專利名稱：集成的電可變面積風扇噴嘴反推致動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本公開總體涉及飛機引擎機艙結構，其包括使用公共致動器的可變面積噴嘴與反推系統(tǒng)。
背景技術：
燃氣渦輪發(fā)動機安裝于飛機引擎機艙結構中，該飛機引擎機場結構包括結構與可移動面板，其用于優(yōu)化發(fā)動機運轉。很多飛機引擎機艙結構同時包括可變面積風扇噴嘴(VAFN)與反推致動系統(tǒng)(TRAS)。這些系統(tǒng)通常是完全獨立的，并且需要獨立的高性能致動 系統(tǒng)以實現(xiàn)適當?shù)娘w機和/或發(fā)動機性能?？梢噪姤鼗蛞毫Φ貫檫@些系統(tǒng)提供動力。

發(fā)明內容
公開了集成的VAFN與TRAS系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)包括用于調節(jié)旁通流的出ロ面積的可移動表面以及被移動以便沿反推方向轉移排放流的整流罩。VAFN包括左右側表面，其可移動，以調節(jié)核心引擎機艙與風扇引擎機艙之間的出口面積。TRAS包括左右整流罩，其可移動至沿反向引導排放流的位置。表面與整流罩兩者被連接成通過共同致動器裝置移動。動力驅動單元通過變速箱或其他連接機構驅動每個致動器，以使得ー個共同馬達或馬達組合用于驅動所有致動器。反推器的整流罩的操作與運動由一系列繁多的與可單獨致動的鎖控制。反推器可以僅響應于每一個鎖都被致動至解鎖狀態(tài)而移動至打開或展開的位置。從以下的說明與附圖中，可以最佳的理解此處公開的這些與其他特征，以下為簡要說明。


圖I為示例的燃氣渦輪發(fā)動機與飛機引擎機艙的示意圖。圖2為示例的飛機引擎機艙的透視圖。圖3為示例的集成的風扇噴嘴與反推致動系統(tǒng)的示意圖。圖4為另一不例的集成的風扇噴嘴與反推致動系統(tǒng)的不意圖。
具體實施例方式圖I與2示意性地示例了從發(fā)動機艙組件14中的吊架12懸掛的燃氣渦輪風扇發(fā)動機10。渦輪風扇發(fā)動機10包括核心引擎機艙18中的核心發(fā)動機16，其支撐低軸20與高軸22。低軸20包括低壓壓縮機24與低壓渦輪機26。低軸20還驅動風扇3。齒輪傳動系36可以包括在低軸20與風扇34之間。高軸22包括高壓壓縮機28與高壓渦輪機30。燃燒器32布置于高壓壓縮機28與高壓渦輪機30之間。低軸與高軸20、22圍繞發(fā)動機旋轉軸線A旋轉。示例的燃氣渦輪發(fā)動機10為高旁通齒輪傳動的渦輪風扇飛機發(fā)動機。發(fā)動機旁通比大于10 (10)，風扇直徑顯著地大于低壓壓縮機24的直徑，并且低壓渦輪機26可以具有大于5的壓カ比。在示例的例子中，風扇34容納于風扇引擎機艙38中，并且由低軸20通過齒輪傳動系36驅動。示例的齒輪傳動系36為周轉齒輪系,例如行星齒輪系統(tǒng)或其他具有大于2. 5齒輪減速比的齒輪系統(tǒng)。然而，應該理解的是，以上參數(shù)僅是齒輪傳動的渦輪風扇發(fā)動機的示例性參數(shù)，本發(fā)明同樣還可應用于其他燃氣渦輪發(fā)動機。氣流進入圍繞風扇34并且至少部分地圍繞核心機艙18的風扇引擎機艙38。通過低壓與高壓壓縮機24、28壓縮進入核心發(fā)動機16的氣流，其與燃燒室32中的燃料相混合，并且被點燃以產生高壓流動流40。高壓流動流40排出燃燒室32，并且驅動高壓與低壓渦輪機30、26。渦輪機30、26依次驅動相應的壓縮機24、28。低壓渦輪機26還驅動風扇34，這可以通過齒輪傳動系36。來自發(fā)動機核心16的廢氣穿過限定于核心引擎機艙18的后部上的核心噴嘴42排出?！づ酝髀?4限定于核心引擎機艙18與風扇引擎機艙38之間。發(fā)動機10產生高旁通流B，其通過核心引擎機艙18與風扇引擎機艙38之間的大體環(huán)形空間被傳遞。旁通流B通過可變面積風扇噴嘴(VAFN) 46排出，該可變面積風扇噴嘴(VAFN) 46調節(jié)核心引擎機艙18與風扇引擎機艙38之間的環(huán)形出ロ面積。支撐核心發(fā)動機16的吊架結構12的上部與下部各占據(jù)環(huán)形面積48的一部分。推力為密度、速度以及面積的函數(shù)?？梢圆僮鬟@些參數(shù)中的ー個或多個，以改變由旁通流B提供的推力的大小與方向。VAFN 46改變物理面積與幾何形狀，以操作由旁通流B提供的推力。然而，應該理解的是，出口面積48可以通過其他結構變化而有效改變。而且，應該理解的是，有效的改變出ロ面積48并不限于靠近風扇引擎機艙38出口的物理位置，而是可以包括其他位置處的旁通流B的改變。VAFN 46限定了用于軸向排出由發(fā)動機10的上游風扇34加壓的風扇旁通流B的出ロ面積48。由于高旁通比，顯著數(shù)量的推力由旁通流B提供。示例的引擎機艙14進ー步包括反推致動系統(tǒng)(TRAS)50，其一旦運行后，便沿反推方向引導旁通流B與來自核心發(fā)動機16的排放，以減慢或制動飛機。TRAS 50 (圖3)包括至少兩個可從圖2中示例的收起位置移動至沿反推方向阻塞與引導排氣流的展開位置(未示出)的整流罩52。VAFN 46包括在TRAS整流罩52后部的用于調節(jié)出ロ面積的可移動表面。VAFN 46的移動在整個飛機的操作過程中都可發(fā)生，然而，只有在飛機處于地面上時TRAS 50才展開。參照圖3，示意性地示例了集成的VAFN與TRAS系統(tǒng)15，其包括具有至少兩個可移動的表面54A-B的VAFN 46。在示例的例子中，VAFN 46包括徑向向內可移動的右側表面54A與左側表面54B，以調節(jié)核心引擎機艙18與風扇引擎機艙38之間的出口面積。TRAS 50包括右側整流罩52A與左側整流罩52B。VAFN的右側表面54A與TRAS 50的右側整流罩52A連接在一起，以使得兩者均通過共同的致動器裝置移動。相似地，VAFN 46的左側表面54B與TRAS 50的左側整流罩52B連接在一起，并且通過共同致動器裝置58A-B移動。集成的VAFN與TRAS系統(tǒng)15包括右側60與左側62。右側60與左側62基本上相同，以使得每個均包括TRAS系統(tǒng)的平移整流罩52A-B以及VAFN的可移動表面54A-B。右側60與左側62的每ー個均包括兩個致動器56A-B，58A-B,兩個致動器均連接至相應的整流罩52A-B與表面54A-B。每個致動器56A-B，58A-B均通過相應的變速箱64A-B，66A-B由單個動カ驅動單元(PDU) 68驅動。I3DU 68用于驅動變速箱64A-B，66A-B，并且從而通過共同驅動系統(tǒng)驅動右側60與左側62的每個上的所有致動器56A-B，58A-B。示例的rou 68包括制動器70，其用于致動器56A-B，58A-B的移動的控制。PDU 68為變速箱，其依次由馬達72驅動。rou 68通過機械連桿，例如傳統(tǒng)轉矩管或柔性軸裝置驅動相應的致動器56A-B，58A-B。示例的I3DU 68通過減速箱由電馬達72驅動，并且包括制動器70。在該示例中，馬達72為電馬達，其由馬達控制器74控制。馬達控制器74依次由已知的全權限數(shù)字發(fā)動機控制器(FADEC) 76的主控裝置控制。FADEC 76控制飛機的額外零件與系統(tǒng)，以使得不同功能之間的關系可以按照要求協(xié)調起來。FADEC 76從以78示意性表示的各種飛機電子設備接收信息，這些信息提供表示飛機狀態(tài)與操作的數(shù)據(jù)。 應該理解，盡管公開了電馬達，但液壓動カ馬達也可以使用，并且在本發(fā)明的意圖之中。每個致動器56A-B，58A-B均包括驅動VAFN 46的相應表面54A-B的第一部分80以及驅動TRAS 50的相應整流罩52A-B的第二部分82。在集成系統(tǒng)的每ー側60，62之上提供兩個致動器，以提供冗余，以確保萬一系統(tǒng)的一部分未按要求工作時的操作。通過相應的變速箱64A-B，66A-B驅動每個致動器56A-B，58A-B,并且每個致動器56A-B，58A-B均包括鎖止機構84A-B，86A-B。在鎖止位置，僅可以操作移動VAFN 46的致動器56A-B，58A-B的第一部分80。當需要展開TRAS 50的整流罩52A-B時，要命令相應的鎖止機構84A-B，86A-B移動至解鎖位置。在解鎖位置，整流罩52A-B響應于相應致動器56A-B，58A-B的第二部分82的運動而自由運動。內置傳感器88向FADEC 76提供反饋以信號通知致動器56A-B，58A-B處于鎖止或解鎖位置。馬達控制器74將動カ提供給馬達72，并且調整馬達速度。如果需要中斷集成的VAFN與TRAS 15的操作，可以經由飛機控制器或FADEC 76操作電觸點90，以斷開對馬達控制器74的電源。位于每個致動器56A-B，58A-B中或附近的位置傳感器92，向馬達控制器74提供反饋，以準確驅動整流罩52A-B或者表面54A-B進入合適的位置與需要的狀態(tài)。馬達控制器74包含控制邏輯，以根據(jù)所需的系統(tǒng)性能說明驅動相應致動器56A-B,58A-B的驅動VAFN 46的第一部分80或者驅動TRAS 50的第二部分82。每個整流罩52A-B均通過整流罩鎖94A-B鎖止在合適的位置上。整流罩鎖94A-B由飛機控制器78控制，以防止開啟，直至需要時才開啟。應該知道的是，TRAS的操作僅限于某些狀態(tài)下例如當飛機處于地面上時，并且在大多數(shù)操作狀態(tài)下是不能被致動的。因此，示例的系統(tǒng)15包括冗余的鎖止零件，所有鎖止零件在整流罩52A-B的運動發(fā)生之前必須置于解鎖狀態(tài)。在該示例中，每個側面60、62上的每個致動器56A-B，58A-B均包括獨立操作的鎖84A-B，86A-B。進一歩，整流罩鎖94A-B也獨立操作。如果致動器56A-B，58A-B中任意ー個上的鎖84A-B，86A-B中的任ー個，或者整流罩鎖94A-B未處于解鎖，整流罩52A-B則將不移動至改變推力方向的展開位置。VAFN表面54A-B可以完全獨立于TRAS整流罩52A-B而操作，盡管每個均連接至共同致動器56A-B，58A-B。VAFN系統(tǒng)接收來自FADEC 76的指令，并且可以被命令收起(關閉)，完全打開，或至它們之間的任意設定點。因此，僅VAFN表面54A-B可以獨立運動，同吋，TRAS整流罩52A-B保留在收起與鎖止位置。通過使用三個獨立操作的鎖止機構84A-B，86A-B以及94A-B，防止TRAS整流罩52A-B無意的展開。在操作中，TRAS 50經由解鎖整流罩鎖94A-B的“預位電門(Arm Switch)”接收來自飛行員的初始指令。將開啟/關閉鎖信號反饋至FADEC 76。FADEC 76隨后驅動第一部分82或TRAS致動器，以從收起位置移動相應的整流罩52A-B，從而從整流罩鎖94A-B釋放可能阻止釋放的任何載荷。隨后經由飛機電子設備78命令相應的致動器鎖84A-B，86A-B至解鎖位置。第三鎖止機構為低TRAS致動器鎖。一旦證實所有TRAS定序鎖開啟，F(xiàn)ADEC 76命令H)U 68驅動每個致動器56A-B，58A-B的第一部分82進入全展開的開啟位置，從而將整流罩52A-B沿反方向移動入引導推力的位置中。一旦完成所需的反推操作，F(xiàn)ADEC 76便命令I3DU 68與致動器56A-B，58A-B的運動，以將整流罩52A-B向回移動至收起位置，并且重新接合鎖84A-B，86A-B以及94A-B。FADEC 76包含系統(tǒng)邏輯，以處理起飛、爬升、巡航、下降、以及著陸操作的正常操作情況。此外，F(xiàn)ADEC 76將包含系統(tǒng)邏輯，以使得集成的VAFN-TRAS致動系統(tǒng)15在失敗的著陸情況下能按照期望工作。參照圖4，示意性地示出了另ー集成的VAFN-TRAS致動系統(tǒng)17，其包括同時連接至右側TRAS整流罩52A與VAFN表面54A的致動器96A-B以及同時連接至左側TRAS整流罩52B與VAFN表面54B的致動器98A-B。致動器96A-B與98A-B的每ー個均包括選擇性接合的驅動器，其用于相應的TRAS整流罩52A-B與VAFN表面54A-B的選擇致動。致動器96A-B，98A-B包括例如滾珠絲桿的機械驅動器，其通過相應的鎖止凸耳移動相應的表面。在該示例中，致動器96A-B，98A-B包括連接至相應的整流罩52A-B的選擇性可驅動的凸耳100A-B，104A-B。額外的凸耳102A-B，106A-B連接至相應的表面52A-B。凸耳100A-B，104A-B的每一個均可以選擇性地接合或脫離相應的致動器96A-B，98A-B，以提供整流罩52A-B與表面54A-B的選擇性獨立運動。致動器96A-B與98A-B的每ー個均包括鎖108，110，其用于相應的凸耳100A-B，104A-B的接合。鎖108與右側60與左側62的每ー側上的“A”致動器96A，98A相對應。鎖110與右側60與左側62之上的“B”致動器96B，98B相對應。因此，通過鎖觸點118，由飛機電子設備88與FADEC 76的組合一起控制“A”鎖108。通過馬達控制器74分別地控制“B”鎖。整流罩鎖94A-B由FADEC 76控制?！癆”鎖108與“B”鎖110的不同控制路徑提供所需的冗余，其防止反推功能的不需要的或未授權的操作。由第一馬達114與第二馬達116驅動的示例的I3DU 68。兩個馬達的使用提供進ー步的冗余，以確?？煽康牟僮?。而且，馬達可以在集成的VAFN-TRAS致動系統(tǒng)17的操作的不同相位過程中驅動rou 68的単獨部分。例如，僅第一馬達114可以響應于表面54A-B的運動的操作而操作。進ー步第二馬達116可以響應于整流罩52A-B的運動而接合，以提供如所需的額外的動力。應該知道的是，可以使用用于驅動rou 68的多種不同構造，并且其均落入本公開的意圖中。盡管已經公開了示例的實施例，但本領域技術人員應該認識到的是，在本公開的范圍內，可以進行特定的修改。因此，可以研究以下的權利要求，以確定本發(fā)明的范圍與內容。
權利要求
1.ー種用于飛機發(fā)動機的引擎機艙組件，包括 風扇噴嘴，其在第一位置與第二位置之間可移動，以限定出排放流面積； 反推器，其在收起位置與致動位置之間可移動，以沿反推方向轉移排放流； 至少ー個致動器，其用于移動所述風扇噴嘴與所述反推器兩者，所述致動器包括用于移動所述風扇噴嘴的第一部分以及用于移動所述反推器的第二部分；以及 至少ー個鎖，其在鎖止狀態(tài)防止所述反推器的運動，并且在解鎖狀態(tài)允許所述反推器的運動。
2.根據(jù)權利要求I所述的組件，其中，所述致動器包括用于移動所述噴嘴的第一部分與用于移動所述反推器的第二部分。
3.根據(jù)權利要求2所述的組件，其中，所述至少一個鎖在鎖止狀態(tài)鎖止所述致動器的所述第二部分以防止運動并且允許所述第一部分的運動，在解鎖狀態(tài)允許所述第一部分與第二部分兩者運動。
4.根據(jù)權利要求I所述的組件，其中，所述致動器包括第一與第二致動器，兩者都包括用于移動共同風扇噴嘴的第一部分以及用于移動所述反推器的第二部分，并且其中，所述至少ー個鎖包括布置于所述第一致動器上的第一鎖以及布置于所述第二致動器上的第二鎖。
5.根據(jù)權利要求4所述的組件，包括接合至所述反推器的整流罩鎖，當處于鎖止狀態(tài)時，其用于防止所述反推器的運動。
6.根據(jù)權利要求5所述的組件，包括控制器，其用于控制所述第一鎖、所述第二鎖以及所述整流罩鎖的操作，以使得所述第一、第二以及第三鎖的每一個可以獨立地防止所述反推器至所述致動位置的運動。
7.根據(jù)權利要求I所述的組件，包括動カ驅動單元，用于將動力從馬達傳遞至所述致動器。
8.根據(jù)權利要求I所述的組件，其中，所述風扇噴嘴可獨立于所述反推器的運動而運動。
9.根據(jù)權利要求I所述的組件，其中，所述風扇噴嘴包括第一風扇噴嘴與第二風扇噴嘴，所述反推器包括第一反推器與第二反推器。
10.ー種燃氣潤輪發(fā)動機系統(tǒng)，包括 風扇； 引擎機艙，其圍繞所述風扇； 燃氣渦輪發(fā)動機核心，其具有壓縮機、燃燒室以及至少部分位于所述引擎機艙中的渦輪機； 風扇旁路通道，其在所述風扇下游并位于所述燃氣渦輪發(fā)動機核心與所述引擎機艙之間； 風扇噴嘴，其可移動以用于調節(jié)通過所述風扇旁路通道的排放流面積； 反推器，其在收起位置與致動位置之間可移動，以沿反推方向轉移排放流； 至少ー個致動器，其連接至所述風扇噴嘴與所述反推器兩者，用于調節(jié)所述風扇噴嘴的位置，并且將所述反推器從所述收起位置移動至所述致動位置；以及 至少ー個鎖，其在鎖止狀態(tài)防止所述反推器的運動，并且在解鎖狀態(tài)允許所述反推器的運動。
11.根據(jù)權利要求10所述的燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)，其中，所述風扇噴嘴與所述反推器兩者都包括第一側與第二側，所述至少一個致動器包括在所述第一側連接至所述風扇噴嘴與反推器的第一側致動器，以及在所述第二側連接至所述風扇噴嘴與反推器的第二側致動器。
12.根據(jù)權利要求11所述的燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)，包括由馬達驅動的動力驅動單元，所述動カ驅動單元通過相應的第一與第二變速箱驅動所述第一側致動器與所述第二側致動器的姆ー個。
13.根據(jù)權利要求11所述的燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)，其中，所述第一側致動器與所述第ニ側致動器均包括所述至少一個鎖中的其中ー個以用于防止所述反推器的運動。
14.根據(jù)權利要求11所述的燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)，包括整流罩鎖，其可接合至所述反推器，用于防止所述反推器的運動。
15.根據(jù)權利要求14所述的燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)，包括控制器，其用于控制所述至少ー個鎖中的每ー個以及所述整流罩鎖，所述反推器僅響應于所述至少ー個鎖中的每ー個與所述整流罩鎖的解鎖而可移動。
16.ー種操作引擎機艙的可移動結構的方法，包括 連接風扇噴嘴至致動器的第一部分，該風扇噴嘴可移動以用于調節(jié)通過風扇旁路通道的排放流面積； 連接反推器至所述致動器的第二部分，所述反推器可在收起位置與致動位置之間移動，以沿反推方向轉移排放流； 用所述致動器的所述第一部分將所述風扇噴嘴移動至收起位置與開啟位置之間的所需位置； 釋放防止所述反推器的運動的致動器鎖；并且 獨立于所述噴嘴，用所述致動器的所述第二部分將所述反推器移動至收起位置與開啟位置之間的所需位置；并且 用公共馬達驅動所述致動器的所述第一部分與所述致動器的所述第二部分兩者。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，所述致動器鎖包括用于將所述第二部分選擇性地接合與脫離所述致動器的機構。
18.根據(jù)權利要求16所述的方法，包括可単獨致動的反推器鎖，用于獨立于所述致動器鎖防止所述反推器運動，并且在將所述反推器移動至所述開啟位置之前釋放所述反推器鎖。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，包括如下步驟響應于所述致動器鎖與所述反推器鎖之ー處于鎖止狀態(tài)而阻止所述反推器移動至所述開啟位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及集成的電可變面積風扇噴嘴反推致動系統(tǒng)。集成的可變面積風扇噴嘴(VAFN)與反推致動系統(tǒng)(TRAS)系統(tǒng)包括用于調節(jié)旁通流的出口面積的可移動表面以及被移動以便以反向器方式引導排放流的整流罩。VAFN與TRAS系統(tǒng)的可移動表面兩者被連接成通過共同致動器裝置移動。動力驅動單元通過變速箱或其他連桿機構驅動每個致動器上的每個致動器，以使得使用一個共同馬達或馬達組合體驅動所有致動器。一系列冗余與可單獨致動的鎖控制反推系統(tǒng)表面的展開，以使得反推系統(tǒng)可以僅響應于致動每個鎖到至解鎖狀態(tài)而移動至開啟或展開位置。
文檔編號F02K1/76GK102865156SQ20121023102
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權日2011年7月5日
發(fā)明者D.B.森德斯特倫, K.吉邦斯, T.L.瓊斯 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司