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CN101529073A - 用于喷气发动机具有栅格的推力反向装置 - Google Patents

用于喷气发动机具有栅格的推力反向装置 Download PDF

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CN101529073A
CN101529073A CNA2007800392580A CN200780039258A CN101529073A CN 101529073 A CN101529073 A CN 101529073A CN A2007800392580 A CNA2007800392580 A CN A2007800392580A CN 200780039258 A CN200780039258 A CN 200780039258A CN 101529073 A CN101529073 A CN 101529073A
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sliding closure
slider
wing flap
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thrust reverser
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Abstract

本发明涉及用于涡轮风扇发动机的发动机舱的推力反向装置(1)。该推力反向装置包括具有固定栅格(4)的开口，该开口在直接推进时被滑动罩(2)关闭，并在推力反向时被该罩(2)的向下游的纵向平移移动而打开。襟翼(20)一上游端可枢转地安装至所述罩(2)上，并可在收回位置和展开位置之间移动。在该展开位置，在推力反向时，襟翼阻挡环状导管(10)以将气流朝具有固定栅格(4)的开口转向。用于驱动该襟翼(20)的滑动件(24)被设置以能在设置在该罩(2)的结构内的至少一个平移导引轨道(33)中移动，并能通过驱动连接件(30)连接至该襟翼(20)的下游端，以致该滑动件(24)在导引轨道(33)中的平移移动导致该连接件(30)和该襟翼(20)的枢转。设置致动装置(22)以在该罩(2)处于向下游平移阶段时驱动该滑动件(24)在该导引轨道(33)中平移移动。

Description

用于喷气发动机具有栅格的推力反向装置
技术领域
本发明涉及用于喷气发动机的被公知为栅格型或叶栅型推力反向装置的推力反向装置。
背景技术
飞行器被数个喷气发动机推进，每个喷气发动机均容纳在发动机舱内，该发动机舱还容纳有一组辅助致动装置，其与该飞行器运行相关联，并在喷气发动机正在运行或停机时实现各种不同功能。这些辅助致动装置具体包括一种机械推力反向系统。
发动机舱通常具有管状结构，其包括喷气发动机上游的进气结构、设置用于包围喷气发动机的风扇的中部、以及容纳推力反向装置并设计用于包围喷气发动机的燃烧室的下游部分，下游部分通常结束于排气喷嘴，喷嘴出口位于喷气发动机的下游。
现代发动机舱设计用于容纳旁路喷气发动机或涡轮风扇发动机，其能够通过风扇的旋转叶片而产生源自涡轮风扇发动机的燃烧室的热气流(也称为主气流)以及通过环形通路(也称为导管(duct))流出涡轮风扇发动机的冷气流(副气流)，该环形通路形成在涡轮风扇发动机的整流罩与发动机舱的内壁之间。两股气流通过发动机舱后部从涡轮风扇发动机排出。
推力反向装置的任务是通过向前导向涡轮风扇发动机产生的推力的至少一部分来在飞行器着陆时提高飞行器的制动性能。在此阶段，反向装置阻挡用于冷气流的导管并向发动机舱的前部导向该冷气流，由此产生反向推力，该反向推力与飞行器轮胎的制动相结合。
根据反向装置的类型，用于实现上述对冷气流重新导向的装置会有所不同。但是，在所有情况下，反向装置的结构均包括可在展开位置与收起位置之间变化的可活动罩，在展开位置，可活动罩在发动机舱中打开一条用于偏转气流的通路，而在收起位置，其将该通路关闭。这些罩可实现偏转功能，或简单地启动其他偏转装置的功能。
在栅格型反向装置(也被称为叶栅型反向装置)的情况下，气流被偏转栅格重新导向，罩仅具有简单的滑动功能，用于露出或覆盖这些栅格。通过罩的滑动运动而被致动的补充阻挡门(也称为襟翼(flap))通常使得能够关闭栅格的导管下游以使冷气流的重新导向最佳化。
这些襟翼通过上游端在收回位置与展开位置之间枢转地安装至滑动罩，在收回位置，襟翼与上述可活动罩一起使得发动机舱的内壁具有气动连续性，而在展开位置，襟翼在推力反向状态至少部分地阻挡环形导管以使气流朝向因可活动罩的滑动运动而被露出的偏转栅格偏转。襟翼的枢转运动被连接件导引，连接件一方面安装至襟翼，另一方面安装至界定环形导管的内部结构的固定位置。
上述构造的首要问题在于，在可活动罩的初始打开阶段，襟翼打开程度的运动状态比该罩的打开更快。结果导致在可活动罩的初始打开阶段，横过发动机舱的通路截面小于被襟翼阻挡的导管的截面。这导致发动机内压力的增加，由此导致在该瞬时阶段难以对涡轮风扇发动机的转速进行控制。
第二个问题在于，导引连接件穿过导管由此在副气流中会引起大量的气动扰流。
将连接件紧固至内部结构产生了第三个问题。具体而言，固定的铰链位置的安装减小了内部结构的可用于声学处理上述内部结构的面积。
最后，第四个问题在于，推力反向装置结构通过连接件被机械地连接至内部结构。由此，推力反向装置结构以及内部结构彼此并不独立，由此导致对发动机舱或涡轮风扇发动机进行维护操作时难以因需要而将两者去除。应当指出，相较于包括围绕涡轮风扇发动机接合在一起的两个半部分的“C型导管”型结构，在所谓“O型导管”型的内部结构的情况下(换言之，由完全包围涡轮风扇发动机的单一件而制成)，该问题特别突出。
已经提出了一些方法来解决上述一个或更多的问题。
例如专利文献US3262268揭示了上述栅格型推力反向装置，其中用于控制襟翼的枢转运动的连接件包括两个“剪式”杆，一个杆铰接在滑动罩上，而另一个更靠下游的杆被铰接在属于外部发动机舱的导引梁上。
上述方法避免了在襟翼与内部结构之间使用连杆。
但是，简单轻量的剪式杆存在在滑动罩收回行程初期在环形导管内展开襟翼过快的缺陷，由此不能解决可活动罩与襟翼之间打开运动状态不同的问题。
专利文献US4005822也描述了上述推力反向装置，其中襟翼枢转地安装在可活动罩上并连接至安装在可活动罩的致动装置的连接件，使得一旦致动装置处于其行程结束时，其使得连接件收回，由此在此过程中使襟翼枢转。
上述系统允许相对于可活动罩的打开使襟翼展开打开，由此防止导管内压力的上升。但是，这引发了相反的问题，因为增加至处于直接喷射模式的两股气流的横过发动机舱的通路截面相对于发动机舱的进气截面过大。这些状况对涡轮风扇发动机而言也极为不利。
还将注意到，栅格与可活动环状部分集成为一体，该可活动环状部分与可活动罩一起运动，该环状部分是极笨重的元件，并对发动机舱组件的质量产生影响。设置该可活动环状部分还要求专用导引元件，其对组件的质量产生影响，并使得使用该系统极为复杂。
最后，将注意到，用于驱动襟翼的螺丝直接暴露至作用在襟翼上的气动压力，导致发生不符合上述系统可靠性要求的形变的危险。
最后，将描述专利文献US4909442，其通过液压或气动气缸提供一种复杂的驱动系统，其中该液压或气动气缸使用一组连通管连接至可活动罩和襟翼。
发明内容
本发明旨在在保持用于驱动襟翼的装置的简单及轻量的同时避免这些不利问题，因此如上所述，本发明由用于喷气发动机的推力反向装置构成，其中用于驱动襟翼的滑动件可活动地安装在形成在滑动罩的结构中的至少一个平移导引轨道内，并经由驱动连接件连接至襟翼的下游端，使得滑动件在其导引轨道中的平移运动伴随有连接件及襟翼的枢转，其中设置致动装置以在滑动罩处于沿下游方向的平移阶段时在其导引轨道内平移驱动滑动件。
本发明因此提供了一种具有固定栅格的推力反向装置，其并未连接易于在环状导管中形成阻碍的连接件，其中可以进行在推力反向过程中使襟翼展开的操作以展开滑动罩以提供相对于空气进入截面总是充足的总排放截面。可以长时间延迟展开襟翼的操作直至滑动罩已经收回达预定距离，即，当可活动罩处于其沿下游方向的平移行程的结束阶段。
因其上气动力而作用在襟翼上的负载经由驱动连接件及滑动件而被用于后者的平移导引轨道支撑。
通过改变驱动连接件的长度以及其铰接在襟翼下游端上的位置，由此通过襟翼调节对环状导管的阻挡，从而方便地获得更佳的推力反向效果。
在一个实施例中，驱动滑动件形成致动气缸沿反向装置的纵向轴线布置的中间可活动部分，致动气缸包括管状基体，该管状基体在反向装置上游处连接至外发动机舱，并容纳驱动滑动件以及末端杆，驱动滑动件以及末端杆两者彼此独立地以轴向滑动方式安装在气缸的基体中，末端杆的下游端连接至滑动罩。因此，滑动罩与襟翼具有相同致动气缸。
在这种背景下，例如存在用于平移导引驱动滑动件的两个轨道，两个轨道布置在驱动滑动件的两侧，这些轨道中每一者均容纳横向铰接销的优选地设置有导块或辊子的一端，用于将驱动连接件铰接在驱动滑动件上。
致动气缸的末端杆的端部可经由容纳在与罩的行程方向垂直的椭圆形腔内的横向驱动销而连接至滑动罩，该腔形成在滑动罩的结构内。
在另一实施例中，用于平移导引驱动滑动件的轨道在滑动罩的横向平面内纵长地延伸，并形成与滑动罩的外周大致同心的圆弧，所述驱动连接件围绕销铰接在襟翼及驱动滑动件上，所述销与反向装置的纵向轴线大致平行。
在这里，滑动罩及襟翼因此具有独立的致动装置。
在这种背景下，驱动滑动件可有利地连接至沿滑动罩的外周分布的多个襟翼。
根据一种可能性，驱动滑动件具有设置有一组齿的长度部分，齿用于与被致动器在滑动罩的横向平面内驱动旋转的小齿轮啮合。该致动器例如是电气的，并在滑动罩到达其沿下游方向的平移行程的结束阶段时被通电。
根据另一种可能性，平行于用于滑动件的导引轨道布置的用于驱动滑动件的致动气缸通过第一端铰接在滑动罩的结构上，并通过第二端铰接在驱动滑动件上。
滑动罩可包括沿其外周分布的多个襟翼，每一个襟翼均包括不同长度的驱动连接件，用于产生旋涡效应以提高在设置有栅格的开口的出口处的拖曳效果。
本发明还涉及一种涡轮风扇发动机的发动机舱，特征在于其包括如上所述的至少一个推力反向装置。
附图说明
通过阅读以下示意性给出的描述并参考附图，将理解本发明的其他优点及特征，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的栅格型推力反向装置的沿通过处于关闭位置的偏转栅格的平面上的纵向剖面所取的部分剖视图；
图2是图1中的推力反向装置在滑动罩向下游方向位移(以露出栅格)的阶段过程中沿通过用于滑动罩并用于反向襟翼的致动气缸的平面上的纵向剖面的部分剖视图；
图3是在展开襟翼以阻挡环状气流导管的阶段过程中与图2类似的视图；
图4是在推力反向状态下与图2及图3类似的视图；
图5是沿图4中的线V-V所取的剖面的视图；
图6是沿图5中的线VI-VI所取的剖面的视图；
图7是根据本发明的第二实施例处于关闭位置的推力反向装置的剖面的视图；
图8是与图1类似图7中推力反向装置的纵向剖面的部分视图；
图9是图8细部的放大视图；
图10是在展开襟翼以阻挡环状气流导管阶段过程中与图8类似的视图；
图11是在推力反向状态下与图7类似的视图；
图12是根据本发明的第三实施例的推力反向装置的剖面的示意性部分视图。
具体实施方式
根据公知的方式，图1至图12所示的推力反向装置1与涡轮风扇发动机(未示出)相关，并包括外发动机舱，外发动机舱与同心内部结构11一起界定出用于副气流的环状流动导管10。
由安装在发动机舱上以能够沿轨道(未示出)滑动的两个半圆柱部分形成纵向滑动罩2。
设置有固定偏转栅格4的开口形成在推力反向装置1的外发动机舱中。在气体直接推进的情况下，该开口被滑动罩2关闭，而在反向推进的情况下，该开口通过滑动罩2向下游方向(相对于气流方向)的纵向平移而被露出。
在滑动罩2的周向上分布的多个反向襟翼20通过上游端围绕铰接销21而分别在收回位置与展开位置之间可枢转地安装至滑动罩2，在展开位置，在推力反向的情况下，多个反向襟翼20阻挡环状导管10以使气流朝向设置有栅格4的开口偏转。密封件(未示出)围绕各个襟翼20的外周设置以将在环状导管10中循环的气流与发动机舱外部的气流隔离。
在直接推进模式下在涡轮风扇发动机运转过程中(见图1)，滑动罩2形成发动机舱的下游部分的全部或一部分，襟翼20然后收回进入滑动罩2，滑动罩2将设置有栅格4的开口阻挡。
为了使涡轮风扇发动机的推力反向，滑动罩2位移进入下游位置，并且襟翼20枢转进入阻挡位置，由此使副气流朝向栅格4偏转并形成由栅格4导引的反向气流。
如图2至6所示，用于驱动襟翼20(或布置在滑动件24两侧的两个襟翼20)的滑动件24可活动地安装在形成在滑动罩2的结构中的两个横向平移导引轨道33中。
驱动滑动件24经由围绕销31铰接在襟翼上并围绕横向销26铰接在滑动件24上的连接件30而连接至襟翼20的下游端，使得滑动件24在其导引轨道33中的平移运动伴随有连接件30以及襟翼20的枢转。
导引轨道33(见图5及图6)布置在滑动件24的两侧，每一个导引轨道分别容纳横向销26的设置有导块或辊子32的一端，用于将驱动连接件或连接件30铰接在驱动滑动件24的一端上。
在这里，驱动滑动件形成“伸缩式”致动气缸22的沿反向装置的纵向轴线布置的中间可活动部分24。
可以是气动、电动或液动的上述致动气缸22包括在推力反向装置1上游(3处)处固定或可旋转地连接至外发动机舱的管状基体23。基体23容纳驱动滑动件24以及末端杆25，两者彼此独立地以轴向滑动方式安装在致动气缸22的基体23内。
末端杆25的下游端经由横向驱动销27连接至滑动罩2，驱动销27容纳在与滑动罩2的行程方向垂直的椭圆形腔28内，该腔形成在滑动罩2的零件29内。该腔28使得能够避免致动气缸22的基体23、位于可活动部分24的端部处的枢转销26、以及位于末端杆25的端部处的驱动销27之间的超静定点共线。
致动气缸22受控以在滑动罩2处于其沿下游方向平移行程的结束阶段时在其导引轨道33内平移驱动滑动件24。
具体而言，能够在直接推进模式或反向推进模式下以相同的方式来排放通过涡轮风扇发动机入口捕获的空气是非常重要的，更具体而言，在推力反向过程中，期间通过襟翼20对环状导管10的截面的减小必须能够通过增大由偏转栅格4(当偏转栅格因滑动罩2的收回运动而露出)在反向装置上游提供的进入截面来进行补偿。
因此，在第一推力反向阶段(见图2)，启动末端杆25离开致动气缸22的展开由此使滑动罩2沿下游方向位移，同时部分24保持收回在致动气缸22的基体23内，并且襟翼或多个襟翼20保持收回在滑动罩2内。
当滑动罩2到达其沿下游方向的平移的结束阶段时(见图3)，被延迟到当前的中间部分24离开基体23的展开被启动并以比末端杆25的展开更快的速度执行。销26在导引轨道33内的运动经由连接件30传递至襟翼20。
部分24的展开运动可在末端杆25的展开运动之后或与其同时结束。在推力反向情况下(见图4)，使销26及27一起再次处于下游。当然，本发明并不限于部分24及末端杆25的具体致动顺序，需要以下述方式来进行他们各自的运动，即在推力反向过程中上游气动压力大致保持恒定。
在返回至直接推进模式过程中，襟翼或多个襟翼20可在滑动罩2沿上游方向运动以重新覆盖栅格4之前或过程中全部或部分地收回。
横向导引轨道33用于吸收力，由此避免因襟翼20上的气动压力而导致致动气缸22弯曲的危险。
在图7至11所示的改变实施例中，用于致动滑动罩102及襟翼120的装置分离。滑动罩102的运动由气动、电动或液动气缸(未示出)来控制。滑动罩102的各个半圆柱形部分包括轨道133(见图9)，轨道133在横向平面内纵长地延伸并用于平移地导引驱动滑动件142。
轨道133形成大致与滑动罩102的外周同心的圆弧(见图7及11)。同一驱动滑动件142经由平行于反向装置的纵向轴线围绕销131及143铰接的连接件130连接至沿滑动罩102的各个半圆柱形部分的外周分布的多个反向襟翼120。
驱动滑动件142具有设置有一组齿144的长度部分，该齿144设计用于与被致动器140在滑动罩102的横向平面内驱动旋转的小齿轮141啮合。因此，驱动滑动件142在其轨道133中的运动使得驱动连接件130及襟翼120向其阻挡导管110的位置枢转。
布置一个或更多电源连接器(未示出)使得在滑动罩102到达其沿下游方向的平移结束阶段时对致动器140通电。
驱动滑动件142可通过专用锁止机构或通过小齿轮141自身被保持在静止位置(在直接推进模式下)。
图12示出了与上述实施例类似的另一改变实施例。在这里，驱动滑动件242通过致动气缸245(优选地为电动气缸)在其轨道中被移动，致动气缸245被布置平行于用于滑动件242的导引轨道并通过第一端(246处)铰接在滑动罩202的结构上并通过第二端(247处)铰接在滑动件242上。
在滑动罩202的收回行程的结束阶段致动致动气缸245以驱动轨道中的滑动件142，由此使连接件230及襟翼220向其阻挡环状导管的位置枢转。
本发明使得能够方便地改变驱动连接件30，130或230的长度或其铰接销31，131或231在相应反向襟翼上的位置，由此调节在推力反向过程中襟翼阻挡环状导管的效率。还可以使驱动连接件30，130或230为各种不同襟翼设置不同长度，用于阻挡绕过襟翼的气流(对于具有重叠部分的襟翼是可能的)以对直接渗漏增加提高排放部分的出口的拖曳的旋涡效果。
最后，因为偏转栅格4，104被固定并布置在反向装置的结构的上游，故他们被布置在结实的气动线的环境中。易于管理栅格4，104的内径的界定，特别为了减小滑动罩2，102，202的活动长度，这是因为通过栅格4，104的总排放截面是栅格的长度及内径的数倍。将理解的是，对于同一排放截面，直径越大，栅格的长度越小。
如对同一致动器22控制可活动罩2及襟翼20的情况下的描述，应当指出，其中可活动罩2及襟翼20配备有独立致动器的上述实施例并不限于所述致动器的具体致动顺序，其应以下述方式被控制，即在推力反向过程中上游气动压力应保持大致恒定。
尽管已经参考了具体示例性实施例描述了本发明，但很明显，本发明并不限于此，并且其包括这里描述的全部技术等同物及其结合(如果落入本发明的范围内)。

Claims (12)

1.一种用于涡轮风扇发动机的发动机舱的推力反向装置(1)，该推力反向装置一方面包括用于使所述涡轮风扇发动机的气流的至少一部分偏转的装置(4，104)，另一方面包括至少一个可活动罩(2，102，202)，该活动罩可沿与所述发动机舱的纵向轴线大致平行的方向平移地移动，并具有至少一个襟翼(20，120)，该襟翼通过上游端枢转地安装至所述可活动罩，所述可活动罩能够交替地从关闭位置转换至打开位置，在所述关闭位置，所述襟翼处于收回位置的，所述可活动罩使所述发动机舱具有气动连续性并覆盖所述偏转装置，在所述打开位置，所述可活动罩打开所述发动机舱内的通路并露出所述偏转装置，且所述襟翼处于其能够阻挡所述发动机舱的环状导管(10，110)的一部分的枢转位置，其特征在于，用于驱动所述襟翼(20，120)的滑动件(24，142，242)可活动地安装在形成于所述滑动罩(2，102，202)的结构中的至少一个平移导引轨道(33，133)中，并经由驱动连接件(30，130，230)连接至所述襟翼(20，120)的下游端，使得所述滑动件(24，142，242)在其导引轨道(33，133)中的平移运动伴随着所述连接件(30，130，230)以及所述襟翼(20，120)的枢转，其特征还在于，设置致动装置(22，140，245)以在所述滑动罩(2，102，202)沿下游方向处于平移阶段时平移地驱动在其导引轨道(33，133)内的所述滑动件(24，142，242)。
2.如权利要求1所述的推力反向装置，其特征在于，所述致动装置(22，140，245)设置用于在所述滑动罩(2，102，202)沿下游方向处于其平移行程的结束阶段时平移地驱动在其导引轨道(33，133)内所述滑动件(24，142，242)。
3.如权利要求1或2所述的推力反向装置，其特征在于，所述驱动滑动件形成沿所述反向装置的纵向轴线布置的致动气缸(22)的中间可活动部分(24)，所述致动气缸(22)包括管状基体(23)，该管状基体在所述反向装置(1)上游处连接至所述外部发动机舱，并将所述驱动滑动件(24)与末端杆(25)一起容纳，所述驱动滑动件(24)与所述末端杆(25)在所述气缸(22)的所述基体(23)中以轴向滑动方式彼此独立安装，末端杆(25)的下游端连接至所述滑动罩(2)。
4.如权利要求3所述的推力反向装置，其特征在于，所述致动气缸(22)的所述末端杆(25)的端部经由容纳在与所述罩(2)的行程方向垂直的椭圆形腔(28)内的横向驱动销(27)连接至所述滑动罩(2)，所述腔形成在所述滑动罩(2)的结构(29)中。
5.如权利要求3或4所述的推力反向装置，其特征在于，存在用于平移导引所述驱动滑动件(24)的两条轨道(33)，该两条轨道分别布置在所述驱动滑动件(24)的两侧，每条轨道(33)均容纳用于将所述驱动连接件(30)铰接在所述驱动滑动件(24)上的横向铰接销(26)的优选地设置有导块或辊子(32)的一端。
6.如权利要求1或2所述的推力反向装置，其特征在于，用于平移导引所述驱动滑动件(142，242)的所述轨道(133)在所述滑动罩(102，202)的横向平面内纵长地延伸，并形成与所述滑动罩(102，202)的外周大致同心的环形弧，其特征还在于，所述驱动连接件(130，230)绕大致平行于所述反向装置的纵向轴线的销(131，143，231，243)铰接在所述襟翼(120)上及所述驱动滑动件(142，242)上。
7.如权利要求6所述的推力反向装置，其特征在于，所述驱动滑动件(142，242)连接至沿所述滑动罩(102，202)的外周分布的多个襟翼(120)。
8.如权利要求6或7所述的推力反向装置，其特征在于，所述驱动滑动件(142)具有设置有一组齿(144)的长度部分，所述齿用于与被致动器(140)驱动在所述滑动罩(102)的横向平面中旋转的小齿轮(141)啮合。
9.如权利要求8所述的推力反向装置，其特征在于，所述致动器(140)是电气的并当所述滑动罩(102)达到其沿下游方向平移行程的结束阶段时被通电。
10.如权利要求6或7所述的推力反向装置，其特征在于，平行于所述滑动件(242)的所述导引轨道布置的所述驱动滑动件(242)的致动气缸(245)在第一端(在246位置)被铰接在所述滑动罩(202)的结构上，并在第二端(在247位置)被铰接在所述驱动滑动件(242)上。
11.如权利要求1至10中任一项所述的推力反向装置，其特征在于，所述滑动罩(2，102，202)包括多个襟翼(20，120)，所述多个襟翼沿所述滑动罩外周分布并分别包括不同长度的驱动连接件(30，130，230)。
12.一种涡轮风扇发动机的发动机舱，其特征在于，其包括至少一个如权利要求1至11中任一项所述的推力反向装置。
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