用于喷气发动机的次级喷嘴的制作方法
【专利说明】用于喷气发动机的次级喷嘴
[0001]相关申请的交叉引用
本申请涉及代理人卷号262222/07783-0195，其与本申请同日在美国专利商标局提交并且通过引用并入本文中。
技术领域
[0002]本发明针对三流式涡扇发动机，并且明确针对在低压区域之上的排出的第三流流动。
【背景技术】
[0003]在军事应用(如，空战、侦查和监视)中得到使用的大多数飞行器发动机为增压涡扇。增压在调用(即，需要)时向飞行器提供附加推力。
[0004]所有涡扇发动机包括至少两股空气流。由发动机使用的所有空气最初穿过风扇，并且接着其分成两股空气流。内空气流称为芯部空气，并且经过到发动机的压缩机部分中，其中其被压缩。该空气接着供给至发动机的燃烧器部分，其中，其与燃料混合并且燃料燃烧。燃烧气体接着通过发动机的涡轮部分膨胀，其从热燃烧气体抽取能量，抽取的能量用于运行压缩机和风扇，并且产生电力来操作附件。其余的热气体接着流入发动机的排出部分中，产生推力，该推力向飞行器提供向前运动。
[0005]外空气流绕过发动机芯部并且由风扇加压。不用对外空气流做其它功，该外空气流继续轴向地沿着发动机，但在芯部外。旁通空气流还可用于通过将换热器引入在风扇流中来实现飞行器冷却。在涡轮下游，外空气流用于冷却排气系统。在需要(要求)附加的推力时，风扇旁通空气流中的一些再引导至增压部，其中，其与芯部流和燃料混合来提供附加推力以使飞行器移动。
[0006]在排气的后部处，会聚发散(C-D)喷嘴设定正确的背压，以使芯部最佳地运行。C-D喷嘴通过对穿过喷嘴喉部A8的气流扼流来实现这一切，并且按需要改变A8来设定所需的质量流。
[0007]在推力通过改变利用第三导管的风扇旁通流的量而改变时，某些可变循环的飞行器发动机实现相对恒定的空气流。利用这些可变循环发动机的飞行器能够在次音速功率设定下更有效地保持入口空气流并且在较宽的飞行包络线内保持入口空气流。一种特定类型的可变循环发动机被称为FLADE?发动机，FLADE?为〃叶片上风扇〃的缩写，并且特征在于外风扇导管，其使空气流入第三空气导管中，外风扇导管大体上与内风扇导管同为环形并且外接内风扇导管，该内风扇导管继而与芯部同为环形并且外接芯部。该第三空气流通过如现有技术的FLADE "公开中阐述的叶片上风扇布置加压。FLADE "叶片在旋转风扇叶片的径向外侧并且直接地连接于其，风扇叶片组装于安装在轴上的盘上。FLADE?的位置为设计考虑，设计基于FLADE?空气(第三流空气)期望的温度和压力选择。权衡基于FLADE?操作空气的较高压力产生具有较高温度的FLADE?操作空气的事实。1995年4月11日授予Johnson的美国专利第5，404，713号转让给本申请的受让人并且通过引用并入本文中。
[0008]在这些可变循环设计中，入口空气可分开来形成第三空气流，其是除旁路和芯部之外的。该第三空气流可在低于上文所述的芯部空气流或旁通空气流的温度和压力下提供。该第三空气流的压力可增大，同时仍使用叶片上风扇或FLADE?翼型件和导管将其保持在低于旁通空气流的温度和压力下。现有技术的第三流空气流刚好在C-D喷嘴的前方或后方排出到芯部排气中。然而，利用第三流导管或FLADE?导管中的流动的空气的低温的最近实施例中的第三空气流内的换热器的放置导致第三流导管或FLADE?导管中的空气的压降。通过引入换热器而改变压力导致了不能够将第三流空气在排气压力高(如在大功率操作下)的状态下排出到芯部排气中，并且至第三流的入口压力为低的，如，低马赫点。结果将为这些飞行状态下的第三流导管中的空气流的停止或不足的空气流，这可导致第三流导管中的空气流的停滞和甚至气体的回流(逆流)。第三流空气的停滞可导致某些情形下的叶片上风扇布置的失速状态，导致由于风扇入口溢出阻力(spill drag)引起的飞行器上的可能的硬件破坏和附加阻力。
[0009]所需的是一种布置，其中第三流导管空气可连续地排出，以使在发动机的任何操作状态下都不存在第三流导管或FLADE?导管中的空气流的停止或显著减少，因为不足的空气流可取决于用于冷却的第三流空气不利地影响换热器或其它硬件的冷却。理想的是，第三流导管空气流应当以将把推力和可操作性添加至飞行器的方式排出至低压区域。
【发明内容】
[0010]提供了一种用于高性能军用飞行器的飞行器发动机。高性能军用飞行器包括但不限于战斗机和侦察机。本发明的高性能飞行器发动机包括在降低压力下产生第三空气流的第三流导管。该第三流空气通过单独的喷嘴排出，该单独的喷嘴与主喷嘴同心。芯部流和旁通流通过主排气喷嘴排出，并且第三流空气通过次级喷嘴单独地排出。来自单独的同心喷嘴的第三流空气排出至压力为环境压力或次环境压力的位置。第三流空气排出的位置应当允许有助于飞行器的推力，以使保持高效率。来自第三空气导管或FLADE?导管的空气流通过第三导管或FLADE?导管后方的排气喷嘴(也称为次级喷嘴)排出。该第三流排气喷嘴定位在机身的后部与发动机外瓣片的前缘之间的界面处。收纳在发动机舱中的一些发动机具有舱通风槽口，并且第三流排气喷嘴定位在发动机喷嘴与机身之间的舱通风槽口附近。在两种变型中，FLADE?导管空气中的第三流空气通过次级喷嘴在(多个)外瓣片之上排出。
[0011]通过将第三空气流通过次级排气喷嘴在外瓣片之上排出，可实现关于常规涡扇发动机的发动机操作的显著改进。第三空气导管或FLADE?导管可提供提高的冷却能力，而不考虑由于空气的低压引起的空气停滞或回流，因为仍高于环境压力的该低压空气可被排出。换热器可以可靠地依靠来向电气系统提供大规模冷却。
[0012]第三流或FLADE ?空气的排出允许芯部在较高温度下运行，因为较冷的第三流冷却空气的可靠供应允许保护涡轮。第三流中的换热器可用于降低涡轮冷却空气的温度，并且允许涡轮硬件在升高温度的环境中留存。
[0013]最后，第三导管或FLADE?导管现在可不但被依靠来连续地排出较冷的低压第三流空气或FLADE ?导管空气，而且被依靠来以入口吸入空气。第三导管或FLADE ?导管现在接受大部分入口壁变形并且使风扇、芯部或旁通空气上的入口变形最小化。这允许风扇和芯部/压缩机以较少失速裕度操作。当风扇和芯部以较少失速裕度操作时，发动机可在较高压力比下操作，这转变成更大的推力和效率。另外，通过第三流导管或FLADE?导管的喷嘴在外瓣片之上排出空气附加地减小了船尾拖曳，同时产生了外瓣片之上的更稳定的流场。
[0014]本发明的其它特征和优点将从连同附图进行的优选实施例的以下更详细描述为显而易见的，该附图经由实例示出了本发明的原理。
【附图说明】
[0015]图1为示出用于给定飞行状态的横跨飞行器的变化压力的喷气式飞行器的图示。
[0016]图2为喷气发动机的排气部分的截面视图，还绘出了机身后缘和舱通风槽口，示出了在两个不同位置的外瓣片，具有对应于增压的发动机操作的最大喉部面积的第一位置，以及具有对应于最大干功率或怠速发动机操作的最小喉部面积的第二位置。
[0017]图3为外瓣片的区域中的速度矢量图。图3(a)绘出了根据现有技术的第三导管排气口的轮廓，并且图3(b)绘出了根据本发明的第三导管排气喷嘴的轮廓。
[0018]图4为具有芯部空气流和旁通空气流的现有技术的涡扇发动机的截面。
[0019]图5为配备有本发明的第三流导管的发动机的截面，其示出了排气口前面的发动机中的空气流。
[0020]图6为配备有本发明的第三流导管的发动机的截面，其示出了第三流空气导管或FLADE ?导管，其通过舱槽口附近的第三流喷嘴将第三流空气在(多个)外发动机瓣片之上排出。
[0021]图7绘出了包括喷嘴阀来改变排出气体离开区的用于第三流导管或FLADE?导管的可变排气喷嘴。
【具体实施方式】
[0022]在现代战斗机中，发动机可安装在飞行器的发动机舱中，并且间隙存在于发动机与飞行器结构之间。空气流过该间隙，并且流过该间隙的空气在外瓣片的前缘处离开或排出，其中，空气压力在环境或亚环境状态下。图1绘出了沿喷气机10的外部的压力轮廓。低压区域示为沿预定速度下的发动机14的外瓣片12。
[0023]具有FLADE?空气流的本发明的涡扇与具有两股空气流的常规涡扇发动机之间的差异可参照绘出包括FLADE?导管或第三流导管的涡扇的图5，以及绘出常规涡扇发动机的图4认识到。FLADE?导管和第三流空气导管，以及FLADE?空气流和第三空气流可在本文中可互换地使用，两者之间的差异为冷却空气进入导管的通路。然而，本文中阐述的结构和方法针对来自导管的排出空气。因此，用