用于可变面积风扇喷嘴的枢转环形瓣片致动的制作方法
【专利摘要】可变面积风扇喷嘴包括刚性瓣片阵列和包含左组件与右组件的瓣片致动系统，每个组件包括：附接至相应瓣片或与其整体形成的多个轨道；弯曲枢转环形节段；联接至环形节段的致动器；以及沿环形节段隔开并与相应轨道对齐的多组凸轮从动件。每个环形节段根据致动器状态如何变化而在第一角度位置和第二角度位置之间可枢转。当一个环形节段沿一个方向枢转时，一组凸轮从动件对轨道施加向内的力以向内偏转瓣片；当该环形节段沿另一方向枢转时，另一组凸轮从动件对轨道施加向外的力以向外偏转瓣片。
【专利说明】用于可变面积风扇喷嘴的枢转环形瓣片致动
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及涡轮风扇发动机，并且更具体地，涉及具有可变面积风扇喷嘴的涡轮风扇发动机。具体地，本公开涉及包括用于改变喷嘴出口面积或喷口 /喉部面积的多个周向布置的瓣片的可变面积风扇喷嘴。
【背景技术】
[0002]增加风扇喷嘴喷口面积以作为在诸如起飞期间的高推力事件期间减小产生的噪声的手段的一种方法是通过使用形成风扇喷嘴出口外部边界的可移动刚性折板或瓣片。这些刚性折板或瓣片可以向外偏转以扩大风扇喷嘴的喷口面积，并且从而减小排气速度，或相反地，它们可以向内偏转以减小风扇喷嘴的喷口面积，并且从而增加排气速度。
[0003]用于减小排气噪声的可变面积风扇喷嘴的另外一个考虑是可移动风扇喷嘴必须与通常应用在现代涡轮风扇发动机上的推力反向器相容。如本领域所知，涡轮风扇发动机上的推力反向器在正常(例如，干燥)跑道条件下可减少飞机着陆距离或在光滑(例如，潮湿)跑道条件下减慢飞机速度增加安全性。推力反向器通过重新定向通常向后的排气流使其进入前向来操作，以便向飞机提供制动推力。通过破坏、偏转和/或转动主排气和/或风扇排气的流动流来促进发动机排气的重新定向。
[0004]对于润轮风扇发动机,推力反向器可以包括使用叶栅式篮(cascade baskets)、枢转门或通过逆转风扇叶片的节距。在叶栅型推力反向器中，涡轮风扇发动机可以包括外轴向平移式推力反向器套筒，其经配置向后轴向移动以露出被安装在机舱罩中并且包括多个流动偏转叶片的叶栅式篮。与平移式套筒的向后运动同时地，风扇管道中的阻挡门关闭，以便重新引导风扇流动通过流动偏转叶片向外并进入前向方向以提供推力反向力。在一些实施方式中，叶栅式篮设置在推力反向器套筒和连接至推力反向器套筒的部分风扇导管外壁之间。由于推力反向能力在许多飞机中广泛实现，所以可变面积风扇喷嘴必须与通常应用在现代涡轮风扇发动机中的推力反向器系统相容。
[0005]已知通过偏转铰接至轴向平移式推力反向器套筒的尾唇区的折板或壁板(下文中称为“瓣片”)来改变风扇喷嘴的面积(从而调制风扇流)。如本文所用，术语“推力反向器套筒”包括至少以下配置:(1)围绕风扇管道圆周的大部分从发动机吊架的一侧延伸到另一侧的单件式轴向平移式套筒；以及(2)安装在固定至上梁和下梁的轨上并从上梁延伸至下梁的两个轴向平移式半罩。根据后一个配置，上梁是允许半罩为发动机进入和移除打开的主铰链梁。下梁(下文中称为“闩锁梁)提供用于将两个半罩锁在一起的手段。因此，第二个配置通常具有两个上铰链梁和两个R锁梁。
[0006]虽然存在各种用于可变面积风扇喷嘴致动的解决方案，不过仍有改进的空间。
【发明内容】
[0007]本文公开的主题涉及能够由一个或更多个致动器致动的紧凑式瓣片致动系统。根据本文公开的实施例，瓣片致动系统包括一对枢转环形节段，每个环形节段携带多个隔开的凸轮从动件组，其用于与各个成型的安装在瓣片的致动轨道的对应凸轮表面相互作用。
[0008]下文公开的包括瓣片致动系统的可变面积风扇喷嘴通过改变风扇管道或推力反向器套筒的后缘处的出口面积或喷口面积而允许涡轮风扇发动机中的风扇流被调制。瓣片致动系统能够被用于通过使用响应相应致动器的延伸/缩回而枢转的一对枢转环形节段来向内或向外偏转瓣片，从而控制喷嘴的喷口面积。每个环形节段携带接触至少大部分瓣片上的相对轨道的凸轮从动件(例如，滚动或滑动元件)。能够根据枢转环形节段的角度位置控制喷口面积。当致动器从第一状态变化至第二状态时，喷口面积减小，并且当致动器从第二状态变化至第一状态时，喷口面积增加。风扇喷嘴喷口面积可以被调节至面积不足(与巡航时的标称面积相比)，这在某些段的飞行任务期间有利于燃料消耗，或调节至面积过大，以有助于减小噪声和改善风扇可操作性。
[0009]根据一个方面，可变面积风扇喷嘴包括刚性瓣片阵列和包含左组件与右组件的瓣片致动系统，每个组件包括:附接至相应瓣片或与其整体形成的多个轨道；绕垂直于喷嘴中心线的轴线可枢转的弯曲枢转环形节段；联接至环形节段的致动器或联动装置；以及沿环形节段隔开的多组凸轮从动件。环形节段绕垂直于喷嘴中心线的轴线枢转。每个环形节段能够根据其致动器或联动装置从第一状态变化至第二状态还是从第二状态变化至第一状态而在第一角度位置和第二角度位置之间来回枢转。当一个环形节段沿一个方向枢转时，一组凸轮从动件对轨道施加向内的力以向内偏转瓣片；当该环形节段沿另一方向枢转时，另一组凸轮从动件对轨道施加向外的力以向外偏转瓣片。
[0010]为解释一种操作原理，将公开在发动机机舱的每侧上具有八个瓣片的一种实施方式。在待公开的具体实施例中，每侧上八个瓣片中的六个具有轨道。相邻于铰链梁和闩锁梁的端部瓣片没有轨道，以便减轻端部瓣片处环形节段的小位移。端部瓣片(没有轨道)可以被联接至相应相邻瓣片(有轨道)，使得当相邻瓣片被由枢转环形节段携带的相关凸轮从动件凸轮带动时，端部瓣片也将偏转。
[0011]本文公开的主题的另一方面是安装在涡轮风扇发动机上的设备，其包括:(a)支撑结构；(b)铰接至支撑结构的第一瓣片；(c)附接至第一瓣片或与其整体形成的第一轨道，第一轨道包括第一凸轮表面；(d)具有可枢转地联接至支撑结构的第一和第二端的弯曲环形节段，环形节段在第一角度位置和第二角度位置之间可来回枢转；(e)联接至支撑结构和环形节段的致动器，使得当致动器从第一状态变化至第二状态时环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置，并且当致动器从第二状态变化至第一状态时环形节段从第二角度位置枢转至第一角度位置；以及(f)由弯曲环形节段携带的第一凸轮从动件，当环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置时，第一凸轮从动件经布置接触第一凸轮表面以对第一瓣片施加向内的力。该设备还可包括:(g)铰接至支撑构件的第二瓣片；(h)附接至第二瓣片的第二轨道，第二轨道包括第二凸轮表面；以及(i)由弯曲环形节段携带的第二凸轮从动件。当环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置时，第二凸轮从动件经布置接触第二凸轮表面以对第二瓣片施加向内的力。在一些情况下，第一和第二凸轮表面将具有不同轮廓，并且当致动器从第一状态变化至第二状态时，第一和第二凸轮从动件将行进相应的不同距离。
[0012]前面段落中所述设备的又一方面是第一轨道还包括第一反向凸轮表面，并且该设备还包括由弯曲环形节段携带的第二凸轮从动件。当环形节段从第二角度位置枢转至第一角度位置时，第二凸轮从动件经布置接触第一反向凸轮表面以对第一瓣片施加向外的力。任选地，第一轨道还包括第二反向凸轮表面，并且所述设备还包括由弯曲环形节段携带的第三凸轮从动件。当环形节段从第二角度位置枢转至第一角度位置时，第三凸轮从动件经布置接触第二反向凸轮表面以对第一瓣片施加向外的力。
[0013]根据下面详细公开的主题的另一方面，提供包括左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件的可变面积风扇喷嘴，左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个包括:(a)弯曲支撑构件；(b)铰接至支撑构件的相应部分的多个瓣片，左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件的瓣片限定喷口面积；(c)连接至支撑构件的铰链梁；(d)连接至支撑构件的闩锁梁；(e)具有可枢转地联接至铰链梁的第一端和可枢转地联接至R锁梁的第二端的弯曲环形节段，环形节段在第一角度位置和第二角度位置之间可来回枢转；(f)联接至环形节段的中间部分的致动器，其中能够通过将致动器的状态从第一状态变化至第二状态来将环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置，并且然后通过将所述致动器的状态从第二状态变化至第一状态来将环形节段返回至第一角度位置；(g)附接至多个瓣片的相应瓣片或与其整体形成的多个轨道，轨道的每个包括相应凸轮表面；以及(h)由环形节段携带的多个第一凸轮从动件，多个第一凸轮从动件中的凸轮从动件沿环形节段位于相应角度位置。当环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置时，多个第一凸轮从动件中的每个凸轮从动件接触凸轮表面中的相应一个，以对瓣片施加向内的力。相邻凸轮表面具有不同轮廓。当环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置时，多个第一凸轮从动件中的相邻凸轮从动件在相应凸轮表面上行进不同距离。
[0014]前面段落中所述的可变面积风扇喷嘴的又一方面是轨道中的每个还包括第一反向凸轮表面，并且左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个还包括由弯曲环形节段携带的多个第二凸轮从动件。当环形节段从第二角度位置枢转至第一角度位置时，多个第二凸轮从动件中的每个凸轮从动件在第一反向凸轮表面中的相应一个上行进以对瓣片施加向外的力。任选地，轨道中的每个还包括第二反向凸轮表面，并且左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个还包括由弯曲环形节段携带的多个第三凸轮从动件，其中当环形节段从第二角度位置枢转至第一角度位置时，多个第三凸轮从动件中的每个凸轮从动件在第二反向凸轮表面中的相应一个上行进以对瓣片施加向外的力。
[0015]根据一些实施方式，可变面积风扇喷嘴还包括由支撑构件支撑的多个偏置装置，偏置装置中的每个经布置施加迫使瓣片中的相应一个向内偏转的向内偏置力。
[0016]所公开的主题的又一方面是包括左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件的可变面积风扇喷嘴，左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个包括:(a)包括弯曲段的支撑结构；(b)铰接至支撑构件的弯曲段的相应部分的多个瓣片，瓣片限定喷口面积；(c)附接至多个瓣片中的相应瓣片或与其整体形成的多个轨道，轨道中的每个包括相应朝外凸轮表面；(d)具有可枢转地联接至支撑结构的第一和第二端的弯曲环形节段，环形节段在第一角度位置和第二角度位置之间可来回枢转；(e)联接至环形节段的中间部分的致动器，其中能够通过将致动器的状态从第一状态变化至第二状态来将环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置，并且然后通过将致动器的状态从第二状态变化至第一状态来将环形节段返回至第一角度位置；以及(f)沿环形节段以间隔的间距设置并且与所述轨道的所述朝外凸轮表面分别对齐的多个第一凸轮从动件，其中当致动器从第一状态变化至第二状态时，所述多个第一凸轮从动件中的所述凸轮从动件对轨道施加向内的力。
[0017]前面段落中所述的可变面积风扇喷嘴的又一方面是轨道中的每个还可以包括至少一个朝内凸轮表面，并且左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个还包括与所述轨道的所述朝内凸轮表面分别对齐设置的多个第二凸轮从动件，其中当致动器缩回时，所述多个第二凸轮从动件中的所述凸轮从动件对轨道施加向外的力。根据一个实施方式，凸轮从动件的每个包括相应滚轴。
[0018]上述的瓣片致动系统的其他方面在下面公开并要求保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是具有包括左组件和右组件(仅示出左组件)的可变面积风扇喷嘴的飞机涡轮风扇发动机的部分的示意性等轴测视图。
[0020]图2是具有包括左组件和右组件(仅示出左组件)的可变面积风扇喷嘴的飞机涡轮风扇发动机的部分的示意性等轴测视图，每个组件包括根据一个实施方式的多个刚性瓣片、枢转环形节段和致动器。
[0021]图3是可枢转地联接至铰链梁的枢转环形节段的端部和其盖被移除的两个瓣片的示意性等轴测视图。
[0022]图4是包括在附接至根据一个实施方式的瓣片的轨道上滚动的主滚轴的用于向内凸轮带动瓣片的装置的示意性等轴测视图。(在其他实施方式中，能够使用实心滑动元件代替滚动元件)。
[0023]图5是包括根据图4部分所示的实施方式的安装于瓣片的轨道、主滚轴子组件和两个次滚轴组件的凸轮组件的局部剖面图。
[0024]图6是图5所描绘的凸轮组件的示意性等轴测视图。一部分环形节段已移除以露出部分凸轮组件，否则其将被隐藏而不被看见。
[0025]图7是用方框表示根据一个实施方式的瓣片致动系统的部件的方框图。
[0026]下文中将参考附图，其中在不同附图中相似元件具有相同参考标号。
【具体实施方式】
[0027]现将描述应用于涡轮风扇发动机的推力反向器套筒的各种实施方式。然而，所公开的可变面积风扇喷嘴系统还可应用于不包括推力反向器套筒的风扇管道的尾唇区。另夕卜，虽然在单个VAFN组件的背景下描述一些实施方式，但应当理解，所述特征适用于构成可变面积风扇喷嘴的左VAFN组件和右VAFN组件中的每个，或适用于被结合到连续风扇管道环的单个VAFN组件。
[0028]图1示出具有包括左组件和右组件(仅示出左组件)的可变面积风扇喷嘴的飞机涡轮风扇发动机的部分的示意性等轴测视图。核心发动机机舱围绕核心发动机(未示出)。涡轮风扇发动机提供来自发动机排气的核心流和风扇流二者的推力，其中核心流从形成围绕核心发动机的核心发动机机舱的下游端的核心流喷嘴12 (也称为主排气喷嘴)排出，并且风扇流从安装至推力反向器套筒16的下游端或唇区的可变面积风扇喷嘴14(仅示出左组件)排出。推力反向器套筒16叠置核心发动机机舱的至少一部分。核心流通常具有比风扇流更高的速度。
[0029]根据一个实施方式，可变面积风扇喷嘴14包括多个刚性瓣片18，所述刚性瓣片经配置在瓣片向内或向外偏转时改变穿过风扇管道的风扇流。每个瓣片18包括可卸盖24。任选地，瓣片18可以具有附接至其远(S卩，后)端的V形件(未示出)。瓣片18沿推力反向器套筒16的尾唇并排设置。一方面，如果推力反向器套筒是单件轴向平移式套筒，则瓣片阵列围绕风扇管道圆周的大部分从发动机吊架的一侧延伸到另一侧。另一方面，如果推力反向器套筒包括安装在固定至铰链梁20和闩锁梁22的轨上的两个轴向平移式半罩，则瓣片阵列由两组附接至相应半罩的瓣片组成，每个瓣片组在发动机相应侧上从相应铰链梁延伸至相应闩锁梁。每个铰链梁20和每个闩锁梁22可以分别包括单个整体形成的零件或零件构成的组件。
[0030]根据图1所示实施方式，瓣片18的前端通过相应铰链或柔性元件(未示出)联接至具有中心位于轴线(即，机舱中心线)处的圆弧形状的隔板26。弧形隔板26的端部分别连接至铰链梁20和闩锁梁22。控制系统经配置控制致动系统(图1中未示出)，该致动系统在巡航飞行状态期间使得瓣片18从其标称位置向内偏转以最大化燃料效率。当致动系统反转时，瓣片返回到其标称位置。
[0031]可变面积风扇喷嘴14包括布置在发动机吊架相反侧上的两组铰接瓣片18。图1中仅示出一组瓣片18。相邻瓣片18被三角形或梯形间隙或空间隔开，每个这种间隙被相应弹性体密封件(图1中未示出)占据，该弹性体密封件紧固至毗邻瓣片以确保零泄漏。弹性体密封件被相应间隙盖10覆盖，每个间隙盖10附接至相应瓣片18的左边缘而不附接至相邻瓣片，当瓣片交替地向内和向外移动时，其允许间隙分别交替地变窄和变宽。
[0032]参考图2，发动机组件包括具有附接尾锥排气塞6的核心发动机(图2中未示出)。主排气流在穿过核心发动机后从核心发动机喷嘴12排放并由尾锥排气塞6部分限定。第二组分流穿过围绕核心发动机的环形风扇管道。第二组分流，称为风扇排气流，离开由可变面积风扇喷嘴14的后边缘和围绕核心发动机的风扇管道内壁36共同限定的风扇喷嘴。风扇排气流和主排气流共同形成由发动机产生的推力。如图2部分所示，可变面积风扇喷嘴14包括左组件和右组件(仅部分示出左组件)。每个VAFN组件包括周向安置的刚性瓣片18的阵列，所述瓣片18沿推力反向器套筒(图2中未示出)的后缘设置。每个VAFN组件还包括限定风扇管道的一部分的罩组件。每个罩组件包括上分叉壁8a、风扇管道内壁36和下分叉壁8b (连接至推力反向器套筒并随之可平移的罩组件的风扇管道外壁在图2中也未示出)。
[0033]根据图2所示的实施方式，每个VAFN组件包括周向安置的刚性瓣片18阵列、可枢转以使至少大部分瓣片18向内或向外偏转的弯曲(例如，圆弧形)环形节段30以及可回旋地联接至环形节段30以使环形节段枢转的致动器40。每个枢转环形节段30穿过相应一组瓣片组件(即，被其包封)，即在瓣片18和瓣片盖24之间，并且穿过瓣片侧肋(图2中未示出，但见图3中瓣片侧肋62)。在图2中，瓣片盖24已从最上面五个瓣片18移除以便于露出环形节段30，否则将不能从外部看见该环形节段30。响应相应环形节段30的枢转，所有或大部分瓣片18能够向内或向外偏转。根据图2所示实施方式，每个组件包括八个瓣片。为减轻两个端部瓣片(例如，端部瓣片18a)处环形节段30的小位移，端部瓣片能够具有小于其他六个瓣片宽度的宽度，并且能够配置成使得端部瓣片不与环形节段30直接相互作用。相反，端部瓣片可机械地联接至相应相邻瓣片，使得当相邻瓣片通过枢转环形节段30偏转时端部瓣片偏转。
[0034]图2还示出借助于由一对轴承(图2中未示出)可旋转地支撑的枢轴销34枢转地联接至刚性定位板28的环形节段30的一端。定位板28附着或刚性地联接至铰链梁(未示出)。环形节段30的另一端(图2中不可见)枢转地联接至附着或刚性地联接至闩锁梁(图2中未示出)的定位板。可替代地，定位板能够与铰链梁和闩锁梁整体形成并成为其一部分。(右组件的)另一个环形节段以类似方式枢转地联接至支撑结构(图2中未示出)的另一个铰链梁和另一个闩锁梁。根据一个实施方式，枢转环形节段30的枢轴线能够垂直于喷嘴的中心线。任选地，枢转环形节段30的枢轴线能够彼此平行，但这不是必需的。相应环形节段没有机械地联接于彼此，并且通过能够由单个控制计算机(图2中未示出)独立控制的相应致动器40致动。
[0035]图2示出第一角度(展开)位置(实线)和第二角度(收起)位置(虚线)的环形节段30。当环形节段30处于展开位置时，瓣片18处于向外偏转角度位置；当环形节段30处于收起位置时，瓣片18处于向内偏转角度位置。当致动器40缩回(如图2所见)时，环形节段30处于展开位置，而当致动器40延伸(图2中未示出)时，环形节段30处于收起位置。根据一个实施方式，致动器40是包括汽缸42 (容纳活塞)和活塞杆44的线性致动器。活塞杆44的端部和环形节段30的中间部分通过旋转联接器46联接在一起，当活塞杆44延伸或缩回时，该旋转联接器46允许环形节段30相对于活塞杆44的端部旋转。根据可替代实施方式，致动器可以是许多不同类型的已知机电或气动致动器中的任一个。
[0036]图3示出枢转地联接至定位板28的枢转环形节段30的端部，该定位板28刚性地联接至铰链梁20。定位板28包括可旋转地支撑枢轴销34的相反端的一对装备有轴承的法兰32 (图3中未示出轴承)。(在替代性方案中，通过制造具有在适当位置的法兰的铰链梁可省去单独定位板元件。)环形节段30的一端附着到枢轴销34。枢轴销34的相反端由结合到法兰32中的相应一对轴承(未示出)可旋转地支撑。优选地，枢轴销34的枢轴线与第二枢轴销的枢轴线是同轴的，第二枢轴销由闩锁梁(图3中未示出)支撑，环形节段30的另一端附着于此。用于将环形节段30可枢转地联接至定位板28的其他功能等效机构可用来代替本文所描述和说明的机构。
[0037]根据图3中部分所示实施方式，瓣片致动系统的左组件包括携带多组凸轮从动件(例如，滚动或滑动元件)(图3中不可见)的环形节段30以及附接到相应瓣片18或与其整体形成的对应多个轨道66 (图3中仅示出两个轨道)。更具体地，每个凸轮从动件组悬自叠覆于环形节段30中相应开口(图3中未示出，但见图4中开口 92)的相应安装板64。开口沿环形节段30以间隔的间距设置并且与相应轨道66相应地对齐并接触，每个轨道一组凸轮从动件。当环形节段30从其收起位置(下文称为“第一角度位置”)枢转至其展开位置(下文称为“第二角度位置”)时，每组中的一个凸轮从动件对相应轨道66的朝外凸轮表面70施加向内的力，该力足以克服瓣片预压扭转弹簧68 (见图3)的阻力，从而向内偏转相关瓣片18 ;当环形节段30沿另一方向枢转时，每组的其他凸轮从动件对相应轨道66的朝内(即，反向)凸轮表面(图3中不可见，但见图5)施加向外的力，从而向外偏转对应瓣片18。
[0038]因为相应凸轮从动件组沿枢转环形节段30以间隔的间距安装，所以当环形节段从第一角度位置枢转至第二角度位置时，相邻凸轮从动件组将沿不同长度的平行弧移动。例如，如果一组凸轮从动件以间隔的间距安装在枢转弧形环形节段上，则相邻凸轮从动件将沿具有不同半径的相应平行弧行进不同距离。因此，相应轨道66的凸轮表面长度将根据对应凸轮从动件行进的相应距离而变化。此外，轨道66的凸轮表面特别成形并定向为当环形节段30枢转时被相应凸轮从动件接触(且凸轮带动)。每个凸轮表面的个体成形允许定制瓣片偏转和推力矢量。
[0039]根据一个实施方式，每个VAFN组件包括八个瓣片，但这八个瓣片中仅六个具有轨道。相邻于铰链梁和闩锁梁的端部瓣片不具有轨道，以便减轻端部瓣片处环形节段的小位移。在该情况下，端部瓣片能够具有小于其他六个瓣片宽度的宽度，并且能够机械地联接至相应相邻瓣片，使得当相邻瓣片通过枢转环形节段偏转时，端部瓣片偏转。
[0040]如图3中所见，每个瓣片18连接至相应瓣片前闭合件60，其继而通过允许瓣片18向内和向外偏转的铰链(未示出)联接至隔板26。能够通过将瓣片18联接至迫使瓣片18向外偏转的相应偏置装置而减少用于向外偏转瓣片的致动负载。这种偏置装置将抵抗由环形节段30在一个方向上旋转所引起的瓣片向内偏转，但是当环形节段在另一个方向上旋转时其有助于瓣片18的向外偏转。这种偏置装置可采用任何形式。图3示出偏置装置，其包括卷绕在附接至隔板26的双弹簧支撑杆(未示出)的相应部分周围的一对瓣片预压扭转弹簧68。每个瓣片预压扭转弹簧68的一端被附接到隔板26，而每个瓣片预压扭转弹簧68的另一端被附接到瓣片(未示出)。当环形节段30从第一角度位置枢转至第二角度位置时，瓣片预压扭转弹簧68经布置抵抗瓣片18的向内偏转，而当环形节段30从第二角度位置枢转至第一角度位置时，瓣片预压扭转弹簧68经布置有助于瓣片18的向外偏转。
[0041]根据图4-6所示一个实施方式，凸轮从动件可采用滚轴形式。在图4中已移除安装板以露出主滚轴子组件的部件，其是图5以横截面详细示出的凸轮组件的一部分。图4所见的主滚轴组件包括主滚轴76，当环形节段30从第一角度位置枢转至第二角度位置时，主滚轴76在轨道66的朝外凸轮表面70上滚动。轨道66附接至瓣片18。当主滚轴76凸轮带动朝外凸轮表面70时，瓣片18向内偏转。参照图5如下详细所述，图4中所见主滚轴组件包括具有头和带有螺纹端的轴的螺栓形式的轮轴84、旋到轮轴84的螺纹端上的螺母86、设置在主滚轴76和轮轴84的头之间的轴衬94以及设置在主滚轴76和螺母86之间的轴衬96。
[0042]图5是包括根据图4部分所示的实施方式的安装在瓣片的轨道、主滚轴子组件和两个次滚轴组件的凸轮组件的局部剖面图。主滚轴76可采用安装在轮轴84的常规滚轴轴承形式。轮轴84的相应端部由轴衬94和96支撑，其围绕相应垫片98和100。垫片98和100插入左附接托架80和右附接托架82中相应开口，该左附接托架80和右附接托架82通过相应紧固件88紧固至环形节段30。
[0043]根据图5所示实施方式，主滚轴76在具有基底104的轨道66的朝外凸轮表面70上滚动，该基底104通过多个紧固件90(图5中仅可见其中的两个)附接至瓣片18。当环形节段30从第一角度位置枢转至第二角度位置时，图5中所示的凸轮组件绕环形节段30的枢轴线摆动。当凸轮组件沿弧形路径移动时，主滚轴76沿相同弧摆动。朝外凸轮表面70在摆动主滚轴76的路径中形成斜面。由于通过接触朝外凸轮表面70对摆动主滚轴76的外周表面施加摩擦力，主滚轴76绕轮轴84旋转并沿朝外凸轮表面70滚动，遵循其上的弯曲滚动路径。优选地，当从上方观看时，朝外凸轮表面70具有弧形弯曲部分，弯曲表面的中心线半径与由摆动主滚轴76行进的弧的半径相同。另外，朝外凸轮表面70的高度可非线性变化，且该表面可连续调节，使得与主滚轴76接触的侧向部分将平行于主滚轴76的轴线。
[0044]如图5中所见，朝外凸轮表面70由竖直腹板106支撑在基底104上方。朝外凸轮表面70、竖直腹板106和基底104可整体形成，或它们可是组件的相应部分。当环形节段30从第一角度位置枢转至第二角度位置时，由摆动主滚轴76抵靠接触朝外凸轮表面70施加的力具有凸轮带动轨道66以及向内偏转瓣片18的效果。因此，每个主滚轴76起凸轮从动件作用，该凸轮从动件产生对应瓣片18的向内偏转。根据相应朝外凸轮表面70的轮廓和放置，瓣片18能够偏转不同的量以提供推力矢量。
[0045]图5中所示凸轮组件还包括分别由左附接托架80和右附接托架82支撑的一对次滚轴子组件。这些次滚轴子组件分别包括与在轨道66上形成的一对朝内凸轮表面112和114分别相互作用的次滚轴72和74。次滚轴72和74可采用安装在相应螺母49和51上的常规滚针轴承的形式，螺母49和51继而旋到相应螺栓48和50上。朝内凸轮表面112和114直接设置在朝外凸轮表面70的相应部分下方。当环形节段30从第二角度位置枢转至第一角度位置时，次滚轴72和74与朝内凸轮表面112和114的相互作用使瓣片18向外偏转。优选地，朝内凸轮表面112和114的轮廓通过制造轨道66使得其头的每个壁沿被主滚轴76接触的轨道66的部分具有恒定厚度，而模拟朝外凸轮表面70的轮廓的相应部分。当环形节段30从其第二角度位置枢转至其第一角度位置时，由摆动次滚轴72和74抵靠接触朝内凸轮表面112和114施加的力具有凸轮带动轨道66并向外偏转瓣片18的效果。因此，每对次滚轴72和74起凸轮从动件作用，其产生对应瓣片18的向外偏转。
[0046]当环形节段30从其第二角度位置枢转至其第一角度位置时，次滚轴72抵靠朝内凸轮表面112，并且次滚轴74抵靠朝内凸轮表面114，从而施加相应的力，所述相应的力结合由瓣片预压扭转弹簧(见图3)施加的力产生向外偏转相关瓣片的净力。
[0047]图6是图5所描绘的以及上面详细所述的凸轮组件的示意性等轴测视图。环形节段30的一部分已移除以露出凸轮组件的部分，否则其将被隐藏而不被看到。
[0048]能够响应飞行条件自动地控制相应环形节段的枢转和瓣片的最终偏转。图7示出用于根据一个实施方式控制可变面积风扇喷嘴瓣片偏转的系统的架构。每个致动器40的延伸由是闭环反馈控制系统的车载VAFN控制单元52控制。VAFN控制单元52可实现为计算机系统(例如，中央计算机或处理器)、专用于控制瓣片偏转的子系统计算模块等的一部分。对应环形节段30根据致动器40的延伸或缩回的角度枢转。任选地，瓣片18的偏转由包括安装在VAFN瓣片18中、上或附近的传感器(未示出)的位置反馈系统58 (例如，光纤系统)测量，其中所述传感器输出表示瓣片偏转测量的信号。VAFN控制单元52接收来自全权数字发动机控制单元54和位置反馈系统58的输入，并且然后通过控制致动器40的远端位置连续调节瓣片偏转程度，从而基于接收的瓣片位置反馈信号调节风扇喷嘴喷口面积。
[0049]进一步，本公开包括根据下面列举段落的实施例:
[0050]A1.一种安装在涡轮风扇发动机上的设备，其包括:
[0051]支撑结构；
[0052]铰接至所述支撑结构的第一瓣片；
[0053]附接至所述第一瓣片或与其整体形成的第一轨道，所述第一轨道包括第一凸轮表面；
[0054]具有可枢转地联接至所述支撑结构的第一和第二端的弯曲环形节段，所述环形节段在第一角度位置和第二角度位置之间可来回枢转；
[0055]联接至所述支撑结构和所述环形节段的致动器，使得当所述致动器从第一状态变化至第二状态时，所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置，并且当所述致动器从所述第二状态变化至所述第一状态时，所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置；以及
[0056]由所述弯曲环形节段携带的第一凸轮从动件，当所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置时，所述第一凸轮从动件经布置接触所述第一凸轮表面以对所述第一瓣片施加向内的力。
[0057]A2.根据段落A1所述的设备，还包括:
[0058]铰接至所述支撑构件的第二瓣片；
[0059]附接至所述第二瓣片的第二轨道，所述第二轨道包括第二凸轮表面；以及
[0060]由所述弯曲环形节段携带的第二凸轮从动件，当所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置时，所述第二凸轮从动件经布置接触所述第二凸轮表面以对所述第二瓣片施加向内的力。
[0061]A3.根据段落A2所述的设备，其中所述第一凸轮表面具有第一轮廓并且所述第二凸轮表面具有第二轮廓，所述第一和第二轮廓不同。
[0062]A4.根据段落A2或A3所述的设备，其中当所述致动器从所述状态变化至所述第二状态时，所述第一和第二凸轮从动件行进相应不同距离。
[0063]A5.根据段落A1中任一项所述的设备，其中所述第一轨道还包括第一反向凸轮表面，还包括由所述弯曲环形节段携带的第二凸轮从动件，当所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置时，所述第二凸轮从动件经布置接触所述第一反向凸轮表面以对所述第一瓣片施加向外的力。
[0064]A6.根据段落A5中任一项所述的设备，其中所述第一轨道还包括第二反向凸轮表面，还包括由所述弯曲环形节段携带的第三凸轮从动件，当所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置时，所述第三凸轮从动件经布置接触所述第二反向凸轮表面以对所述第一瓣片施加向外的力。
[0065]A7.根据段落A1-A6中任一项所述的设备，还包括由所述支撑结构支撑并经布置施加迫使所述第一瓣片向内偏转的向内偏置力的偏置装置。
[0066]A8.根据段落A7中任一项所述的设备，其中所述向内的力朝中心线偏转所述第一瓣片，并且所述环形节段绕垂直于所述中心线的轴线枢转。
[0067]A9.根据段落A8所述的设备，其中所述支撑结构包括具有中心位于所述轴线的圆弧形状的隔板、连接至所述隔板的铰链梁以及连接至所述隔板的闩锁梁，还包括与所述轴线同轴并由所述铰链梁和所述闩锁梁分别支撑的第一枢轴销和第二枢轴销，其中所述环形节段的相反端分别枢转地联接至所述第一枢轴销和第二枢轴销。
[0068]A10.可变面积风扇喷嘴，其包括左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件，所述左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个包括:
[0069]弯曲支撑构件；
[0070]铰接至所述支撑构件的相应部分的多个瓣片，所述左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件的所述瓣片限定喷口面积；
[0071]连接至所述支撑构件的铰链梁；
[0072]连接至所述支撑构件的闩锁梁；
[0073]具有可枢转地联接至所述铰链梁的第一端和可枢转地联接至所述闩锁梁的第二端的弯曲环形节段，所述环形节段在第一角度位置和第二角度位置之间可来回枢转；
[0074]联接至所述环形节段的中间部分的致动器，其中能够通过将所述致动器的状态从第一状态变化至第二状态来将所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置，并且然后通过将所述致动器的状态从所述第二状态变化至所述第一状态来将所述环形节段返回至所述第一角度位置；
[0075]附接至所述多个瓣片的相应瓣片或与其整体形成的多个轨道，所述轨道中的每个包括相应凸轮表面；以及
[0076]由所述环形节段携带的多个第一凸轮从动件，所述多个第一凸轮从动件中的所述凸轮从动件沿所述环形节段位于相应角度位置，
[0077]其中当所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置时，所述多个第一凸轮从动件中的每个凸轮从动件接触所述凸轮表面中的相应一个，以对所述瓣片施加向内的力。
[0078]All.根据段落A10所述的可变面积风扇喷嘴，其中相邻凸轮表面具有不同轮廓。
[0079]A12.根据段落A10或All所述的可变面积风扇喷嘴，其中当所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置时，所述多个第一凸轮从动件中的相邻凸轮从动件在所述相应凸轮表面上行进不同距离。
[0080]A13.根据段落A10-A12中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，其中当所述致动器的状态从所述第一状态变化至所述第二状态时，所述瓣片向内偏转以减小喷口面积。
[0081]A14.根据段落A10-A13中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，其中所述轨道中的每个包括第一反向凸轮表面，并且所述左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个还包括由所述弯曲环形节段携带的多个第二凸轮从动件，其中当所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置时，所述多个第二凸轮从动件中的每个凸轮从动件接触所述第一反向凸轮表面中的相应一个以对所述瓣片施加向外的力。
[0082]A15.根据段落A14所述的可变面积风扇喷嘴，其中所述轨道中的每个包括第二反向凸轮表面，并且所述左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个还包括由所述弯曲环形节段携带并相对于其可旋转的多个第三凸轮从动件，其中当所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置时，所述多个第三凸轮从动件中的每个凸轮从动件接触所述第二反向凸轮表面中的相应一个以对所述瓣片施加向外的力。
[0083]A16.根据段落A15所述的可变面积风扇喷嘴，其中当所述致动器缩回时，所述瓣片向外偏转以增加喷口面积。
[0084]A17.根据段落A10-A16中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，还包括由所述支撑构件支撑的多个偏置装置，所述偏置装置中的每个经布置施加迫使所述瓣片中的相应一个向内偏转的向内偏置力。
[0085]A18.—种可变面积风扇喷嘴，其包括:
[0086]包括弯曲段的支撑结构；
[0087]铰接至所述支撑构件的所述弯曲段的相应部分的多个瓣片，所述瓣片限定喷口面积；
[0088]附接至所述多个瓣片中的相应瓣片或与其整体形成的多个轨道，所述轨道中的每个包括相应朝外凸轮表面；
[0089]具有可枢转地联接至所述支撑结构的第一和第二端的弯曲环形节段，所述环形节段在第一角度位置和第二角度位置之间可来回枢转；
[0090]联接至所述环形节段的中间部分的致动器，其中能够通过将所述致动器的状态从第一状态变化至第二状态来将所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置，并且然后通过将所述致动器的状态从所述第二状态变化至所述第一状态来将所述环形节段返回至所述第一角度位置；以及
[0091]沿所述环形节段以间隔的间距设置并且与所述轨道的所述朝外凸轮表面分别对齐的多个第一凸轮从动件，其中当所述致动器的状态从所述第一状态变化至所述第二状态时，所述多个第一凸轮从动件中的凸轮从动件对所述轨道施加向内的力。
[0092]A19.根据段落A18所述的可变面积风扇喷嘴，其中所述轨道中的每个包括至少一个朝内凸轮表面，并且所述左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个还包括与所述轨道的所述朝内凸轮表面分别对齐设置的多个第二凸轮从动件，其中当所述致动器缩回时，所述多个第二凸轮从动件中的所述凸轮从动件对所述轨道施加向外的力。
[0093]A20.根据段落A18或A19所述的可变面积风扇喷嘴，其中所述凸轮从动件中的每个包括相应滚轴。
[0094]A21.根据段落A18-A20中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，其中当所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置时，所述多个第一凸轮从动件中的相邻凸轮从动件在所述相应朝外凸轮表面上移位不同距离。
[0095]虽然参照各种实施方式已描述可变面积风扇喷嘴，本领域技术人员应该理解，可作出各种变化并且可用等效物替代其元件，而不偏离本文教导的范围。另外，根据本文教导可作出许多修改以适应具体情况，而不偏离其基本范围。因此，其意图是，随附权利要求不限于所公开的实施方式。
[0096]如本文所用，术语“凸轮从动件”不应以限制性方式解释为表示“滚轴”或“滚动元件”。例如，枢转环形节段可携带包括滑动元件的凸轮从动件。如本文所用，术语“铰链梁”和“闩锁梁”应该分别广义地解释为包含单个完整梁或部件的组合。如本文所用，术语“铰链”不应以限制性方式解释为其将派出柔性元件(也称为“活动铰链”)。
【权利要求】
1.一种安装在涡轮风扇发动机上的设备，其包括: 支撑结构； 铰接至所述支撑结构的第一瓣片； 附接至所述第一瓣片或与其整体形成的第一轨道，所述第一轨道包括第一凸轮表面； 具有可枢转地联接至所述支撑结构的第一和第二端的弯曲环形节段，所述环形节段在第一角度位置和第二角度位置之间可来回枢转； 联接至所述支撑结构和所述环形节段的致动器，使得当所述致动器从第一状态变化至第二状态时，所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置，并且当所述致动器从所述第二状态变化至所述第一状态时，所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置；以及 由所述弯曲环形节段携带的第一凸轮从动件，当所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置时，所述第一凸轮从动件经布置接触所述第一凸轮表面以对所述第一瓣片施加向内的力。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括: 铰接至所述支撑构件的第二瓣片； 附接至所述第二瓣片的第二轨道，所述第二轨道包括第二凸轮表面；以及 由所述弯曲环形节段携带的第二凸轮从动件，当所述环形节段从所述第一角度位置枢转至所述第二角度位置时，所述第二凸轮从动件经布置接触所述第二凸轮表面以对所述第二瓣片施加向内的力。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一凸轮表面具有第一轮廓并且所述第二凸轮表面具有第二轮廓，所述第一和第二轮廓不同。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中当所述致动器从所述状态变化至所述第二状态时，所述第一和第二凸轮从动件行进相应不同距离。
5.根据权利要求1-4所述的设备，其中所述第一轨道还包括第一反向凸轮表面，还包括由所述弯曲环形节段携带的第三凸轮从动件，当所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置时，所述第二凸轮从动件经布置接触所述第一反向凸轮表面以对所述第一瓣片施加向外的力。
6.根据权利要求1-5所述的设备，其中所述第一轨道还包括第二反向凸轮表面，还包括由所述弯曲环形节段携带的第四凸轮从动件，当所述环形节段从所述第二角度位置枢转至所述第一角度位置时，所述第三凸轮从动件经布置接触所述第二反向凸轮表面以对所述第一瓣片施加向外的力。
7.根据权利要求1-6所述的设备，还包括由所述支撑结构支撑并经布置施加迫使所述第一瓣片向内偏转的向内偏置力的偏置装置。
8.根据权利要求1-7所述的设备，其中所述向内的力朝中心线偏转所述第一瓣片，并且所述环形节段绕垂直于所述中心线的轴线枢转。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述支撑结构包括具有中心位于所述轴线的圆弧形状的隔板、连接至所述隔板的铰链梁以及连接至所述隔板的闩锁梁，还包括与所述轴线同轴并由所述铰链梁和所述闩锁梁分别支撑的第一枢轴销和第二枢轴销，其中所述环形节段的相反端分别被可枢转地联接至所述第一枢轴销和第二枢轴销。
10.可变面积风扇喷嘴，其包括左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件，所述左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件中的每个包括根据权利要求1-9中任一项的设备。
11.根据权利要求10所述的可变面积风扇喷嘴，其中所述左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件的瓣片限定喷口面积，所述瓣片向内偏转以减小所述喷口面积。
12.根据权利要求10或11所述的可变面积风扇喷嘴，还包括联接至迫使所述瓣片向外偏转的所述瓣片的多个偏置装置。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，其中所述凸轮从动件中的每个包括相应滚轴。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，其中所述瓣片包括附接至其远端的V形件。
【文档编号】F02K1/06GK104251167SQ201410281326
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】C·T·杰克劳斯基 申请人:波音公司