用于涡轮风扇飞机发动机的可变面积风扇喷嘴的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月15日提交的gb申请第1720950.3号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

本公开总体上涉及飞机，并且更具体地涉及涡轮风扇飞机发动机。

背景技术：

涡轮风扇飞机发动机通常包括发动机芯、包围发动机芯的发动机舱(nacelle)，以及推进环境空气流通过发动机的风扇。环境空气流通常分成发动机芯气流和旁通气流，该旁通气流通过包围发动机芯并由发动机的发动机舱限定的旁通管道。风扇通常产生由涡轮风扇飞机发动机产生的大部分推力。

当操作涡轮风扇飞机发动机时，可能期望在不同的飞行条件期间改变旁通管道的出口面积(即，风扇喷嘴出口面积)。改变风扇喷嘴的出口面积可以调节发动机的旁通流特性(例如，风扇压力比)，以更好地匹配特定的飞行条件或推力水平。

技术实现要素：

一方面，本公开描述了一种用于涡轮风扇飞机发动机的可变面积风扇喷嘴。该可变面积风扇喷嘴包括：

第一结构，该第一结构限定了涡轮风扇飞机发动机的旁通管道的前部部分；以及

第二结构，该第二结构限定了设置在旁通管道的前部部分的后方的旁通管道的后部部分，该第二结构相对于第一结构能够在展开位置与收起位置之间移动，在该展开位置，限定在旁通管道的前部部分与旁通管道的后部部分之间的端口流动通道打开，而在该收起位置，该端口流动通道关闭，该第二结构包括：

叶片；和

板条，该板条附接到叶片，并且设置在叶片的前方，当第二结构处于展开位置时，端口流动通道在板条与叶片之间延伸。

当第二结构处于收起位置时，板条可以被接收在第一结构内部的腔体中。

叶片可以包括前部空气动力学表面，并且板条可以包括与叶片的前部空气动力学表面间隔开的后部空气动力学表面。叶片的前部空气动力学表面和板条的后部空气动力学表面可以至少部分地限定端口流动通道。

叶片的前部空气动力学表面和板条的后部空气动力学表面均可以相对于端口流动通道是凸出的。

板条可以经由横跨端口流动通道延伸的一个或多个托架附接到叶片。

当第二结构处于展开位置时，板条可以与第一结构密封。当第二结构处于收起位置时，叶片可以与第一结构密封。

可变面积风扇喷嘴可以包括径向外部密封元件，该径向外部密封元件被构造并设置成在第一结构与第二结构之间提供径向外部密封的交界(interface)。

径向外部密封元件可以附接到第一结构，并且可以包括：

径向外部叶片密封部分，该径向外部叶片密封部分用于当第二结构处于收起位置时与叶片交界；和

径向外部板条密封部分，该径向外部板条密封部分用于当第二结构处于展开位置时与板条交界。

当第二结构处于收起位置时，径向外部密封元件可以与叶片的径向外部蒙皮密封接合。

第一密封元件可以是叶型密封件。

板条可以包括与叶片间隔开的后部空气动力学表面。板条的后部空气动力学表面可以至少部分地限定端口流动通道。板条可以包括除了后部空气动力学表面之外的板条的部分，以用于与附接到第一结构的径向外部密封元件交界。

板条的除了后部空气动力学表面之外的该部分可以由设置在板条的与板条的后部空气动力学表面相背的一侧上的突出部限定。

可变面积风扇喷嘴可以包括径向内部密封元件，该径向内部密封元件被构造并设置成在第一结构与第二结构之间提供径向内部密封的交界。

径向内部密封元件可以附接到第一结构，并且可以包括：

径向内部叶片密封部分，该径向内部叶片密封部分用于当第二结构处于收起位置时与叶片交界；和

径向内部板条密封部分，该径向内部板条密封部分用于当第二结构处于展开位置时与板条交界。

径向内部密封元件可以被构造成，当第二结构处于收起位置时，在旁通管道的前部部分和后部部分之间提供密封的交界。

径向内部密封元件可以包括从主体延伸的舌片。径向内部叶片密封部分和径向内部板条密封部分可以包括舌片的不同侧。

舌片可以被构造并定位成接触板条的面向端口流动通道的表面。

径向内部密封元件的主体可以是中空的。

径向内部密封元件可以包括加强件，该加强件由与主体的材料不同的材料制成。

第二结构的叶片可以至少部分地限定非端口流动出口。第二结构从收起位置到展开位置的移动可以导致非端口流动出口的出口平面面积增大。

可变面积风扇喷嘴可以包括：

径向外部密封元件，该径向外部密封元件被构造并设置成在第一结构与第二结构之间提供径向外部密封的交界；和

径向内部密封元件，该径向内部密封元件被构造并设置成在第一结构与第二结构之间提供径向内部密封的交界。

实施例可以包括以上特征的组合。

另一方面，本公开描述了一种用于涡轮风扇飞机发动机的发动机舱，该发动机舱包括如本文中描述的可变面积风扇喷嘴。

另一方面，本公开描述了一种飞机发动机，该飞机发动机包括如本文中描述的可变面积风扇喷嘴。

从下面包括的详细描述和所附附图中，本申请的主题的这些和其它方面的进一步细节将是显而易见的。

附图说明

现在参考附图，在附图中：

图1示出了包括本文中描述的示例性可变面积风扇喷嘴(vafn)的涡轮风扇飞机发动机的轴向截面图的上半部；

图2a是处于收起位置的图1的发动机的vafn的轴向截面图；

图2b是处于展开位置的图1的发动机的vafn的轴向截面图；

图3是处于展开位置的vafn的一部分的立体图；

图4是vafn的径向外部密封元件的轴向截面图；以及

图5是vafn的径向内部密封元件的轴向截面图。

具体实施方式

以下公开涉及包括可变面积风扇喷嘴(vafn)的涡轮风扇飞机发动机。在各种实施例中，本文中描述的vafn包括：前部结构，该前部结构限定涡轮风扇飞机发动机的旁通管道的前部部分；以及可移动后部结构，该可移动后部结构限定旁通管道的后部部分。该可移动结构相对于前部结构能够在展开位置与收起位置之间移动(例如，能够平移)，在该展开位置，限定在旁通管道的前部部分与旁通管道的后部部分之间的端口流动通道打开，而在该收起位置，该端口流动通道关闭。该端口流动通道可以提供附加通路，该附加通路用于在旁通管道中流动的旁通空气，以将其排放到飞机外。在一些实施例中，前部结构与可移动结构之间的密封可以通过径向外部密封件和分开的径向内部密封件来提供。

通过参考附图描述了各种实施例的各方面。

图1示出了包括示例性可变面积风扇喷嘴12(下文称为“vafn12”)的涡轮风扇飞机发动机10的轴向截面图的上半部。发动机10可以是用于飞机应用中的类型。例如，发动机10可以包括涡轮风扇类型的发动机，以用于推进合适的飞机，诸如公司飞机、私人飞机、商业飞机或窄体双引擎喷气客机。发动机10可以包括通过其推进环境空气的风扇14、旁通管道16和芯区段18。芯区段18在连续流(serialflow)上可以包括压缩机区段、燃烧器和涡轮区段。旁通管道16可以由发动机10的发动机舱20和壳体22限定，并在发动机10的发动机舱20和壳体22之间延伸。发动机10可以具有中心轴线c，该中心轴线也可以对应于风扇14的旋转轴线。旁通管道16围绕中心轴线c总体上可以是周向均匀的。例如，旁通管道16可以至少部分地围绕发动机10的中心轴线c延伸。在各种实施例中，发动机10可以具有相对较高的旁通比。

vafn12可以用于在发动机10的各种飞行/操作条件期间改变可用于旁通管道16中的旁通气流的出口面积的大小。在一些飞行/操作条件下，可能期望具有较大的可用出口面积以用于使旁通气流离开旁通管道16，而在其它飞行/操作条件下，可能希望具有较小的可用出口面积以用于使旁通气流离开旁通管道16。vafn12可以被构造成通过打开或关闭端口流动通道24以及通过改变非端口流动出口26的出口平面面积来改变出口面积。

发动机10可以具有如图1中所示的总体上向前和向后的方向。向前方向可以是当发动机10用于推进飞行中的飞机时发动机10的典型移动方向。vafn12可以包括：前部结构28，该前部结构限定发动机10的旁通管道16的前部部分16a；以及可移动结构30，该可移动结构限定了设置在旁通管道16的前部部分16a的后方的旁通管道16的后部部分16b。可移动结构30相对于前部结构28总体上沿着中心轴线c在展开位置与收起位置之间能够平移，在该展开位置，限定在旁通管道16的前部部分16a与旁通管道16的后部部分16b之间的端口流动通道24打开，而在该收起位置，端口流动通道24关闭。图1示出了处于展开位置的可移动结构30，在该展开位置，端口流动通道24打开。

可移动结构30的平移也可以导致非端口流动出口26的出口平面面积的变化。图1中所示的尺寸a1和a2可以表示非端口流动出口26的出口平面面积的变化。尺寸a1表示当可移动结构30处于收起位置时在可移动结构30的后缘与壳体22之间的较短的径向距离。另一方面，尺寸a2表示当可移动结构30处于展开位置时在可移动结构30的后缘与壳体22之间的较长的径向距离。可移动结构30在向后方向上且总体上沿着中心轴线c的平移，与壳体22的径向向内倾斜的外表面(即，相对的几何形状变化)相结合，可以导致所示的非端口出口26的出口平面面积的增大。与仅依赖于非端口出口26的出口平面面积的增大以实现期望的出口面积增大相比，使用端口流动通道24除了改变非端口流动出口26的出口平面面积之外，还可以促使所需的可移动结构30的平移更短。更短的行进距离因此可以促进更短且更轻的致动系统的使用。在一些安装布置中，发动机10可以包括合适的推力反向器32，发动机舱20的前部结构28可以是该推力反向器的一部分。

端口流动通道24可以设置端口(例如，旁通、备用)流动出口，其中，在旁通管道16内部的旁通气流可以从旁通管道16排出。可移动结构30能够在收起(即，前部)位置与展开(即，后部)位置之间移动，在该收起位置，端口流动通道24关闭，而在该展开位置，端口流动通道24完全打开。应当理解的是，在一些实施例中，vafn12可以被构造成使得可移动结构30可以移动到并保持在完全收起位置与完全展开位置之间的中间位置处，以实现端口流动通道24的不同中间尺寸，并且还实现非端口出口26的出口平面面积的不同中间尺寸。应当理解的是，任何合适的致动机构(参见图3)可以用于将可移动结构30相对于前部结构28在收起位置与展开位置之间致动。

图2a是发动机10的vafn12的放大的轴向截面图，其示出了处于收起位置的可移动结构30，在该收起位置，端口流动通道24关闭。在一些实施例中，前部结构28可以包括作为推力反向器32的一部分的可平移整流罩(平移整流罩(transcowl))，或者可以是该可平移整流罩的一部分。虽然在vafn12操作的场合下，前部结构28在本文中被称为固定的或静止的，但应当理解的是，在另一种场合下(诸如在推力反向器32的操作中)，前部结构28(例如平移整流罩)也能够移动。

可移动结构30的收起/收回可以包括可移动结构30相对于前部结构28总体上在向前方向上的平移。发动机舱20的前部结构28可以包括：外部蒙皮34，该外部蒙皮用于与发动机10外部的环境空气流交界；和内部蒙皮36，该内部蒙皮限定了旁通管道16的前部部分16a的用于与旁通气流交界的一部分。前部结构28可以包括支撑外部蒙皮34和内部蒙皮36的结构构件38(例如，支架、肋)。前部结构28可以限定腔体40，当可移动结构30处于收起位置时，可移动结构30的一部分被接收到该腔体中。前部结构28可以包括径向外部密封元件42，该径向外部密封元件被构造并设置成在前部结构28与可移动结构30之间提供径向外部密封的交界。前部结构28还可以包括径向内部密封元件44，该径向内部密封元件被构造并设置成在前部结构28与可移动结构30之间提供径向内部密封的交界。

可移动结构30可以包括叶片46和板条48。板条48可以附接到叶片46并且设置在叶片46的前方。板条48可以经由在叶片46与板条48之间延伸的一个或多个托架50而附接到叶片46。在图2a中所示的构造中，当可移动结构30处于端口通道24(参见图1)关闭的收起位置时，板条48和托架50可以被接收在前部结构28的腔体40内部。

径向外部密封元件42可以被构造并设置成在可移动结构30的收起位置和展开位置两者中在前部结构28与可移动结构30之间提供径向外部密封的交界。在一些实施例中，径向外部密封元件42可以通过适当的手段牢固地固定到前部结构28，并且当可移动结构30处于收起位置时，该径向外部密封元件42与叶片46的径向外部蒙皮52密封接合。换句话说，当可移动结构30处于收起位置时，径向外部密封元件42可以在前部结构28的外部蒙皮34与叶片46的外部蒙皮52之间提供基本上密封的交界。径向外部密封元件42可以包括叶片密封部分42a(参见图4)，以用于当可移动结构30处于收起位置时与叶片46交界。

径向内部密封元件44可以被构造并设置成在可移动结构30的收起位置和展开位置两者中在前部结构28与可移动结构30之间提供径向内部密封的交界。在一些实施例中，径向内部密封元件44可以通过适当的手段牢固地固定到前部结构28，并且当可移动结构30处于收起位置时，该径向内部密封元件44与叶片46的面向前部结构28的朝前蒙皮54密封接合。换句话说，当可移动结构30处于收起位置时，径向内部密封元件44可以在前部结构28的内部蒙皮36与叶片46之间提供基本上密封的交界。例如，当可移动结构30处于收起位置时，径向内部密封元件44可以在旁通管道16的前部部分16a和后部部分16b之间提供基本上密封的交界。径向内部密封元件44可以包括叶片密封部分44a(参见图5)，以用于当可移动结构30处于收起位置时与叶片46交界。在一些实施例中，径向内部密封元件44的叶片密封部分44a可以包括舌片56的面向叶片46的第一侧。

图2b是发动机10的vafn12的放大的轴向截面图，其示出了处于展开位置的可移动结构30，在该展开位置，端口流动通道24打开。端口流动通道24可以轴向地设置在旁通管道16的前部部分16a和后部部分16b之间。可移动结构30的展开可以包括可移动结构30相对于前部结构28总体上在向后方向上的平移。在这种构造中，旁通管道16中的旁通气流可以经由端口流动通道24和非端口流动出口26两者离开旁通管道16(参见图1)，使得与当可移动结构30处于收起位置时相比，当可移动结构30处于展开位置时旁通管道16的可用于旁通气流的总出口截面面积增大。

可移动结构30在展开期间的向后移动可以导致叶片46与密封元件42和44解除密封，使得然后在前部结构28与叶片46之间可以形成端口流动通道24。可移动结构30的展开还可以导致托架50和板条48至少部分地从腔体40收回，直到板条48与密封元件42和44密封接合。图2b示出了处于完全展开位置的可移动结构30，在该完全展开位置，端口流动通道24完全打开。端口流动通道24可以延伸穿过可移动结构30的在板条48和叶片46之间的空间。例如，叶片46的朝前蒙皮54可以包括空气动力学表面，该空气动力学表面限定了端口流动通道24的后侧的至少一部分。类似地，板条48可以包括朝后侧面58，该朝后侧面包括空气动力学表面，该空气动力学表面限定了端口流动通道24的前侧的至少一部分。朝前蒙皮54和板条48的朝后侧面58可以彼此间隔开，并且在其间至少部分地限定端口流动通道24。在一些实施例中，由板条48的朝后侧面58限定的空气动力学表面可以相对于端口流动通道24凸出，以便朝向/进入到端口流动通道24中弯曲或成圆形。在一些实施例中，由叶片46的朝前蒙皮54限定的空气动力学表面可以类似地相对于端口流动通道24凸出，以便朝向/进入到端口流动通道24中弯曲或成圆形。

径向外部密封元件42可以被构造并设置成，当可移动结构30处于展开位置时，在前部结构28的外部蒙皮34与可移动结构30的板条48之间提供径向外部密封的交界。径向外部密封元件42可以包括板条密封部分42b，以用于当可移动结构30处于展开位置时与板条48交界。径向外部密封元件42的板条密封部分42b可以被构造成密封接合可移动结构30的除了由板条48的朝后侧面58限定的空气动力学表面之外的一部分。例如，在一些实施例中，板条密封部分42b可以被构造成密封接合突出部60(例如，脊)，该突出部设置在板条48的与板条48的朝后侧面58相背的前侧上。

径向内部密封元件44可以被构造并设置成，当可移动结构30处于展开位置时，在前部结构28的内部蒙皮36与可移动结构30的板条48之间提供径向内部密封的交界。径向内部密封元件44可以包括板条密封部分44b，以用于当可移动结构30处于展开位置时与板条48交界。当可移动结构30处于展开位置时，径向内部密封元件44可以在前部结构28的内部蒙皮36与板条48之间提供基本上密封的交界。在一些实施例中，径向内部密封元件44的叶片密封部分44a(参见图2a)可以包括舌片56的与端口流动通道24相背的第二侧。在一些实施例中，舌片56可以被弹性地偏压远离端口流动通道24，使得在可移动结构30展开期间，板条48与径向内部密封元件44的舌片56的接合可能导致舌片56的弹性偏转，从而在一些情况下，导致舌片56朝向板条48推压，并增强了舌片56与板条48之间的密封交界的性能。

图3是vafn12的一部分的立体图，其中，可移动结构30处于展开位置(在该展开位置，端口流动通道24打开)，并且板条48与径向外部密封元件42和径向内部密封元件44(图3中未示出)密封接合。应当理解的是，vafn12可以至少部分地围绕中心轴线c周向延伸。在一些实施例中，vafn12的围绕中心轴线c的周向跨度可以与推力反向器32的周向跨度基本上相同(参见图1)。在一些实施例中，vafn12的围绕中心轴线c的周向跨度可以在顶部位置(例如，大约十二点钟)处中断，该顶部位置对应于例如将发动机10联接到飞机机翼的下侧的吊架的位置。在一些实施例中，vafn12可以包括vafn12的围绕中心轴线c延伸的一个或多个不连续的周向区段。因此，一个或多个端口流动通道24可以围绕中心轴线c周向设置。每个端口流动通道24可以围绕中心轴线c限定环面(annulus)的至少一部分。

如上面所解释的，板条48可以经由一个或多个托架50牢固地附接到叶片46，该一个或多个托架横跨限定在板条48与叶片46之间的端口流动通道24的空间延伸。托架50可以围绕中心轴线c周向间隔开(分布)，以在板条48与叶片46之间提供所需的结构支撑。在一些实施例中，托架50可以具有总体上流线型的形状，以减小对经由端口流动通道24排出的旁通空气流的阻力。应当理解的是，vafn12的部件可以使用通常在发动机舱及其部件的生产中使用的材料(例如，纤维增强复合材料、铝基合金)和制造工艺来构造。图3还示意性地示出了示例性的致动系统，该致动系统包括被构造用于导致可移动结构30的移动(例如，平移)的一个或多个致动器59，以及合适的vafn控制系统61。

图4是vafn12的径向外部密封元件42的轴向截面图。径向外部密封元件42可以围绕中心轴线c周向延伸，并且可以具有与板条48和叶片46相同或相似的周向跨度。在一些实施例中，径向外部密封元件42可以是叶型密封件。在一些实施例中，径向外部密封元件42可以是弹性可压缩的，并且可以由合适的弹性体材料(例如，硅橡胶)制成。图4示出了径向外部密封元件42的用于与叶片46交界(例如，接触)的叶片密封部分42a，以及径向外部密封元件42的用于与板条48交界(例如，接触)的板条密封部分42b。在一些实施例中，叶片密封部分42a和板条密封部分42b可以被构造成通过配对的(counterpart)叶片46和板条48弹性地变形(例如，压缩)。然而，应当理解的是，径向外部密封元件42可以被构造成使得该径向外部密封元件42不会因为与叶片46和板条48的正常交界而永久地变形。

可替代地，应当理解的是，径向外部密封元件42可以被构造成设置得足够靠近于配对的叶片46和板条48，从而使该径向外部密封元件42在不必需被弹性地变形或在可移动结构的30的相应的收起位置和展开位置处与叶片46和/或板条48相接触的情况下，提供一些(例如，部分的)密封功能。

图5是vafn12的径向内部密封元件44的轴向截面图。径向内部密封元件44可以围绕中心轴线c周向延伸，并且可以具有与板条48和叶片46相同或相似的周向跨度。在一些实施例中，径向内部密封元件44可以是弹性可压缩的，并且可以由合适的弹性体材料(例如，硅橡胶)制成。图5示出了径向内部密封元件44的用于与叶片46交界(例如，接触)的叶片密封部分44a，以及径向内部密封元件44的用于与板条48交界(例如，接触)的板条密封部分44b。在一些实施例中，叶片密封部分44a和板条密封部分44b可以被构造成通过配对的叶片46和板条48弹性地变形。然而，应当理解的是，径向内部密封元件44可以被构造成使得该径向内部密封元件44不会因为与叶片46和板条48正常交界而永久地变形。

可替代地，应当理解的是，径向内部密封元件44可以被构造成设置得足够靠近配对的叶片46和板条48，从而使该径向内部密封元件44在不必需被弹性地变形或在可移动结构的30的相应的收起位置和展开位置处与叶片46和/或板条48相接触的情况下，提供一些基本密封能力。

如上所述，径向内部密封元件44可以包括从主体62延伸的舌片56。叶片密封部分44a和板条密封部分44b可以包括舌片56的不同(例如，相背)侧。叶片密封部分44a可以被构造并定位成接触叶片46的面向端口流动通道24的表面(例如，朝前蒙皮54)。板条密封部分44b可以被构造并定位成接触板条48的面向端口流动通道24的表面(例如，朝后侧面58)。

在一些实施例中，当板条48处于展开位置并与舌片56接合时，舌片56可以在向后方向上弹性地偏转。这种弹性偏转可以导致舌片56被弹性地推靠在板条48的朝后侧面58上，使得由舌片56与板条48之间的接触交界所提供的密封可以承受由端口流动通道24中的相对高速的气流所导致的更大的负压差。

根据本公开，应当理解的是，径向内部密封元件44和径向外部密封元件42的形状、材料和构造可以与本文中所示的示例性实施例不同，以提供期望的刚度和密封性能。例如，在一些实施例中，径向内部密封元件44的主体62可以是中空的，并且包括一个或多个中空腔体64。在一些实施例中，主体62中的单个腔体64可以在不同温度下在径向内部密封元件44的刚度上提供更大的稳定性，这是由于缺少径向内部密封元件44的肋或其它结构元件，所述肋或其它结构元件在较低温度下会变得更具刚度且影响径向内部密封元件44的整体刚度。在一些实施例中，径向内部密封元件44可以包括一个或多个加强件66，该一个或多个加强件由与主体62的材料不同的材料制成，以实现径向密封元件44的期望行为/特性。在一些实施例中，加强件66可以由金属材料制成。

上面的描述仅是示例性的，并且相关领域的技术人员将认识到，可以在不脱离所公开的本发明的范围的情况下对所描述的实施例进行改变。在不脱离权利要求的主题的情况下，本公开可以以其它特定形式来实施。本公开旨在覆盖和包含技术上的所有合适的改变。根据对本公开的回顾，落入本发明范围内的改型对于本领域技术人员将是显而易见的，并且这种改型旨在落入所附权利要求之内。同样，权利要求的范围不应当被示例中阐释的优选实施例限制，而是应当给出与整个说明书一致的最宽泛的解释。