双模式塞式喷嘴的制作方法
【专利说明】双模式塞式喷嘴
[0001]关于联邦政府发起的研究&开发的声明
依据美国国防部所授予的合同N0.MDA972-01-3-0002 (DARPA)，美国政府可以享有本发明中的某些权利。
[0002]对相关串请的交叉引用
本PCT实用申请主张来自具有美国专利申请序列号N0.61/829495，标题为“双模式塞式喷嘴”，提交日期为2013年5月31日的目前未决的临时申请的优先权和利益，该申请的全部通过引用而并入本文中。
技术领域
[0003]本发明大体涉及用于燃气涡轮发动机的喷嘴，并且更具体地涉及起渐缩喷嘴、渐扩喷嘴或渐缩-渐扩喷嘴的作用的可变几何形状的喷嘴。
【背景技术】
[0004]在用于燃气涡轮发动机的排气系统在大范围的压力比(S卩，喷嘴喉部压力/环境压力或P8/P-)下运行的情况下，要求可变几何形状，其中必须调整喷嘴喉部面积(A8)以满足发动机循环的需求。此外，必须调整喷嘴面积比(A9/A8)以便在各种运行点获得良好的性能。
[0005]在历史上，大范围的A8值导致在一些飞行条件下性能下降。与此相反，并根据本实施例的一些方面，提供来了 A8值中的大范围的可变性，同时遍及所有飞行条件下保持优良的性能。现有技术的排气喷嘴包括那些具有典型地已经应用于商用亚音速发动机中的固定式排气系统的排气喷嘴和典型地已经应用于超音速军用飞机发动机中的可变几何形状的排气喷嘴，这些排气喷嘴中的一些还使用后燃器。
[0006]固定式喷嘴未在运动学上改变其几何形状，并因而在大范围的喷嘴压力比(P8/P^b)下未高效地运行。
[0007]现有技术中的可变几何结形状排气喷嘴包括那些其中喉部面积A8的控制和面积比的控制已经典型地通过将A9/A8比“链接”至A8来建立，由此导致在运动学上链接的面积比列表。例如，一些喷嘴利用圆周方向上的一系列重叠的襟翼和密封件、襟翼及密封件结构，以便创建建立A8值的渐缩流路。类似的一组重叠的襟翼和密封件连接至渐缩襟翼和密封件的后端，并且建立喷嘴的渐扩部分，并因而限定喷嘴的出口面积A9。渐扩襟翼还在运动学上经由分离的运动部件(例如，压缩连杆)而链接至发动机排气系统的相对地固定的零件，诸如导管。所得的导管、渐缩襟翼、渐扩襟翼以及压缩连杆的四连杆链接限定喷嘴出口面积A9与喷嘴喉部面积A8的运动学关系；并因而将A9/A8面积比列表限定为A8的函数。这典型地导致A9/A8列表随着A8增大而增大。由于重叠的襟翼及密封件结构，可能创建泄漏路径，该泄漏路径降低运行效率。另外，减少所要求的零件的数量可以是有益的，由此降低成本、减轻重量、减少维护工作且改善可靠性。此外，对于许多发动机循环，所列表的A9/A8面积比与A8相比的关系将不提供对发动机循环需求的最佳匹配。结果，这样的发动机将不会在某些关键运行点给予最高的喷嘴性能。
[0008]以前，由于喷嘴喉部必须始终处于中心体的最大半径处，因而A8值中的任何变化必须被内护罩的最小半径与最大半径之间的差异所适应。与此相反，本实施例允许护罩的额外平移，并且允许中心体与护罩的相对位置的更多变化。
[0009]尽管现有技术中的提供襟翼和密封件重叠的喷嘴的尝试力图允许独立的A9和A8控制，但现有技术的喷嘴还是继续遭受过高的复杂性和密封困难。
[0010]其他现有技术的排气系统已以允许一些A8变化为目标而尝试寻求平移的轮廓相符的护罩和固定式内部塞子的有效安置。这样的系统提供“所列表的”A9/A8特性，其中对于每个A8，存在唯一的A9/A8。此外，平移护罩设计比襟翼和密封件重叠的喷嘴更简单得多，具有更少的泄漏路径，并且能够显著地更轻。然而，对于发动机循环在给定的喷嘴喉部面积A8下需要两个迥然不同的喷嘴压力比的系统；诸如，举例说明不意味着为限制性的，在一个飞行条件下，P8/ Panb =2.5，在另一飞行条件下，P8/ Panb =20.0，这两个条件都保持几乎相同的A8值，这样的系统的喷嘴将不能够获得将提供期望的性能以用于在这两个飞行条件下运行的几何形状。
[0011]因此，需要使用简单而稳健的结构来提供喉部面积A8和面积比A9/A8的独立控制的排气喷嘴，并且该排气喷嘴允许优于过去的喷嘴的增大的平移量。
【发明内容】
[0012]所有的上文中概述的特征将被理解为仅示范性的，并可以从本文中的公开收集实施例的更多的特征和目标。因此，在未进一步阅读整个说明书和一并附上的所包括的附图的情况下，将不能理解对本概要的限制性的解释。
[0013]通过本实施例而满足上面提到的需要，本实施例的一个方面提供用于具有纵向轴线的燃气涡轮发动机的喷嘴，该喷嘴包括:沿着纵向轴线向后延伸的中心体，中心体包括相对于中心体的剩余部分而直径增大的喉部区段；包围中心体的内护罩，内护罩具有外表面和内表面，内表面至少包括相对于内表面的剩余部分而直径减小的中间区段，内护罩是相对于中心体而沿向前和向后的方向沿着纵向轴线可选择性地移动的；以及包围内护罩的外护罩，外护罩具有前部边缘、后部边缘以及从前部边缘延伸至后部边缘的内表面，外护罩是相对于中心体而沿向前和向后的方向可移动的。提供用于相对于中心体而沿向前和向后的方向独立地选择性地移动内和外护罩的设备。备选方案提供中心体的选择性地独立地平移。实施例规定中心体、内护罩的内表面以及外护罩的内表面相对于彼此的相对位置共同地并一起限定穿过喷嘴的流体流路。
[0014]根据另一实施例，具有纵向轴线的燃气涡轮发动机包括:中心体；具有外表面和内表面的环形内护罩，内表面包括相对于内表面的剩余部分而直径减小的中间区段，内护罩是相对于中心体而在前部与后部位置之间沿着纵向轴线可选择性地移动的；具有带有内表面和外表面的圆柱形区段的环形外护罩，外护罩相对于中心体而在前部与后部位置之间可选择性地移动；以及用于独立地平移内和外护罩的设备。
[0015]根据另一实施例，用于控制穿过喷嘴的流体流的方法包括:提供沿着纵向轴线向后延伸的中心体，中心体包括相对于中心体的剩余部分而直径增大的喉部区段；提供包围中心体的内护罩，内护罩具有外表面和内表面，内表面至少包括相对于内表面的剩余部分而直径减小的中间区段；提供包围内护罩的外护罩，外护罩具有前部边缘、后部边缘以及从前部边缘延伸至后部边缘的内表面。
[0016]提供用于相对于中心体而沿向前和向后的方向独立地选择性地平移内和外护罩的设备，其中中心体和内护罩共同地限定喷嘴的喉部面积A8，并且外护罩和中心体共同地限定喷嘴的出口面积A9。选择性地平移内护罩以使喉部面积A8变化，并且选择性地平移外护罩以使出口面积A9与喉部面积A8的比A9/A8变化；该比A9/A8是面积比。备选方案规定外护罩可以关于内护罩而完全地收缩，以便创建增大的A8值。实施例规定，相对于中心体而沿向前和向后的方向独立地选择性地平移内和外护罩包括如期望那样各个护罩仅关于中心体而执行所选择的平移，并且无论一个护罩在其平移范围内的任何位置如何，都不限制另一个护罩在其平移范围内的任何位置。更多的备选方案如上，并还包括中心体关于护罩的独立平移。
【附图说明】
[0017]通过参考结合附图来作出的下文的对实施例的描述，这些示范性的实施例的上面提到的及其他特征和优点以及获得这些特征和优点的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解喷嘴特征，其中:
图1是燃气涡轮发动机的示意侧视横截面图；
图2是按照本实施例而构造并处于运行配置下的喷嘴组件的局部截面图；
图3是备选的运行配置下的图2的喷嘴组件的视图；以及图4是另一备选的运行配置下的图2的喷嘴组件的视图。
【具体实施方式】
[0018]现在，将详细地参考所提供的实施例，在附图中图示这些实施例的一个或更多个示例。经由对所公开的实施例的解释，而非限制来提供各示例。本实施例应用于燃气涡轮发动机，例如航空、发电、工业或船舶，在燃气涡轮发动机中，燃烧器使燃料焚烧，并且对于燃气涡轮发动机，预期超音速飞行机制下的飞机运行。本文中的实施例利用当前的包括