用于飞行器的具有热交换器的涡轮发动机的制作方法

本发明涉及用于飞行器的涡轮机的结构，尤其涉及涡轮机中油的冷却。

背景技术：

1、涡轮机通常包括用于一些机械部件的润滑和/或冷却的液压回路。为了排出由油储存的热量，通常设置一个或多个热交换器，使得在飞行器环境中大量可用的冷空气与热的油交换热量。交换器可以以散热器的形式集成到涡轮机的空气流中，或者交换器可以集成到叶片中，如文献fr 3 089 552所描述的。

2、一方面马达的紧凑性以及另一方面马达的转速和功率可能需要在径向较小的空气流中的较大的热交换器。与大的空气流中的小的交换器不同，在小的空气流中成比例大的热交换器产生不可忽略的压力损失。该问题存在于包括无涵道式螺旋桨和插入在低压压缩机与螺旋桨之间的减速齿轮的发动机中。齿轮箱构成了必须冷却的附加元件，并且因此对于热交换具有额外需要以冷却在齿轮箱中流通的油。

3、使空气流中的交换器的数量或交换器的体积最小化的一个解决方案是使交换器的效率最大化。这可以通过使空气流在进入交换器之前减速来实现。减速可以通过增大空气流的截面来实现，在恒定的流量下这导致流速降低。因此可以在交换器的上游设置扩散通道。

4、然而，该解决方案具有其限制，因为为了获得流动稳定性，扩散通道必须在轴向上足够长，因此这会迫使涡轮机具有最小轴向长度。因此，该解决方案与紧凑结构不兼容。

技术实现思路

1、本发明提出的待解决的问题可以被认为是在遵从对将由液压回路排出的热量的量的约束和最大轴向尺寸约束的情况下的涡轮机的设计。

2、因此，本发明的目的涉及用于飞行器的涡轮机，该涡轮机包括：压缩机，压缩机压缩主流；风扇，风扇推进次级流；环形通路，环形通路用于风扇下游的次级流的流动；无涵道式螺旋桨，无涵道式螺旋桨推进第三流，主流、次级流以及第三流彼此不同；引导轮叶的环形排，引导轮叶的环形排被布置在通路中，每个轮叶具有拱腹和拱背；以及至少一个热交换器，至少一个热交换器在该排轮叶下游被布置在通路中；涡轮机的特征在于，该涡轮机还包括：多个扩散过道，多个扩散过道位于至少一个交换器的上游，每个过道由两个周向相邻的轮叶的拱腹和拱背周向地界定，并且每个过道由至少一个翅片径向地界定，至少一个翅片由两个周向相邻的轮叶中的至少一个轮叶承载。

3、这种涡轮机使得能够在较短的轴向距离上以稳定的方式使空气流减速，从而遵从轴向体积约束和冷却大量油的需要。

4、流动扩散的稳定性所需的轴向长度主要取决于通道的高度。因此，通过将通道划分成多个过道，降低了空气通路中的每一个空气通路的径向高度，并且因此可以在短的轴向距离上以稳定的方式使空气流减速，从而在相同的减速下获得更小的占用空间(因此在交换器的效率方面获得同样的增益)。

5、对于给定面积比(流道在扩散通道的出口处的截面面积与在入口处的截面面积之间的比)所需的扩散长度与通道的高度成正比。因此，通过设置例如5个在高度上相邻的过道而不是单个通道，扩散与轴向长度为5倍的单个通道一样稳定。

6、根据本发明的多个过道例如可以包括在两个相邻轮叶之间的2个至10过道的多个过道。

7、交换器可以与定子轮叶直接相邻，也就是说与定子轮叶的距离小于定子轮叶的轴向长度的5％。因此，轮叶和轮叶的翅片使得能够为了流在交换器中的流动而最佳地引导流。

8、除了在一侧(内侧或外侧)上由壳体界定的位于空气流的径向端部(内侧和外侧)处的过道之外，过道在径向外侧和径向内侧由翅片界定。

9、根据本发明的有利实施例，至少一个翅片由两个周向相邻的轮叶中的一个轮叶的拱背承载，并且具有面对两个轮叶中的另一个轮叶的拱腹呈悬臂式的周向端部；或者至少一个翅片由两个周向相邻的轮叶中的一个轮叶的拱腹承载，并且具有面对两个轮叶中的另一个轮叶的拱背呈悬臂式的周向端部；或者至少一个翅片由两个周向相邻的轮叶中的一个轮叶的拱腹和两个轮叶中的另一个轮叶的拱背承载。因此，空气动力学压力损失可以被限制到翅片与轮叶之间的界面。

10、根据本发明的有利实施例，翅片与拱背之间的界面、或者翅片与承载翅片的轮叶的拱腹之间的界面例如通过连接倒角而在空气动力学上被优化。

11、根据本发明的有利实施例，每个过道由两个翅片在径向内部和/或在径向外部界定，两个翅片中的一个翅片由轮叶的拱背承载，另一个翅片由周向相邻的轮叶的拱腹承载，两个翅片中的每一个翅片在两个相邻的轮叶之间的周向距离的约一半上周向地延伸。

12、根据本发明的有利实施例，两个翅片中的每一个翅片具有自由端部，一个翅片的自由端部被布置在另一个翅片的自由端部附近，自由端部优选地为锥形以在空气动力学上被优化。

13、应当理解，该设计可以是混合的，也就是说，在定子轮叶的同一环形排中，一些翅片可以设置在拱腹上和/或其他翅片可以设置在拱背上。因此，一些轮叶可以在轮叶的拱腹上承载翅片，或者在轮叶的拱背上承载翅片，或者在轮叶的拱腹和拱背上承载翅片。

14、根据本发明的有利实施例，两个周向相邻的轮叶以及对在这两个轮叶之间的过道进行界定的至少一个翅片成一体件。因此，空气动力学压力损失可以在翅片与轮叶之间的界面处最小化。多个相邻轮叶和轮叶的翅片可以成一体件，从而形成该排轮叶的成角度的扇区。

15、“一体”在此是“整体地制造”或“来自材料”的同义词。

16、根据本发明的有利实施例，结构臂被布置在与至少一个交换器的轴向位置至少部分地重叠的轴向位置处，轮叶的环形排中的轮叶与每个结构臂周向对准，所述轮叶优选地具有渐扩的后轮廓。结构臂(也被称为“柱部”)在涡轮机中大致径向地延伸，并支撑由结构部经受的力。结构臂通常比轮叶更少并且更大，并且通常对流动穿过结构臂的流没有空气动力学作用。臂和交换器的完全叠置或部分叠置使得能够进一步减小涡轮机的轴向体积。

17、在结构臂上游的轮叶的渐扩导致轮叶的拱腹移动远离轮叶的拱背，轮叶实际上没有线性后“缘”，而是表面边缘。这使得能够适当地将气流引导朝向比轮叶在周向上更厚的柱部，从而使沿着交换器和柱部的压力损失最小化。

18、根据本发明的有利实施例，轮叶以不规则的方式成角度地分布，轮叶在由一个或多个交换器占据的一个或多个角部分中彼此周向地间隔更远。因此，能够更好地均化在轮叶上游(和风扇下游)的空气流的分布。

19、根据变型，轮叶的前缘规则地成角度地分布，轮叶的几何形状使得后缘不是规则地成角度地分布。

20、根据本发明的有利实施例，轮叶的环形排包括支撑一个或多个翅片的轮叶以及不具有翅片的轮叶，不具有翅片的轮叶在更短的长度上轴向地延伸，优选地，不具有翅片的轮叶长度是支撑一个或多个翅片的轮叶的长度的至少二分之一短或至少三分之一短。

技术特征：

1.用于飞行器的涡轮机(1)，所述涡轮机包括：

2.根据权利要求1所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述至少一个翅片(28g)由所述两个周向相邻的轮叶(22a，22b)中的一个轮叶(22)的拱背(22.4)承载，并且具有面对所述两个轮叶中的另一个轮叶(22)的拱腹(22.3)呈悬臂式的周向端部(28.1)。

3.根据权利要求1所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述至少一个翅片(28f)由所述两个周向相邻的轮叶(22a，22b)中的一个轮叶(22)的拱腹(22.3)承载，并且具有面对所述两个轮叶中的另一个轮叶(22)的拱背(22.4)呈悬臂式的周向端部(28.1)。

4.根据权利要求1所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述至少一个翅片(28e)由所述两个周向相邻的轮叶中的一个轮叶(22)的拱腹(22.3)和所述两个轮叶(22a，22b)中的另一个轮叶上的拱背(22.4)承载。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述翅片(28)与所述拱背(22.4)之间的界面、或者所述翅片(28)与承载所述翅片的轮叶(22)的拱腹(22.3)之间的界面例如通过连接倒角而在空气动力学上被优化。

6.根据权利要求1所述的涡轮机(1)，其特征在于，每个过道(30)由两个翅片(28a，28b，28c，28d)在径向内部和/或在径向外部界定，所述两个翅片中的一个翅片由轮叶(22b)的拱背(22.4)承载，另一个翅片由周向相邻的轮叶(22a)的拱腹(22.3)承载，所述两个翅片(28)中的每一个翅片在两个相邻的轮叶(22a，22b)之间的周向距离的约一半上周向地延伸。

7.根据权利要求6所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述两个翅片(28)中的每一个翅片具有自由端部(28.1)，一个翅片(28a，28c)的自由端部(28.1)被布置在另一个翅片(28b，28d)的自由端部(28.1)附近，所述自由端部(28.1)优选地为锥形以在空气动力学上被优化。

8.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述两个周向相邻的轮叶(22a，22b)以及在这两个轮叶(22)之间的对所述过道(30)进行界定的所述至少一个翅片(28)成一体件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，结构臂(20)被布置在与所述至少一个交换器(24)的轴向位置至少部分地重叠的轴向位置处，所述轮叶(22)的环形排中的轮叶(22b)与每个结构臂(20)周向对准，所述轮叶(22b)优选地具有渐扩的后轮廓。

10.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述轮叶(22)以不规则的方式成角度地分布，所述轮叶(22)在由一个或多个所述交换器(24)占据的一个或多个角部分中彼此周向地间隔更远。

11.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机(1)，其特征在于，所述轮叶(22)的环形排包括支撑一个或多个翅片(28)的轮叶(22)以及不具有翅片(28)的轮叶(22)，所述不具有翅片的轮叶在长度(l1)上轴向地延伸，所述不具有翅片的轮叶的长度比所述支撑一个或多个翅片的轮叶的长度短，优选地所述不具有翅片的轮叶的长度是所述支撑一个或多个翅片的轮叶的长度的至少二分之一短或者至少三分之一短。

技术总结
一种涡轮机(1)，该涡轮机包括：无涵道式螺旋桨(14)，无涵道式螺旋桨推进第三流(13)；风扇(12)和压缩主流(F1)的压缩机(4)；以及环形通路(19)，环形通路用于风扇(12)下游的次级流(F2)的流动；环形通路(19)容纳有整流轮叶(22)的环形排和该排轮叶(22)下游的至少一个热交换器(24)；多个扩散过道被设置在至少一个交换器(24)的上游，每个过道由两个周向相邻的轮叶(22)的拱腹和拱背周向地界定，并且每个过道由至少一个翅片界定，至少一个翅片由两个周向相邻的轮叶(22)中的至少一个轮叶承载。

技术研发人员：R·H·P·普林西瓦莱
受保护的技术使用者：赛峰航空助推器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12