【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及涡轮机的设计，更具体地涉及无涵道式风扇类型的涡轮机。本专利技术涉及用于冷却涡轮机油的热交换器的布置。
技术介绍
1、在涵道式涡轮机(涡轮喷气发动机)中，已知在次级流中(也就是在风扇的下游)具有一个或多个热交换器。
2、在涡轮螺旋桨发动机中围绕次级流不存在整流罩使得不能实现这种布置，因此换热器由发动机外部的风扇供应冷空气。这种解决方案既不紧凑也不轻便，并且由于马达的能量的一部分是驱动该附加风扇所必需的，因此这种解决方案还降低了马达的效率。
3、申请wo 2020/084271 a1描述了所谓的快速螺旋桨或“开式转子”马达(例如“对转式开式转子(counter-rotating open rotor，cror)”类型，或“无涵道式单个风扇(unducted single fan，usf)”类型)。在这种类型的结构中，在低飞行器速度下空气流速度太低不能充分冷却，在巡航速度下空气流速度太高，从而由于交换器的阻力而导致了能量损失。因此，涡轮喷气发动机的已知解决方案不适合于这种类型的发动机，并且需要非常大的外部风扇来确保显著的热交换需求。
4、简而言之，已知的技术解决方案采用引导朝向交换器的空气，该空气或者是太热而不能对油进行有效冷却的空气，或者是速度太高而不能忽略空气动力学损失或推力损失的空气。
5、除此之外，还有与热交换器的脆弱性相关的限制，热交换器不能直接布置在涡轮机的上游，这特别是由于存在热交换器与可能穿透到涡轮机中的外来体发生碰撞的风险。
技
1、技术问题
2、本专利技术旨在解决现有技术中的涡轮机的设计/制造的缺点。特别地，本专利技术旨在提出使得能够在有限空间中有效冷却而不妨碍涡轮机的效率的结构。
3、技术方案
4、本专利技术涉及无涵道式风扇类型的涡轮机，该涡轮机包括：分离喷嘴，分离喷嘴将空气流分成主流和次级流；压缩机，压缩机压缩主流；以及空气/油热交换器；其中，交换器被布置在由第三流穿过的通道中，在交换器的上游从次级流获取第三流，并且第三流在交换器的下游遇到压缩机的转子叶片的至少一个环形排。
5、涡轮机可以采取涡轮螺旋桨或开式转子(例如“对转式开式转子，cror”，或“无涵道式单个风扇，usf”)涡轮机的形式。
6、空气流由螺旋桨产生和/或由安装有涡轮机的飞行器的移动产生。
7、无涵道式风扇可以位于分离喷嘴的上游或下游。
8、压缩机可以是低压压缩机或增压压缩机。
9、主流在其行程的至少一部分上被压缩机叶片中的至少一些压缩机叶片压缩。次级流“观察”不到压缩机。由于围绕次级流(径向向外)没有护罩，因此次级流在尺寸上实际上是无限的。第三流不同于次级流。第三流可以与主流会聚和/或从主流分离。
10、压缩机的转子叶片排中的至少一个转子叶片排位于热交换器的下游，换言之，这意味着压缩机从次级流获取空气，并且驱动空气穿过热交换器。
11、压缩机的该所谓的下游部分位于主流和第三流会聚的环形区域。
12、这种布置使得交换器能够被供给有足够冷且足够慢的空气，以确保油冷却效率以及有限的由于交换器的存在而导致的空气动力学损失。
13、根据本专利技术的有利实施例，压缩机包括上游部分和下游部分，上游部分具有叶片的至少一个环形排，下游部分具有叶片的至少一个环形排，并且仅压缩机的下游部分被来自第三流的空气穿过，第三流来自交换器。这使得压力和速度迅速增大的主流与第三流保持分离。热交换器“观察”不到压缩机的上游部分，因此保持热交换器的冷却能力。
14、根据本专利技术的有利实施例，下游部分的叶片的径向高度远大于上游部分的叶片的径向高度，优选地，压缩机的下游部分的叶片在径向上比上游部分的叶片高1.5倍至4倍。这样，第三流在交换器出口处不会遭受到显著的速度梯度，显著的速度梯度将导致空气动力学湍流，从而导致冷却效率和发动机输出的损失。
15、根据本专利技术的有利实施例，压缩机的下游部分包括转子叶片的单个环形排，空气在交换器的下游遇到压缩机的下游部分。这使得整个单元更加紧凑。这些叶片可以以带叶片轮的形式布置。此外，下游部分可以包括一排或两排定子叶片。下游部分中的叶片的数量可以根据可用空间和/或期望的压缩比来设置，以既以期望速度吸入第三流，又不妨碍主流的压缩，这是涡轮机的效率的关键参数。
16、根据本专利技术的有利实施例，离开交换器的空气流穿过压缩机叶片的所有环形排。
17、根据本专利技术的有利实施例，开口使得次级流的一部分被吸入以形成第三流，开口是非摄入式的(non-écopante)。因此，以某种方式，开口可以由上游边缘和下游边缘界定，上游边缘和下游边缘具有相同的径向位置。替代地，上游边缘比下游边缘距涡轮机轴线更远，例如远1.1倍。替代地，在轴向截面上观察，开口上游的空气引导表面的切线描述了接近轴线的方向，并且开口被包含在轴线与该切线之间。在任何情况下，这防止了产生第三流的开口促使外来体以铲舀的方式进入交换器。
18、根据本专利技术的有利实施例，通道和/或交换器围绕涡轮机的轴线在360°上周向地延伸。替代地，交换器和/或通道不在360°上延伸。不管交换器围绕轴线的角度如何，通向次级流的开口可以是部分的(即不是360°)和/或压缩机叶片上的通道的口可以是部分的(即不是360°)。
19、根据本专利技术的有利实施例，螺旋桨被布置在喷嘴的上游，和/或对次级流进行矫直的轮叶与压缩机的下游部分轴向重叠。替代地，螺旋桨可以布置在喷口的下游。替代地，具有相反的旋转方向的两个螺旋桨被布置在交换器下游的轴向位置处。
20、根据本专利技术的有利实施例，旁路被布置在压缩机的下游部分的下游，以使流的离开压缩机的部分向次级流转向。因此，旁路直接位于主流和第三流的会聚区域(当主流和第三流汇聚时)的下游。这加速了流动以产生推力并补偿在交换器上游的第三流中获取的空气量。这提高了马达效率。旁路朝向次级流的分叉也使得在主流和第三流上游可能被吸入的任何外来体能够被排出，以防止外来体进入主流下游的高压压缩机或燃烧室。
21、根据本专利技术的有利实施例，设置有将主流与第三流进行隔离的装置，第三流穿过压缩机的下游部分流入到通道中，然后流入到旁路中。这样，第三流与主流完全隔离，从而限制了交换器下游的扰动。然而，这两种流在动态上并不完全独立，因为这两种流都“观察到”交换器下游的同一排转子叶片的相应部分。
22、根据本专利技术的有利实施例，下游部分的叶片的至少最后的环形排具有中间周向环。最后一排可以由旋转叶片或固定叶片构成。轴向环将流引导到旁路或高压压缩机。结合上一段，环还可以有助于使第三流与主流隔离。
23、本专利技术还涉及一种用于对具有无涵道式风扇的涡轮机的油进行冷却的方法，该方法包括：通过分离喷嘴将空气流分成主流和次级流，主流由涡轮机的一个或多个压缩机进行压缩，次级流位于一个或多个压缩机外部；以及通过压缩机的转子叶片的至少一个环形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.无涵道式风扇(4)类型的涡轮机(2)，所述涡轮机包括：
2.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述压缩机(14)包括上游部分(14.1)和下游部分(14.2)，所述上游部分具有叶片(16-19)的至少一个环形排，所述下游部分具有叶片(20-22)的至少一个环形排，并且仅所述压缩机(14)的下游部分(14.2)被来自所述第三流(F3)的空气穿过，所述第三流来自所述交换器(24)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述下游部分(14.2)的叶片(20-22)的径向高度(H)远大于所述上游部分(14.1)的叶片(16-19)的径向高度，优选地，所述压缩机(14)的所述下游部分(14.2)的叶片(20-22)在径向上比所述上游部分(14.1)的叶片(16-19)高1.5倍至4倍。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述压缩机(14)的下游部分(14.2)包括转子叶片(20)的单个环形排，空气在所述交换器(24)的下游遇到所述压缩机的下游部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的
6.根据权利要求1、4或5中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，离开所述交换器(24)的空气流(F3)穿过所述压缩机(14)的叶片(18-22)的所有环形排。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，开口(28)使得所述次级流(F2)的一部分被吸入以形成所述第三流(F3)，所述开口(28)是非摄入式的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述通道(26)和所述交换器(24)围绕所述涡轮机(2)的轴线(8)在360°上周向地延伸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，螺旋桨(4)被布置在所述喷嘴(10)的上游。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，对所述次级流(F2)进行矫直的轮叶(34)与所述压缩机(14)的下游部分(14.2)轴向重叠。
11.根据权利要求1至8或10中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，具有相反的旋转方向的两个螺旋桨被布置在所述交换器(24)下游的轴向位置处。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，旁路(36)被布置在所述压缩机(14)的下游部分(14.2)的下游，以使所述流的离开所述压缩机(14)的部分向所述次级流(F2)转向。
13.根据前一项权利要求所述的涡轮机(2)，其特征在于，设置有将所述主流(F1)与所述第三流(F3)进行隔离的装置，所述第三流穿过所述压缩机(14)的下游部分(14.2)流入到所述通道(26)中，然后流入到所述旁路(36)中。
14.根据前一项权利要求所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述下游部分(14.2)的叶片(22)的至少最后的环形排具有中间周向环(44)。
15.一种用于对具有无涵道式风扇(4)的涡轮机(2)的油进行冷却的方法，所述方法包括：
16.一种运行根据权利要求1至14中任一项所述的涡轮机的方法，所述方法包括螺旋桨旋转步骤，在所述螺旋桨旋转步骤期间，所述主流(F1)和所述次级流(F2)的马赫数为0.5，所述第三流(F3)的马赫数远低于0.3。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.无涵道式风扇(4)类型的涡轮机(2)，所述涡轮机包括：
2.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述压缩机(14)包括上游部分(14.1)和下游部分(14.2)，所述上游部分具有叶片(16-19)的至少一个环形排，所述下游部分具有叶片(20-22)的至少一个环形排，并且仅所述压缩机(14)的下游部分(14.2)被来自所述第三流(f3)的空气穿过，所述第三流来自所述交换器(24)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述下游部分(14.2)的叶片(20-22)的径向高度(h)远大于所述上游部分(14.1)的叶片(16-19)的径向高度，优选地，所述压缩机(14)的所述下游部分(14.2)的叶片(20-22)在径向上比所述上游部分(14.1)的叶片(16-19)高1.5倍至4倍。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述压缩机(14)的下游部分(14.2)包括转子叶片(20)的单个环形排，空气在所述交换器(24)的下游遇到所述压缩机的下游部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述压缩机(14)的下游部分(14.2)包括定子叶片(21)的一个或两个环形排，空气在所述交换器(24)的下游遇到所述压缩机的下游部分。
6.根据权利要求1、4或5中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，离开所述交换器(24)的空气流(f3)穿过所述压缩机(14)的叶片(18-22)的所有环形排。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于，开口(28)使得所述次级流(f2)的一部分被吸入以形成所述第三流(f3)，所述开口(28)是非摄入式的。
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·H·P·普林西瓦莱，
申请(专利权)人：赛峰航空助推器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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