具有驱动系统健康监测的可变面积风扇喷嘴技术方案

本发明专利技术涉及一种具有驱动系统健康监测的可变面积风扇喷嘴。具体而言，一种用于涡轮风扇发动机的机舱包括可变面积风扇喷嘴(VAFN)和附接到机舱前部上用以感测VAFN收起时的存在的接近传感器。接近传感器不附接到VAFN上，从而使得能够使用具有相对紧凑的操作行程的接近传感器，如线性可变位移换能器。

【技术实现步骤摘要】
具有驱动系统健康监测的可变面积风扇喷嘴
本专利技术涉及涡轮风扇发动机机舱领域。
技术介绍
典型的飞行器涡轮风扇喷气发动机包括发动机内核、围绕发动机内核的机舱、以及吸入被分成旁通空气流和发动机内核空气流的空气流的风扇。机舱提供围绕发动机内核的旁通管道。经由旁通管道输送旁通空气流。机舱构造成用以促进经由旁通管道的空气的层流。发动机内核包括用以压缩发动机内核空气流的多级压缩机、用以增加至压缩的发动机内核空气流的热能的燃烧器、以及用以由发动机内核空气流产生机械能的燃烧器下游的涡轮区段。典型的涡轮区段具有两个涡轮级，且有时具有三个涡轮级。涡轮级用于驱动压缩机和风扇。在离开涡轮区段之后，发动机内核空气流经由在发动机的后端处的排气喷嘴离开。在涡轮风扇发动机中，风扇通常产生由发动机产生的大部分推力。旁通空气流可用于产生通常在着陆期间使用的反推力。安装在机舱中的反推力器有选择地使旁通空气流倒转方向来生成反推力。在正常发动机操作期间，旁通空气流在离开发动机组件之前，可与或可不与排出的发动机内核空气流相混合。若干涡轮风扇发动机参数对发动机性能具有重要影响。旁通比(BPR)为旁通空气流速率与发动机内核空气流速率的比率。较高BPR的发动机(例如，5或更大的BPR)通常具有更好的比燃料消耗量(SFC)，且通常比相等推力的低BPR发动机更安静。大体上，较高的BPR在一定比推力下导致较低的平均排气速度和较小的喷气噪音。涡轮风扇发动机的性能还由发动机风扇压力比(FPR)影响。FPR为发动机风扇喷嘴出口处的空气压力与进入风扇的空气的压力的比率。较低的FPR导致较低的排气速度和较高的推进效率。然而，减小发动机的FPR可达到实际极限，因为低FPR不可生成足够的推力，且可在某些操作条件下导致发动机风扇失速、叶片颤振和/或压缩机喘振。一种用于优化发动机在多种飞行状态下的性能的途径涉及改变风扇喷嘴出口面积。通过有选择地改变风扇喷嘴的出口面积，可调整发动机的旁通流特征以良好地匹配特定飞行状态，例如，通过相对于正使用的特定推力水平来优化FPR。然而，可变面积的风扇喷嘴(VAFN)系统通常包括通过一个或多个促动系统相对于机舱有选择地再定位的多个构件。为了满足操作要求、安全要求和认证要求(例如，联邦航空管理局的要求和欧洲航空安全局的要求)，VAFN系统必须满足结构破坏容限和系统可靠性要求。为了满足系统可靠性要求，可能需要监测VAFN系统，例如以检测促动系统故障，促动系统故障可导致飞行器性能退化，如增大阻力和/或降低发动机性能。然而，此类监测应当充分可靠，这在具有通过一个或多个促动系统相对于机舱有选择地再定位的多个构件的VAFN系统的情况下可能难以实现。因此，使用可靠监测的VAFN系统是所期望的，尤其是在以简单且成本效益合算的方式完成监测的情况下。
技术实现思路
下文给出了本专利技术的一些实施例的简化概述，以便提供本专利技术的基本理解。该概述不是本专利技术的广泛综述。其并非旨在识别本专利技术的重要/关键元素或界定本专利技术的范围。其唯一的目的在于以简化形式给出本专利技术的一些实施例来作为随后提出的更为详细的描述的前序。所公开的涡轮风扇发动机机舱包括具有驱动系统健康监测的可变面积的风扇喷嘴(VAFN)系统。在很多实施例中，驱动系统健康监测使用安装到发动机机舱上的接近传感器来周期性地检验可移动风扇喷嘴的预定部分定位成与风扇喷嘴的收起构造一致。通过周期性地检验(例如，每次飞行两次)风扇喷嘴的预定部分的位置，就以简单且成本效益合算的方式满足了VAFN系统的所需的系统可靠性。因此，一方面，提供了一种用于涡轮风扇发动机的机舱。机舱包括机舱前部、套筒、风扇喷嘴和附接到机舱前部上的第一接近传感器。机舱前部至少部分地限定构造成用以输送发动机的旁通空气流的旁通管道。机舱前部具有至少部分地围绕旁通管道的后方边缘。套筒可移动地设置在机舱前部后方边缘的后方，且具有尾缘。套筒可相对于机舱前部在前方位置与后方位置之间移动。风扇喷嘴具有前缘和尾缘。发动机的旁通空气流的主流动出口部分地由风扇喷嘴尾缘限定。风扇喷嘴设置在套筒尾缘的后侧，且可相对于套筒在收起位置与展开位置之间移动。风扇喷嘴具有相对于机舱前部在最前方位置与最后方位置之间的总运动范围。最前方位置在套筒处于前方位置且风扇喷嘴处于收起位置时出现。最后方位置在套筒处于后方位置且风扇喷嘴处于展开位置时出现。相对运动的总范围被分成了第一部分和第二部分。第一接近传感器不附接到风扇喷嘴上或不附接到套筒上。第一接近传感器生成第一信号，第一信号表示风扇喷嘴何时处于相对运动的总范围的第一部分且表示风扇喷嘴何时未处于相对运动的总范围的第一部分。在很多实施例中，第一信号并不响应于风扇喷嘴的位置在相对运动的总范围的第二部分内的变化而变化。在很多实施例中，当风扇喷嘴处于展开位置时，可变面积的风扇喷嘴(VAFN)端口限定在套筒尾缘与风扇喷嘴前缘之间。除主流动出口之外，VAFN端口提供用于发动机的旁通空气流流过旁通管道的附加流动出口。在很多实施例中，风扇喷嘴相对于机舱前部的移动改变主流动出口的出口面积。例如，风扇喷嘴和机舱前部可协作以限定主流动出口，使得风扇喷嘴相对于机舱前部的移动改变主流动出口的几何形状，以便改变主流动出口的出口面积。在很多实施例中，第一接近传感器包括第一部件和可相对于第一部件移动的第二部件。第一部件可相对于机舱前部具有固定位置，且第二部件可仅在风扇喷嘴设置在相对运动的总范围的第一部分内时才与风扇喷嘴对接。例如，接近传感器可包括线性可变差动换能器(LVDT)，其中当风扇喷嘴未设置在相对运动的总范围的第一部分内时将第二部件(例如，柱塞)相对于第一部件偏压到延伸位置。在很多实施例中，第一信号响应于风扇喷嘴的位置相对于机舱前部在相对运动的总范围的第一部分内的变化而变化。并且，第一接近传感器可构造成用以适应最前方的位置相对于机舱前方位置的位置可变性。在很多实施例中，机舱包括第二接近传感器，第二接近传感器还附接到机舱前部上且不附接到风扇喷嘴上。第二接近传感器生成第二信号，第二信号表示风扇喷嘴何时处于相对运动的总范围的第二部分且表示风扇喷嘴何时未处于相对运动的总范围的第二部分。机舱可包括用以将第一信号与第二信号相比较的器件，例如，以监测风扇喷嘴的失准和/或缺陷定位。机舱可包括安装到套筒上的从属连杆(例如，从属柱塞)。从属连杆可相对于套筒移动，且仅在风扇喷嘴设置在相对运动的总范围的第一部分内时才与风扇喷嘴对接，以便将风扇喷嘴的位置传输至第一接近传感器。在很多实施例中，机舱包括构造成用以可拆卸地安装到套筒上的从属连杆组件。从属连杆组件包括从属柱塞、壳体和弹簧(例如，压缩弹簧)。壳体构造成用以可拆卸地安装到套筒上。在不与风扇喷嘴接触的情况下，弹簧将从属柱塞偏压到相对于壳体的延伸构造。从属柱塞仅在风扇喷嘴设置在相对运动的总范围的第一部分内时才与风扇喷嘴对接，以便将风扇喷嘴的位置传输至第一接近传感器。在很多实施例中，相对运动的总范围的第一部分小于第二部分。例如，第一部分可小于相对运动的总范围的25%。第一部分还可小于相对运动的总范围的10%。并且，第一部分甚至可小于相对运动的总范围的5%。在很多实施例中，机舱还包括多个风扇喷嘴促动器、机械互连件、生成第一构造信号的第一构造传感器、生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于涡轮风扇发动机的机舱，包括：机舱前部，其至少部分地限定旁通管道，该旁通管道构造成用以输送所述发动机的旁通空气流，所述机舱前部具有至少部分地围绕所述旁通管道的后方边缘；套筒，其可移动地设置在所述机舱前部的后方边缘的后方，且具有尾缘，所述套筒可相对于所述机舱前部在前方位置与后方位置之间移动；风扇喷嘴，其具有前缘和尾缘、由所述风扇喷嘴尾缘部分地限定的用于所述发动机的旁通空气流的主流动出口，所述风扇喷嘴可移动地设置在所述套筒尾缘的后侧，且可相对于所述套筒在收起位置与展开位置之间移动，所述风扇喷嘴具有相对于所述机舱前部的在最前方位置与最后方位置之间的总运动范围，当所述套筒处于所述前方位置且所述风扇喷嘴处于所述收起位置时出现所述最前方位置，当所述套筒处于所述后方位置且所述风扇喷嘴处于所述展开位置时出现所述最后方位置，相对运动的总范围被分成第一部分和第二部分；以及第一接近传感器，其附接到所述机舱前部上且不附接到所述风扇喷嘴上，所述第一接近传感器生成第一信号，所述第一信号表示所述风扇喷嘴何时处于所述相对运动的总范围的第一部分和表示所述风扇喷嘴何时不处于所述相对运动的总范围的第一部分。

【技术特征摘要】
2011.12.21 US 13/3330941.一种用于涡轮风扇发动机的机舱，包括：机舱前部，其至少部分地限定旁通管道，该旁通管道构造成用以输送所述发动机的旁通空气流，所述机舱前部具有至少部分地围绕所述旁通管道的后方边缘；套筒，其可移动地设置在所述机舱前部的后方边缘的后方，且具有尾缘，所述套筒可相对于所述机舱前部在前方位置与后方位置之间移动；风扇喷嘴，其具有前缘和尾缘、由所述风扇喷嘴尾缘部分地限定的用于所述发动机的旁通空气流的主流动出口，所述风扇喷嘴可移动地设置在所述套筒尾缘的后侧，且可相对于所述套筒在收起位置与展开位置之间移动，所述风扇喷嘴具有相对于所述机舱前部的在最前方位置与最后方位置之间的总运动范围，当所述套筒处于所述前方位置且所述风扇喷嘴处于所述收起位置时出现所述最前方位置，当所述套筒处于所述后方位置且所述风扇喷嘴处于所述展开位置时出现所述最后方位置，相对运动的总范围被分成第一部分和第二部分；以及第一接近传感器，其附接到所述机舱前部上且不附接到所述风扇喷嘴上，所述第一接近传感器生成第一信号，所述第一信号表示所述风扇喷嘴何时处于所述相对运动的总范围的第一部分和表示所述风扇喷嘴何时不处于所述相对运动的总范围的第一部分。2.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，当所述风扇喷嘴处于所述展开位置时，可变面积风扇喷嘴(VAFN)端口限定在所述套筒尾缘与所述风扇喷嘴前缘之间，所述VAFN端口提供用于所述发动机的旁通空气流流过所述旁通管道的流动出口。3.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，所述风扇喷嘴相对于所述机舱前部的移动改变所述主流动出口的出口面积。4.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，所述第一信号不响应于所述风扇喷嘴在所述相对运动的总范围的第二部分内的位置变化而变化。5.根据权利要求4所述的机舱，其特征在于，所述第一接近传感器包括第一部件和可相对于所述第一部件移动的第二部件，所述第一部件具有相对于所述机舱前部的固定位置，所述第二部件仅在所述风扇喷嘴设置在所述相对运动的总范围的第一部分内时才与所述风扇喷嘴对接。6.根据权利要求5所述的机舱，其特征在于，所述第一接近传感器包括线性可变差动换能器，其中当所述风扇喷嘴未设置在所述相对运动的总范围的第一部分内时，所述第二部件相对于所述第一部件被偏压到延伸位置。7.根据权利要求4所述的机舱，其特征在于，所述第一信号响应于所述风扇喷嘴在所述相对运动的总范围的第一部分内相对于所述机舱的位置变化而变化。8.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，所述第一接近传感器构造成用以适应所述最前方位置相对于所述机舱前部的位置的可变性。9.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，所述机舱还包括附接到所述机舱前部上且不附接到所述风扇喷嘴上的第二接近传感器，所述第二接近传感器生成第二信号，所述第二信号表示所述风扇喷嘴何时处于所述相对运动的总范围的第二部分和表示所述风扇喷嘴何时不处于所述相对运动的总范围的第二部分。10.根据权利要求9所述的机舱，其特征在于，所述机舱包括用以将所述第一信号与所述第二信号相比较的器件。11.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，所述机舱还包括：安装到所述套筒上的从属连杆，所述从属连杆可相对于所述套筒移动，且仅在所述风扇喷嘴设置在所述相对运动的总范围的第一部分内时才与所述风扇喷嘴对接，以便将所述风扇喷嘴的位置传输至所述第一接近传感器。12.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，所述机舱还包括：构造成用以可拆卸地安装到所述套筒上的从属连杆组件，所述从属连杆组件包括从属柱塞、构造成用以可拆卸地安装到所述套筒上的壳体、以及在没有与所述风扇喷嘴接触的情况下将所述从属柱塞偏压至相对于所述壳体的延伸构造的弹簧，所述从属柱塞仅在所述风扇喷嘴设置在所述相对运动的总范围的第一部分内才与所述风扇喷嘴对接，以便将所述风扇喷嘴的位置传输至所述第一接近传感器。13.根据权利要求1所述的机舱，其特征在于，所述第一部分小于所述相对运动的总范围的25%。14.根据权利要求9所述的机舱，其特征在于，所述机舱还包括：多个风扇喷嘴促动器，其构造成用以有选择地使...

【专利技术属性】
技术研发人员：KR斯肯伦，G平托，
申请(专利权)人：罗尔公司，
类型：发明
国别省市：