接到風(fēng)扇14的轉(zhuǎn)子盤和增壓壓縮機(jī)16的轉(zhuǎn)子。
如圖1和2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)還包括一排布置在增壓壓縮機(jī)16的最后一級和風(fēng)扇框架的轂40之間、并位于增壓壓縮機(jī)的環(huán)形出口52處的常規(guī)出口導(dǎo)向葉片(OGVs)50。該OGVs葉片50具有適當(dāng)?shù)囊砻娼Y(jié)構(gòu)，用于當(dāng)來自增壓壓縮機(jī)的空氣在流經(jīng)瞬變管道42而進(jìn)入高壓壓縮機(jī)18時(shí)，使其典型地形成漩渦。
一排瞬變管道42共同提供了一個(gè)分段的環(huán)狀部分，該環(huán)狀部分以相對閉合的接合方式，并且在最小化的可用空間中，將增壓壓縮機(jī)出口52與高壓壓縮機(jī)相連接。另外，圖2所示的位于瞬變管道42和旁通管道36之間的轂40的外部也相對較小和緊湊，缺少用于設(shè)置以上在背景技術(shù)部分描述的常規(guī)排氣系統(tǒng)的足夠體積。
因此，如圖1的示意性顯示和圖2的更具體的顯示，將一個(gè)小型或緊湊的增壓排氣系統(tǒng)或裝置54設(shè)置在分流器34后端的最大部分中。如圖2所示，分流器34的后端分叉，在這里與風(fēng)扇框架32相接觸，并提供一個(gè)環(huán)形腔56，緊湊的排氣系統(tǒng)54可以全部或大部分安裝在該腔56中。
更具體地，排氣系統(tǒng)54包括一個(gè)軸向布置在增壓壓縮機(jī)16和轂40之間、并與壓縮機(jī)出口52流體連通的排氣入口58。相應(yīng)地，排氣系統(tǒng)還包括一個(gè)布置在分流器34的后端、支柱38前、并與旁通管道36流體連通的排氣出口60。
這樣，一部分來自增壓壓縮機(jī)16的加壓空氣，可以通過分流器34徑向向外排出，并被排入風(fēng)扇旁通管道36中，以繞過中心發(fā)動(dòng)機(jī)以及其中的高壓壓縮機(jī)18。排氣入口58適當(dāng)?shù)匚挥谂艢鈮嚎s機(jī)16的最后一排轉(zhuǎn)子葉片和OGVs 50之間，基本上不增大其間的間隔，也不會對壓縮機(jī)的性能產(chǎn)生不利的影響，而壓縮機(jī)出口52形成在所述間隔中。
為了控制排氣流，一個(gè)排氣閥62布置在分流器34內(nèi)，并位于排氣入口58和排氣出口60之間，以選擇性地打開和關(guān)閉增壓壓縮機(jī)和旁通管道之間的排氣流。
圖2中，示出了在其軸向向前位置完全關(guān)閉的排氣閥62。圖3中，示出了在其軸向向后位置完全打開的排氣閥62。在這兩幅圖中，排氣入口58是與發(fā)動(dòng)機(jī)中心線同軸的環(huán)形狹縫的優(yōu)選形式，并由增壓壓縮機(jī)外殼的向后延伸部形成的前壁和支撐著OGVs 50的外圈的向前延伸部形成的后壁限定。
環(huán)形狹縫入口58從壓縮機(jī)出口52徑向向外延伸，并且包括一排沿圓周互相間隔布置的入口排氣葉片64。
相應(yīng)地，排氣出口60限定在多個(gè)圍繞分流器34的后端沿圓周延伸的、并緊鄰支柱38前面的出口窗板66之間。窗板66將排氣出口60定位成相對于在排氣入口58中設(shè)置的排氣葉片64徑向向外，并與排氣葉片64徑向?qū)R。
相應(yīng)地，閥62是圓柱形的，與發(fā)動(dòng)機(jī)中心線同軸地安裝在排氣系統(tǒng)中，用于在排氣葉片64和排氣窗板66之間軸向平移。該閥徑向布置在葉片64和窗板66之間，用于當(dāng)閥如圖2所示軸向向前移動(dòng)到其關(guān)閉位置時(shí)可選擇地阻斷它們之間的排氣流，當(dāng)閥如圖3所示向后移動(dòng)到其打開位置時(shí)開啟它們之間的排氣流。
排氣入口58和排氣出口60設(shè)計(jì)成使它們的空氣動(dòng)力學(xué)效率最大化，用于高效地從增壓壓縮機(jī)中排出加壓的空氣，并將其排出到風(fēng)扇旁通管道36中。如圖3和4所示，排氣入口優(yōu)選地分成內(nèi)部狹縫58和周圍的環(huán)形外部狹縫68。
內(nèi)部狹縫58直接圍繞壓縮機(jī)出口52，并具有軸向弓形輪廓，該弓形輪廓將排出空氣的方向從最初的軸向向后轉(zhuǎn)變成徑向向外。內(nèi)部狹縫58限定一個(gè)基本上平齊地安裝到壓縮機(jī)出口52的外流道邊緣的勺形入口，狹縫58的后壁具有尖的前緣，用于有效地從壓縮機(jī)出口吸取排出的空氣。
外部狹縫68同軸地圍繞內(nèi)部狹縫58，并從內(nèi)部狹縫58徑向向外直線延伸，并與內(nèi)部狹縫58徑向?qū)R。外部狹縫68包括一排相應(yīng)的外部排氣葉片70，后者優(yōu)選地指向或?qū)χ鄳?yīng)的安裝在內(nèi)部狹縫58中的內(nèi)部葉片64。
在圖2所示的優(yōu)選實(shí)施例中，例如，內(nèi)部狹縫58可以在一個(gè)環(huán)形部件中形成，并在其后端適當(dāng)?shù)厮ń拥捷?0上，在其前端栓接到增壓壓縮機(jī)16的外殼上。外部狹縫68可以在另一個(gè)環(huán)形部件中形成，通常在其后端只栓接到轂40上，并直接位于內(nèi)部狹縫58的頂上。可以在兩個(gè)狹縫58、68的框架之間嵌入一個(gè)適當(dāng)?shù)拿芊猸h(huán)，用于密封這兩個(gè)框架，也相對于風(fēng)扇框架的轂40的前表面密封容納外部狹縫68的外部框架。
如圖2和5所示，圓柱形閥62連接到多個(gè)常規(guī)的線性致動(dòng)器72，以選擇性地軸向平移該閥。例如，兩個(gè)致動(dòng)器72可以具有連接到協(xié)調(diào)環(huán)74的輸出桿，環(huán)74被多個(gè)連桿76依次連接到圓柱形閥62的后端。
四個(gè)連桿76可以環(huán)繞閥62的圓周等角度布置，通過穿過轂40的前表面的對應(yīng)的小孔延伸，并通常與協(xié)調(diào)環(huán)74的前表面連接。兩個(gè)致動(dòng)器72可以等間距布置，并適當(dāng)?shù)匕惭b到轂40的內(nèi)部或者空間允許的后端的外部。
由于入口狹縫58、68具有相對較小的軸向長度，因此閥62的軸向行程相應(yīng)較小，而致動(dòng)器72的軸向行程也相應(yīng)較小。因此，致動(dòng)器72、協(xié)調(diào)環(huán)74和連桿76的尺寸可以做得很小，以安裝在風(fēng)扇框架的轂40外部并位于風(fēng)扇旁通管道36下面的小包圍層內(nèi)。
如上所述，內(nèi)部狹縫58可以方便地形成一個(gè)環(huán)，并且可以方便地栓接到增壓壓縮機(jī)16的后端和風(fēng)扇框架的轂40的前表面之間的位置。例如，內(nèi)部狹縫58可以與支撐OGVs 50的外圈一起在它的后端整體形成。內(nèi)部狹縫58的前端可以與環(huán)繞增壓轉(zhuǎn)子葉片的最后一級的環(huán)形殼或罩一起整體地形成。
相應(yīng)地，外部狹縫68可以方便地形成一個(gè)整體環(huán)孔或圓筒，其后端安裝到轂40上，并且在其前端簡單地支撐或懸臂支撐在內(nèi)部狹縫58的頂上，它們之間有合適的密封環(huán)。
此外，圓柱形閥62環(huán)繞外部狹縫68同心地安裝在分流器腔56的有限空間內(nèi)的三環(huán)緊湊、層壓組件中。圓柱形閥62包括一個(gè)在外部狹縫68的前端與一個(gè)合適的P形密封(P-seal)相接合的末梢前端，以及一個(gè)后部臺階和另一個(gè)當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)與外部狹縫68的后部臺階相接合的P形密封。這樣，當(dāng)關(guān)閉而完全阻止從增壓壓縮機(jī)16排出任何空氣時(shí)，閥62適當(dāng)?shù)孛芊庠谕獠颗艢馊~片70的頂上。
由于只在部分功率時(shí)才需要從增壓壓縮機(jī)排氣，例如在飛行怠速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，所以排氣系統(tǒng)將在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行周期的大部分時(shí)間保持關(guān)閉，這段時(shí)間產(chǎn)生的任何排氣泄漏，都將相應(yīng)地減小發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
當(dāng)閥62如圖3所示打開時(shí)，增壓排氣可以以簡單的和空氣動(dòng)力學(xué)的有效方式實(shí)現(xiàn)。例如，在分流器腔56的有限范圍內(nèi)，排氣入口58緊密地連接到排氣出口60。相對地，內(nèi)部狹縫入口58和葉片64具有軸向弓形輪廓，以平滑的、空氣動(dòng)力學(xué)的有效變向或彎曲，將最初的軸向向后的壓縮機(jī)氣流26變向成徑向向外，并進(jìn)入直的、徑向向外延伸的外部狹縫68。
另外，如圖4所示的排氣葉片64、70在圓周方向也是適當(dāng)?shù)膹澢虺使?，用于在增壓器排出空氣被徑向向外排入風(fēng)扇旁通管道36中時(shí)，使其產(chǎn)生漩渦?；蛘?，根據(jù)特定應(yīng)用的需要，葉片可以以其它方式構(gòu)造，從而使氣流產(chǎn)生漩渦或變直。
相應(yīng)地，排氣出口60中的窗板66具有在向后方向徑向向外延伸的軸向弓形輪廓，用于將來自外部狹縫68的徑向排氣流再次變向?yàn)檩S向向后，以高效地與向后流過旁通管道36的風(fēng)扇旁通氣流混合。
如圖2中最初顯示的那樣，圓柱形閥62相對較薄，具有小的外形，便于安裝在向后的分流器腔56中并位于排氣入口58的頂上。閥62需要簡單的軸向平移以打開或關(guān)閉排氣流路。如上所述，適當(dāng)?shù)闹聞?dòng)裝置包括安裝在轂40中的致動(dòng)器72、協(xié)調(diào)環(huán)74和連桿76，轂40中的空間允許當(dāng)需要時(shí)選擇性地平移環(huán)形閥62。致動(dòng)器72可以以常規(guī)方式連接到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
盡管致動(dòng)器72可以被用于激勵(lì)打開和激勵(lì)關(guān)閉滑閥62，閥62仍然優(yōu)選地用沿圓周間隔布置的多個(gè)軸向螺栓78安裝到風(fēng)扇框架32上。所述螺栓穿過滑閥62的后部徑向法蘭而延伸，并適當(dāng)?shù)毓潭ㄟB接到轂40的特別構(gòu)造的環(huán)形法蘭中。
四個(gè)螺栓78可以彼此等角度間隔布置，每個(gè)螺栓具有一個(gè)同心地安裝在其上的相應(yīng)的壓縮彈簧80，以施加偏壓來關(guān)閉閥62，使其位于排氣葉片64、70的頂上。
圖2示出了伸長的壓縮彈簧80，其在滑閥62上施加一個(gè)向前的力，以在位于外部狹縫68的頂上關(guān)閉閥，并壓緊相應(yīng)的密封。
圖3和5示出了致動(dòng)器72的動(dòng)作，致動(dòng)器向后拉連桿76，以使閥62從排氣葉片的頂部向后移動(dòng)，而壓縮彈簧80在閥和支撐結(jié)構(gòu)的相應(yīng)法蘭之間被壓縮。
上述公開的增壓排氣系統(tǒng)的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是其相對簡單的結(jié)構(gòu)和緊湊的尺寸，使其能方便地安裝在分流器腔56的后部、并緊鄰風(fēng)扇框架前提供的較小的可用空間中。排氣入口58、68和協(xié)同操作的排氣閥62可以方便地形成環(huán)形或圓柱形結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)徑向嵌套在一起，形成一個(gè)緊湊的組件。排氣閥62的軸向行程相對較小，可以被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)允許空間中的任何適當(dāng)?shù)闹聞?dòng)機(jī)構(gòu)所驅(qū)動(dòng)。
在圖2所示的示例性實(shí)施例中，四個(gè)連桿76可以通過環(huán)繞風(fēng)扇框架轂40的小通孔延伸，并可以方便地被小的致動(dòng)器72協(xié)調(diào)地驅(qū)動(dòng)，而通過協(xié)調(diào)環(huán)74使致動(dòng)器72協(xié)調(diào)。
因此，框架轂40不需要與大型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的常規(guī)排氣系統(tǒng)中所使用的相應(yīng)的多個(gè)排氣門或閥相配合的多個(gè)相對大的孔。因此，轂保持了結(jié)構(gòu)完整性，并且相對較小，重量輕，不需要加強(qiáng)以容納常規(guī)的排氣閥或門。
此外，與常規(guī)排氣系統(tǒng)中的多個(gè)不相關(guān)瓣閥所需的致動(dòng)系統(tǒng)不同，環(huán)形閥62的致動(dòng)系統(tǒng)相對簡單，并具有相對較少的零件。
盡管這里參照本發(fā)明的優(yōu)選和示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述，但從本教導(dǎo)來看，本發(fā)明的其它修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此，需要在附加的權(quán)利要求中保護(hù)落入本發(fā)明本質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有這些修改。
因此，需要由美國的專利證書保護(hù)的是在以下權(quán)利要求中限定和區(qū)分的發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，包括同軸布置并串聯(lián)流體連通的風(fēng)扇(14)、第一壓縮機(jī)(16)、第二壓縮機(jī)(18)、燃燒室(20)、第一渦輪(22)和第二渦輪(24)；環(huán)繞所述第一壓縮機(jī)(16)并位于所述風(fēng)扇(14)后面的分流器(34)；環(huán)繞所述風(fēng)扇(14)和所述分流器(34)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙(30)，該發(fā)動(dòng)機(jī)艙(30)與所述分流器(34)相間隔，以在它們之間限定旁通管道(36)；布置在所述第一壓縮機(jī)(16)后面的風(fēng)扇框架(32)，該風(fēng)扇框架包括一排從布置在所述第一和第二壓縮機(jī)(16，18)之間的環(huán)形轂(40)徑向向外通過所述旁通管道(36)延伸的支柱(38)；以及布置在所述分流器(34)內(nèi)的增壓排氣系統(tǒng)(54)，該系統(tǒng)包括一個(gè)布置在所述第一壓縮機(jī)(16)和轂(40)之間的排氣入口(58)和一個(gè)布置在所述分流器(34)后端并位于所述支柱(38)前的排氣出口(60)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述排氣系統(tǒng)還包括一個(gè)布置在所述分流器(34)內(nèi)并位于所述排氣入口(58)和排氣出口(60)之間的閥(62)，以選擇性地打開和關(guān)閉所述第一壓縮機(jī)(16)和所述旁通管道(36)之間的排氣流。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括一排布置在所述第一壓縮機(jī)(16)和所述轂(40)之間的出口導(dǎo)向葉片(50)，并且所述排氣入口(58)布置在所述第一壓縮機(jī)(16)和所述葉片(50)之間。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述第一壓縮機(jī)(16)包括一個(gè)位于所述葉片(50)前的出口(52)；所述排氣入口(58)包括一個(gè)從所述壓縮機(jī)出口(52)徑向向外延伸的環(huán)形狹縫，并包括一排沿圓周間隔布置的入口排氣葉片(64)；所述排氣出口(60)包括多個(gè)圍繞所述分流器(34)的所述后端沿圓周延伸的窗板(66)，其位于所述排氣葉片(64)的徑向外側(cè)；所述閥(62)徑向布置在所述排氣葉片(64)和窗板(66)之間，用于選擇性地阻斷排氣流。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述閥(62)是圓柱形的，并安裝在所述排氣系統(tǒng)(54)中，用于在所述排氣葉片(64)和窗板(66)之間軸向平移。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括多個(gè)與所述閥(62)相連接的致動(dòng)器(72)，用于選擇性地軸向移動(dòng)所述閥(62)。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述排氣入口分為內(nèi)部和外部狹縫(58，68)；所述內(nèi)部狹縫(58)圍繞所述壓縮機(jī)出口(52)，并具有軸向弓形輪廓；所述外部狹縫(68)圍繞所述內(nèi)部狹縫(58)，并從內(nèi)部狹縫(58)徑向向外延伸；所述內(nèi)部和外部狹縫(58，68)具有在其中的相應(yīng)的排氣葉片(64，70)。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述入口狹縫(58)具有徑向向外延伸的軸向弓形輪廓；所述排氣葉片(64，70)在所述軸向弓形狹縫(58)中沿圓周彎曲；所述窗板(66)具有軸向弓形輪廓。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述閥(62)用多個(gè)軸向螺栓(78)安裝到所述風(fēng)扇框架(32)上，所述螺栓(78)上有壓縮彈簧(80)，以施加偏壓在所述排氣葉片(64，70)的頂上關(guān)閉閥(62)。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中當(dāng)位于所述排氣葉片(64，70)頂上時(shí)，所述閥(62)密封地關(guān)閉，以防止從所述壓縮機(jī)(16)排氣。
全文摘要
一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，包括一個(gè)安裝到風(fēng)扇艙(30)內(nèi)的風(fēng)扇框架(32)上的風(fēng)扇(14)。一個(gè)增壓壓縮機(jī)(16)連接到該風(fēng)扇(14)，并位于一個(gè)分流器(34)內(nèi)。一個(gè)增壓排氣系統(tǒng)(54)布置在分流器(34)內(nèi)，該增壓排氣系統(tǒng)(54)包括一個(gè)位于壓縮機(jī)出口(54)處的入口(58)以及一個(gè)連接到旁通管道(36)并位于風(fēng)扇(14)之后的出口(60)。
文檔編號F02C9/18GK1987066SQ20061006416
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者T·O·莫尼茨 申請人:通用電氣公司