CN104948286A - 发动机核心舱的冷却方法及冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机核心舱的冷却方法及冷却装置。该方法中，通过对风扇舱的冷却气流进行二次利用，将其引入核心舱，能够实现核心舱的冷却。在地面试车状态下，环境气流通过自然对流从风扇舱排气口进入风扇舱进行通风冷却，最后从风扇舱进气口排出。在其他飞行状态，环境气流通过冲压作用从风扇舱进气口进入，分为左右两股对风扇舱进行通风冷却，然后在风扇舱和核心舱压差作用下由引气管引入核心舱，对核心舱进行通风冷却，同时在导流管引导下可对舱内局部高温区进行定向集中冷却。从而实现核心舱的通风冷却，减小外涵流道的引气量，降低外涵的引气损失，同时实现风扇舱通风冷却气流的二次利用。

Description

发动机核心舱的冷却方法及冷却装置

技术领域

本发明涉及飞行发动机，具体涉及飞机发动机核心舱的冷却方法及冷却装置。

背景技术

发动机核心舱包容了发动机核心机、机匣、以及各种发动机附件。发动机工作时通过机匣向核心舱传递大量热量，如果热量不能及时散去或者迅速聚集，则会导致舱内的管路及附件不能正常工作，甚至引发火灾，核心舱通风冷却***一方面能够冷却装载在发动机机匣上的各类附件和机匣本身，另一方面能够保证舱内部空气的流通，从而防止可燃性气体在舱内的聚集，消除火灾隐患。因此，核心舱通风冷却技术对保证发动机外部管路及附件正常工作，降低火灾发生可能性具有重要意义。

目前民用涡扇发动机核心舱通风冷却引气形式主要有引气孔引气和风斗引气两种。其中引气孔引气流量小，对外涵气动性能影响也较小，风斗引气效率高，在相同的引气面积情况下，风斗引气量约为引气孔的2.4倍左右，但对外涵气动性能影响较大，因此需要综合评估外涵气动性能和冷却效果来确定引气形式。

然而，对于民用涡扇发动机而言，目前核心舱通风冷却技术的冷却气流都来自外涵，单纯采用引气孔引气对外涵气动性能影响较小，但很难满足高温高原起飞状态下各管路附件的温度要求，仅采用风斗引气能够满足高温高原起飞状态的温度要求，但对外涵气动性能较大，且在巡航状态下由于外部环境温度非常低，不需要很大的引气量也能够满足舱内附件的温度要求，这就造成巡航状态下外涵多余的气动损失。

因此，不同飞机飞行状态下，发动机在能够满足通风冷却的要求的前提下减小外涵气动损失成为目前核心舱通风冷却关注的重点之一。

发明内容

所要解决的技术问题

在对民用涡扇发动机核心舱进行通风冷却时，为了减小外涵的引气负荷，本发明设计了一种利用风扇舱的冷却气流对核心舱进行通风冷却的方法。通过该项设计，将发动机风扇舱内的冷却气流（已完成对风扇舱通风冷却的气流）通过引气管引入核心舱并对核心舱进行通风冷却，一方面可以降低外涵气流的引入量，减小引气损失，另一方面可以实现对核心舱内局部高温区进行定向冷却，达到舱内的温度要求。

所采用的技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种飞机发动机核心舱的冷却方法，所述飞机发动机包括核心舱和风扇舱，所述风扇舱设有引气口和排气口，其特征在于，所述方法包括：

在所述风扇舱的排气口处设置排气口调节机构，并使得所述排气口调节机构能够在第一位置和第二位置间切换；

设置引气装置，所述引气装置能够将来自所述风扇舱的气流引导至所述核心舱以对所述核心舱进行冷却；以及

在所述第一位置，使得所述排气口调节机构关闭所述风扇舱的排气口，从而使得从所述风扇舱流出的气流经由所述引气装置进入所述核心舱；在所述第二位置，使得所述排气口调节机构不遮挡所述风扇舱的排气口。

上述方法中，较佳地，所述排气口调节机构是阻流板，在飞机飞行期间，将所述阻流板放置在所述第一位置，以通过所述引气装置对所述核心舱内的局部高温区进行定向集中冷却；以及在飞机地面停车状态，将所述阻流板放置在所述第二位置，保证环境气流经所述风扇舱的排气口进入所述风扇舱对所述风扇舱进行通风冷却。

上述方法中，较佳地，所述排气口调节机构是百叶窗式活门，在飞机飞行期间，将所述百叶窗式活门放置在所述第一位置，以通过所述引气装置对所述核心舱内的局部高温区进行定向集中冷却；以及在飞机地面停车状态，将所述百叶窗式活门放置在所述第二位置，保证环境气流经所述风扇舱的排气口进入所述风扇舱对所述风扇舱进行通风冷却。

上述方法中，较佳地，将所述引气装置的入口与所述风扇舱流体连通，并将所述引气装置的出口与所述核心舱流体连通。

上述方法中，较佳地，所述引气装置的设有多个出口，所述多个出口分别通向所述核心舱的多个高温区，以分别对所述多个高温区进行定向冷却。

根据本发明的另一方面，还提供了一种飞机发动机核心舱的冷却装置，所述飞机发动机包括核心舱和风扇舱，所述风扇舱设有引气口和排气口，其特征在于，所述冷却装置包括：

设置在所述风扇舱的排气口处的排气口调节机构，所述排气口调节机构能够在第一位置和第二位置间切换；

引气装置，所述引气装置能够将来自所述风扇舱的气流引导至所述核心舱以对所述核心舱进行冷却；以及

在所述第一位置，所述排气口调节机构关闭所述风扇舱的排气口，使得从所述风扇舱流出的气流进入经由所述引气装置进入所述核心舱；在所述第二位置，所述排气口调节机构不遮挡所述风扇舱的排气口。

上述冷却装置中，较佳地，所述排气口调节机构是阻流板，所述阻流板经由转动销可转动地安装于所述风扇舱的排气口处，从而能够在关闭所述排气口与不遮挡所述排气口之间切换。

上述冷却装置中，较佳地，所述排气口调节机构是百叶窗式活门，所述百叶窗式活门安装于所述风扇舱的排气口处，从而能够在关闭所述排气口与不遮挡所述排气口之间切换。

上述冷却装置中，较佳地，所述引气装置由引气管、引气环以及导流部构成，所述引气管、引气环以及导流部之间相互流体连通，且所述引气管与所述风扇舱流体连通，所述导流部通向所述核心舱的高温区。

较佳地，所述导流部通向所述核心舱中的成附件以对其进行冷却。

较佳地，沿所述引气环周向设置多个导流孔或多根导流管，所述多个导流孔或多根导流管分别对多处高温区进行定向集中冷却。

较佳地，所述风扇舱的所述引气口的有效引气面积≤所述引气管的有效引气面积≤所述核心舱的排气缝有效排气面积，且所述导流管的有效面积之和不小于所述引气管的有效引气面积，以及所述导流管的管径不大于所述引气环的管径。

较佳地，所述导流管个数为N，且4≤N≤8。

上述冷却装置中，较佳地，所述引气装置设有引气管，所述引气管与所述风扇舱流体连通，且所述引气管的进口截面与所述风扇舱的排气口截面形成夹角α，且30°≤α≤120°。

上述冷却装置中，较佳地，所述引气装置设有引气管，所述引气管与所述风扇舱流体连通，且所述引气管的进口截面与所述风扇舱的排气口截面形成夹角α，90°≤α≤120°。

本发明通过对风扇舱的冷却气流进行二次利用，将其引入核心舱，能够实现核心舱的冷却。在地面试车状态下，环境气流通过自然对流从风扇舱排气口进入风扇舱进行通风冷却，最后从风扇舱进气口排出。在其他飞行状态，环境气流通过冲压作用从风扇舱进气口进入，分为左右两股对风扇舱进行通风冷却，然后在风扇舱和核心舱压差作用下由引气管引入核心舱，对核心舱进行通风冷却，同时在导流管引导下可对舱内局部高温区进行定向集中冷却。从而实现核心舱的通风冷却，减小外涵流道的引气量，降低外涵的引气损失，同时实现风扇舱通风冷却气流的二次利用。

附图说明

图1为设有根据本发明的冷却装置的民用涡扇发动机的结构示意图，其利用风扇舱冷却气流对核心舱通风冷却，图中箭头表示气流的流向；

图2图1中的引气装置的结构示意图；

图3为图1中的核心舱的引气装置的周向结构示意图；

图4为引气装置的另一实施例的结构示意图；以及

图5为引气装置和风扇舱的排气口调节机构结构示意图。

附图标记说明：

0.风扇锥；1.进气道唇口外壁；2.进气道唇口内壁；3.风扇舱引气口；4.风扇舱；5.风扇整流罩；6.风扇舱防火墙；7.外涵外壁；8.外涵道；9.外涵内壁；10.核心机罩；11.外涵出口；12.成附件；13.核心舱；14.导流管；15.引气环；16.风扇支板；17.引气管；18.转动销；19.风扇舱排气口；20.阻流板；21.风扇。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。附图中，相同的元件用相同或相似的附图标记来标示。

图1示出飞机发动机中，利用风扇舱冷却气流对核心舱进行通风冷却的结构示意图。如图1所示，飞机机发动机一般包括核心舱和风扇舱，核心舱中设有各种成附件12。在飞机运行期间，尤其是在飞行期间，需要对风扇舱以及核心舱进行冷却，从而保证风扇舱和核心舱及其中的各种元器件，诸如成附件进行冷却，以保证其正常工作。

一般来说，现有飞机中，风扇舱设有引气口3和排气口19，用于对风扇舱进行冷却。具体地，在飞机期间，环境空气由于冲压作用从风扇舱的引气口3流入，对风扇舱进行通风冷却，而在地面停车状态，环境气流经风扇舱排气口19进入风扇舱对其进行通风冷却。

对于核心舱的冷却，目前主要是通过风斗（图未示）和引气孔（图未示）引入环境气体，来对核心舱进行冷却。然而这种冷却方式存在着诸如造成外涵多余的气动损失等问题。

申请人经过长期研究发现，在飞机的飞行期间，环境气体完成对风扇舱的冷却后，气流温度虽有所升高，但仍低于核心舱内温度，因此，本发明设想一种再次利用这部分气体来冷却核心舱的方法。

该方法包括：在风扇舱的排气口处设置排气口调节机构，并使得所述排气口调节机构能够在第一位置和第二位置间切换；设置引气装置，所述引气装置能够将来自所述风扇舱的气流引导至所述核心舱以对所述核心舱进行冷却；以及在所述第一位置，使得所述排气口调节机构关闭所述风扇舱的排气口，从而使得从所述风扇舱流出的气流经由所述引气装置进入所述核心舱；在所述第二位置，使得所述排气口调节机构不遮挡所述风扇舱的排气口。

较佳地，在飞机飞行期间，将所述排气口调节机构放置在所述第一位置，以通过所述引气装置对所述核心舱内的局部高温区进行定向集中冷却。在飞机地面停车状态，将所述排气口调节机构放置在所述第二位置，保证环境气流经所述风扇舱的排气口进入所述风扇舱对所述风扇舱进行通风冷却。

较佳地，排气口调节机构为阻流板，并且该阻流板能够在一定角度范围内转动，从而能够关闭或打开（不遮挡）风扇舱的排气口。

较佳地，将所述引气装置的入口与所述风扇舱流体连通，并将所述引气装置的出口与所述核心舱流体连通。

引气装置可设有多个出口，所述多个出口分别通向所述核心舱的多个高温区，以分别对所述多个高温区进行定向冷却，从而对在这些区域处的成附件等冷却。引气装置可根据需要设置成不同的结构，下文将进一步详细描述。

图1示出根据上述原理，利用风扇舱的冷却气体对核心舱进行通风冷却的方法的一个具体应用实施例的结构示意图。如图1所示，利用风扇舱的冷却气体对飞机发动机核心舱的冷却装置主要包括设置在风扇舱4的排气口19处的阻流板20和引气装置100。参见图5，阻流板20经由转动销18可转动地安装于风扇舱4的排气口19处，从而能够在关闭所述排气口19与不遮挡所述排气口19之间切换。

阻流板20为板状件，其大小设置成能够关闭风扇舱的排气口19。但应理解，阻流板20也可由能够在关闭排气口19的第一位置与不遮挡排气口19的第二位置之间转换的其它排气口调节机构构成。在所述第一位置，所述阻流板关闭所述风扇舱的排气口，使得从所述风扇舱流出的气流进入经由所述引气装置进入所述核心舱。在所述第二位置，所述阻流板不遮挡所述风扇舱的排气口，从而环境空气能够通过排气口进入风扇舱，以对风扇舱进行冷却。

阻流板的一个可选的替代结构为百叶窗式的活门（未示出）。该百叶窗式活门安装在风扇舱的排气口19处。在飞机期间，该百叶窗式活门处于关闭状态，从而关闭风扇舱的排气口19，使得从所述风扇舱流出的气流进入经由引气装置100进入核心舱。而在地面停车状态，该百叶窗式活门处于打开状态，环境气流通过自然对流经风扇舱排气口19进入风扇舱进行通风冷却。

较佳地，阻流板20能够根据来自发动机控制***的指令，通过电机带动阻流门转轴旋转，从而能够在阻流板能够在第一位置和第二位置间切换，即在关闭所述排气口19与不遮挡所述排气口19之间切换。在其替代实施例中，百叶窗式活门也能够根据来自发动机控制***的指令在打开与关闭状态之间切换，即在关闭所述排气口19与打开所述排气口19之间切换。

引气装置100由引气环15、引气管17以及导流管14构成，其中引气管17、引气环15以及导流管14之间相互流体连通，且所述引气管17与所述风扇舱4流体连通，所述导流管14通向所述核心舱13的高温区，以对所述核心舱13中的成附件以对其进行冷却。

引气环15通过管路卡箍和支架固定安装在核心舱内壁安装边上，其管路卡箍和支架可根据实际需要进行不同的设计。引气环可根据需要制作成不同形状。图2中所示的引气环为圆环，但本领域的普通技术人员将理解，引气环15也可以为方形环、多边形环、椭圆形环等。引气环15可通过多个管段通过管接头连接形成以便于在核心舱内进行安装。

引气环15上设有多个出气口（图未示），每个出气口与一个导流管14流体连通。出气口的数量可根据导流管14的数量来相应地设置。

多根导流管14沿所述引气环14周向设置，所述多根导流管分别对多处高温区进行定向集中冷却。导流管的数量可以根据需要来设置，但是，为保证核心舱内通风冷却效果，同时考虑到导流管对核心舱外涵冷却气流的阻流作用，导流管个数N较佳地为4≤N≤8，周向分布方式可根据舱内温度需求而定。

导流管14的长度根据核心舱长度、舱内成附件的结构布置、舱内的温度要求而定，需要定向集中冷却的区域在空间允许的范围内可直接将导流管伸到该区域。

引气管17的进口与风扇舱流体连通，出口与引气环15流体连通。引气管的具体形状可根据实际情况进行相应设计。但是，为保证不影响风扇舱不同状态下的通风冷却效果，较易实现气流流路的切换，引气管进口轴向位置较佳地位于风扇舱排气口处，引气管进口截面与风扇舱排气口截面形成夹角α，30°≤α≤120°，但90°≤α≤120°时效果较佳，保证气流顺利进入核心舱。

此外，为保证气流进入核心舱时不出现截流，同时能够顺利排出核心舱，位于风扇舱的引气口有效引气面积S_入口≤引气管有效引气面积S≤核心舱排气缝有效排气面积S_出口，导流管有效面积之和S_管应不小于引气管的有效引气面积S，导流管管径D_管不大于引气环管径D_环。

以上结合附图描述了根据本发明的引气装置100的一个实施例。然而，本领域的普通技术人员在阅读本说明书之后应理解，引气装置100也可以为能够将来自所述风扇舱的气流引导至所述核心舱以对所述核心舱进行冷却的其它引气装置。

作为一替代实施例，图4示出另一引气装置。该引气装置并未设置导流管，而是直接在引气环上开设导流孔，对于需要特别冷却的位置可适当加大导流孔径和导流孔的个数。

本发明涉及一种利用风扇舱冷却气流对核心舱进行通风冷却的方法及冷却装置，该冷却方法考虑对风扇舱的冷却气流进行二次利用，将其引入核心舱继续冷却。在地面试车状态下，环境气流通过自然对流从风扇舱排气口进入风扇舱进行通风冷却，最后从风扇舱进气口排出，此时将排气口调节机构放置在引气装置的入口处，保证气流顺利进入风扇舱。在其他飞行状态，将排气口调节机构放置在风扇舱排气口，环境气流通过冲压作用从风扇舱进气口进入，分为左右两股对风扇舱进行通风冷却，然后在风扇舱和核心舱压差作用下由引气管引入核心舱，对核心舱进行通风冷却，同时在导流管引导下可对舱内局部高温区进行定向集中冷却。

本发明创造的有益效果：

（1）将已经完成对风扇舱冷却的气流通过引气管引入核心舱对核心舱进行通风冷却，减小外涵流道的引气量，降低外涵的引气损失，同时实现风扇舱通风冷却气流的二次利用。

（2）可对舱内温度要求高的区域进行定向集中冷却，保证核心舱内管路及附件正常工作。

（3）能够保证地面停车状态下风扇舱的通风冷却效果

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (15)

1.一种飞机发动机核心舱的冷却方法，所述飞机发动机包括核心舱和风扇舱，所述风扇舱设有引气口和排气口，其特征在于，所述方法包括：

在所述风扇舱的排气口处设置排气口调节机构，并使得所述排气口调节机构能够在第一位置和第二位置间切换；

设置引气装置，所述引气装置能够将来自所述风扇舱的气流引导至所述核心舱以对所述核心舱进行冷却；以及

在所述第一位置，使得所述排气口调节机构关闭所述风扇舱的排气口，从而使得从所述风扇舱流出的气流经由所述引气装置进入所述核心舱；在所述第二位置，使得所述排气口调节机构不遮挡所述风扇舱的排气口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气口调节机构是阻流板，在飞机飞行期间，将所述阻流板放置在所述第一位置，以通过所述引气装置对所述核心舱内的局部高温区进行定向集中冷却；以及

在飞机地面停车状态，将所述阻流板放置在所述第二位置，保证环境气流经所述风扇舱的排气口进入所述风扇舱对所述风扇舱进行通风冷却。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气口调节机构是百叶窗式活门，在飞机飞行期间，将所述百叶窗式活门放置所述第一位置，以通过所述引气装置对所述核心舱内的局部高温区进行定向集中冷却；以及

在飞机地面停车状态，将所述百叶窗式活门放置在所述第二位置，保证环境气流经所述风扇舱的排气口进入所述风扇舱对所述风扇舱进行通风冷却。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述引气装置的入口与所述风扇舱流体连通，并将所述引气装置的出口与所述核心舱流体连通。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引气装置的设有多个出口，所述多个出口分别通向所述核心舱的多个高温区，以分别对所述多个高温区进行定向冷却。

6.一种飞机发动机核心舱的冷却装置，所述飞机发动机包括核心舱和风扇舱，所述风扇舱设有引气口和排气口，其特征在于，所述冷却装置包括：

设置在所述风扇舱的排气口处的排气口调节机构，所述排气口调节机构能够在第一位置和第二位置间切换；

引气装置，所述引气装置能够将来自所述风扇舱的气流引导至所述核心舱以对所述核心舱进行冷却；以及

在所述第一位置，所述排气口调节机构关闭所述风扇舱的排气口，使得从所述风扇舱流出的气流进入经由所述引气装置进入所述核心舱；在所述第二位置，所述排气口调节机构不遮挡所述风扇舱的排气口。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述排气口调节机构是阻流板，所述阻流板经由转动销可转动地安装于所述风扇舱的排气口处，从而能够在关闭所述排气口与不遮挡所述排气口之间切换。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述排气口调节机构是百叶窗式活门，所述百叶窗式活门安装于所述风扇舱的排气口处，从而能够在关闭所述排气口与不遮挡所述排气口之间切换。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述引气装置由引气管、引气环以及导流部构成，所述引气管、引气环以及导流部之间相互流体连通，且所述引气管与所述风扇舱流体连通，所述导流部通向所述核心舱的高温区。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述导流部通向所述核心舱中的成附件以对其进行冷却。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，沿所述引气环周向设置多个导流孔或多根导流管，所述多个导流孔或多根导流管分别对多处高温区进行定向集中冷却。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述风扇舱的所述引气口的有效引气面积≤所述引气管的有效引气面积≤所述核心舱的排气缝有效排气面积，且所述导流管的有效面积之和不小于所述引气管的有效引气面积，以及所述导流管的管径不大于所述引气环的管径。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述导流管个数为N，且4≤N≤8。

14.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述引气装置设有引气管，所述引气管与所述风扇舱流体连通，且所述引气管的进口截面与所述风扇舱的排气口截面形成夹角α，且30°≤α≤120°。

15.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述引气装置设有引气管，所述引气管与所述风扇舱流体连通，且所述引气管的进口截面与所述风扇舱的排气口截面形成夹角α，90°≤α≤120°。