專利名稱：用于航空發(fā)動機高溫部件的冷卻系統(tǒng)及裝有該系統(tǒng)的航空發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來冷卻航空發(fā)動機高溫部件的冷卻系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明尤其涉及一種含有一組熱交換器的冷卻系統(tǒng)，用來冷卻航空發(fā)動機的高溫部件，例如航空發(fā)動機中的高壓渦輪葉片。
本發(fā)明還涉及一種裝配有這種冷卻系統(tǒng)的航空發(fā)動機。
背景技術(shù)：
眾所周知，通常在航空發(fā)動機中安裝熱交換器來冷卻發(fā)動機的高溫部件。
法國文獻(xiàn)FR 2 400 618公開了一種使用空氣/空氣式冷卻系統(tǒng)的渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動機及相關(guān)的冷卻方法。諸如固定及活動的高壓渦輪葉片等高溫部件由冷卻空氣冷卻，該冷卻空氣源于從壓縮機或壓縮機級間的出口排出的部分一次空氣。冷卻高溫部件的空氣在經(jīng)過待冷卻部件之前自身首先被冷卻，其是通過途經(jīng)安裝在較冷氣流中的熱交換器中的內(nèi)部管道被冷卻的。該較冷空氣流源自部分風(fēng)扇摻冷空氣或二次空氣。它從風(fēng)管排出，準(zhǔn)確地說該風(fēng)管位于一環(huán)流通道中，環(huán)形通道的一端限定在燃?xì)獍l(fā)生器上，另一端限定在圍繞該燃?xì)獍l(fā)生器部分長度的殼體上。通過殼體排出的這部分摻冷空氣進(jìn)入擴散區(qū)，在這里動態(tài)空氣壓力被很大程度地恢復(fù)，接著傳輸通過熱交換器，在熱交換器中吸收從壓縮機排出的冷卻空氣中的熱量。一旦它完成了對冷卻高溫部件的氣體的冷卻，這部分摻冷空氣就返回到風(fēng)管，它的靜態(tài)壓力也回到風(fēng)管中的靜態(tài)壓力水平。
文獻(xiàn)US 5 269 135公開了一種使用空氣/燃油式冷卻系統(tǒng)，其包括至少一個以燃油為循環(huán)介質(zhì)的熱交換器。該熱交換器被設(shè)置于氣流中，在該氣流中，從風(fēng)管上游側(cè)排出的較冷氣體循環(huán)流動后在風(fēng)管下游側(cè)又回到風(fēng)管中。該通道的一部分由風(fēng)管內(nèi)壁限定形成。
前述的冷卻系統(tǒng)有很多缺點。
第一個缺點涉及發(fā)動機維護，特別是燃?xì)獍l(fā)生器的維護。如果沒有冷卻系統(tǒng)，打開發(fā)動機機艙的艙蓋就可直接接觸發(fā)動機進(jìn)行維護，特別是對噴油器的維護。依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的冷卻系統(tǒng)中，特別是如果將殼體圍繞燃?xì)獍l(fā)生器或固定于機艙的通道布置時，維護某些發(fā)動機部件變得很困難。
依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的系統(tǒng)的第二個缺點是用于冷卻熱交換器中的循環(huán)液體的較冷空氣在風(fēng)管的下游端又回到風(fēng)管中。因此在該位置它的壓力又回到風(fēng)管中的壓力的水平。存在氣體可能沿反方向循環(huán)或根本不循環(huán)的風(fēng)險，這可能使熱交換器根本不能工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺點的解決方案。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用來冷卻航空發(fā)動機的高溫部件的冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于安置在機艙中的航空發(fā)動機上，一次空氣流流經(jīng)發(fā)動機內(nèi)部，二次空氣流在機艙內(nèi)部圍繞發(fā)動機流過。冷卻系統(tǒng)包括至少一個通道，該通道抽取二次空氣流中的冷空氣；至少一個熱交換器，其位于通道中，來自一次空氣流的熱空氣在到達(dá)高溫部件之前在該熱交換器中被冷卻。所述至少一個通道包括下列三個部件供氣管道，位于所述至少一個熱交換器的上游端，所述供氣管道固定于機艙上；排氣管道，位于所述至少一個熱交換器的下游端，所述排氣管道固定于機艙上；中間箱體，位于供氣管道和排氣管道之間，中間箱體固定于發(fā)動機上，熱交換器位于該中間箱體中。
較佳地，中間箱體的縱截面大致呈矩形。
優(yōu)選地，中間箱體縱截面大致呈梯形輪廓，其中大底朝向發(fā)動機，小底朝向機艙。
優(yōu)選地，冷卻系統(tǒng)還包括供氣管道和中間箱體之間的上游密封件以及位于中間箱體和排氣管道之間的下游密封件。
根據(jù)本發(fā)明，每個熱交換器連接有至少一個進(jìn)氣管，從熱的一次空氣流中吸入空氣，并將其送入熱交換器中冷卻，及至少一個回氣管，將在熱交換器中冷卻過的空氣集中起來，并使其返回到發(fā)動機的高溫部件以對它們進(jìn)行冷卻。
優(yōu)選地，每個進(jìn)氣管包括位于其末端的用于將其固定到發(fā)動機的連接法蘭。類似地，每個回氣管包括位于其末端的用于將其固定到發(fā)動機的連接法蘭。所有這些連接法蘭將箱體和發(fā)動機機械連接。
根據(jù)一個變通例，至少一個進(jìn)氣管具有閥。
根據(jù)另一個變通例，至少一個回氣管具有閥。
根據(jù)一個具體的變通例，每個熱交換器連接有四個進(jìn)氣管和四個回氣管。
根據(jù)本發(fā)明，每個通道的排氣管道的出口在下游端在機艙噴口的出口處或超出機艙噴口的出口處打開。因此，從排氣管道排出的氣體壓力等于大氣壓。因而，消除了熱交換器中空氣回流的危險，并且，熱交換器中的壓力損耗增加。
根據(jù)一個優(yōu)選變通例，每個通道的供氣管道的出口部分(截面)比它的入口部分(截面)大。
根據(jù)另一個優(yōu)選變通例，每個通道的排氣管道的出口部分(截面)小于它的入口部分(截面)。
優(yōu)選地，冷卻系統(tǒng)包括至少兩個圍繞發(fā)動機周向布置的熱交換器，其中每個熱交換器置于各自的通道中。更優(yōu)選地，包括四個熱交換器。
根據(jù)另一個變形，冷卻系統(tǒng)包括一個圍繞發(fā)動機沿周緣延伸的單個的熱交換器，其中該熱交換器置于一個單一的相應(yīng)的環(huán)形通道中。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，涉及一種裝備有根據(jù)本發(fā)明第一方面的冷卻系統(tǒng)的航空發(fā)動機。


參照附圖，閱讀過下述本發(fā)明具體實施例的詳細(xì)描述后，將能更好地理解本發(fā)明，實施例的目的是為了闡明本發(fā)明，決不是限定。
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的包括冷卻系統(tǒng)的航空發(fā)動機的剖視示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的包括冷卻系統(tǒng)的航空發(fā)動機的尾側(cè)的后部透視圖；及圖3所示為發(fā)動機的另一后部透視示意圖，其中，尾部已從冷卻系統(tǒng)處移開，顯示了通過熱交換器布局的一個截面。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了具有旋轉(zhuǎn)軸線12的航空發(fā)動機10。
我們知道，發(fā)動機10包括低壓壓氣機級14、中壓壓氣機級16、高壓壓氣機級18、燃燒室20和渦輪22。航空發(fā)動機10被機艙24所包圍，機艙的終端形成噴口26。
我們知道，箭頭100表示的一次空氣流在發(fā)動機10內(nèi)循環(huán)。一次空氣流在到達(dá)渦輪22之前，路經(jīng)壓氣機級14、16、18時被加熱。
我們知道，箭頭200表示的二次空氣流在機艙24內(nèi)部圍繞在發(fā)動機10外部循環(huán)流動。發(fā)動機10外部的二次空氣200的溫度比發(fā)動機10內(nèi)部的一次空氣100低。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)動機10包括為了冷卻諸如渦輪葉片22等發(fā)動機10的高溫部件而設(shè)計的冷卻系統(tǒng)30。該冷卻系統(tǒng)的原理為，首先對空氣進(jìn)行冷卻，再使其流入或流過待冷卻的高溫部件。
該冷卻系統(tǒng)30包括至少一個通道32，從機艙24的二次空氣流中抽取的空氣在其中循環(huán)(如箭頭300、400所示)，以及至少一個熱交換器34，位于該通道32中。舉例來說，該熱交換器可為管式熱交換器或板式熱換熱器。
每個通道32包括三個相繼的部件供氣管道322，固定于機艙24且位于氣流方向(箭頭100、200、300、400)的上游端；排氣管道326，固定于機艙24且位于氣流方向(箭頭100、200、300、400)的下游端；中間箱體324，固定于發(fā)動機10且位于供氣管道322和排氣管道326之間。
供氣管道322和中間箱體324之間的接合部342要確保供氣管道322的出口部分323和中間箱體324的入口部分328之間的連續(xù)性，為此兩部分的尺寸要大致相等。該接合部342包括在上游端的密封件(未示出)，其與所述兩部分配合。
類似地，使用中間箱體324和排氣管道326之間的接合部346要確保中間箱體324的出口部分329和排氣管道326的入口部分325之間的連續(xù)性，為此兩部分的尺寸要大致相等。該接合部346包括在下游端的密封件(未示出)，其與所述兩部分配合。
優(yōu)選地，在相應(yīng)接合部342、346處的中間箱體324的末端部分的縱截面近似為梯形，其大底朝向發(fā)動機10，小底朝向機艙24。
位于供氣管道322的入口處的通道32的入口321可以是靜態(tài)氣體或動態(tài)氣體入口。
通道32的出口327即為排氣管道326的出口，其被布置成與機艙24的噴口的自由端大致位于同一位置。因此，通過排氣管道326排出的氣體壓力等于大氣壓。
熱交換器34置于通道32的中間箱體324中。
該中間箱體324朝向發(fā)動機10并與其保持一定距離。使用至少一個進(jìn)氣管42和至少一個回氣管44將中間箱體324連接到發(fā)動機10，其中進(jìn)氣管用于將從壓氣機14、16、18的出口排出的空氣引入(箭頭420)到熱交換器34，以冷卻該空氣，回氣管用于將該冷卻過的空氣傳輸?shù)綔u輪22(箭頭440)。
圖2和圖3更詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的一個實例，該冷卻系統(tǒng)包括四個沿機艙24周緣分布的通道32。為簡化附圖，發(fā)動機10未示出。箭頭200表示二次空氣的流向，從而指出了通道32的上游端和下游端。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的實例，更具體地示出了通道32與它們的供氣管道322和排氣管道326。
根據(jù)所示的冷卻系統(tǒng)的該實施例，供氣管道322的入口部分321比它們的出口部分323的尺寸小。因此，源自機艙24的空氣(箭頭300)在到達(dá)熱交換器34之前于供氣管道322中被冷卻，在熱交換器處，該空氣通過與熱交換器的接觸被加熱。類似地，排氣管道326的入口部分325與它們的出口部分327相同。因此，通過與熱交換器34的接觸而變熱的空氣(箭頭400)在排出之前在排氣管道326中不會增加速度，以限制壓力損失。
圖3僅示出了通道32的供氣管道322及中間箱體324。
該圖詳細(xì)示出了中間箱體324及進(jìn)氣管42和回氣管44，熱交換器34置于中間箱體324中。在該示出的實例中，每個中間箱體324在其上游端布置有四個進(jìn)氣管42。近似地，每個中間箱體324的下游端設(shè)有四個回氣管44。發(fā)動機的進(jìn)氣管42和回氣管44的位于發(fā)動機側(cè)的終端形成連接法蘭43，該連接法蘭用于將中間箱體324和所述發(fā)動機10固定在一起。因此，進(jìn)氣管42和回氣管44也被用作中間箱體324的連接裝置，從而使熱交換器34連接在發(fā)動機10上。
進(jìn)氣管42固定于每個中間箱體324的分配裝置46上，分配裝置46用于配置位于中間箱體324中的熱交換器34的所有管子或所有板。通過與熱交換器34接觸而冷卻的空氣被集中到集氣管48上，回氣管44固定于該集氣管上。
在該圖中示出的實例中，進(jìn)氣管42近似于直管，直接從壓氣機14、16、18的出口抽取空氣，并將該空氣送到熱交換器34。回氣管44呈彎曲狀，將流經(jīng)熱交換器34的空氣回輸?shù)綔u輪22的入口的更下游的位置。
上述的冷卻系統(tǒng)具有許多優(yōu)點。
第一個優(yōu)點涉及諸如噴油器(未示出)等一些發(fā)動機部件10的維護。在本發(fā)明中，每個通道32的供氣管道322和排氣管道326固定于機艙24，而中間箱體324固定于發(fā)動機10。接著，優(yōu)選地，將供氣管道322和排氣管道326固定到機艙24的打開的艙蓋(未示出)上。因此，當(dāng)打開艙蓋時，這兩個管道322、326隨著艙蓋同時被抬起，而含有一個或多個熱交換器34的中間箱體324保持固定于發(fā)動機10上。因此，即使有通道32的存在，操作者也很容易接觸發(fā)動機，因為通道由3個獨立的部件322、324和326組成。
由于進(jìn)氣管42和回氣管44的存在，中間箱體324與發(fā)動機10保持一定距離，操作者，可以很容易接觸到發(fā)動機部件，即便這種部件位于中間箱體324自身下方的區(qū)域，也可以通過從進(jìn)氣管42和回氣管44之間穿過，接觸到該部件。因此，為了在維護發(fā)動機10時易于接近噴油器，需要將中間箱體324置于面對燃燒室20的位置。
另一優(yōu)點涉及中間箱體324的梯形輪廓外形。這種形狀可以使得當(dāng)機艙24的艙蓋關(guān)閉時，每個通道32的供氣管道322的出口部分323覆蓋中間箱體324的入口部分328。類似地，排氣管道326的入口部分325覆蓋中間箱體324的出口部分329。這種布置在艙蓋關(guān)閉時可以使供氣管道322與排氣管道326、中間箱體324相匹配，并因此確保通道32在接合部342和346處密封良好。通過在接合部342和346周圍設(shè)置密封件，可以提高密封性能。
已描述的冷卻系統(tǒng)為被動冷卻系統(tǒng)，換言之，高壓壓氣機18處排出的空氣流(箭頭420)與高壓渦輪22中的冷卻空氣流(箭頭440)成比例。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以設(shè)想一個主動冷卻系統(tǒng)，其在進(jìn)氣管42上或回氣管44上包括至少一個閥(未示出)。根據(jù)不同的飛行狀態(tài)，通過控制打開和/或關(guān)閉這些閥，可以改善在發(fā)動機質(zhì)量增加時受到影響的發(fā)動機的飛行性能。
在上述的冷卻系統(tǒng)中，每個熱交換器設(shè)有四個進(jìn)氣管和回氣管。進(jìn)氣管的數(shù)目和回氣管的數(shù)目也可以不是四個，和/或彼此數(shù)目不同，這也并不脫出本發(fā)明的范圍。
在上述的冷卻系統(tǒng)中，通道的出口與機艙噴口的自由端一致?？梢韵胂笸ǖ涝谙掠畏较蚩梢猿鰴C艙噴口的自由端。
權(quán)利要求
1.用來冷卻航空發(fā)動機(10)的高溫部件(22)的冷卻系統(tǒng)(30)，所述航空發(fā)動機(10)裝在發(fā)動機艙(24)內(nèi)，一次空氣流(100)流經(jīng)發(fā)動機內(nèi)部，二次空氣流(200)在機艙(24)內(nèi)中圍繞發(fā)動機(10)流過，冷卻系統(tǒng)(30)具有如下特征它包括至少一個通道(32)和至少一個熱交換器(34)，所述通道用來吸入二次空氣流(200)中的冷空氣(300)；所述熱交換器位于所述通道(32)中，來自一次空氣流(100)的熱空氣(420)在到達(dá)(440)高溫部件(22)以對其進(jìn)行冷卻之前，在所述熱交換器中循環(huán)以被冷卻，其中所述至少一個通道(32)包括下列三個部件供氣管道(322)，位于所述至少一個熱交換器(34)的上游端，所述供氣管道(322)固定于所述機艙(24)上；排氣管道(326)，位于所述至少一個熱交換器(34)的下游端，所述排氣管道(326)固定于所述機艙(24)上；中間箱體(324)，位于所述供氣管道(322)和所述排氣管道(326)之間，所述中間箱體(324)固定于所述發(fā)動機(10)上，所述至少一個熱交換器(34)位于所述中間箱體(324)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述中間箱體(324)的縱截面大致呈梯形輪廓，其中的大底朝向發(fā)動機(10)，小底朝向機艙(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括位于所述供氣管道(322)和所述中間箱體(324)之間的上游密封件，以及位于所述中間箱體(324)和所述排氣管道(326)之間的下游密封件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述每個中間箱體(324)連接有至少一個進(jìn)氣管(42)，從所述熱的一次空氣流(100)中吸入空氣(420)，并將其送入熱交換器(34)中對其進(jìn)行冷卻，以及至少一個回氣管(44)，將在熱交換器(34)中冷卻過的空氣(440)集中起來，并使其返回到發(fā)動機(10)的高溫部件(22)以對它們進(jìn)行冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，每個進(jìn)氣管(42)和每個回氣管(44)都包括一個位于其末端用于將其固定到發(fā)動機(10)上的連接法蘭(43)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，至少一個所述進(jìn)氣管(42)上設(shè)置有閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，至少一個所述回氣管(44)上設(shè)置有閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，每個中間箱體(324)都連接有四個進(jìn)氣管(42)和四個回氣管(44)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，每個通道(32)的排氣管道(326)的出口(327)在下游端在機艙(24)的噴口(26)的出口處或超出所述出口處打開。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，每個通道(32)的供氣管道(322)的出口部分(323)比它的入口部分(321)大。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，每個通道(32)的排氣管道(326)的出口部分(327)與它的入口部分(325)相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，它包括至少兩個圍繞所述發(fā)動機(10)周向布置的熱交換器(34)，其中每個熱交換器(34)置于各自的通道(32)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)，其特征在于，它包括一個圍繞所述發(fā)動機(10)的整個周緣延伸的單個的熱交換器(34)，其中所述熱交換器(34)置于一個單一的相應(yīng)的環(huán)形通道(32)中。
14.一種航空發(fā)動機(10)，其特征在于，所述發(fā)動機配備有根據(jù)前述權(quán)利要求1至13中任一項所述的冷卻系統(tǒng)(30)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種航空發(fā)動機(10)用的冷卻系統(tǒng)(30)，包括通道(32)，用來吸入位于二次空氣流(200)中的冷空氣(300)，以及熱交換器(34)，位于通道(32)中，熱空氣在其中流通。通道(32)包括固定于機艙(24)上的供氣管道(322)和排氣管道(326)，以及中間箱體(324)，位于供氣管道(322)和排氣管道(326)之間，固定于發(fā)動機上(10)，在其內(nèi)安置有熱交換器(34)。該冷卻系統(tǒng)用來冷卻在航空發(fā)動機(10)的高溫部件(22)。
文檔編號F02K3/02GK1624307SQ20051000203
公開日2005年6月8日 申請日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月13日
發(fā)明者布魯諾·博伊廷, 喬治·馬佐, 勞倫特·帕爾米薩諾, 樊尚·豐凱爾尼, 迪迪埃·伊馮 申請人:斯奈克瑪馬達(dá)公司