CN110271677A - 飞行器动力单元和飞行器后部部分及飞行器 - Google Patents

飞行器动力单元和飞行器后部部分及飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种飞行器动力单元和飞行器后部部分及飞行器，所述飞行器动力单元包括发动机(2)，所述发动机的输出轴(11)链接至定位在所述发动机(2)下游的风扇(6)的传动轴(12)。所述风扇(6)包括在由所述动力单元的短舱(3)形成的管道中。所述短舱(3)通过形成在所述风扇(6)下游的短舱枢接件(19)链接至所述风扇的传动轴。这种构型使得可以在短舱经受机械应力时限制短舱的变形，并且使得可以保证风扇与短舱之间的恒定间隔。

Description

飞行器动力单元和飞行器后部部分及飞行器
技术领域
本发明涉及飞行器动力单元的构架的领域。
背景技术
商业飞行器通常所具有的总体构架具有机身、包括两个机翼的翼面、以及后部尾翼(和/或“鸭翼”，如果必要的话)。这种飞行器包括通常为喷气发动机的一个或多个动力单元。动力单元可以根据多个不同的构型来安装。动力单元可以例如通过支撑吊挂架悬挂在翼面下方，或通过吊挂架固定至机身的后部，或固定在尾翼单元处。
飞行器的外表面在它们移动穿过空气时影响空气的流动。特别地，在空气动力学型面于空气中移动时，在所述空气动力学型面的表面上产生了边界层。这个边界层对应于其中空气流的流动速率由于空气的黏性而被所述型面(或其他主体)的表面减缓的区域。
一般地，飞行器动力单元被配置成使得并不吸入飞行器的表面上产生的边界层。因此，动力单元通常安装成使得它们的空气输入端位于自由空气流中，该自由空气流很少或完全不受飞行器的表面的干扰。例如，动力单元被安排在翼面下方，或与机身相距一定的距离以便安装在飞行器的后部部分中。
然而，与安装在自由空气流中的动力单元相比，动力单元对边界层的吸入提供了一些优点。实际上，当喷气发动机安装在自由空气流中时，损失了喷气流中过剩的动能。当该单元处于边界层的较慢流动的核心中时，存在较少过剩的动能，并且对于获得相等的推力，需要相对较少的能量。而且，动力单元将能量返回到尾流中，这减小了阻力。
提高飞行器的推进效率是当前主要问题，以便减少动力单元的比耗量(即相对于飞行器的质量的燃料消耗量)。根据不同的构型来考虑动力单元对边界层的吸入(通常由首字母缩略词BLI来指代“边界层吸入”)。
根据所考虑的一个构型，一个或多个动力单元位于机身的后部部分中。
图1和图2中表示了所考虑的具有边界层吸入式动力单元的实例：该动力单元包括发动机2(例如涡轮发动机)，该发动机的输出轴11旋转地驱动后部风扇6，即在空气流穿过动力单元的方向上定位在涡轮发动机下游的风扇6。
风扇6包含在短舱3中，从而形成空气动力学导流件。为了产生短舱3的机械紧固，在旨在安装在机身的后部处(像所附的并在下文中更详细地描述的图1和图2中表示的那样)的动力单元中，考虑了通过链接至风扇6上游的短舱3的导流支柱8、9将风扇6的短舱3链接至机身的端部。
贯穿本文件，上游和下游的概念涉及推进气体(尤其是空气)在动力单元中、并且尤其是在由其短舱3形成的管道中的流动方向。
在这种构型中，由于例如由竖直阵风或水平阵风施加在短舱上的应力，短舱3可能经历移动，使得风扇6的叶片的端部与短舱3之间的间隔不能在风扇6的整个周缘上保持恒定和相等。
发明内容
本发明旨在提出一种解决这个问题的飞行器动力单元，并且提出了一种包括这种边界层吸入式动力单元的飞行器机身后部部分。
因此，本发明涉及一种飞行器动力单元，所述飞行器动力单元包括发动机，所述发动机的输出轴链接至定位在所述发动机下游的风扇的传动轴。所述风扇包括在由所述动力单元的短舱形成的管道中。所述短舱通过形成在所述风扇下游的短舱枢接件链接至所述风扇的传动轴。
因此开发出的本发明提出了一种动力单元，该动力单元的构型使得可以在短舱经受机械应力时限制短舱的变形。这使得可以保证风扇与短舱之间的恒定间隔，例如风扇的叶片的端部与短舱之间的在风扇的整个周缘上相等的间隔。因此提高了动力单元的效率。
所述短舱枢接件可以通过一组固定叶片刚性地链接至所述短舱。
所述飞行器动力单元可以不包括在由所述短舱形成的管道中或面向所述管道的输入端地形成所述发动机与所述短舱之间的直接机械链接。
所述短舱枢接件可以包括至少两个滚动轴承，所述至少两个滚动轴承沿所述风扇的传动轴彼此间隔开。
所述短舱枢接件可以包括至少一个球轴承和一个滚子轴承。
本发明还涉及一种飞行器后部部分，所述飞行器后部部分包括机身后部区段和至少一个如前所述的飞行器动力单元，其中，所述动力单元的发动机的一部分包括在所述机身后部区段中，并且其中，并不在由所述短舱形成的管道中或面向所述管道的输入端地形成所述机身后部区段与所述短舱之间的直接机械链接。
所述风扇的传动轴通过至少两个滚动轴承链接至所述机身后部区段，所述至少两个滚动轴承沿所述风扇的传动轴彼此间隔开。所述滚动轴承可以包括至少一个球轴承和一个滚子轴承。
本发明最后提出了一种飞行器，所述飞行器包括如前所述的后部部分。
附图说明
本发明的其他的具体特征和优点将从下面描述中变得清楚。
在作为非限制性实例给出的附图中：
-图1按照三维示意图表示了根据在本发明之前的实施例的飞行器动力单元及其在飞行器上的安装；
-图2按照截面视图表示了图1的动力单元；
-图3按照示意图表示了图1和图2的动力单元的构型；
-图4按照与图3的视图类似的视图展示了由具有图3所呈现的构型的动力单元造成的问题；
-图5按照与图3和图4的视图类似的视图展示了根据本发明的动力单元的构型；
-图6按照与图3至图5类似的视图展示了根据本发明的动力单元如何解决了参考图4所呈现的问题；
-图7按照与图2的截面视图类似的截面视图表示了根据本发明的实施例的动力单元；
-图8按照三维示意图展示了安装在飞行器的机身的后部的图7的动力单元。
具体实施方式
图1表示了根据在本发明之前考虑到的实施例的飞行器动力单元及其在飞行器上的安装。更具体地，图1表示了并排安装在机身后部区段1中的第一动力单元GP1和第二动力单元GP2。动力单元和机身后部区段1构成飞行器的后部部分。动力单元GP1、GP2是完全相同的，从而在下文中仅详细描述动力单元GP1、GP2中的一个动力单元，在这种情况下是第一动力单元GP1，在本文中称为“动力单元”。
动力单元包括发动机2，该发动机基本上包括在机身后部区段1中。发动机可以是涡轮发动机、尤其是涡轮喷气发动机，该涡轮发动机的后部部分可以形成机身的后端部分。在此处所表示的实例中，涡轮发动机被定位在风扇的上游，并且喷射锥体被定位在其下游。
动力单元还包括短舱3，风扇安装在该短舱中。短舱3包括外部空气动力学导流件4和内部空气动力学导流件5。内部空气动力学导流件5形成飞行器推进气体的管道。风扇6安装在短舱3的管道中。
动力单元的短舱3链接至机身后部区段1。短舱3与机身后部区段1之间的机械链接可以由结合在支柱导流件7中的支柱形成。
这种构型的一个缺点在于存在支柱导流件7，这些支柱导流件形成对空气进入短舱3的阻碍。
图2以沿图1中表示的纵向剖切平面P的截面表示了图1的动力单元GP1。第一动力单元GP1的主轴线(其发动机和风扇的主旋转轴线)位于平面P中，该平面被称为竖直平面，也就是说平面P与包含第一动力单元GP1和第二动力单元GP2的主轴线的平面正交。
在图2中，支柱导流件7中的一个支柱导流件被剖切开，并且露出了第一支柱8和第二支柱9，这两个支柱将短舱3的同一个点链接至机身后部区段1的两个点。特别地，第一支柱8将短舱3的点链接至机身的结构元件，并且第二支柱9将此同一点链接至涡轮喷气发动机10的后部部分，该后部部分是发动机的一部分、但形成机身的后端部分。这形成了机身后部区段1与短舱3的前部之间的链接。
发动机2包括输出轴11，该输出轴链接至风扇6的传动轴12。输出轴11可以使传动轴12旋转，并且风扇6刚性地安装在传动轴12上。
图1和图2的动力单元构型的另一个缺点在于支柱导流件的后缘与风扇6之间的接近。这种接近产生了风扇的叶片被相继掩蔽的效应，从而导致了风扇的所述叶片上的载荷变化和噪音的产生。
传动轴12通过枢接件链接至机身后部区段、并且更具体地讲是通过枢接件链接至涡轮喷气发动机的后部部分，该后部部分形成机身后部区段1的后部部分。
贯穿本文件，枢接件表示具有围绕轴线旋转的单一自由度的链接件。特别地，所具有的此同一自由度是多个自由度之一的球形联结件不构成本发明的意义上的枢接件。
在所表示的实例中，在涡轮喷气发动机10的后部部分中在传动轴12与机身后部区段1之间形成的枢接件由两个滚动轴承形成，这两个滚动轴承沿传动轴12彼此间隔开、并且被安排在传动轴12上在风扇6的上游。这个枢接件被称为机身枢接件。
典型地，第一滚动轴承13可以是球轴承，并且第二滚动轴承14可以是滚子轴承。这种组合允许良好地吸收径向载荷和轴向载荷，即由第一球轴承13吸收轴向载荷，并且基本上由第二滚子轴承并部分地由第一球轴承13吸收径向载荷。
在风扇6的下游，传动轴12支承后部滚动轴承15。后部滚动轴承允许传动轴12相对于一组固定叶片16旋转，这组固定叶片还链接至短舱3。
图3和图4展示了在本发明之前考虑到的构型的另一个缺点。
图3示意性地表示了图1和图2中所表示的在动力单元与机身后部区段1之间应用的链接件的行为。
机身后部区段1被考虑为固定元件。至少针对短舱3的小幅度移动，第一支柱8和第二支柱9可以建模为通过枢接件链接至机身后部区段1的单一支柱17。固定叶片与传动轴12之间的链接件可以建模为球形联结件18。
在装备有短舱3的飞行器的飞行中，该短舱经受显著的机械应力。这些机械应力例如与竖直阵风或水平阵风有关、或与某些飞行器着陆状况有关。
图4展示了这些应力可以在动力单元上具有的效应。更具体地，图4展示了给定短舱与机身后部区段1和传动轴12的链接件的构型，在应力的作用下短舱3可能呈现的变形。相当明显地，图4中以高度放大的方式示出了移动和变形，单纯是用于展示性的目的。在图4中，由于短舱3的变形，风扇的叶片的端部与短舱的内部空气动力学导流件5之间的距离在风扇的整个周缘上不是相等的。典型地，在图4所展示的极端情况下，在短舱的一侧可能发生风扇6与短舱的内部空气动力学导流件5之间的接触、摩擦、或极度接近，然而在直径上相反的一侧，在风扇6与短舱的内部空气动力学导流件5之间产生了显著的间隙。这极大地影响了动力单元的效率。
图5按照与图3和图4的示意性表示类似的示意性表示展示了本发明所开发的飞行器动力单元构型。
在图5中所展示的本发明的实施例中，短舱3通过枢接件链接至风扇的传动轴，该枢接件被称为短舱枢接件19、取代了图1至图4中所表示的构型中的球形联结件。
此外，不存在将短舱直接链接至机身后部区段1、或在涡轮喷气发动机10的后部部分中链接至发动机的支柱或其他机械链接件。直接机械链接应理解为其中将机械零件置于两个元件之间以便链接它们的链接。从短舱到发动机的经由短舱枢接件和链接至输出轴11的传动轴12的链接因此不构成直接机械链接。实际上，不存在直接置于短舱与发动机之间的链接件：发动机与短舱之间的链接由风扇传动轴(该风扇传动轴链接至发动机输出轴)和固定叶片16经由短舱枢接件19产生。
因此，与图1至图4中表示的构型相比，在本发明中所提出的是用枢接件链接替代风扇的驱动轴之间形成的球形联结件链接。此外，消除了尤其是在涡轮喷气发动机10的后部部分中将短舱链接至发动机的支柱。本发明所提出的构型的剩余部分是完全相同，并且除了这些区别之外，以上对图1至图4的描述适用于对图5至图8的描述。
图6展示了应力可以具有的效应，这些应力类似于其效应在图4中展示出并且施加至短舱3的应力。在图6中，支柱的缺失将允许短舱移动而不引起短舱变形。正如图4中那样，此处，极大地扩大了短舱的移动以便示出其性质。短舱的枢接件和机身枢接件被配置成使得短舱枢接件19的径向保持力大于机身枢接件的径向保持力，使得施加在短舱3上的、驱使短舱倾斜的显著的应力致使传动轴12完全相同地倾斜，并且因此使风扇6完全相同地倾斜。
因此，短舱3的轻微移动引起与短舱一起旋转的元件(即传动轴12和风扇6)的相应的移动，使得它们各自相对于短舱3的相对位置不会改变。与不存在施加在短舱上的显著的应力的情形相比，风扇6的叶片的端部与短舱3的内部空气动力学导流件5之间的距离保持不变或大致不变、并且可以因此在风扇6的整个周缘上保持大致相等。
图7按照与图2的截面视图类似的截面视图展示了安装在机身后部区段1中的根据本发明的动力单元的示例性实施例。
该动力单元的总体构型与图2中所表示的动力单元的总体构型类似，从而参考图1和图2给出的描述适用，以下详细描述的区别除外。
短舱枢接件19由两个滚动轴承20、21形成，这两个滚动轴承被定位成围绕传动轴12彼此相距一定的距离。特别地，第三滚动轴承20可以是球轴承，并且第四滚动轴承21可以是滚子轴承。
这种组合允许良好地吸收径向载荷和轴向载荷，即由第三球轴承20吸收轴向载荷，并且基本上由第四滚子轴承21并部分地由第三球轴承20吸收径向载荷。
在管道中或面向所述管道的输入端，发动机与所述短舱之间不直接形成机械链接。因此，不存在支柱并且因此不存在支柱导流件链接机身后部区段和/或发动机(例如在涡轮喷气发动机10的后部部分中)。
在不存在这种机械链接的情况下，简化了动力单元的总体构架，并且与根据在本发明之前的构型来安装的动力单元相比，动力单元在飞行器上的安装得以简化。
如在表示了装备有图7的动力单元的飞行器后部部分的图8中清楚可见的，这使得短舱3的管道的输入端免除了可能阻碍空气进入或破坏空气在风扇6上游流动的任何元件。此外，没有可能产生风扇的叶片的掩蔽效应的元件避免了与掩蔽相关联的噪音的产生。
因此开发出的本发明提出了一种边界层吸入式飞行器动力单元的构型，该构型旨在被安装在飞行器机身的后部部分中、并且使得可以在短舱的机械应力的作用下限制变形。这使得可以保证风扇与短舱之间的恒定间隔。可以减小风扇的叶片的端部与短舱之间的距离。动力单元的效率因此得以提高，并且无论施加在机舱上的载荷如何，都可以可靠地保持。
此外，本发明中所提出的短舱与飞行器的后部部分之间的链接构型使得可以避免在短舱的输入端处存在对空气流动的障碍。这增强了动力单元的性能、并且避免了动力单元的风扇的掩蔽效应。

Claims (9)

1.一种飞行器动力单元，所述飞行器动力单元包括发动机(2)，所述发动机的输出轴(11)链接至定位在所述发动机(2)下游的风扇(6)的传动轴(12)，所述风扇(6)包括在由所述动力单元的短舱(3)形成的管道中，
其特征在于，所述短舱(3)通过形成在所述风扇(6)下游的短舱枢接件(19)链接至所述风扇的传动轴。
2.根据权利要求1所述的飞行器动力单元，其中，所述短舱枢接件(19)通过一组固定叶片(16)刚性地链接至所述短舱(3)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的飞行器动力单元，其中，并不在由所述短舱(3)形成的管道中或面向所述管道的输入端地形成所述发动机(2)与所述短舱(3)之间的直接机械链接。
4.根据前述权利要求之一所述的飞行器动力单元，其中，所述短舱枢接件(19)包括至少两个滚动轴承(20，21)，所述至少两个滚动轴承沿所述风扇(6)的传动轴(12)彼此间隔开。
5.根据权利要求4所述的飞行器动力单元，其中，所述短舱枢接件(19)包括至少一个球轴承和一个滚子轴承。
6.一种飞行器后部部分，所述飞行器后部部分包括机身后部区段(1)和至少一个根据前述权利要求之一所述的飞行器动力单元，其中，所述动力单元的发动机(2)的一部分包括在所述机身后部区段(1)中，并且其中，并不在由所述短舱(3)形成的管道中或面向所述管道的输入端地形成所述机身后部区段(1)与所述短舱(3)之间的直接机械链接。
7.根据权利要求6所述的飞行器后部部分，其中，所述风扇的传动轴(12)至少通过滚动轴承(13，14)链接至所述机身后部区段，所述滚动轴承沿所述风扇的传动轴彼此间隔开。
8.根据权利要求7所述的飞行器后部部分，其中，所述滚动轴承包括至少一个球轴承和一个滚子轴承。
9.一种飞行器，所述飞行器包括根据权利要求6至8之一所述的后部部分。
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