具有改进的空气提取性能的涡轮喷气发动机的制作方法

本公开涉及一种涡轮喷气发动机，其尤其用于飞行器。


背景技术：

1.已知称为双轴涡轮喷气发动机的飞行器涡轮喷气发动机，其包括第一低压(bp)压缩机涡轮轴和第二高压(hp)压缩机涡轮轴。
2.这种类型的涡轮喷气发动机通常在高压(hp)压缩机的可变节距级的下游集成有意图馈送飞行器空调系统的空气提取系统。在专利申请fr 2 860 041中描述了这种类型的涡轮喷气发动机的一个示例。
3.考虑到这种类型的系统的当前操作限制，在涡轮喷气发动机的该区域中进行的空气提取允许在足够高的压力下提取空气，以能够在飞行器空调系统中使用该空气。
4.然而，飞行器空调系统倾向于朝向提取压力需求越来越少的系统发展。因此，设计一种新的涡轮喷气发动机构造将是有用的，该构造允许在比上述考虑的压力更低的压力下提取用于飞行器空调系统的空气。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是一种飞行器涡轮喷气发动机，其沿主气流的循环方向从上游到下游依次包括沿纵向方向xx'完全对齐的低压壳体、中间壳体和高压壳体，低压、中间和高压壳体共同界定用于从上游到下游循环的主气流的内部环形通路，中间壳体包括该环形通路的称为鹅颈部的一部分，中间壳体包括：-空气排放系统vbv，其能够从在鹅颈部的第一区域中循环的主气流提取空气，并将该空气排放到环形通路外部；-空气提取系统，其能够从鹅颈部的第二区域中循环的主气流提取空气，所提取的空气意图用于飞行器空调系统ecs，第二空气提取区域z2位于第一空气提取区域z1的下游；-鹅颈部的所述第二空气提取区域z2中的若干臂，若干臂径向延伸，并且当在相对于纵向轴线xx'的横向平面中观察时在鹅颈部中周向分布，空气提取系统包括这些臂的至少一部分，这些臂中的每一个构造成借助至少一个槽从第二区域z2提取空气，并引导所提取的空气，至少一个槽沿臂的径向延伸方向从构造臂的基部延伸过代表构造臂的总径向延伸部的30％到70％之间的距离。
6.通过将空气抽取系统ecs定位在鹅颈部处，在该位置处在主气流中提取的空气的压力小于将在高压壳体的压缩机下游从该流提取的空气的压力。空气在不同于第一区域的第二区域中进行提取，并且位于第一区域的下游，以便不干扰第一区域的提取。因此，第二区域的空气提取系统不同于能够提取第一区域中的空气的空气排放系统vbv。
7.因此，在低压壳体与高压壳体之间实现的空气提取允许减小朝向高压壳体的压缩机的(在环形通路中的)空气通路所需的横截面，更具体地，在位于鹅颈部与现有技术的高压提取端口(通常位于高压壳体的可变节距级下游的端口)之间的区域中减少。通路横截面
的这种减小可以提供几种设计可能性：-减小与鹅颈部共线的主气流的外半径，从而减小涡轮喷气发动机的直径；-减小鹅颈部的长度，使鹅颈部具有相同的斜度(外半径保持相同，但内半径向外半径升高)，这允许减小高压压缩机的总负载；-对于鹅颈部的相同长度，减小鹅颈部的斜度，这进一步限制了鹅颈部处的气流分离并减少了该区域中的压力损失。
8.应注意，空气提取系统独立于空气排放系统构造，以便能够在不依赖于在飞行器的不同飞行阶段期间使用的空气排放系统的情况下提取空气。具体地，从由两个系统之一提取空气的每个不同区域，由一个系统提取的空气不再与由另一个系统提取的空气接触。
9.构造臂基部处的空气提取允许捕获气流受颗粒物(冰、冰雹、水、沙，
…
)污染较小的区域中的空气，这允许向空调系统供应污染较小的空气，从而保护空调系统不劣化、不结垢且不堵塞。因此，颗粒阱通常是不必要的。
10.根据其它可能特征：-槽布置在构造臂的前缘处；这种进气口布置允许最大化恢复动态压力，从而增加在该区域中提取的空气的压力水平；-在相对于构造臂的径向延伸方向的横向剖视图中，前缘局部呈现面对平行的两个入口脣缘的形状，这两个入口脣缘彼此间隔开，以便在它们之间设置允许从第二区域提取空气并将其引入构造臂中的槽；-构造臂中的每一个包括内部引导管道，以引导所提取的空气穿过所述臂内的槽并到达属于所述臂的出口开口；-空气提取系统ecs包括与空气排放系统vbv流体隔离的至少一个空气歧管；一个或多个歧管相对于空气排放系统vbv的流体隔离(密封)允许由空气排放系统提取的空气不渗透到空气歧管中，从而避免污染歧管的空气；空气歧管旨在将所提取的空气供应到空调系统ecs；-所述至少一个空气歧管连接到构造臂的至少一部分，并且其自身构造成收集由所述构造臂提取并引导的空气；所述至少一个空气歧管因此包括与涡轮喷气发动机所具有的构造臂一样多的与这些构造臂连通的开口；-所述至少一个空气歧管布置在所述构造臂的至少一部分的构造臂的外周处；因此，所述至少一个空气歧管不必延伸360
°
，而是周向延伸以连接构造臂；-所述至少一个空气歧管在角度扇区周向延伸，所述角度扇区大致对应于构造臂的周向分布所覆盖的角度扇区；-所述至少一个空气歧管布置在所述构造臂的至少一部分的构造臂的前缘的下游。
附图说明
11.本公开的目的的其它特征和优点将从以下实施例的描述中揭示出来，通过参考附图的非限制性示例的方式给出这些描述。
12.[图1]图1是根据本发明的涡轮喷气发动机的一个实施例的纵向截面局部示意图，其中只示出了涡轮喷气发动机的纵向轴线xx'上方的一部分；
[0013]
[图2]图2是相对于轴线xx'的横向截面示意图，示出了在图1实施例的涡轮喷气发动机中使用的用于提取空气的多个径向提取臂的外周上的提取空气歧管的布置；
[0014]
[图3]图3是在图1实施例的涡轮喷气发动机中使用的用于提取空气的径向臂的外部轮廓的横向截面示意图；
[0015]
[图4]图4是图2的布置的变型实施例的示意图。
具体实施方式
[0016]
图1示出了根据本发明一个实施例的飞行器涡轮喷气发动机10的一部分。这类涡轮喷气发动机具有围绕纵向轴线xx'对中的总体纵向形状。在图1的纵向截面中，只示出了位于轴线xx'上方的上部部分，未示出下部部分。涡轮喷气发动机的所示部分示出了涡轮喷气发动机的局部内部区域，本发明已经放置在该局部内部区域中，以便修改该内部区域的构造。
[0017]
如图1所示，在该区域中，涡轮喷气发动机10沿箭头f所示的主气流的循环方向从上游到下游依次包括(该气流源自涡轮喷气发动机的进气口)：低压(bp)壳体或轴12，该低压壳体或轴尤其包含压缩机和低压涡轮(图1中仅可见叶片)；中间壳体或轴14；以及高压(hp)壳体或轴16，高压(hp)壳体或轴尤其包含压缩机和高压涡轮(图1中仅可见叶片)。这三个壳体12、14和16沿轴线xx'的纵向方向完全对齐。
[0018]
这些壳体12、14和16在内部构造成共同限定内部环形通路18，以使主空气流从上游到下游、从上游壳体12到下游壳体16循环。该内部环形通路18具有如图2所示围绕纵向轴线xx'的大致轴对称形状，图1中仅示出了该内部环形通路的上部部分。通道18的内部和外部由两个相应外壳20(限定具有最小半径的壁的中心毂)和22(具有通常称为壳体的最大半径的壁)界定，这两个外壳限定了通道18的轮廓。
[0019]
内部环形通路18包括环形通路的称为“鹅颈部”18a的部分或部份，其位于中间壳体14中，并且其对于在通路中循环的主空气流限定了在低压壳体12与高压壳体16之间的过渡区域。
[0020]
中间壳体14包括空气排放系统vbv，该空气排放系统能够在低压压缩机下游从在鹅颈部18a的第一区域z1中循环的主气流中提取空气，并将其排放到环形通路之外，例如排放到涡轮喷气发动机的次流中，此处未示出该次流。在图1中，上升箭头表示在鹅颈部的第一区域z1中进行的空气提取，该区域位于环形通路部分的上部部分(靠近环形通路18的外部外壳22)，但不表示所提取空气的排放。除了位于鹅颈部18a上方并接收在区域z1中所提取的空气的称为“vbv腔体”的腔体之外，未示出该vbv系统的机构的本身已知的部件(一个或多个空气提取阀，
…
)。
[0021]
如图2所示，中间壳体14包括多个臂24、26、28、30、32、34，这些臂布置在鹅颈部18a中并且在空气排放系统vbv的第一空气提取区域z1的下游，它们相对于纵向轴线xx'径向延伸，并沿环形通道部分的由鹅颈部18a所形成的环形设置周向分布。图1以纵向剖视图示出了臂28的内部构造的一部分，该部分在其它图中不可见。
[0022]
中间壳体14还包括空气提取系统40，该空气提取系统能够从在鹅颈部18a的第二区域z2中循环的主气流中提取空气，该第二区域不同于第一区域z1并位于第一区域z1的下游，以将空气供应给配备有涡轮喷气发动机的飞行器的称为ecs的空调系统(此处未示出)。
空气提取系统40在中间壳体14中完全位于空气排放系统vbv的下游，并且这两个系统中的每一个限定了不同的空气路径。
[0023]
图1和图2中所示的径向臂在本实施例中并不全都具有相同功能。事实上，臂24至32具有特定构造，该特定构造专用于从空气提取系统40提取空气，并且特别允许从在第二区域z2中循环的主气流中提取空气、并在这些臂内引导空气。具有这种特殊构造的这些臂称为提取臂。臂34就其本身而言不具有此类构造。然而，其确实提供了已知的结构支承功能，并被称为径向臂(rds)。具有专用构造的臂的数量可以从一个实施例到另一个实施例而有所不同。在本实施例中，臂的总数是六个，但其可以例如在3和12之间变化。用于空气提取功能的臂的数量通常不会达到中间壳体的臂的总数，并且通常最多为n-1个臂，例如，使得一个臂被分配给公用用途(例如：rds、通道)以便于集成。
[0024]
由入口或空气提取槽的存在来提供从提取臂(专用于空气提取系统40)提取空气的功能，该入口或空气提取槽在本文中布置在第二区域z2中的所述臂24至32的前缘处，并且独立于在第一区域z1中进行的vbv系统的上游空气提取。由此使得在该位置(第二区域z2)提取的空气的动态压力最大化。
[0025]
如图2所示，这些臂的相应槽25、27、29、31、33中的每一个沿着臂24至32的径向延伸部从这些臂24至32的位于内部外壳或中心毂20上的基部径向延伸。通过这些槽提取的空气(第二区域z2)是在鹅颈部18a中沿着外壳20的壁流动的空气(内部流)，因此比由空气排放系统vbv在上游提取的空气污染小，也比在主气流的上部部分(第一区域z1)中的空气污染小。通过槽(第二区域z2)提取的空气由此在提取臂的基部处周向分布在鹅颈部中。更具体地，每个提取槽从所述提取臂的基部延伸一段距离，该距离代表其所设置的臂的总径向延伸部的30％到70％之间(空气流高度的30％到70％)，这允许将空气吸入限制在主气流的污染较轻的区域。因此，与提取臂成整体的槽离开位于流体内部流中的区域，并因此相对于颗粒而言是“稳健的”。与提取臂成整体的槽允许进一步恢复动态压力，而不是以不与臂成整体的方式进行空气提取，例如在臂的上游。因此，与不与臂成整体的空气抽提取构造相比，中间壳体14的头部损失相对减小。
[0026]
构造成从主气流中提取空气的臂之一(例如图1的臂28)的外部轮廓如图3所示，该图是相对于臂的径向延伸方向的横向剖视图(图3中未示出臂的内部构造)。该轮廓基本上是机翼的轮廓，其前缘28a已局部修改(沿如上所述的槽的高度或径向延伸方向)，以在其中设置空气提取槽29。前缘的常规轮廓如图3中的虚线所示。
[0027]
修改后的前缘28a局部呈现两个相互平行的、彼此面对的进气口唇缘28b、28c的形状。两个唇缘28b、28c彼此间隔开(沿图3的平面的方向，该方向垂直于将轮廓的前缘连接到后缘的方向)，以便于在它们之间设置给定宽度的开口。两个唇缘28b、28c垂直于图3的平面延伸，即沿臂的径向延伸部并从其基部径向延伸，以形成径向延伸槽29，该径向延伸槽允许从主气流(第二区域z2)中提取空气并使其渗透到臂中。两个脣缘28b、28c也沿将轮廓的前缘连接到后缘的方向延伸足够的长度(轴向距离)，以引导所提取的空气，如图3中的水平箭头所示。
[0028]
空气提取系统40的经构造的臂24至32中的每一个包括内部引导管道(图1中用于臂28的内部管道28d)，以将所抽取的空气通过其处于所述臂内部的槽(用于臂28的槽29)引导到属于该内部引导管道的出口开口，该出口开口定位成与臂的基部相对(本文中是图1和
图2中用于臂28的开口28e)。臂的内部空气引导管道未在图2中示出。图2中仅示出了臂的入口或提取槽25、27、29、31和33以及出口开口24e、26e、28e、30e和32e。
[0029]
如图1和图2所示，空气提取系统40包括至少一个空气歧管42，该空气歧管连接到构造臂24至32的至少一部分，并且其本身构造成收集由这些臂提取并引导的空气。在所描述的实施例中，在空气提取系统40中使用单个歧管42来收集由成组臂24至32的槽25至33所提取并由这些臂引导到它们各自的外周出口开口24e至32e的空气。
[0030]
所述至少一个空气歧管(本文中为单个歧管42)布置在构造臂24至32的外周，因此在基本上与这些臂覆盖的角度扇区相对应的角度扇区上周向延伸，如图2所示。使用除径向臂34之外的所有臂24至32来提取空气允许使提取横截面以及歧管的成角度延伸最大化。在一个未示出的变型中，可以使用有限数量的臂来提取空气。举例来说，可以考虑使用用于提取的两个臂中的一个臂、或者使用分布在给定角度扇区上的臂。
[0031]
例如，歧管42呈现中空外周腔的形状，位于外部外壳22之外，同时运动远离图1中的纵向轴线，并类似图2在横向截面上包围鹅颈部18a的一部分。歧管42连接到臂24至32，以便借助它们各自的出口开口24e至32e与所述臂的内部引导管道流体连通。
[0032]
本文中，空气歧管42布置在构造臂的前缘的下游，如带有臂28的图1所示。这种布置允许考虑排放系统vbv的局部构造，其腔体vbv基本上位于图1中的臂28的正上方。因此，通常，由空气提取臂和一个或多个空气歧管形成的组件完全位于排放系统vbv的下游，而与歧管的数量以及提取臂的数量和布置无关。
[0033]
通常，空气歧管与排放系统vbv、特别是与腔体vbv流体隔离，即空气歧管的结构(及其与提取臂的连接)设计成相对于相邻腔体vbv对流体密封/气密。这使得能够确保由空气排放系统vbv提取的空气，特别是存在于腔体vbv中的空气(这种空气相对而言受到冰、沙和其他污染物的污染，并且在任何情况下通常比系统40所提取的空气污染更严重；事实上，该提取靠近毂的位置避免了所提取的空气由于离心效应而被污染，该离心效应将碎片推向外壁)不能渗透到空气提取系统40的空气歧管中以随后在空调系统ecs中使用。因此，空气歧管相对于排放系统vbv的流体隔离允许确保两个系统之间没有流体干扰，特别是来自它们各自的空气提取区域z1和z2的流体干扰。事实上，从空气在鹅颈部18a的第二区域z2中被提取臂提取的那一刻起，该空气被引导到这些臂中，然后进入歧管，并且不与提取系统40的外部空气接触、特别是不与由排放系统vbv提取的空气接触。
[0034]
空气提取系统40还包括通道44，通道44将歧管42连接到未示出的空调系统ecs。通道44如图1所示在歧管的下游延伸，并聚集由歧管收集的源自提取臂(拾取臂)的空气，如图2的箭头所示。应当注意，上面提到的关于空气歧管的所有内容适用于若干个空气歧管。
[0035]
图4示出了图2的横向截面的一个变型实施例，具有相同的臂总数，但具有两个独立的空气歧管50、52而不是单个空气歧管。两个空气歧管50、52中的每一个连接到沿着不相交的角度扇区定位的若干臂。举例来说，歧管50连接到两个提取臂24、26，而歧管52连接到两个提取臂。在该变型中，相对于径向臂34沿直径方向相对的臂28不像臂24、26、30和32那样构造成具有提取槽和用于引导所提取的空气的内部管道，因此不用于空气提取。
[0036]
本文中，每个歧管50、52连接到各自的通道54、56。两个通道54、56在公共通道(未示出)处汇合，该公共通道连接到未示出的空调系统ecs。
[0037]
除了这些差异之外，图1至图3的实施例的描述也适用于该变型。
[0038]
在所描述的实施例及其变型中，空气提取系统40和空气排放系统vbv在结构和功能上彼此独立，并且特别是根据飞行器的飞行阶段在不同时间实施/致动。
[0039]
值得注意地，在高流速下，当系统40正进行空气提取时，臂的存在在鹅颈部的气流中的效果是有限的。鹅颈部的气流底部的流动分离受到限制，这限制了高压压缩机的入口变形，并提高了其性能。
[0040]
在所描述的实施例及其变型中，涡轮喷气发动机是双轴式的。然而，涡轮喷气发动机可以是三轴式的。涡轮喷气发动机可以是配备有风机的类型(涡轮风机)，也可以是配备有螺旋桨的喷气发动机。
[0041]
尽管本发明涉及特定的示例性实施例，但是在不脱离本发明的由权利要求书所限定的总体范围的情况下，可以将修改应用于这些实施例。此外，可以将所示出的不同实施例的各个特征组合到另外的实施例中。因此，应当以说明性而非限制性的意义来考虑本说明书和附图。

技术特征：
1.一种飞行器涡轮喷气发动机(10)，沿主气流的循环方向从上游到下游依次包括沿纵向方向(xx')完全对齐的低压壳体(12)、中间壳体(14)和高压壳体(16)，所述低压、中间和高压壳体共同界定用于从上游到下游循环的主气流的内部环形通路(18)，所述中间壳体(14)包括所述环形通路的称为鹅颈部(18a)的一部分，所述中间壳体(14)包括：-空气排放系统(vbv)，所述空气排放系统能够从在所述鹅颈部(18a)的第一区域(z1)中循环的主气流提取空气，并将所述空气排放到所述环形通路外部；-空气提取系统(40)，所述空气提取系统能够从所述鹅颈部(18a)的第二区域(z2)中循环的主气流提取空气，所提取的空气意图用于飞行器空调系统(ecs)，所述第二空气提取区域(z2)位于所述第一空气提取区域(z1)的下游；-所述鹅颈部(18a)的所述第二空气提取区域(z2)中的若干臂(24-34)，所述若干臂径向延伸，并且当在相对于所述纵向轴线(xx')的横向平面中观察时在所述鹅颈部中周向分布，所述空气提取系统(40)包括这些臂的至少一部分，这些臂中的每一个构造成借助至少一个槽(25-33)从所述第二区域(z2)提取空气，并引导所提取的空气，所述至少一个槽(25-33)从沿所述臂的径向延伸方向构造的所述臂的基部(20)延伸过代表所构造的臂的总径向延伸部的30％到70％之间的距离。2.根据权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述至少一个槽(25-33)布置在所构造的臂的前缘(28a)处。3.根据权利要求2所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，当在相对于所构造的臂的径向延伸方向的横向截面中观察时，所述前缘(28a)局部呈现面对平行的两个入口唇缘(28b、28c)的形状，所述入口唇缘彼此间隔开，以便在它们之间设置所述槽(29)，从而允许从所述第二区域(z2)提取空气并将空气引入所构造的臂(28)中。4.根据权利要求1至3之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所构造的臂(24-32)中的每一个包括内部引导管道(28d)，以引导所提取的空气穿过所构造的臂(28)内部的所述至少一个槽(29)并到达属于所构造的臂的出口开口(28e)。5.根据权利要求1至4之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述空气提取系统(40)包括与所述空气排放系统(vbv)流体隔离的至少一个空气歧管(42；50、52)。6.根据权利要求1至4之一且根据权利要求5所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述至少一个空气歧管(42；50、52)连接到所构造的臂(24-32；24-26、30-32)的至少一部分，并且其自身构造成收集由所构造的臂提取并引导的空气。7.根据权利要求6所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述至少一个空气歧管(42；50、52)布置在所构造的臂(24-32；24-26、30-32)的至少一部分的臂的外周处。8.根据权利要求6或7所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述至少一个空气歧管(42；50、52)布置在所构造的臂(24-32；24-26、30-32)的至少一部分的所构造的臂的前缘(28a)下游。9.根据权利要求6至8之一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述至少一个空气歧管(42；50、52)在角度扇区上周向延伸，所述角度扇区大致对应于所构造的臂(24-32；24-26、30-32)的周向分布所覆盖的角度扇区。

技术总结
本发明涉及一种涡轮喷气发动机(10)，沿主气流的流动方向从上游到下游依次包括低压壳体(12)、中间壳体(14)和高压壳体(16)，它们纵向对齐并且共同界定用于气流循环的内部环形通路(18)。中间壳体(14)限定了称为鹅颈部(18a)的环形通路部分，并且包括：-空气排放系统(VBV)，其适于从鹅颈部(18a)的第一区域(Z1)中所流动的气流收集空气；-空气收集系统(40)，其能够收集在鹅颈部(18a)的第二区域(Z2)中流动的用于空调系统的空气，第二空气收集区域布置在所述第一空气收集区域的下游。置在所述第一空气收集区域的下游。置在所述第一空气收集区域的下游。


技术研发人员：N
受保护的技术使用者：赛峰集团
技术研发日：2021.10.19
技术公布日：2023/6/27