具有平移-旋转叶栅的推力反向器系统和运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高旁通燃气涡轮发动机，且更具体而言涉及推力反向器系统，其用于高旁通涡轮风扇发动机中，以通过从风扇旁通导管转移空气而提供推力反向。
【背景技术】
[0002]图1示意性地示出现有技术中已知类型的高旁通涡轮风扇发动机10。发动机10示意性地示出为包括机舱12和核心发动机(模块)14。位于核心发动机14的前面的风扇组件16包括桨毂盖鼻部20，其从成阵列的风扇叶片18向前突伸。核心发动机14示意性地示出为包括高压压缩机22、燃烧器24、高压涡轮26和低压涡轮28。进入风扇组件16的大部分空气旁通到发动机10的后面，以产生额外的发动机推力。旁通空气传送通过机舱12和包围核心发动机14的内核心机罩36之间的环形旁通导管30，并且通过风扇出口喷嘴32离开导管30。机舱12限定旁通导管30的径向外边界，并且核心机罩36限定旁通导管30的径向内边界，以及对从核心发动机14向后延伸的一级排气喷嘴38提供后核心机罩过渡表面。
[0003]机舱12典型地由限定机舱12的外边界的三个一级元件构成:入口组件12A、与包围风扇叶片18的发动机风扇壳交接的风扇机罩12B，以及位于风扇机罩12B的后面的推力反向器系统12C。推力反向器系统12C包括三个一级构件:安装到机舱12上的平移机罩(平移机罩)34A、安装在机舱12内的叶栅(cascade) 34B，以及显示为在叶栅34B的径向内侧的收起位置的阻挡门34C。阻挡门34C适于从其收起位置枢转地展开到展开位置，在该位置，各个阻挡门34C的后端枢转成接合核心机罩36，如图1的上半部中以虚线示出。在这个方面，核心机罩36还可看作推力反向器系统12C的构件。叶栅34B为机舱12的固定结构，而平移机罩34A适于向后平移以暴露叶栅34B和使用连结臂34D将阻挡门34C展开到导管30中，从而使导管30内的旁通空气转移通过暴露的叶栅34B且从而提供推力反向作用。而两个阻挡门34C显示在图1中，但是多个阻挡门34C典型地围绕机舱12周边沿周向间隔开。
[0004]在高旁通涡轮风扇发动机10中使用的传统的推力反向器设计中，当不使用推力反向器系统12C时，即在发动机10的正常飞行运行期间，叶栅34B由收起的阻挡门34C覆盖。这个类型的传统的结构的缺陷在于，平移机罩34A必须具有足够的长度和厚度，以容纳固定叶栅34B，这导致减小机舱12或风扇导管区域的总直径，从而导致较高的马赫数和风扇导管损耗。另外，因为阻挡门34C限定风扇导管外流表面的部分，所以门34C产生的表面中断(间隙和阶梯)和导管泄漏可增加空气动力学阻力和减少空气动力学性能。另外，阻挡门34C仅结合有限区域的声学处理，以及在平移机罩声学处理中产生不连续，并且在正常发动机运行期间暴露于会引起损害和磨损的状况。传统的推力反向器的这些方面可显著降低发动机性能、发动机降噪、单位燃料消耗和运行可靠性。
【发明内容】
[0005]本发明提供推力反向器系统和其运行，其适于在航空器中使用的类型的高旁通涡轮风扇发动机。推力反向器系统特别适于用于燃气涡轮发动机中，燃气涡轮发动机具有核心发动机、包围核心发动机的核心机罩、包围核心机罩且包括风扇机罩的机舱，以及由机舱和核心机罩限定且在机舱和核心机罩之间的旁通导管。
[0006]根据本发明的第一方面，推力反向器系统包括平移机罩，其安装到机舱上且适于沿燃气涡轮发动机的向后方向平移远离风扇机罩，以在它们之间限定周向开口。平移机罩具有径向内壁，其限定旁通导管的径向外流表面。系统进一步包括:在机舱内的固定结构，其在平移机罩沿向后方向平移时不平移；以及叶栅系统，其安装到机舱上且适于在收起位置和展开位置之间移动。叶栅系统具有前端和相对地设置的后端，并且在叶栅系统从收起位置移动到其展开位置上，叶栅系统沿燃气涡轮发动机的向后方向平移且平移远离风扇机罩。叶栅系统的后端突伸到旁通导管中，并且叶栅系统可运行来在叶栅系统处于其展开位置时通过周向开口转移旁通导管内的旁通空气。叶栅系统的前端适于沿向后方向平移叶栅系统，并且叶栅系统的后端适于初始使后端在前端沿向后方向平移时沿向后方向平移且然后后续围绕前端旋转，使得叶栅节段沿向后方向进一步平移会使叶栅节段移动到其展开位置。
[0007]根据本发明的第二方面，运行安装在高旁通涡轮风扇发动机上的推力反向器系统的方法，需要将叶栅系统收起在收起位置，使得平移机罩的内壁在旁通导管和叶栅系统之间，以及然后使平移机罩和叶栅系统沿燃气涡轮发动机的向后方向平移，以暴露周向开口。在平移机罩和叶栅系统沿向后方向平移时，叶栅系统从其收起位置展开到其展开位置。叶栅系统具有前端和相对地设置第二端，并且叶栅系统由于下者而展开:前端沿向后方向平移且后端初始在前端沿向后方向平移时沿向后方向平移且然后后续围绕前端旋转，使得叶栅节段沿向后方向进一步平移会使叶栅节段移动到其展开位置。
[0008]本发明的其它方面包括高旁通气体涡轮风扇发动机，其配备有具有上面描述的元件和/或运行的推力反向器系统。
[0009]本发明的技术效果在于能够完全消除对推力反向器系统中的阻挡门的需要。因而，本发明还能够显著减少空气动力学阻力和将以别的方式由于阻挡门的存在而产生的且将降低空气动力学和/或声学效率的其它流干扰。显著地，消除阻挡门还有利于能够在声学方面基本处理在发动机风扇后面不远处的关键区域中限定风扇导管外流路径的所有流表面。推力反向器系统实现这些结果，同时还能够减小机舱和/或风扇导管区域的总直径，以及与推力反向器系统和其构件相关联的重量。
[0010]本发明的其它方面和优点将根据以下详细描述而更好地理解。
【附图说明】
[0011]图1示意性地示出高旁通涡轮风扇发动机的横截面图。
[0012]图2示意性地示出高旁通涡轮风扇发动机的透视图，其结合在本发明的范围内的类型的推力反向器系统。
[0013]图3为示出图2的涡轮风扇发动机的轴向(侧向)截面图，并且在图的上和下半部中分别显示推力反向器系统处于收起和完全展开位置。
[0014]图4为图3的上半部中的推力反向器系统的区段的详细轴向截面图，并且显示系统的收起和完全展开位置中的各个。
[0015]图5为示出涡轮风扇发动机的轴向(侧视)截面图，并且在图的上和下半部中分别显示反向器系统处于收起和完全展开位置。
[0016]图6为从计算流体动力学(CFD)模型获得的图像，其示出针对图3至5中示出的类型的推力反向器系统预测的性能结果。
[0017]图7为图2至5的推力反向器系统的独立透视图，其包括用于其的促动系统。
[0018]图8为独立透视图，其显示用于图7的促动系统的适当的驱动器和安装组件。
[0019]图9为详细轴向截面图，其示意性地示出根据本发明的第二实施例的推力反向器系统的区段的收起位置和完全展开位置。
[0020]图10为图9的推力反向器系统的叶栅的独立透视图。
[0021]图11和12为额外的详细轴向截面图，其示意性地示出图9的叶栅的止动机构的运行。
【具体实施方式】
[0022]图2至5示出高旁通燃气涡轮(涡轮风扇)发动机的图，其包括根据本发明的实施例的推力反向器系统40。为了方便，用来标识图1中的发动机10和某些构件的相同参考标号在包括图2至5的以下描述中用来标识图2至5中示出的发动机的相同或功能等效的构件。因而，应当理解，图2至5描绘推力反向器系统40，其位于发动机10的机舱12内和其风扇机罩12B后面。应当进一步理解，核心机罩36限定旁通导管30的径向内边界，机舱12限定旁通导管30的径向外边界，并且发动机10的旁通空气传送通过旁通导管30且通过风扇出口喷嘴32离开。发动机10的其它结构和功能方面可根据图1的前述论述理解，并且因此将不在这里重复。
[0023]示出在图2中的发动机10大体包含图3至5中描绘的两个发动机10。至少部分地基于它们相应的旁通导管30的构造且具体而言它们的相应的核心机罩36在推力反向器系统40附近限定的轮廓，描绘在图3和4中的发动机不同于描绘在图5中的发动机。更具体而言，图5中的平移机罩40A直接包围的核心机罩36的区域的轮廓比图3和4中显示的核心机罩36的相同区域具有更平缓和均匀地增加的直径。因此，虽然推力反向器系统40的构造和运行在示出在图3和5中的两个发动机中较大程度上类似，但是将在下面在合适的地方论述某些区别。
[0024]图2至5的推力反向器系统40包括安装到机舱12的平移机罩(平移机罩)40A，以及在机舱12内的叶栅系统40B。如根