专利名称：具有公共控制的壳组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞行器壳组件，尤其涉及带有飞行器推力反转器致动系统(TRAS)和飞行器可变面积风扇喷嘴(VAFN)系统的壳组件。
背景技术：
传统的燃气涡轮发动机通常包括风扇段和带有一个或多个压缩机、燃烧段和一个或多个涡轮机的核心发动机。风扇段和核心发动机被围绕着纵向轴线设置并且被包围在壳组件内。在运行期间，风扇段将第一部分空气引入到核心发动机并将第二部分空气引入旁通流动路径。在核心发动机中，空气被压缩、与燃料混合、燃烧、通过涡轮机膨胀、并接着通过废气喷嘴系统从核心发动机排出。旁通空气被引导通过设置在主空气流动路径的径向外侧的旁通流动路径，并且通过限定在风扇壳和内整流罩之间的环形风扇排放喷嘴系统排出。大部分推力是由从风扇排放喷嘴排出的加压风扇空气产生的，其余的推力是由通过核心废气喷嘴排出的燃烧气体提供的。发动机可包括推力反转器系统和风扇喷嘴系统以操纵通过旁通流动路径的空气流。推力反转器用于增强飞行器在着陆期间的制动。当被展开时，推力反转器将通过喷气发动机的旁通流动路径的向后的推力改向为向前或半向前的方向以在着陆时使飞行器减速。当在收回位置时，推力反转器处于基本上不改向发动机推力的位置。喷嘴系统可被定位在推力反转器系统的转换整流罩上或附近。一些燃气涡轮发动机已经实施了可变面积风扇喷嘴。可变面积风扇喷嘴提供了更小的风扇出口喷嘴直径以在某些条件下最优化运行。不过，提供可变面积风扇喷嘴或对其进行改进可导致复杂性提高以及燃料效率降低。因此，期望的是提供改进的飞行器推力反转器致动系统和飞行器可变面积风扇喷嘴系统，其不增加复杂性或者飞行器的重量。另外，本发明的其它令人满意的特征和特点将从下面对本发明的具体描述和所附的权利要求并结合附图以及本发明的该背景技术而变
得易于理解。
发明内容
根据示例性实施例，提供了用于飞行器的壳组件。该组件包括构造成给飞行器提供制动辅助的推力反转器致动系统(TRAS)、构造成调节飞行器的发动机废气的可变面积风扇喷嘴(VAFN)系统、和公共控制组，其联接到TRAS和VAFN系统以控制TRAS和VAFN系统的运行。
根据另一示例性实施例，控制组被提供给推力反转器致动系统(TRAS)和可变面积风扇喷嘴。该控制组包括构造成控制TRAS和VAFN的公共控制器、以及流动控制单元，该流动控制单元构造成将燃料提供给与TRAS相关联的第一燃料驱动马达和与VAFN相关联的第二燃料驱动马达。
此后将结合下面的附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件；并且图1是根据示例性实施例的飞行器发动机系统的透视图；图2是根据示例性实施例的图1的发动机系统的示意截面图；图3是根据示例性实施例的图2的发动机系统的局部的、更具体的截面图，其中转换整流罩和喷嘴处于第一位置；图4是根据示例性实施例的图2的发动机系统的局部的、更具体的截面图，其中转换整流罩处于第二位置；图5是根据示例性实施例的图2的发动机系统的局部的、更具体的截面图，其中喷嘴处于第二位置；以及图6是根据示例性实施例的与图2的发动机系统相关联的致动器系统的简化功能不意表不O
具体实施例方式下面的具体描述本质上仅仅是示例性的，并非用于限定本发明、其应用或使用。在本文使用时，词语“示例性”表示“用作示例、例子或说明”。因此，本文描述的任何“示例性”实施例都不一定被理解为相比其它实施例是优选的或有利的。本文描述的所有实施例都是示例性实施例，它们被提供用于使本领域技术人员能够制造或使用本发明，并且不是用于限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求限定。而且，并不意在受在前面的技术领域、背景技术、发明内容或者后面的具体实施方式
中出现的任何明示或暗示的理论的约束。图1是带有风扇壳102的飞行器喷气发动机系统100的一部分的透视图。通常，风扇壳102包围涡轮风扇发动机，如下所描述，并且安装该发动机以用于飞行器运行。如下面还将讨论的,发动机系统100可包括壳组件110以最优化运行。图2是图1的发动机系统100的示意截面图。发动机系统100被围绕着发动机中心线200周向设置。发动机系统100包括围绕着发动机轴250布置的风扇210、低压压缩机220、高压压缩机222、燃烧段230、高压涡轮机240和低压涡轮机242。通常，空气在压缩机220,222内被压缩、在燃烧段230内与燃料混合并燃烧、并且在涡轮机240、242内膨胀。涡轮机240、242包括转子，该转子被联接成随发动机轴旋转以响应于燃烧气体的膨胀而驱动压缩机220、222和风扇210。在示出的示例中，发动机系统100是燃气涡轮机旁通涡轮风扇布置，其中风扇210的直径大于压缩机220、222的直径。如此，壳(或发动机机舱)102围绕着风扇210周向延伸以限定在壳102和内整流罩224之间延伸的旁通空气流动路径212，该流动路径基本上围绕压缩机220、222、燃烧段230和涡轮机240、242。在运行中，风扇210将空气作为核心流204吸入发动机系统100并且作为旁通空气流206吸入旁通空气流动路径212。后部排放装置260将旁通空气流206从发动机系统100排出，并且核心流204被从内整流罩224和尾锥262之间的通道排出以产生推力。如下面更具体地描述的，壳组件110通常包括推力反转器致动系统(TRAS) 112和可变面积风扇喷嘴(VAFN)系统114以操纵旁通空气流动路径212中的旁通空气流206。一般来说，TRAS112用于选择性地阻挡发动机的旁通空气流动路径212从而给飞行器提供制动，例如作为改向的推力。VAFN系统114用于选择性地调节旁通空气流动路径212的流动面积以最优化发动机的运行。图3-5图示了 TRAS112和VAFN系统114的相对于旁通空气流动路径212的操作。特别地，图3是图2的飞行器发动机的局部的、更具体的截面图，其中TRAS112和VAFN系统114处于第一位置。图4是图2的飞行器发动机的局部的、更具体的截面图，TRAS112处于第二位置，而图5是图2的飞行器发动机的局部的、更具体的截面图，其中VAFN系统114处于第二位置。如下面更具体所述，TRAS112包括一个或多个半圆形转换整流罩(或反转器整流罩)300，其被周向地定位在喷气发动机风扇壳102的外侧(图1)，通常在固定的结构或扭矩盒上。在一个示例性实施例中，TRAS112包括一对半圆形转换整流罩300，它们围绕着壳102延伸。VAFN系统114包括布置在转换整流罩300的下游端处的后缘风扇喷嘴400。在更具体地描述调节转换整流罩300和后缘风扇喷嘴400的致动器之前，下面先参照图3-5提供对转换整流罩300和后缘风扇喷嘴400的操作和展开的更多细节。如图3中具体所示，转换整流罩300覆盖多个叶片302，它们可以是定位在转换整流罩300和旁通空气流动路径212之间的级串型叶片。当处于收起位置时，如图3中所示，转换整流罩300被压靠在一个或多个收起密封件上，这将空气保持在旁通空气流动路径212中。转换整流罩300通过拉力连杆306被机械地连接到一系列的阻挡器门304。在收起位置，阻挡器门304形成外壁的一部分并且因此被取向为平行于旁通空气流动路径212。不过，如图4中所示，当TRAS112被命令展开时，转换整流罩300被向后平移，使得阻挡器门304旋转成展开位置，从而阻挡旁通空气流动路径212。这还导致叶片302被暴露并且旁通空气流被改向成从叶片302出来。旁通空气流的向前方向改向建立了反推力并因此用于使飞机变慢。现在参照图5，其图示了处于收起位置的TRASl 12，VAFN系统114可选择性地调节安装在转换整流罩300的后缘上的喷嘴400从而在不同的飞行条件下最优化发动机性能。喷嘴400可以是喷嘴式的环形翼型结构，其被选择性地平移(S卩，被前后移动)以改变风扇喷嘴的出口面积并调节发动机芳通流的量。与图3相比，图5中的喷嘴400被向后平移。可提供任意数量的喷嘴400，但是在一个示例性实施例，提供了两个喷嘴400。如此，转换整流罩300和喷嘴400被通过一个或多个致动系统平移。在一个示例性实施例中，喷嘴400仅在转换整流罩300处于收起位置时被操作。换句话说，在该示例性实施例中喷嘴400在飞行器正着陆时不被操作。其它的实施例可具有不同的构造。图6是根据第一不例性实施例的壳组件110的致动系统600的简化功能不意表示。一般来说，致动系统600调整推力反转器致动系统(TRAS) 112和可变面积风扇喷嘴(VAFN)系统114的展开和收起。致动系统600用于缩回和展开TRAS112的转换整流罩300和VAFN的喷嘴400。尽管示出了一组转换整流罩300和喷嘴400，可围绕发动机系统100 (图I)的外周提供多于一组，包括两个转换整流罩300和两个喷嘴400。一般来说，致动系统600可包括全权数字发动机控制器(FADEC)602、低压控制器604、和燃料控制单元606，它们共同向TRASl 12和VAFN系统114提供燃料、电能和控制。FADEC602、低压控制器604和燃料控制单元606可总体被称为控制组608，并且可以是单独的部件或者被集成在一个或多个部件中。如下面更具体地描述地，TRAS112包括燃料驱动马达652、制动器(或锁)654、速度阻尼器656、一个或多个齿轮箱658、手动驱动器660、一个或多个柔性轴662、一个或多个致动器664、和一个或多个传感器666。VAFN系统114包括燃料驱动马达682、制动器(或锁)684、速度阻尼器686、一个或多个齿轮箱688、手动驱动器690、一个或多个柔性轴692、一个或多个致动器694、和一个或多个传感器696。一般来说，FADEC602可形成更广义的飞行器控制系统的一部分，并基于来自飞行员、飞行器控制器、和传感器的信号(例如来自传感器666和696)向TRASl 12和VAFN系统114提供展开和收起命令。特别地，FADEC602提供这些命令给低压控制器604。在一个示例性实施例中，除了来自FADEC602的命令外，低压控制器604可接收来自飞行器控制器和/或飞行员的用于TRASl 12和VAFNl 14的准备命令。作为响应，低压控制器604提供命令信号和/或电能给TRASl 12和/或VAFN系统114，如下面所描述地，并且提供命令信号和/或电能给燃料控制单元606。通常，即使低压控制器604为壳组件110共用，用于TRAS112的命令信号和用于VAFNl 14的命令信号也被彼此分开。这阻止或减轻了相应的致动系统之间的信号干扰。不过，公共的控制器604确实能实现资源和空间的共享，包括公共的电能分配、互连、滤波和硬件。低压控制器604可包括例如EMI (电磁干扰)滤波器。如上所述，EMI滤波器对于与TRASl 12和VAFNl 14相关联的输入信号来说是共用的。控制器604可采取带有接触器布置的电能驱动电路的形式，其控制马达652、682中的哪一个(下面描述)通过电能供应线从该电路接收电能。接触器布置以这种方式的切换阻止了对VAFN系统114或TRAS112的不期望致动。响应于来自低压控制器604的控制信号，燃料控制单元606提供必要量的燃料给TRAS112和/或VAFN系统114以执行该命令，也如下所描述。在一个示例性实施例中，燃料控制单元606可包括用于利用高压增益进行速度控制的2级HlSV以最小化滞后和阈值问题。例如，这种EHSV可由来自低压控制器604的毫安电流驱动信号来控制，其中在毫安命令和马达速度之间存在线性关系。螺线管可在一些情况下被使用。通常，燃料控制单元606被构造成响应于来自低压控制器604的命令，选择性地提供燃料到马达652和682。在一些示例性实施例中，低压控制器604被提供来自28VDC电源的电能，但是可以提供其它电能布置。一般来说，低压控制器604要求相当低的电压，例如小于110V。燃料控制单元606可形成更大的燃料系统的一部分和/或接收来自发动机系统100的燃料系统的燃油(图2)。壳组件110可额外地接收来自飞行器控制器的输入(例如，准备和解除准备命令)。通常，与燃料驱动马达相关联的命令和控制函数比与EM马达相关联的那些简单得多。例如，EM马达可要求高功率控制器，而燃料驱动马达可仅要求低功率控制器。如此，在运行过程中，燃料驱动马达652通过燃料馈送线从燃料控制单元606接收燃料。燃料驱动马达652使用加压燃料来产生机械扭矩，这进而通过阻尼器656、齿轮箱658、和轴662驱动致动器664。在一些实施例中，阻尼器656可被省略。可提供制动器654,例如EM和/或燃料驱动激励的制动器或锁，由低压控制器604命令和/或提供电能。柔性驱动轴662驱动安装到固定结构(例如静止的扭矩盒)上的齿轮箱658。齿轮箱658可以是例如斜齿轮组齿轮箱。致动器664用于以同步方式在收起和展开位置中驱动转换整流罩300。如下面参照图3和4所述，在第一位置中，转换整流罩300被压靠在一个或多个收起密封件上，阻挡器门180被取向为平行于旁通空气流动路径160，并且空气保持在旁通空气流动路径160中。在第二位置中，转换整流罩300被向后平移，导致阻挡器门180(图3和4)旋转到展开位置，使得旁通空气流动路径160被阻挡，由此建立反推力并减慢飞机。在一些实施例中，也可提供中间位置。传感器666可提供位置和状态反馈信息到FADEC602以确定适当的命令。这些传感器可以是例如RVDT、LVDT和/或解析器组件以提供T/R位置信号。尽管为具体示出，可提供锁、锁传感器、和其它传感器和/或安全部件。致动器664通常是滚珠丝杠致动器，其中平移螺母被附接到旋转/线性可变差动变压器而滚珠丝杠被附接到齿轮箱驱动轴，但是也可提供其它类型的致动器，包括电的、机械的、气动的、液压的等，由合适的电能缆线和导管(未示出)互连。平衡架或其它结构将致动器664连接到转换整流罩300。另外，手动驱动单元660安装到齿轮箱658并与齿轮轴配合从而允许转换整流罩300的手动延伸和缩回。在一个示例性实施例中，轴662是柔性的。燃料驱动马达652能实现维护减少，并通常这种马达不需要被泄放，因为燃料箱相当大从而燃料系统将自然地将任何空气从该系统泄放入发动机。这种布置可提供相当简单、重量轻的、低功率壳组件110。马达652可以是例如约14-16hp，或者在小于2-70hp之间，但是可提供任何合适的尺寸。燃料驱动马达652尤其使用已经存在于飞行器发动机的壳中的工作燃料压力。在一个示例性实施例中，与液压系统相比，燃料驱动的TRAS可有效地消除笨重的阀设备和飞行器供给/返回管线，从而产生更集成化的系统。类似地，在一个示例性实施例中，与专门的电马达系统相比，燃料驱动TRAS可有效地消除大型的控制器和电能调节模块，大型的电马达和相关联的大直径、高电压电能馈送线。现在回到VAFN系统114，燃料驱动马达682也通过燃料馈送线从燃料控制单元606接收燃料。燃料驱动马达682使用加压燃料来产生机械扭矩，这进而通过阻尼器686和齿轮箱688驱动致动器694。在一些实施例中，阻尼器686可被省略。可提供制动器684，例如EM和/或燃料驱动激励的制动器或锁，由低压控制器604命令和/或提供电能。致动器694用于以同步方式在收起和展开位置中驱动喷嘴400。如下面参照图3和4所述，可通过从行程的0%到100%地移动喷嘴位置来调节有效流动面积。传感器696可提供位置和状态反馈信息到FADEC602。这些传感器可以是例如RVDT、LVDT和/或解析器组件以提供T/R位置信号。尽管为具体示出，可提供锁、锁传感器、和其它传感器和/或安全部件。致动器694通常是滚珠丝杠致动器，其中平移螺母被附接到旋转/线性可变差动变压器而滚珠丝杠被附接到齿轮箱驱动轴，但是也可提供其它类型的致动器，包括电的、机械的、气动的、液压的等，由合适的电能缆线和导管(未示出)互连。致动器694可以是例如伸缩和/或断开致动器，其在转换整流罩300处于展开位置时断开喷嘴400并使喷嘴400固定，例如示例性的实施例提供了利用同步的致动器锁定和解锁特征来接合/分离驱动联接。平衡架或其它结构将致动器694连接到喷嘴400。另外，手动驱动单元690安装到齿轮箱688并与齿轮轴配合从而允许喷嘴400的手动延伸和缩回。在一个示例性实施例中，轴692是柔性的。类似于TRASl 12的燃料驱动马达652，VAFN系统114的燃料驱动马达682能实现维护的减少，并且通常，这种马达不需要被泄放。这种布置可提供相当简单、重量轻的、且低功率的壳组件110。燃料驱动马达682尤其利用已经存在于飞行器发动机的壳内的工作燃料压力。马达682可以是例如约l_2hp，或小于10hp，但是可提供任何合适的尺寸。在一个示例性实施例中，喷嘴致动器694仅在推力反转器转换整流罩300被收起和锁定后才被操作。此时，驱动联接将在固定的扭矩盒上的齿轮箱接合到喷嘴致动器694，并且同时解锁致动器694以在起飞、巡航期间并且着陆/反转器操作之前能实现风扇喷嘴操作。当飞行器着陆并且命令推力反转器转换整流罩300展开时，驱动联接断开并且喷嘴致动器694被锁定。如上所述，可提供独立的布置。例如，虽然描述的实施例图示了安装在转换整流罩300上的致动器694，但是致动器694可被安装在发动机的扭矩盒上。如所示，FADEC602、控制器604、和燃料控制单元606是为VAFNl 14和TRASl 12共用的。公共的控制部件可通过避免设备和连接的不必要的重复而减少成本、复杂性、重量和空间。如上所述，FADEC602、控制器604和燃料控制单元606可包括适于执行上述功能的任何部件。例如，本文公开的这些实施例可利用各种逻辑块、模块、电路来实施或执行，包括通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程的逻辑设备、分离的门或晶体管逻辑、分离的硬件部件、或它们的设计成执行本文描述的功能的任意组合。通用处理器可以是微处理器，但是作为另一选择，该处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可被实施为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP芯联合的一个或多个微处理器、或者任何其它的此类构造。虽然已经在本发明的前面的具体描述中给出了至少一个示例性实施例，但应当意识到存在大量的变型。还应意识到，一个或多个示例性实施例仅为示例，并且决不是用来限制本发明的范围、应用性、或构造。更确切地说，前面的具体描述将给本领域技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的方便的路线图。应当理解的是，可在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面进行各种改变，而不超出由所附权利要求限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种飞行器的壳组件(110),其包括: 推力反转器致动系统(TRAS) (112)，其构造成给该飞行器提供制动辅助； 可变面积风扇喷嘴(VAFN)系统(114)，其构造成调节飞行器的发动机废气；以及公共的控制组(608)，其联接到TRAS(112)和VAFN系统(114)用于控制TRAS(112)和VAFN系统(114)的操作。
2.如权利要求1所述的壳组件(110)，其中公共的控制组(608)包括全权数字发动机控制器(FADEC) (602)， 其中FADEC(602)构造成提供展开和缩回命令给TRAS(112)和VAFN系统(114)， 其中，公共的控制组(608)还包括低压控制器￠04)，以及 其中低压控制器(604)包括与TRAS(112)和VAFN系统(114)相关联的公共的EMI滤波器。
3.一种用于推力反转器致动系统(TRAS) (112)和可变面积风扇喷嘴(VAFN)系统(114)的控制组(608)，其包括: 公共控制器(604)，其构造成控制TRAS(112)和VAFN(114)； 流动控制单元，其构造成提供燃料给与TRAS(112)相关联的第一燃料驱动马达(652)和与VAFN(114)相关联 的第二燃料驱动马达￠82)。
全文摘要
本发明涉及具有公共控制的壳组件。提供了用于飞行器的壳组件。该组件包括构造成给飞行器提供制动辅助的推力反转器致动系统(TRAS)、构造成调节飞行器的发动机废气的可变面积风扇喷嘴(VAFN)系统、和公共控制组，其联接到TRAS和VAFN系统以控制TRAS和VAFN系统的运行。
文档编号F01D25/24GK103161514SQ201210598399
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月8日
发明者R·沃恩, L·波尔托莱斯, M·麦吉尔, K·K·查克拉, M·E·贝恩克, J·T·莫里斯 申请人:霍尼韦尔国际公司