用于长度短的射流泵的、具有改进混合的方法和系统与流程

本公开的领域大体涉及射流泵，并且更特别地，涉及在小于混合管长度的四倍的距离上具有完全混合流的射流泵。

背景技术：

至少一些已知的飞机空气管理系统(AMS)包括用于高压(HP)、低压(LP)和混合模式放气水平的供应源。典型地，直接从相应的发动机上的放气端口中供应HP流和LP流。通过射流泵供应混合模式放气。射流泵接收HP和LP空气流两者，以可选比例混合流，并且将混合模式放气空气输送到AMS。较新的发动机易于具有受限制的空间要求，这些要求不容许使用标准体系射流泵构件，而且只是按比例缩放标准体系射流泵无法充分地混合HP流和LP流。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种射流泵系统包括预混合筒(bowl)，预混合筒包括沿着中心轴线的喷嘴，混合区段至少部分地包围喷嘴。预混合筒还包括：第一入口开口，它构造成接收来自第一加压流体源的第一流体流，并且将第一流体流引导到喷嘴的入口；第二入口开口，它构造成接收来自第二加压流体源的第二流体流，并且将第二流体流引导到混合区段。第二入口开口包括第一入口开口区域和进入预混合筒中的进入角，进入角相对于中心轴线倾斜，并且第三入口开口构造成接收来自第二加压流体源的第三流体流，并且将第三流体流引导到混合区段。第三入口开口包括第二入口开口区域和进入预混合筒中的进入角，进入角相对于中心轴线倾斜。预混合筒还包括出口开口，它构造成从预混合筒引导出第一流体流、第二流体流和第三流体流。射流泵系统进一步包括与中心轴线对齐地从出口开口延伸的混合管。

在另一个实施例中，一种以多个不同的流量和多个不同的压力供应空气的方法。方法包括将第一较高压力流体流引导到预混合器的喷嘴的入口，以及将第二较高压流体流和多个较低压流体流中的至少一个引导到预混合器的混合区段中。低压流具有不相等的流率和不相等的流速。在进入混合区段之前，流被引导通过相应的弓形路径，使得多个较低压流体流中的各个在进入到混合区段中时，在相应的流上具有流量梯度。方法还包括：使较高压流体流和多个较低压流体流在混合区段中在喷嘴的下游混合；以及阻止第一较高压流体流到达预混合器的喷嘴的入口，从而允许第二多个较低压流体流进入到混合区段中，使得仅较低压流体进入预混合器；以及阻止多个较低压流体流进入到混合区段中，使得仅流较高压流体进入预混合器。

在又一个实施例中，一种飞机包括空气管理系统(AMS)，它包括射流泵设备。射流泵设备包括预混合筒，它具有：沿着中心轴线的喷嘴；至少部分地包围喷嘴的预混合区段；第一入口开口，其构造成接收来自第一加压流体源的第一流体流，并且将第一流体流引导到喷嘴的入口；以及第二入口开口，其构造成接收来自第二加压流体源的第二流体流，并且将第二流体流引导到混合区段。第二入口开口包括第一入口开口区域和进入预混合筒中的进入角，进入角相对于中心轴线倾斜。预混合筒包括第三入口开口，它构造成接收来自第二加压流体源的第三流体流，并且将第三流体流引导到混合区段。第三入口开口包括：第二入口开口区域；以及进入预混合筒中的进入角，进入角相对于中心轴线倾斜；以及出口开口，它构造成将第一流体流、第二流体流和第三流体流引导出预混合筒。射流泵设备进一步包括与中心轴线对齐地从出口开口延伸的混合管。

技术方案1. 一种射流泵系统，包括：

预混合筒，其包括：

喷嘴，其包括中心轴线；

至少部分地包围所述喷嘴的混合区段；

第一入口开口，其构造成接收来自第一加压流体源的第一流体流，并且将所述第一流体流引导到所述喷嘴的入口；以及

第二入口开口，其构造成接收来自第二加压流体源的第二流体流，并且将所述第二流体流引导到所述混合区段，所述第二入口开口包括第一入口开口区域，所述第二入口开口包括进入所述预混合筒中的进入角，所述进入角相对于所述中心轴线倾斜；

第三入口开口，其构造成接收来自所述第二加压流体源的第三流体流，并且将所述第三流体流引导到所述混合区段，所述第三入口开口包括第二入口开口区域，所述第三入口开口包括进入所述预混合筒中的进入角，所述进入角相对于所述中心轴线倾斜；以及

出口开口，其构造成将所述第一流体流、第二流体流和第三流体流引导出所述预混合筒；以及

与所述中心轴线对齐地从所述出口开口延伸的混合管。

技术方案2. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述喷嘴包括圆锥形横截面。

技术方案3. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述喷嘴包括多个叶状(lobed)通道。

技术方案4. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述多个叶状通道沿着所述中心轴线螺旋地延伸，并且限定通过所述喷嘴的螺旋流径。

技术方案5. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述多个叶状通道中的至少一个包括多边形横截面。

技术方案6. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述多个叶状通道中的至少一个包括具有弓形部分的横截面。

技术方案7. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，第一入口开口构造成选择性地接收来自所述第一加压流体源的经调节的流体流。

技术方案8. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述第二入口开口和所述第三入口开口中的至少一个构造成接收在所述开口的面上具有不均匀的流量梯度的入口流体流。

技术方案9. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述第二开口的面积和所述第三入口开口的面积是彼此不同的。

技术方案10. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述第二入口开口和所述第三入口开口相对于所述中心轴线成角度，以将它们的相应的流引导向所述出口开口。

技术方案11. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述第一入口开口的面积大于所述第二入口开口，使得通过所述第二入口开口的流体流的速度大于通过所述第一入口开口的流体流的速度，所述第一入口开口和所述第二入口开口之间的不均匀流量促进所述预混合筒中的漩涡。

技术方案12. 一种以多个不同的流量和多个不同的压力供应空气的方法，所述方法包括：

将第一较高压流体流引导到预混合器的喷嘴的入口；

将第二较高压流体流和多个较低压流体流中的至少一个引导到所述预混合器的混合区段，所述流具有不相等的流率和不相等的流速，在进入所述混合区段之前，所述流被引导通过相应的弓形路径使得所述多个较低压流体流中的各个在进入所述混合区段中时，在相应的流上具有流量梯度；

使所述较高压流体流和所述多个较低压流体流在所述混合区段中在所述喷嘴的下游混合；

阻止所述第一较高压流体流到达所述预混合器的喷嘴的入口，以及阻止所述第二较高压流体流进入到混合区段中，使得仅较低压流体进入所述预混合器；以及

阻止所述多个较低压流体流进入到所述混合区段中，使得仅所述较高压流体流进入所述预混合器。

技术方案13. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在使所述较低压流体流与所述第一较高压流体流在所述喷嘴的下游混合之前，在所述预混合器中混合所述多个较低压流体流。

技术方案14. 一种飞机，包括空气管理系统(AMS)，所述AMS包括：

射流泵设备，其包括：

预混合筒，其包括：

喷嘴，其包括中心轴线；

至少部分地包围所述喷嘴的混合区段；

第一入口开口，其构造成接收来自第一加压流体源的第一流体流，并且将所述第一流体流引导到所述喷嘴的入口；以及

第二入口开口，其构造成接收来自第二加压流体源的第二流体流，并且将所述第二流体流引导到所述混合区段，所述第二入口开口包括第一入口开口区域，所述第二入口开口包括进入所述预混合筒中的进入角，所述进入角相对于所述中心轴线倾斜；

第三入口开口，其构造成接收来自所述第二加压流体源的第三流体流，并且将所述第三流体流引导到所述混合区段，所述第三入口开口包括第二入口开口区域，所述第三入口开口包括进入所述预混合筒中的进入角，所述进入角相对于所述中心轴线倾斜；以及

出口开口，其构造成从所述预混合筒中引导出所述第一流体流、第二流体流和第三流体流；以及

与所述中心轴线对齐地从所述出口开口延伸的混合管。

技术方案15. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述喷嘴包括圆锥形横截面。

技术方案16. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述喷嘴包括多个叶状通道。

技术方案17. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述多个叶状通道沿着所述中心轴线螺旋地延伸，并且限定通过所述喷嘴的螺旋流径。

技术方案18. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述第二开口的面积和所述第三入口开口的面积是彼此不同的。

技术方案19. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述第二开口和所述第三入口开口相对于所述中心轴线成角度，以将它们的相应的流引导向所述出口开口。

技术方案20. 根据技术方案1所述的射流泵系统，其特征在于，所述第一入口开口的面积大于所述第二入口开口，使得通过所述第二入口开口的流体流的速度大于通过所述第一入口开口的流体流的速度，所述第一入口开口和所述第二入口开口之间的不均匀流量促进所述预混合筒中的漩涡。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相同符号在图中表示相同部件，其中：

图1是根据本公开的一个示例实施例的包括机身和机翼的飞机的透视图。

图2是飞机空气管理系统(AMS)供应源的三维(3D)等距管道视图。

图3是图2中显示的飞机空气管理系统(AMS)供应源的一部分的三维(3D)等距管道视图。

图4是图3中显示的飞机空气管理系统(AMS)供应源的一部分的平面图。

图5是图2中显示的飞机空气管理系统(AMS)供应源的一部分的正视图。

图6是混合筒的侧视图，部分地切除了一部分。

图7是从下面向上看到射流泵连接凸缘中的混合筒的视图，其中喷嘴具有图6中显示的圆锥形形状。

图8是从下面向上看到射流泵连接凸缘中的混合筒的视图，其中喷嘴具有叶状形状。

图9是混合筒的平面图，其中喷嘴具有图8中的叶状形状，以在LP流和HP流之间产生额外的流剪切。

图10是混合筒的平面图，其中喷嘴具有也提高流剪切的备选形状。

图11是混合筒的平面图，其中喷嘴具有也提高流剪切的另一个备选形状。

图12是包括螺旋叶状形状的喷嘴的侧视图。

图13是显示通过的根据本公开的示例实施例的射流泵的混合流的3D等距视图。

除非另有指示，否则本文提供的图意于示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于广泛的系统，包括本公开的一个或多个实施例。因而，附图不意于包括本领域普通技术人员已知的、实践本文公开的实施例所需的所有传统特征。

部件列表

100飞机

102机身

104机翼

106燃气涡轮发动机

108空气管理系统(AMS)

110高压管道

112低压管道

200AMS供应源

202第十级端口

204第四级放气端口

205射流泵

206预混合筒

207出口

208JPSOV

209混合管

210喉部

211上游导管弯曲部

212HPSOV

214第一入口连接部

216止回阀

218止回阀

220高压供应部分

600本体

601混合筒

602射流泵连接凸缘

604第二入口连接部

606喷嘴供应连接部

608直径

610直径

611混合区段

612第一入口角

614第二入口角

616喷嘴

618长度

620入口直径

622出口直径

624中心轴线

800喷嘴

1000喷嘴

1200喷嘴

1202长度

1302射流泵

1304预混合筒

1306喷嘴

1308中心轴线

1310混合区段

1312喷嘴供应连接部

1314第一流体流

1316入口

1318第二入口开口

1320第二流体流

1322第一入口开口区域

1324进入角

1326第三入口开口

1328第三流体流

1330第二入口开口区域

1332进入角

1334出口开口

1336混合管。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求中，将引用多个用语，它们应限定为具有以下含义。

单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用物，除非上下文另有明确的指示。

“可选的”或“可选地”表示后面描述的事件或情形可能发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情况和不发生的情况。

如本文在说明书和权利要求中使用的那样，可应用近似语来修饰表示可容许有变化的任何数量，但不导致与其相关的基本功能改变。因此，由诸如“大致”、“大约”和“基本”等用语或多个用语修饰的值不局限于规定的确切值。在至少一些情况下，近似语可对应于用于测量值的仪器的精度。在这里和说明书和权利要求中，范围限制可组合和/或互换，这样的范围被标识，并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。

本文描述的射流泵系统提供成本有效的方法，它用于使用比目前可用的更短的混合管来对空气管理系统(AMS)提供混合模式放气空气。仅仅按比例缩小标准体系射流泵无法提供充分混合。本文描述的射流泵能够在小于射流泵的混合管部分的长度的四倍的距离中具有完全混合的流。本文描述的实施例使用来自用于飞机环境控制系统(ECS)和机翼防冻(WAI)的燃气涡轮发动机压缩机的第四级较低压端口和/或第十级较高压端口的高压压缩机(HPC)放气。在该示例实施例中，来自第四级的放气可高达核心空气流的大约10%，而来自第十级的放气可高达核心空气流的大约15%。在某些条件下，任何级都可输送所需空气压力，其中第四级在第一压力/温度极限以下运行，而第十级则在第二压力/温度以上运行。混合第四级和第十级放气空气用来在第四级和第十级放气空气可单独供应的能力之间供应空气。特别地，本文描述的实施例使用一个或多个以下特征来在混合区段入口的不到四倍中提供完全形成的混合流。也就是说，特征包括上游导管弯曲部，它促进多个入口之间的不均匀流域，并且促进低压空气流中的漩涡，无需使用漩涡导叶。在引入HP流之前，不同直径的多个低压入口(但接近50-50分流)允许较高速度的LP支线使较低速度的LP支线预先产生漩涡(即，预先使LP流增压，并且在混合导管中产生较好的漩涡)，而且多入口布置成相对于混合流方向成角度，以平衡漩涡与流性能要求(最大程度地减小LP流中的损耗)。特征还包括预混合筒，以最大程度地减小总压力损耗，以及促进高效的漩涡产生，预先产生漩涡，以有利于使HP中心射流在混合区段入口处保持一致，从而允许有较短的中心喷嘴，较短的中心喷嘴的重量较轻，提高有效的混合长度，减小LP损耗，并且改进回流裕度。公开的射流泵系统的特征进一步包括圆锥形中心喷嘴，它通过引起不均匀入口流域围绕喷嘴出口的下游的混合区段中的中心阻挡流动而改进漩涡产生，HP喷嘴设计成使用具有各种构造的叶状物的喷嘴来最大程度地减少LP流和HP流之间的流剪切，所述喷嘴近似于紧凑且轻型的多端口喷嘴。螺旋叶状式喷嘴构造在比先前设计更短的混合区段中产生额外的HP漩涡和额外的混合效力。螺旋叶状喷嘴同时进一步提供额外的LP漩涡。本文描述的射流泵系统在整体范围的发动机功率水平上，以及在广泛范围的LP/HP压力比上高效地运行，这使得能够针对发动机或射流泵效率进行HP压力调整策略，这取决于那时期望有哪个好处。

图1是包括机身102和机翼104的飞机100的透视图。虽然在图1中被示为和描述成翼下发动机，但应当理解的是，本公开同样也适用于机身安装式发动机和滑撬或硬安装式发动机。燃气涡轮发动机106联接到机翼104上，并且构造成对飞机100供应推进功率，而且可为飞机100的各种系统的辅助功率源。例如，燃气涡轮发动机106可对各种系统供应电功率和加压空气。在一个示例中，燃气涡轮发动机106将加压空气供应给飞机空气管理系统(AMS)108。在各种实施例中，燃气涡轮发动机106通过第一高压管道110供应较高压力的空气，并且通过第二低压管道112供应较低压力的空气。在其它实施例中，较高压力的空气、较低压力的空气，以及较高压力的空气和较低压力的空气的组合在燃气涡轮发动机106附近产生，并且通过单个管道引导到AMS108，例如，第一高压管道110或第二低压管道112。

图2是飞机空气管理系统(AMS)供应源200的三维(3D)等距管道视图。AMS供应源200包括：高压(HP)源，诸如(但不限于)一个或多个压缩机第十级放气端口202；低压(LP)源，诸如(但不限于)一个或多个压缩机第四级放气端口204。来自端口202和204的各种组合的空气对射流泵205提供高压、低压和混合模式流，射流泵205通过射流泵出口207供应到下游AMS。典型地，直接从相应的发动机的放气端口202和204供应HP流和LP流。通过射流泵205供应混合模式放气。射流泵205接收HP和LP空气流两者，在预混合筒206中以可选比例混合流，并且通过混合管209将混合模式放气空气输送到AMS。上游导管弯曲部211促进多个入口之间的不均匀流域，从而促进低压流中的漩涡，无需使用漩涡导叶。

射流泵关闭阀(JPSOV)208进行调节，以将高压空气供应到射流泵205的喉部210。高压关闭阀(HPSOV)212进行调节，以将高压空气从第十级端口202供应到第一入口214。止回阀216和218防止从第十级端口202到第四级放气端口204有回流。

AMS供应源200在三个模式中运行，其中从低压第四级放气端口204，从高压放气端口202，以及从低压第四级放气端口204和高压放气端口202的混合供应对出口207进行供应。在第一模式中，从低压第四级放气端口204对出口207进行供应，其中JPSOV 208和HPSOV 212两者处于关闭位置。在第二模式中，从高压放气端口202对出口207进行供应，其中JPSOV 208处于关闭位置，并且HPSOV 212处于打开位置。第三模式是射流泵模式，其中HPSOV 212处于关闭位置，并且JPSOV 208处于打开位置。当处于打开位置时，JPSOV 208调节，以调节来自AMS供应源200的高压供应部分220的单个支线的流。

流传感器构造成测从第十级中抽取的通往AMS供应源200的流量。第十级放气测量值用来根据预定空气管理安排，保持发动机106的运行。来自第十级的放气空气可影响发动机106的其它级。针对各种流率，使用第十级流率的范围图来确定对发动机106的影响。在会影响发动机106的性能的推力方案和现场(fielding)方案中说明第十级放气流率。

图3是飞机空气管理系统(AMS)供应源200(在图2中显示)的一部分的三维(3D)等距管道视图。图4是飞机空气管理系统(AMS)供应源200(在图3中显示)的一部分的平面图。图5是飞机空气管理系统(AMS)供应源200(在图2中显示)的一部分的正视图。

图6是混合筒601的侧视图，部分地切除了一部分。在该示例实施例中，混合筒601包括：本体600，它包括射流泵连接凸缘602；第一入口连接部214；第二入口连接部604；以及喷嘴供应连接部606。第一入口连接部214和第二入口连接部604各自分别包括直径608和610。在该示例实施例中，直径608小于直径610，以从不同的位置以不同的速度对射流泵205提供空气。在引入高压流之前，不同直径的的多个入口(但接近50-50分流)容许较高速度的低压流使速度较低的低压流预先产生漩涡(即，对低压流预增压，以在混合筒601中较好地产生漩涡)。另外，第一入口连接部214构造成以第一入口角612将流引导到混合区段611中，并且第二入口连接部604构造成以第二入口角614将流引导到混合区段611中。从基本相反的方向以不同的速度，以及以预定入口角将空气输送到混合区段611会促进在混合区段611内发生漩涡和混合，以及促进空气进入到混合管209中(在图2中显示)。喷嘴616接收来自高压压缩机第十级放气端口202的空气，使空气加速进入到射流泵205中。喷嘴616包括长度618、入口直径620、出口直径622和中心轴线624。

图7是从下面向上看到射流泵连接凸缘602中的混合筒601的视图，其中喷嘴616具有图6中显示的圆锥形形状。图8是从下面向上看到射流泵连接凸缘602中的混合筒601的视图，其中喷嘴800具有叶状形状。叶状形状模仿多端口弹射器，它有效地延长高压流和低压流之间的剪切层，从而减小损耗。另外，除了叶状之外的形状是可行的，而且具有更多或更少叶状物的形状也是可行的。

图9是混合筒601的平面图，其中喷嘴800具有图8中显示的叶状形状。图10是混合筒601的平面图，其中喷嘴1000具有还提高流剪切的备选形状。图11是混合筒601的平面图，其中喷嘴1100具有也提高流剪切的另一个备选形状。

图12是包括螺旋叶状形状的喷嘴1200的侧视图。叶状物沿着它们的长度1202扭转，以促进高压流和低压流中的漩涡，额外地改进混合长度。

图13是显示根据本公开的示例实施例的通过射流泵1302的混合流的3D等距视图。在该示例实施例中，射流泵1302包括预混合筒1304。预混合筒1304包括具有中心轴线1308的喷嘴1306、至少部分地包围喷嘴1306的混合区段1310、第一入口开口或喷嘴供应连接部1312，它构造成接收来自第一加压流体源(未显示)的第一流体流1314，并且将第一流体流1314引导到喷嘴1306的入口1316。

预混合筒1304还包括第二入口开口1318，它构造成接收来自第二加压流体源(未显示)的第二流体流1320，并且将第二流体流1320引导到混合区段1310。第二入口开口1318包括第一入口开口区域1322，并且以进入预混合筒1304中的进入角1324定向，进入角1324相对于中心轴线1308倾斜。

第三入口开口1326构造成接收来自第二加压流体源(未显示)的第三流体流1328，并且将第三流体流1328引导到混合区段1310。第三入口开口1326包括第二入口开口区域1330和进入预混合筒1304中的进入角1332，进入角1332相对于中心轴线1308倾斜。出口开口1334构造成将第一流、第二流1320和第三流1328从预混合筒1304引导到混合管1336中，混合管1336与中心轴线1308对齐地从出口开口1334延伸。由于低压流的支线的入口开口的直径不同或面积不同，以及由于开口定向成将流引导向出口的角，以及由于入口管道的预定弯曲部在入口开口上产生的流量梯度不均匀，所以两个低压流在预混合筒1304中的预漩涡流中相互作用，这有利于在混合区段入口处的HP中心射流处保持一致性，从而允许中心喷嘴较短。这种构造容许重量较轻的射流泵的有效混合长度增加，与LP流相关联的损耗较小，以及改进回流裕度。圆锥形中心喷嘴1306通过引起不均匀入口低压流域围绕混合区段的中心阻挡流动，来改进漩涡产生。喷嘴1306还构造成使用叶状构造来最大程度减小LP流和HP流之间的流剪切，叶状构造近似于紧凑且轻型的多端口弹射器。在各种实施例中，其它喷嘴形状和设计可满足相同的目标。螺旋叶状构造还在甚至更短的混合区段中产生额外的HP漩涡和额外的混合效力，并且同时产生额外的LP漩涡。本文描述的射流泵系统在整个范围的发动机功率水平上，以及在广泛范围的LP/HP压力比上高效地运行。

虽然可在一些图中显示本公开的各种实施例的具体特征，而在其它图中不显示，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可结合任何其它图的任何特征来引用和/或要求保护图的任何特征。

本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本公开的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。