CN110552787B - 用于航空发动机且配有滤气器及滤气器旁路管的进气单元 - Google Patents

Abstract

用于航空器(1)的发动机(2)的进气单元(5)具有：外壳(6)，内部限定有气室(7)，气室能连接至航空器(1)的发动机(2)；主进气口(8)；与主进气口(8)接合的滤气器(9)；旁路进气口(10)；开闭器装置(11)，与旁路进气口(10)联接并具有两个分隔件(13、14)，这两个分隔件被安装成适于绕彼此平行且间隔开的各自旋转轴线(15、16)旋转；以及致动器(12)，使开闭器装置(11)在封闭位置与打开位置之间移动。在开闭器装置(11)的打开位置，上分隔件(13)被排布为横向于外壳(6)的壁(17)且处于旁路进气口(10)的中心区域，下分隔件(14)被排布为平行于外壳(6)的壁(17)且与壁(17)重叠。

Description

用于航空发动机且配有滤气器及滤气器旁路管的进气单元

相关申请的交叉引用

本申请与2017年4月21日提交的第102017000044153号意大利专利申请相关，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于航空器(aircraft，飞行器)的发动机的进气单元，该航空器即为一种人造机械，其自支撑且能够在空气中移动从而允许在地球大气层中运输人或物件。

本发明能够有利地应用于直升机，以下的说明书将具体引证直升机来进行说明，但不丧失一般性。

背景技术

现代直升机装配有至少一个发动机，发动机的运行需要连续的新鲜空气流；术语发动机既指使叶片组件运行的主发动机又指使辅助服务设备运行的辅助发动机(也称为APU-“辅助动力单元”)。为了向每个发动机供应新鲜空气，直升机配备有至少一个进气口，该进气口可以设置有过滤系统和管道(也被称为“气室(plenum)”)，该管道布置在过滤系统的下游并终止于发动机中。

当通过直升机运动产生的空气的动态压力被用来增加进气静态压力并因此提高发动机的容积效率时，通过进气口的空气吸入可以是动态的(也称为“RAM”)；在这种情况下，进气口被(至少部分地)定向为垂直于运动的方向。替代地，当仅由于发动机产生的负压效应而使新鲜空气被吸入时，通过进气口的空气吸入可以是静态的；在这种情况下，进气口相对于运动的方向侧向地定向(因此位于机身的侧壁或顶壁)。

直升机必须能够在各种各样的环境条件下运行，因此直升机的每个发动机都必须得到保护，以便甚至在极端的环境条件下(例如在存在大量灰尘，诸如在沙质环境(海滩，沙漠......)中，或在存在许多异物(如干树叶等)的环境条件下)也能够运行。

直升机发动机的最大危险是悬浮在大气中的灰尘或其他固体颗粒的吸入(由于适当的大气运动以及由于直升机叶片的效应而导致)。为了保护发动机免受这些危险，每个进气单元可以配备有至少一个带有其自己的滤气器(airfilter，空气过滤器，空气滤清器)的过滤系统，以阻止颗粒并因而保护发动机。滤气器可以是屏障型的(即，包括一层或多层捕获颗粒的多孔材料)或是离心型的(即，利用离心力将较重的固体颗粒从进入的空气流中分离)。

过滤系统的存在增加了发动机的使用寿命，但同时对飞行操作构成了潜在的威胁，因为在积聚的固体颗粒量或颗粒流速超过滤气器的容量或者在结冰的情况下，过滤系统可能完全或部分地堵塞。如果过滤系统发生全部或部分堵塞的情况，则相应的发动机可能会经历重大(在最坏的情况下甚至全部)的功率损失，从而导致事故。为了即使是滤气器堵塞也始终保证朝向发动机的足够的空气流，每个过滤系统都配备有替代的或辅助的进气路径(也称为旁路路径)，允许发动机被供以不通过滤气器的外部空气；以这种方式，在所有的飞行条件下确保发动机的安全和正确的运行。

专利申请EP2282031A1、GB1201096A和EP3121416A1描述了用于航空发动机的进气单元，其中滤气器被安装成使得其可以在必要时移动(例如通过旋转移动)以释放旁路路径。

专利申请EP3121415A1和EP3121416A1描述了一种用于航空发动机的进气单元，其中设置有主进气口和旁路进气口，滤气器与该主进气口永久接合，该旁路进气口设有可在封闭位置与打开位置之间移动的开闭器装置，在封闭位置中该开闭器装置封闭旁路进气口，在打开位置中该开闭器装置允许自由通过旁路进气口的自由通行。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于航空发动机的进气单元，该进气单元设置有滤气器和滤气器旁路管道，并且在旁路管道被使用时(即，当旁路管道被打开以绕过滤气器时)使性能优化。

根据本发明，提供了一种用于航空发动机的进气单元；该进气单元包括：

外壳，在该外壳的内部限定有气室，该气室可以连接至航空器的发动机；

主进气口，该主进气口通过外壳的壁获得，并且发动机的运行所需的外部空气可通过该主进气口被吸入到气室中；

至少一个滤气器，所述滤气器由所述外壳支撑并且与所述主进气口接合，以对流过所述主进气口的外部空气进行过滤；

至少一个旁路进气口，所述旁路进气口通过外壳的壁获得，与主进气口和滤气器分离并且独立于该主进气口和滤气器，并且发动机的运行所需的外部空气能够通过所述旁路进气口被吸入气室中；

开闭器装置，该开闭器装置联接至所述旁路进气口并且能够在封闭位置与打开位置之间移动，在封闭位置中，该开闭器装置封闭旁路进气口，在打开位置中，该开闭器装置将通过旁路进气口的通道设定为不受约束的(free)；和

致动器，该致动器使所述开闭器装置在所述封闭位置与所述打开位置之间移动；

其中所述开闭器装置包括两个分隔件，这两个分隔件被安装成围绕彼此平行且彼此间隔开的各自的旋转轴线旋转，并且在封闭位置中，所述分隔件与所述外壳的壁齐平，以便在旁路进气口的相对侧处无缝地连接壁的两个端部；

进气单元的特征在于：

在开闭器装置的打开位置中，上分隔件被布置为横向于外壳的壁并被布置在旁路进气口的中心区域；并且

在开闭器装置的打开位置中，下分隔件被布置为平行于外壳的壁并且与所述壁重叠。

权利要求描述了本发明的优选实施例，所述优选实施例形成本说明书的组成部分。

附图说明

现在将参照示出其非限制性实施例的附图来描述本发明，在附图中：

图1是包括一对双涡轮发动机的直升机的示意性立体图，每个双涡轮发动机均设有根据本发明制造的进气单元；

图2是图1中的两个进气单元之一的正视图，其中旁路管道处于封闭构造中；

图3是沿着图2中的进气单元的一部分的III-III线截取的截面图，其中旁路管道处于封闭构造中；

图4是图2中的进气单元的正视图，其中旁路管道处于打开构造中；和

图5是沿着图2中的进气单元的一部分的V-V线截取的截面图，其中旁路管道处于封闭构造中。

附图中的附图标记列表

1 直升机

2 涡轮发动机

3 进口

4 出口

5 进气单元

6 外壳

7 气室

8 主进气口

9 滤气器

10 旁路进气口

11 开闭器装置

12 致动器

13 上分隔件

14 下分隔件

15 旋转轴线

16 旋转轴线

17 壁

18 摇臂

19 外臂

20 内臂

21 滑块

22 支撑臂

23 互连臂

具体实施方式

在图1中，数字1总体上表示包括两个双涡轮发动机2(图1中仅可见其中一个)的直升机，所述双涡轮发动机操作叶片组件，所述叶片组件允许直升机竖直升降、在飞行中保持静止、以及向侧向、向后或向前移动。

每个涡轮发动机2包括管状外壳，该管状外壳在前部处具有空气进口3(涡轮发动机2通过该空气进口吸入其运行所需的外部空气，即，含有用于燃烧所需的氧气的外部空气)以及在后部处具有空气出口4(涡轮发动机2通过该空气出口排出燃烧产生的废气)。在每个涡轮发动机2的空气进口3处设置有进气单元5，由所述涡轮发动机2吸入的空气流经该进气单元5。

如图2至图5所示，每个进气单元5包括中空外壳6，在该中空外壳内限定有与涡轮发动机2气动连通的气室7(即，进气室)。每个外壳6包括主进气口8，涡轮发动机2的运行所需的外部空气可通过该主进气口被吸入；换句话说，每个涡轮发动机2的运行所需的外部空气可以通过穿过主进气口8而进入气室7，然后从气室7到达涡轮发动机2。在附图所示的实施例中，每个外壳6包括单个主进气口8，然而根据其他未示出的以及完全等效的实施例，每个外壳6包括彼此并排的多个主进气口8。

每个进气单元5包括滤气器9，该滤气器9由外壳6支撑并且与整个主进气口8接合，以对穿过所述主进气口8并进入气室7的外部空气进行过滤；换句话说，滤气器9重现主进气口8的形状，从而以无间隙的方式与主进气口8接合，然后对穿过主进气口8并进入气室7的所有空气进行过滤。优选地，每个滤气器9包括矩形支撑框架(由铝、塑料材料或复合材料制成)，其固定至外壳6的外壁并支撑一个或多个过滤材料板(例如由夹在两层薄金属网之间的棉或其他纤维织物或非织造织物制成，所述薄金属网为所述过滤材料提供形状和强度)。

每个外壳6还包括旁路进气口10，该旁路进气口10与主进气口8(因此与滤气器9)完全分离，且相互独立，并且与主进气口8并排布置；特别地，在附图所示的实施例中，旁路进气口10布置在主进气口8的下方。用于涡轮发动机2的运行所需的外部空气可以通过每个旁路进气口10被吸入；换句话说，每个涡轮发动机2的运行所需的外部空气可以通过穿过旁路进气口10进入气室7，然后从气室7到达涡轮发动机2。在附图所示的实施例中，每个外壳6包括单个旁路进气口10，然而根据其他未示出的以及完全等效的实施例，每个外壳6包括彼此并排的多个旁路进气口10。

每个进气单元5包括开闭器装置11，所述开闭器装置联接至旁路进气口10并且可移动地安装，以使得开闭器装置能够在封闭位置(在图2和图3中示出)与打开位置(在图4和图5中示出)之间移动，在封闭位置中该开闭器装置封闭旁路进气口10(以防止空气通过旁路进气口10进入)，在打开位置该开闭器装置允许通过旁路进气口10的自由通行(以允许空气通过旁路进气口10进入)。

最后，每个进气单元5均包括致动器12，该致动器使开闭器装置11在封闭位置和打开位置之间移动。

当每个开闭器装置11处于封闭位置(如图2和图3所示)中时，外部空气只能通过穿过主进气口8且因此穿过滤气器9进入集气室7(并因此到达涡轮发动机2)。相反，当每个开闭器装置11处于打开位置(如图4和图5所示)中时，外部空气可以通过穿过主进气口8且因此穿过滤气器9以及通过穿过旁路进气口10但因此不经过滤气器9(因为旁路进气口10没有过滤材料，所以其对空气的通过没有阻挡)这两种方式进入气室7(并由此到达涡轮发动机2)。显然，当每个开闭器装置11处于打开位置(如图4和图5所示)中时，由于旁路进气口10的横穿(crossing)导致较低的负载损失，因而进入气室7以到达涡轮发动机2的几乎所有空气都穿过旁路进气口10而不是穿过与滤气器9接合的主进气口8。

当每个开闭器装置11处于封闭位置(如图2和图3所示)中时，进入空气必然穿过主进气口8并穿过滤气器9；因此，存在于空气中的任何杂质被滤气器9阻挡，然而，通过滤气器9的通道导致进入空气中的负载损失，这折损了涡轮发动机2的性能。另一方面，当每个开闭器装置11处于打开位置(如图4和5所示)中时，进入空气主要穿过旁路进气口10，并且空气中存在的任何杂质都不被滤气器9阻挡；因此，进入空气不会发生负载损失，然而，空气中存在的杂质不会被滤气器9阻挡。

每个进气单元5均包括电子控制单元，该电子控制单元驱动致动器12以使开闭器装置11在封闭位置(如图2和图3中所示)和打开位置(如图4和图5中所示)之间移动。特别地，当直升机1接近地面时(在起飞或着陆期间或当静止在低海拔处时)，进入空气可能(很可能)含有杂质，因此每个开闭器装置11由电子控制单元设置并保持在封闭位置中以过滤进气；相反，当直升机1高于地面(即，远离地面，例如在数十米的高度处)时，进入空气不太可能含有杂质，因此每个开闭器装置11被电子控制单元设置并保持在打开位置中，以避免对涡轮发动机2的性能的(不必要的)折损。

另外，每个电子控制单元连接至压力传感器，该压力传感器布置在气室7中并且在进入空气已经穿过了滤气器9之后测量进入空气的压力；当由压力传感器测量的进入空气压力低于一阈值时，相应的开闭器装置11由电子控制单元设置并保持在打开位置(如图4和图5所示)中，而不管直升机1是否接近地面。换句话说，由每个压力传感器测量的进入空气压力指示相应的滤气器9的堵塞程度，因为滤气器9越堵塞，由压力传感器测量的进入空气压力越小；因此，当滤气器9过于堵塞时，即，当由压力传感器测量的进入空气压力低于一阈值时，每个开闭器装置11由电子控制单元设置并保持在打开位置(如图4和图5所示)中，以避免过度折损涡轮发动机2的性能。

每个开闭器装置11包括上分隔件13和下分隔件14，在封闭位置(如图2和图3所示)中上分隔件和下分隔件并排布置以完全覆盖旁路进气口10。在每个开闭器装置11中，上分隔件13可旋转地安装，以便在封闭位置(如图2和图3所示)与打开位置(如图4和图5所示)之间围绕旋转轴线15旋转，并且下分隔件14可旋转地安装以便在封闭位置(如图2和图3所示)与打开位置(如图4和图5所示)之间围绕旋转轴线17旋转，该旋转轴线17与旋转轴线16平行且间隔开。优选地，在每个开闭器装置11中，为了从封闭位置(如图2和图3所示)移动到打开位置(如图4和图5所示)，分隔件13和14两者沿着相同的方向(如附图中所示的逆时针方向)旋转；并且相应地，为了从打开位置(如图4和图5所示)移动到封闭位置(如图2和图3所示)，两个分隔件13和14沿着相同的方向(如附图中所示的顺时针方向)旋转。

根据附图中所示的优选实施例，在封闭位置(如图2和图3所示)中，每个开闭器装置11的上分隔件13和下分隔件14与外壳6的壁17齐平，以便在旁路进气口10的相对两侧处无缝地连接壁17的两端；换句话说，在封闭位置(如图2和3所示)中，每个开闭器装置11的分隔件13和14均与外壳6的壁17相切并且也彼此相切。为了确保封闭位置(图2和图3中示出)中的良好气密性，在每个开闭器装置11中，在旁路进气口10处，分隔件13和14的边缘和/或外壳6的壁17的边缘10具有各自的弹性垫圈。

根据附图中示出的优选实施例，在打开位置(如图4和5所示)中，每个开闭器装置11中，上分隔件13横向于外壳6的壁17布置并且布置于旁路进气口10的中心区域中，下分隔件14平行于外壳6的壁17布置并且与所述壁17重叠(特别是在气室7内部，即，面向壁17的内表面)。换句话说，在打开位置(如图4和5所示)中，在每个开闭器装置11中，上分隔件13布置在旁路进气口10的中间并用作导流器，该导流器将空气导向气室7，而下分隔件14完全位于旁路进气口10的外侧上。

在每个开闭器装置11中，下分隔件14由至少一个摇臂18承载，所述摇臂铰接至外壳6的壁17以便围绕旋转轴线16旋转(实际上，两个摇臂18优选地布置在下分隔件14的相对两侧处)；摇臂18具有外臂19和内臂20，所述外臂是“V”形的且刚性连接至下分隔件14，所述内臂关于旋转轴线16与外臂19相对并且机械连接至致动器12。特别地，致动器12是包括滑块21的线性(气动、液压或电动)致动器，滑块线性地移动并铰接至摇臂18的内臂20的一端；以这种方式，致动器12的滑块21的线性移动引起摇臂18围绕旋转轴线16的旋转，并因此引起下分隔件14围绕旋转轴线16的随后旋转。

在每个开闭器装置11中，上分隔件13由至少一个支撑臂22承载，所述支撑臂是“V”形的且铰接至外壳6的壁17，以便围绕旋转轴线15旋转(实际上，两个支撑臂22优选布置在上分隔件13的相对两侧处)。提供了互连臂23，所述互连臂将摇臂18(特别是摇臂18的外臂19)连接至支撑臂22，从而使摇臂18与支撑臂22成角度地一体形成，并且因此，将摇臂18的旋转移动传递到支撑臂22。根据一个优选实施例，互连臂23具有例如通过螺旋系统而可调节(即，可编辑)的长度，以允许在使用中调节摇臂18的旋转移动到支撑臂22的传递。

总之，由于使得两个分隔件13和14彼此成角度地一体形成的互连臂23的存在，每个致动器12同时移动开闭器装置11的分隔件13和14两者。

根据可能的(但非限制性的)实施例，可以在每个空气进口9或10处布置具有相对大的网格(在一或两厘米的尺寸范围内)的金属格栅，该金属格栅具有防止鸟类进入的功能。

所示图中作为示例示出的实施例涉及涡轮发动机2，但是本发明可以在用于航空器的任何类型的发动机中找到有利的应用。

重要的是要注意，上述的每个进气单元5可以联接至直升机1的主发动机或联接至辅助动力单元(APU)的辅助发动机；换句话说，上述的每个进气单元5可以用在必须从外部环境吸入新鲜空气以用于直升机1的(主或辅助)发动机的运行的任何情况中。

在所示图中作为示例示出的实施例涉及直升机1，但是本发明可以在任何类型的航空器中(因而也在飞机中)找到有利的应用。

在不脱离本发明的保护范围的情况下，本文描述的实施例可以彼此组合。

上述进气单元5具有许多优点。

由于存在滤气器9，上述的进气单元5允许航空器1在尘土飞扬的区域(因此，在靠近地面的空气中充满着由自然风以及由航空器1的推进导致升起的杂质的区域)安全地运行，如果需要，所述滤气器(通过将开闭器装置11布置在封闭位置中)运行以对涡轮发动机2吸入的空气提前进行过滤。

此外，由于当航空器处于地面之上的高处(即，距地面较远)时，(通过将开闭器装置11布置在打开位置)使得滤气器9被旁路进气口10绕过，上述的进气单元5对于大多数飞行都能够在没有任何性能折损的情况下运行。

上述的进气单元5的开闭器装置11的形状允许当开闭器装置11处于封闭位置中时，空气动力学折损(即，在向前移动期间增加的空气动力学阻力)为零，并且当开闭器装置11处于打开位置中时空气动力学折损最小。事实上，在封闭位置中，开闭器装置11的这两个分隔件13和14无缝地完成外壳6的壁17(即，直升机1的“本体”)，而在打开位置中，下分隔件14在气室7中完全“消失”，而上分隔件13变成导流器，其允许空气顺畅地流入气室7中，并且上分隔件非常小地突出到超出外壳6的尺寸。

此外，开闭器装置11的形状使得可以最小化必须由致动器装置12施加以使分隔件13和14在封闭位置与打开位置之间移动的力。

上述的进气单元5适用于任何类型的直升机，具有减小的总体尺寸并且甚至在未预先针对该解决方案进行布置的现有直升机中也可相对简单地安装(即，其适合用作改造方案以给旧系统添加新功能)。

Claims (14)

1.用于航空器(1)的发动机(2)的进气单元(5)，所述进气单元(5)包括：

外壳(6)，在所述外壳内限定有气室(7)，所述气室能够连接至所述航空器(1)的所述发动机(2)；

主进气口(8)，所述主进气口通过所述外壳(6)的壁(17)获得，并且所述发动机(2)的运行所需的外部空气能够通过所述主进气口被吸入到所述气室(7)中；

至少一个滤气器(9)，所述滤气器由所述外壳(6)支撑并与所述主进气口(8)接合以对流动穿过所述主进气口(8)的外部空气进行过滤；

至少一个旁路进气口(10)，所述旁路进气口通过所述外壳(6)的壁(17)获得，与所述主进气口(8)和所述滤气器(9)分离且独立于所述主进气口和所述滤气器，并且所述发动机(2)的运行所需的外部空气能通过所述旁路进气口被吸入到所述气室(7)中；

开闭器装置(11)，所述开闭器装置与所述旁路进气口(10)联接并且能在封闭位置和打开位置之间移动，在所述封闭位置中，所述开闭器装置封闭所述旁路进气口(10)，在所述打开位置中，所述开闭器装置将通过所述旁路进气口(10)的通道设定为不受约束的；以及

致动器(12)，所述致动器使所述开闭器装置(11)在所述封闭位置与所述打开位置之间移动；

其中，所述开闭器装置(11)包括两个分隔件(13、14)，所述两个分隔件被安装成围绕彼此平行且间隔开的各自的旋转轴线(15、16)旋转，并且在所述封闭位置中，所述两个分隔件与所述外壳(6)的所述壁(17)齐平，以在所述旁路进气口(10)的相对两侧处无缝地连接所述壁(17)的两个端部；

所述进气单元(5)的特征在于：

在所述开闭器装置(11)的打开位置中，上分隔件(13)横向于所述外壳(6)的所述壁(17)布置并且位于所述旁路进气口(10)的中心区域；并且

在所述开闭器装置(11)的打开位置中，下分隔件(14)布置成平行于所述外壳(6)的所述壁(17)并与所述壁(17)重叠。

2.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，在所述开闭器装置(11)的打开位置中，所述下分隔件(14)布置在所述气室(7)的内侧上。

3.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，在所述开闭器装置(11)的打开位置中，所述下分隔件(14)布置成面向所述外壳(6)的所述壁(17)的内表面。

4.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，在所述开闭器装置(11)的打开位置中，所述下分隔件(14)完全位于所述旁路进气口(10)的外侧。

5.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，在所述开闭器装置(11)的打开位置中，所述上分隔件(13)布置在所述旁路进气口(10)的中间，并且用作导流器，所述上分隔件将空气导向所述气室(7)。

6.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，在所述开闭器装置(11)的封闭位置中，所述分隔件(13、14)与所述外壳(6)的所述壁(17)相切，并且还彼此相切。

7.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，为了从所述封闭位置移动到所述打开位置，或者为了从所述打开位置移动到所述封闭位置，两个分隔件(13、14)沿相同的方向旋转。

8.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，所述两个分隔件(13、14)彼此成角度地一体形成，以围绕相应的旋转轴线(15、16)一起且以同步的方式旋转。

9.根据权利要求1所述的进气单元(5)，其中，一个下分隔件(14)由至少一个摇臂(18)承载，所述摇臂被铰接以围绕第一旋转轴线(16)旋转。

10.根据权利要求9所述的进气单元(5)，其中，所述摇臂(18)包括外臂(19)和内臂，所述外臂是“V”形的且刚性地连接至所述下分隔件(14)，所述内臂关于所述第一旋转轴线(16)与所述外臂(19)相对并且机械地连接至所述致动器(12)。

11.根据权利要求10所述的进气单元(5)，其中，所述致动器(12)是线性致动器并且包括滑块(21)，所述滑块线性地移动并铰接至所述摇臂(18)的所述内臂(20)的一端。

12.根据权利要求9所述的进气单元(5)，其中，所述上分隔件(13)由至少一个支撑臂(22)承载，所述支撑臂是“V”形的并被铰接以围绕第二旋转轴线(15)旋转。

13.根据权利要求12所述的进气单元(5)，其中，设置有互连臂(23)，所述互连臂将所述摇臂(18)连接至所述支撑臂(22)，以使得所述摇臂(18)与所述支撑臂(22)成角度地一体形成，并且因此将所述摇臂(18)的旋转运动传递到所述支撑臂(22)。

14.根据权利要求13所述的进气单元(5)，其中，所述互连臂(23)具有能调整的长度。