具有两个无涵道的螺旋桨的涡轮发动机 |
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| 申请号 | CN201180035512.6 | 申请日 | 2011-07-13 | 公开(公告)号 | CN103003573A | 公开(公告)日 | 2013-03-27 |
| 申请人 | 斯奈克玛; | 发明人 | 亚历山大·阿尔佛雷德·加斯顿·维勒敏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 涡轮 发动机 ，包括两个外部的同轴对转的无涵道的螺旋桨，即，分别为上游螺旋桨和下游螺旋桨。所述发动机的特征在于：下游被螺旋桨（124）的 叶片 在纵向上是可伸缩的，以减小螺旋桨的直径。所述下游螺旋桨直径的减小使得减少上游螺旋桨所产生的 涡流 而导致的噪音成为可能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.种涡轮发动机，包括两个同轴和对转的无涵道的外部风扇，其分别为上游风扇和下游风扇，其特征在于：两个风扇中的至少一个风扇的叶片长度可以改变，在这种方式下，下游风扇的直径小于上游风扇的直径。 |
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| 说明书全文 | 具有两个无涵道的螺旋桨的涡轮发动机[0002] 这种类型的发动机，在该领域称为“开放转子”或“无涵道风扇”的发动机包括驱动一个或多个自由涡轮的燃气涡轮发动机该自由涡轮带有每个都与风扇相关联的对转的同轴转子。这两个风扇基本上在涡轮发动机机舱的外侧径向地延伸且其本身是同轴的和对转的。这两个风扇要么直接被驱动，在这种情况下两个风扇被安装在两个涡轮转子的边缘，或通过机械变速箱被驱动，然后两个风扇中每个风扇都被连接到变速箱的输出端。 [0007] 一种用于消除这种噪音的解决方案是使用两个不同直径的风扇，下游风扇的外径小于上游风扇的外径，以便上游风扇所产生的涡流通过下游风扇外壳的外侧周围并且不与该风扇相互作用。这样的解决方案是不令人满意的，因为它会导致降低下游风扇所产生的推力，以及因此降低发动机的性能。有可能在下游风扇上增加负载以弥补其中直径的减小，但那也会在设计一对风扇上增加航空力学难度，其将变得非常复杂和难以实现。 [0008] 另一种解决方案是由以斯奈克玛（Snecma）名义的专利申请FR2938502所开发的。它提出了一种涡轮机组，当从上游至下游考虑以及旨在将上游风扇叶片顶端处形成的涡流在下游风扇的叶片外侧的周围径向地转移时，其上游风扇的至少某些叶片，在它们的径向外端部件上，具有导向外侧的空气引导装置。上游风扇的叶片所携带的这些引导装置向外引导在上游风扇叶片顶端处所形成的至少些涡流，因此其与下游风扇的叶片有相互作用的话也只是一点。这使得有可能显著减少一降低达到3dB-与这些涡流和下游风扇之间的相互作用有关的声学扰动。它们还允许减少所产生的窝流强度以及因此协助减少噪音。该解决方案因此不涉及修改上游和下游风扇的尺寸，其可以具有基本相同的外径。 [0009] 然而，这些装置确实对在飞行的所有阶段中通过转子的气流有作用，即使当降噪不是必需的时候。 [0010] 因此，本发明的一个目的是减少由风扇所产生的噪音水平，特别地，以符合应用于安装有该发动机的航空器起飞和着陆阶段的相对严格的声学认证标准。 [0012] 根据本发明，使用包括两个同轴和对转的无涵道的外部风扇，这些分别为上游风扇和下游风扇的涡轮发动机实现这这些目的，其特征在于：下游风扇的叶片在它们的纵向方向上是可伸缩的，以减小下游风扇的直径。 [0013] 该结果是采用涡轮发动机完成的，其叶片是可伸缩的，带有彼此嵌套并沿着叶片的纵向轴线彼此相对滑动的至少两个叶片元件。 [0014] 通过本发明，足够地减小下游风扇的直径成为可能，因为其在发动机噪音减少的阶段期间，即在航空器起飞和着陆过程中不经历涡流。下游风扇的叶片优选地足够地伸缩以消除邻近机场这些阶段期间的大部分的相互作用。 [0015] 根据一个实施方式，以彼此相对滑动所安装的所述两个元件形成在叶片的自由端部。 [0016] 根据另一个实施方式，所述两个元件形成在叶片的根端。 [0017] 通过在所述运转阶段期间减小下游风扇叶片的长度，在该发动机的运转阶段期间涡轮发动机排放的噪音因此减少了。所述运转阶段对应于航空器的起飞和着陆。 [0020] 图1是通过带有两个无涵道风扇的涡轮发动机的轴向剖面； [0021] 图2是现有技术的无涵道风扇的透视图，描述了风扇叶片周围的流线的形状； [0022] 图3和图4描述了本发明的一个实施方式，其中下游风扇的一个叶片具有伸缩端，在一个延伸和另个收缩的两个位置观察。 [0023] 参见图1，示出了一个“开放转子”类型的涡轮机组10，该表达表示的是一对无涵道风扇，从上游径下游，在涡轮机组内气流的方向上，其包括压气机12，环形燃烧室14，高压上游涡轮机16和两个对转的低压下游涡轮机18，20，对转是指绕着涡轮机组的纵向轴线A在两个相反方向旋转。 [0024] 每个下游涡轮机18、20都作为一个整体旋转，具有在涡轮机机组舱26外侧上径向延伸的外部风扇22，24。机舱是沿着轴线A在压气机12，燃烧室14和涡轮机16，18和20周围延伸的基本上圆柱形的外壳。 [0025] 进入压气机12的气流28被压缩，然后与燃料混合并在燃烧室14中燃烧。燃烧气体然后被喷射进进入涡轮机中以驱动风扇22，24的旋转，其供应涡轮机组所产生的大部分推力。燃烧气体从涡轮机中排出，且通过喷射管30(箭头32)排出以增加推力。 [0026] 风扇22，24是同轴线的且被布置成一个在另一个后面。在已知的方法中，每个风扇22，24分别包括多个叶片22a和24a，其均匀地绕着涡轮机组的轴线A分布。每个叶片都在垂直于旋转轴线的平面上基本径向延伸，且包括形成叶片前缘的上游边橼，形成后缘的下游边缘，形成叶片根部的径向内端和形成叶片顶端的径向外端。 [0027] 根据现有技术，下游风扇24具有与上游风扇22基本相同的直径，以便这些风扇在运转期间提供相同的推力，且因此被上游风扇压缩的所有气流被下游风扇再次压缩。 [0028] 图2是现有技术中涡轮机组的上游风扇22的一个局部示性透视图，并示出了流线沿着该风扇的叶片如何发展。流线34，36，38在风扇叶片之间穿过并或多或少地遵循这些叶片的轮廓，从这些叶片的前缘40到后缘42。 [0029] 穿过叶片的径向内端部分的流线34或多或少是彼此平行的。相反，穿过径向外端部分的流线36，38具有朝向彼此会聚的倾向，随着越来越接近于叶片顶端44，这一现象的强度增加了。在叶片顶端20的流线36彼此卷曲且形成撞击在下游风扇24的叶片上的涡流46，这些撞击是导致非常显著的声学扰动的原因。 [0030] 根据本发明，规定允许下游风扇的叶片纵向地伸缩，考虑到减少由于上游风扇在下游风扇上的相互作用而排出的噪音。 [0031] 图3和图4描述了本发明的一个实施方式。下游风扇的几何形状不变的叶片24a被替换为可变长度的叶片124a。根据图3的实施方式，叶片124a是可伸缩的，带有沿着叶片124的纵向轴线XX一个在另一个内部滑动的两个元件124a1和123a2。在这种情况下，元件124a1构成叶片的主体并从叶片根部开始径向地从机舱26向外延伸。 [0032] 叶片根部包括枢轴124b，安装该枢轴以在径向轴线的轴承中旋转，以允许叶片绕着其纵向轴线XX旋转且根据需要改变叶片的螺旋角。风扇叶片的轴承安装在环形罩124c中。环形罩124c由燃烧气体的涡轮机转形组驱动旋转。在以斯奈克玛名义的专利申请FR0954561或FR0955516中描述了一个装置的实施例。 [0033] 元件124a1的远端是中空的，且形成叶片顶端元件124a2的壳体，壳体中的该元件在图3所示的展开位置和图4所示的收缩位置之间滑动，其中在图3所示的展开位置时叶片的整体长度达到最大。 [0034] 适当的驱动机构导致端部元件124a2在展开和收缩的两个位置之间移动。驱动机构125的实施例是一个螺旋千斤顶。 [0035] 后者包括螺纹杆125a，其本身绕着叶片元件124a1的纵轴线旋转并与安装到端部元件124a2上的螺纹壳体相接合。螺纹杆由机舱26内安装的电机125b驱动。鉴于顶端元件124a2在元件124a1内滑动而不绕着叶片的纵轴线旋转，螺纹杆的旋转导致该元件纵向移动。 [0036] 从而下风扇的这两个可能结构允许最佳输出运转或者噪音衰减。在后者的位置，叶片纵向地收缩了，风扇的直径减小了。流线沿着叶片顶端运行并导致在上游风扇上的叶片顶端涡流，但是这些涡流被阻不撞击下噪音并被阻不成为噪音的来源。此外，叶片长度的减小通过增加在这些叶片上的负载而被补偿，特别是通过改变叶片螺旋角。 [0037] 在巡航飞行结构中，其中没有必要去减弱风扇的噪音且其对应于超过90%的任务，这两个风扇展开；特别地，下游风扇的叶片相对于发动机的轴线在径向方向上延伸到与上游风扇的叶片基本样的长度。在起飞或着陆中，下游风扇的收缩位置被激活，且这通常只表示10%的任务。 [0038] 除了螺旋千斤顶以外的机构允许下游风扇的叶片被纵向地收缩。本发明不限于这种模式的致动。此外，其它修改叶片几何形状的方式部同样是可能的。例如，叶片可能能够径向地在机舱的壳体内移动，伸缩元件不在叶片顶端而是在根端。 |
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