CN112664349A - 推进***架构 - Google Patents

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fan
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ducted
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大卫·马里恩·奥斯迪克
艾伦·罗伊·斯图亚特
丹尼尔·艾伦·尼尔加思
格特·约翰尼斯·万·德尔·梅尔韦
布兰登·韦恩·米勒
史蒂芬·威廉·弗罗因德
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Abstract

一种推进***，该推进***包括旋转元件，固定元件以及旋转元件和固定元件之间的入口，其中，入口穿过固定元件的径向内测；其中，入口穿过固定元件的径向内测；其中，入口通向入口管道，入口管道包含具有旋转轴线和多个叶片的管道式风扇；并且其中，入口管道分为第一管道和与第一管道分开的第二管道。一种操作推进***的方法，包括以下步骤：操作第一旋转风扇组件以产生第一空气流；将第一空气流的一部分引导到第二管道式旋转风扇组件中；操作第二管道式旋转风扇组件以产生第二空气流；将第二空气流分为核心流和风扇流；以及将核心流引导到燃气涡轮发动机核心中。

Description

推进***架构
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年10月15日提交的临时申请序列号62/915,324的优先权，其全部内容通过引用合并于本文。
技术领域
本文所述的技术涉及开放式转子和管道式推进***，并且特别地涉及这种***的架构。该技术在应用于飞行器推进的燃气涡轮发动机时特别有用。
背景技术
采用开放式转子设计架构的燃气涡轮发动机是已知的。涡轮风扇发动机的操作原理是，中央燃气涡轮核心驱动旁路风扇，该风扇位于发动机机舱和发动机核心之间的径向位置，从而使风扇在由机舱的内表面形成的“管道”内操作，而由风扇驱动的空气“绕过”中央燃气涡轮核心。相反，开放式转子推进***的操作原理是将旁路风扇置于发动机机舱外部，换句话说，将其置于“非管道式”状态。与涡轮风扇发动机相比，这允许使用能够作用于更大空气量的更大的风扇叶片，从而与传统的管道式发动机设计相比提高了推进效率。
已经发现具有开放式转子设计的最佳性能，该开放式转子设计具有由两个反向旋转转子组件提供的风扇，每个转子组件承载位于发动机机舱外部的翼型件叶片阵列。如本文中所使用的，“反向旋转关系”是指第一转子组件和第二转子组件的叶片被布置成在彼此相对的方向上旋转。通常，第一转子组件和第二转子组件的叶片被布置成绕共同轴线在相对的方向上旋转，并且沿着该轴线轴向地间隔开。例如，第一转子组件和第二转子组件的各个叶片可同轴安装并间隔开，其中第一转子组件的叶片构造成绕轴线顺时针旋转，而第二转子组件的叶片构造成绕轴线逆时针旋转(反之亦然)。在外观上，开放式转子发动机的风扇叶片类似于常规涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨叶片。
使用反向旋转转子组件在传递来自动力涡轮的动力以在相对的方向上驱动相应的两个转子组件的叶片方面提出了技术挑战。
期望提供一种推进***，该推进***减少设计的复杂性，但是所产生的推进效率水平可与反向旋转推进设计相媲美，并且重量和长度明显减少。
发明内容
在一个方面，一种推进***，该推进***包括旋转元件，固定元件以及旋转元件和固定元件之间的入口，其中，入口穿过固定元件的径向内测；其中，入口穿过固定元件的径向内测；其中，入口通向入口管道，入口管道包含具有旋转轴线和多个叶片的管道式风扇；并且其中，入口管道分为第一管道和与第一管道分开的第二管道。
在另一方面，一种操作推进***的方法，包括以下步骤：操作第一旋转风扇组件以产生第一空气流；将第一空气流的一部分引导到第二管道式旋转风扇组件中；操作第二管道式旋转风扇组件以产生第二空气流；将第二空气流分为核心流和风扇流；以及将核心流引导到燃气涡轮发动机核心中。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且与描述一起解释这些实施例。在附图中：
图1是开放式转子推进***的示例性实施例的横截面示意图；
图2是开放式转子推进***的示例性轮叶组件的替代实施例的图示；
图3是开放式转子推进***的示例性实施例的局部横截面示意图，示出了示例性复合齿轮箱构造；
图4是开放式转子推进***的示例性实施例的局部横截面示意图，示出了另一示例性齿轮箱构造；
图5是图1的开放式转子推进***的放大局部横截面示意图，示出了安装在风扇管道中的示例性热交换器；
图6是开放式转子推进***的示例性实施例的横截面示意图；
图7是开放式转子推进***的示例性实施例的横截面示意图；
图8是开放式转子推进***的示例性实施例的横截面示意图，示出了声学处理的潜在位置；
图9是具有细长混合管道的开放式转子推进***的示例性实施例的横截面示意图；
图10是管道式推进***的示例性实施例的横截面示意图；和
图11-15是具有各种齿轮箱安装的开放式转子推进***的示例性实施例的横截面示意图。
相应的附图标记在几个视图中指示相应的部分。本文阐述的示例示出了本公开的示例性实施例，并且这些示例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中，相同或相似的标记已经用于指代本发明的相同或相似的部分。
提供以下描述以使本领域技术人员能够制造和使用预期用于实现本发明的所描述的实施例。然而，对于本领域技术人员而言，各种修改，等同，变化和替代将保持显而易见。任何和所有这样的修改，变化，等同和替代旨在落入本发明的精神和范围内。
所有方向参考(例如，径向，轴向，近侧，远侧，上，下，向上，向下，左，右，侧向，前，后，顶部，底部，上方，下方，竖直，水平，顺时针，逆时针，上游，下游，向前，向后等)仅用于识别目的，以帮助读者理解本发明，而不是产生限制，特别是对本发明的位置，取向或用途产生限制。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接，联接，连接和结合)应被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动。这样，连接参考不必推断出两个元件直接连接并且彼此成固定关系。示例性附图仅出于说明的目的，所附附图中反映的尺寸，位置，顺序和相对大小可以变化。
除非另有说明，否则术语“联接”，“固定”，“附接到”等是指直接联接，固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接，固定或附接。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言被用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由诸如“约”，“大约”和“基本上”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造部件和/或***的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在2％，5％，10％或20％的范围内。
在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
图1示出了开放式转子推进***10的示例性实施例的正视横截面视图。如图1所示，开放式转子推进***10具有旋转元件20，该旋转元件20包括围绕开放式转子推进***10的中央纵向轴线11的风扇翼型件叶片21的阵列。叶片21围绕中心线11以通常等距的关系布置，并且每个叶片21具有根部23和尖端24，在根部23和尖端24之间限定的跨度，以及中央叶片轴线22。开放式转子推进***10包括具有燃气涡轮核心49和低压(LP)涡轮50的燃气涡轮发动机。燃气涡轮核心49以串行流动关系包括高压(HP)压缩机27，燃烧器28和高压(HP)涡轮29。高压(HP)轴26使HP涡轮29能够驱动HP压缩机27。低压(LP)轴25使LP涡轮50能够驱动旋转元件20和低压(LP)压缩机或增压器45。
在图1的示例性实施例中，开放式转子推进***10还包括非旋转固定元件30，该非旋转固定元件30包括也围绕中心轴线11设置的轮叶31的阵列，并且每个轮叶31具有根部33和尖端34，以及在根部33和尖端34之间限定的跨度。这些轮叶31可以布置成使得它们不都与旋转组件等距，并且不被罩住(如图1所示)，或者可以可选地包括远离轴线11(轴线11在图1中示出)的环形护罩或管道100(如图2所示)。这些轮叶被安装到固定框架并且不相对于中心轴线11旋转，但是可以包括用于调节它们相对于其轴线90和/或相对于叶片21的取向的机构。出于参考目的，图1还描绘了用箭头F表示的向前方向，该向前方向又限定了***的前后部分。如图1所示，旋转元件20以“拉式”构造位于燃气涡轮核心49的前方，而排气口80位于固定元件30的后方。
通过使21、31和50的翼型件成镜像，使得旋转元件20相对于一个推进***顺时针旋转而相对于其他推进***逆时针旋转，来实现左旋或右旋发动机构造，这些构造对于某些安装，在减少多发动机扭矩对飞行器的影响方面很有用。作为替代，可选的换向齿轮箱55(如图4所示位于低压涡轮50内或后方，或者如图3所示与动力齿轮箱60组合或相关联)允许公共燃气涡轮核心49和低压涡轮50用来使风扇叶片顺时针或逆时针旋转，即根据需要提供左旋或右旋构造，以便为某些飞行器安装提供一对反向旋转的发动机组件，而无需为反向旋转方向设计内部发动机零件。图1所示的实施例中的开放式转子推进***10还包括动力齿轮箱60，该动力齿轮箱60可以包括齿轮组，用于降低旋转元件20相对于低压涡轮50的旋转速度。开放式，非管道式旋转元件的叶片21可具有固定的螺距或叶片角度，或者可替代地具有可变螺距或叶片角度，以在操作期间改变推力和叶片负载，并且在一些构造中，提供反向推力构造，用于飞行器降落时减速。
除了降低噪音的益处外，图2所示的管道100通过将固定轮叶31联接到形成环形圈或一个或多个周向扇区的组件(即，形成链接两个或更多个轮叶31的环形圈的部分的段，例如成对形成双峰)中，来为固定轮叶31的振动响应和结构完整性提供益处。管道100可允许轮叶的螺距根据需要改变。
由所公开的风扇概念(例如，图1的实施例)生成的噪声的显着的，甚至可能占主导的部分与上游叶片21生成的尾流和湍流之间的相互作用及其对下游轮叶31的加速和冲击相关联。通过在固定轮叶上引入用作护罩的部分管道，可以屏蔽在轮叶表面处生成的噪声，以有效地在远场中形成阴影区，从而减少整体烦恼。随着管道轴向长度的增加，通过管道的声学辐射效率会进一步受到声学截止现象的影响，该声学截止现象可以像常规飞行器发动机那样被采用，以限制声音辐射到远场。此外，护罩的引入允许整合声学处理的机会，正如目前常规飞行器发动机所做的那样，以在声音反射或以其他方式与衬垫相互作用时衰减声音。通过在护罩的内侧以及固定轮叶31的上游和下游的毂表面两者上引入声学处理的表面，从固定轮叶发出的声波的多次反射可以被基本上衰减。
在操作中，低压叶片50经由齿轮箱60驱动旋转叶片21，使得旋转叶片21绕轴线11旋转并生成推力，以推动开放式转子推进***10，从而在向前方向F上推动与其相关的飞行器。
可期望的是，叶片21或轮叶31中的一个或两个都包括变桨机构，使得叶片能够相对于螺距旋转轴线(分别标记为22或90)独立地或彼此结合地旋转。这种变桨可用于在各种操作状况下改变推力和/或涡旋效应，包括提供推力反向特征，该推力反向特征在某些操作状况下(例如飞行器降落时)可能是有用的。
轮叶31的尺寸，形状和构造被设计为向流体施加抵消涡旋，使得在叶片21和轮叶31的后方的下游方向上，流体的涡旋度大大降低，这转化为更高的诱导效率水平。如图1所示，轮叶31可以具有比叶片21更短的跨度，例如，叶片21的跨度的50％，或者可以根据需要具有更长的跨度或与叶片21相同的跨度。如图1所示，轮叶31可以附接到与推进***相关联的飞行器结构，或者附接到另一飞行器结构，例如机翼，吊架或机身。固定元件的轮叶31的数量可以小于或大于或等于旋转元件的叶片21的数量，并且通常在数量上大于两个或大于四个。
可以考虑到期望的叶片负载来设计叶片21的尺寸，形状和轮廓。在共同转让的已授权的美国专利10,202,865中示出和描述了一种可能的叶片架构，该专利通过引用并入本文。
在图1所示的实施例中，环形360度入口70位于旋转元件20与固定或静止元件30之间，并为进入的大气提供在固定元件30的径向内侧进入燃气涡轮核心49的路径。这样的位置由于各种原因可能是有利的，包括管理结冰性能以及保护入口70不受操作中可能遇到的各种物体和材料的影响。
图1示出的可以被称为“拉式”构造，在该构造中推力生成旋转元件20位于燃气涡轮核心49的前方。在本公开的范围内，其他构造也是可能的并且被考虑到，诸如燃气涡轮核心49位于旋转元件20的前方的可以被称为“推式”构造实施例。在共同转让的美国专利申请公开US2015/0291276A1中示出和描述了多种架构，该专利申请公开通过引用并入本文。
“拉式”或“推式”构造的选择可以与相对于预期的飞行器应用的机身的安装取向的选择相一致地进行，并且取决于安装位置和取向是机翼安装，机身安装还是尾部安装构造，某些选择可能在结构上或操作上是有利的。
在图1的示例性实施例中，除了具有多个风扇翼型件叶片21的开放式转子或非管道式旋转元件20之外，在开放式转子旋转元件20的后面还包括管道式风扇40，使得开放式转子推进***10包括管道式风扇和非管道式风扇，两者都通过大气温度下的空气移动来生成推力，而无需通过燃气涡轮核心49的通道。示出的管道式风扇40在与轮叶31大致相同的轴向位置处，并且在轮叶根部33的径向内侧。替代地，管道式风扇40可以在轮叶31和核心管道72之间，或者在轮叶31的更前方。管道式风扇40可以由低压涡轮50或任何其他合适的旋转源驱动，并且可以用作增压器45的第一级或可以单独地操作。进入入口70的空气流过入口管道71，然后被分开，使得一部分流过核心管道72，一部分流过风扇管道73。风扇管道73可以包括热交换器74，并且通过固定元件30后方和气体发生器核心整流罩76外部的独立固定或可变喷嘴78排放到大气。因此，流过风扇管道73的空气“绕过”发动机的核心，而不通过核心。因此，开放式转子推进***10包括由旋转元件20形成的非管道式风扇，其后是管道式风扇40，该管道式风扇40将气流引导到两个同心或非同心管道72和73中，从而形成三流发动机架构，该三流发动机架构具有用于穿过旋转元件20的空气的3条路径。
喷嘴75的致动可以链接到出口导向轮叶(OGV)，增压器可变定子轮叶(VSV)和/或可变引气阀(VBV)，并且可以机械地链接到增压器入口导向轮叶(IGV)，VBV和/或轮叶31致动。管道式风扇40可包括固定或可变入口导向轮叶(IGV)44和固定或可变出口导向轮叶(OGV)43，并且风扇管道73可包括可选地为空气动力学形状的支柱，例如支柱41和42。如果存在VBV***，则废气可混入管道式风扇旁路流中并通过喷嘴78排出。
在图1和5所示的示例性实施例中，可包括具有致动器47的可滑动，可移动和/或可平移的塞式喷嘴75，以便改变喷嘴78的出口区域。塞式喷嘴通常是环形的对称装置，其通过喷嘴的轴向移动来调节出口(例如风扇流或核心流)的开口区域，使得喷嘴表面和固定结构(例如管道的相邻壁)之间的间隙以计划的方式变化，从而减少或增加通过管道的气流空间。也可以采用其他合适的喷嘴设计，包括那些并入推力反向功能的喷嘴设计。这种可调节，可移动的喷嘴可以设计成与其他***(例如VBV，VSV或叶片螺距机构)协同操作，并且可以设计成具有故障模式(例如全开，全关或中间位置)，以便喷嘴78具有一致的“原始”位置，如果发生任何***故障，喷嘴78将返回该“原始”位置，这可能会防止命令到达喷嘴78和/或其致动器47。
由于开放式转子推进***10包括开放式转子旋转组件20和管道式风扇组件40，因此两者的推力输出以及它们之间的工作分工可以被定制，以实现特定推力，燃料燃烧，热管理，和声学特征目标，这些可能优于可比推力等级的典型管道式风扇燃气涡轮推进组件的那些。通过减小需要由非管道式风扇组件20提供的推力的比例，管道式风扇组件40可以允许减小非管道式风扇组件的总风扇直径，从而提供安装灵活性和减轻的重量。
在操作上，开放式转子推进***10可以包括控制***，该控制***管理各个开放式和管道式风扇的负载以及可变风扇喷嘴的潜在出口区域，以为飞行包线的各个部分以及与飞行器操作相关联的各种操作状况提供不同的推力，噪声，冷却能力和其他性能特性。例如，在爬升模式下，管道式风扇可以在最大压力比下操作，从而最大化流的推力能力，而在巡航模式下，管道式风扇可在较低的压力比下操作，通过依赖来自非管道式风扇的推力来提高整体效率。喷嘴致动调节管道式风扇的操作管线和总的发动机风扇压力比，而与总的发动机气流无关。
流过风扇管道73的管道式风扇流可以包括一个或多个热交换器74，用于从发动机操作中使用的各种流体(例如，空气冷却的油冷却器(ACOC)，冷却的冷却空气(CCA)等)去除热量。与传统的管道式风扇架构相比，热交换器74可以利用集成到风扇管道73中的优势，具有减少的性能损失(例如燃料效率和推力)，这是由于不影响主要的推力源，在这种情况下，非管道式风扇流是主要的发动机推力源。热交换器可以冷却流体，例如齿轮箱油，发动机机油，热传输流体(例如超临界流体或市售的单相或两相流体(超临界CO2，EGV，Syltherm800，液态金属等))，发动机引气等。热交换器也可以由冷却不同工作流体(例如与燃料冷却器配对的ACOC)的不同段或通道组成。
热交换器74可以被结合到热管理***中，该热管理***经由流过网络的热交换流体提供热传递，以从源中去除热量并将其传递到热交换器。在共同转让的已授权的美国专利10,260,419中描述了一种这样的***，该专利通过引用并入本文。
由于管道式风扇的风扇压力比高于非管道式风扇的风扇压力比，因此风扇管道提供了一种环境，与安装在非管道式风扇流中的核心整流罩的外部相比，在该环境中可以使用更紧凑的热交换器。风扇旁路空气的风扇压力比(FPR)非常低(1.05至1.08)，因此很难通过热交换器驱动空气。在没有如本文所述的风扇管道的情况下，可能需要勺(scoop)或增压器引气向热交换器提供冷却空气并通过热交换器。可以基于热负荷，热交换器尺寸，管道式风扇流校正流量以及管道式风扇流温度，在风扇管道中的热交换器周围开发一组参数。
风扇管道73在减小机舱阻力方面还提供了其他优点，从而使得机舱关闭更加积极，改善核心流颗粒分离和恶劣天气操作。通过在核心整流罩上排出风扇管道流，这有助于激励边界层，并能够在核心整流罩76的最大尺寸和排气平面80之间选择更陡的机舱关闭角度。关闭角度通常受气流分离的限制，但是边界层激励通过来自风扇管道73的空气在核心整流罩上方排出减小了气流分离。这产生了较短，较轻的结构，具有较小的摩擦表面阻力。
图5是图1的开放式转子推进***的放大的局部横截面示意图，示出了安装在风扇管道中的示例性热交换器。热交换器74可以包括任何合适的热交换器设计和安装，包括在风扇管道内围绕风扇整流罩的内表面或风扇整流罩的外表面(如图5所示)的实质部分周向延伸的表面冷却器，或者可以是“砖式”设计的一个或多个分立交换器，其中热交换器是具有流体导管和传热辅助装置(例如组合成紧凑构造的鳍片)的分立元件，其可以放置在合适的环形位置处或固定到诸如支柱或OGV的结构。表面冷却器通常在安装到表面的交换器中包括单层冷却通道，冷却流体(诸如空气)在该表面上经过。常规的板翅式(或类似的)正交交换器通常包括几层流体通道和冷却流体(诸如在通道之间经过的空气)。这些“砖式”型热交换器的整体横向尺寸通常更紧凑，但更向空气流中突出，而表面冷却器的横向尺寸通常更宽，并向空气流中突出更少。
在图5的放大视图中示出的附加元件包括可以固定或可变的管道式风扇出口导向轮叶(OGV)43，增压器入口导向轮叶(IGV)44和分离器61，分离器61将入口管道流分成进入核心管道72的核心流和流过风扇管道73的风扇流。致动器46可以用于调节增压器IGV 44。还示出了与固定元件或叶片排30的轮叶31相关联的变桨机构48。而且，图5示出了管道式风扇40的变型，其中可以结合具有部分跨度叶片39与全跨度叶片39相互交叉的分流转子。在共同转让的美国专利申请公开US 2018/0017079A1中更详细地描述了分流转子，该专利申请公开通过引用并入本文。
在图5所示的构造的变型中，分离器61可以向前传送到旋转管道式风扇叶片40的后边缘，并且风扇叶片40本身可以包括整体分离器，该整体分离器可以在风扇本身附近有效地将空气流分成径向内部流和径向外部流。这可以被称为叶片对构造，其中径向内部叶片和径向外部叶片有效地彼此叠置，并且可以一体形成或以其他方式制造以实现流之间的分离。图6和图7示出了具有这种叶片对构造的实施例。在共同转让的已授权的美国专利4,043,121中更详细地描述了这种构造，该专利通过引用并入本文。
图8是开放式转子推进***10的示例性实施例的横截面示意图，示出了噪声抑制材料或结构的潜在位置，以便减少从推进***发出的噪声。一个潜在位置91在风扇整流罩77的外表面上，轮叶31的后方，而另一个潜在位置93在风扇管道73内的支柱42的表面上。位置92在风扇整流罩77的后表面上，而位置94位于风扇喷嘴78后方的核心整流罩76上。最后，位置95在风扇喷嘴78下游的核心整流罩76的表面上。任何合适的材料和设计都可以用于噪声抑制，包括穿孔板，纹理表面以及通过任何合适的技术制造的金属和/或复合材料。噪声抑制材料或结构可以针对来自核心燃气涡轮发动机，管道式风扇或非管道式风扇，或其任何组合的噪声，并且可以应用于推进***表面，或者可以是结合在表面本身中的特征。
抑制宽频谱上的噪声的宽带声学处理可以利用具有内部短切纤维***的复合壳。流体相互作用受限的高温区域可以使用Ox-Ox陶瓷基复合材料(CMC)。可以选择复合层，甚至是短切纤维本身，以便除用作声学抑制装置(例如Nextel 312纤维)外还用作防火墙屏障。较低温度的宽带声学处理***可以使用更传统的具有短切碳纤维的耐流体吸收复合材料。BMI，MVK或RM1100都是可行的复合材料***，其具有越来越高的温度能力水平，并且可以根据热环境进行选择。
调谐的高温复合噪声抑制***直接与钛***竞争。与粘结/热成型的钛蜂窝板相比，调谐蜂窝RM1100板可降低成本。Ox-Ox调谐板可提供的温度能力超过钛材料***的温度能力。
附加的噪声抑制特征可以包括将几何形状(诸如人字形)集成到风扇喷嘴78的后缘和/或核心喷嘴79的后缘中。噪声抑制特征的其他位置可以包括管道式风扇入口(位置D和F之间)和管道式风扇40下游的风扇管道。
管道式风扇的OGV可以是板条式，串联式或单个式，并且可以是金属或复合结构，并且可以使用任何合适的制造方法来制造。叶片21和轮叶31以及叶片40也可以是金属或复合结构，并且可以使用任何合适的制造方法来制造。
图9是开放式转子推进***10的示例性实施例的横截面示意图，开放式转子推进***10具有由在风扇整流罩77和核心整流罩76之间延伸核心整流罩76的整个长度的延伸风扇管道73形成的细长混合管道，使得风扇喷嘴78在核心燃气涡轮发动机和核心喷嘴79的排气平面80的下游。混合装置81可被包括在核心喷嘴79后部的区域中，以帮助将风扇流和核心流混合，以通过将核心流向外引导并将风扇流向内引导来改善声学性能。已知混合可以改善性能和噪声排放，特别是在如图所示的相对低的旁路比(BPR)下。可以想到0.1比1或0.1比2的旁路比作为适用于本文所述构造的示例性比。可能需要喷嘴78具有改变喉部区域的装置。还可能需要混合器包括可变几何形状，该可变几何形状允许优化热侧和冷侧混合器区域之间的分配，以最小化在正常操作期间随着发动机旁路比增加或减少的损失。
如图9所示，在将可变混合区域和可变喷嘴区域两者结合的一个潜在实施例中，核心整流罩77可以包括平移机构，以在轴向方向上改变风扇喷嘴78的位置(用实线和虚线示出2个不同的位置)，从而为改变喷嘴出口区域提供了另一种选择。这种变型可以通过平移风扇喷嘴或其他方式来改变两个流之间的热-冷区域比。中心体81的形状将确定是仅区域比变化还是A8和区域比都变化。
图10是管道式风扇推进***12的示例性实施例的横截面示意图。与图1一样，图10中示出了许多公共元件，相同的数字用于指代相同的元件。然而，与图1的开放式转子构造不同，旋转元件20及其翼型件叶片21被容纳在环形风扇壳13内，并且固定元件30和轮叶31在风扇整流罩77与风扇壳13的内表面之间径向延伸。在该构造中，飞行器着陆时的反向推力能力可以通过机舱/推力反向器***(未示出)来实现，或者有利地，可以由反向螺距构造中的叶片21提供。如以上关于图1所讨论的，图10的叶片21可具有固定螺距或叶片角度，或者可替代地具有可变螺距或叶片角度，以在操作期间改变推力和叶片负载，并且在一些构造中提供反向推力构造，用于飞行器在着陆时的减速。
关于本文描述的示例性实施例，可以采用单个或多个齿轮箱。非管道式风扇和管道式风扇之间的齿轮箱的比率可以在约2：1和12：1之间，增压器和管道式风扇之间的第二齿轮箱具有传统的HP涡轮。另一种构造可以利用两个反向旋转涡轮，其中两个LP轴向前推进，或者反向旋转涡轮可以驱动公共LP轴向前推进。在每种情况下，后齿轮箱可具有约2：1和5：1之间的比率。
附图中所示的用成对的字母A-B，C-D，E-F和G-H标识的点之间的尺寸是变量，可以对该变量进行调整以在所需的飞行和操作条件提供所需的发动机操作特性。
使用本文描述的实施例可获得的潜在益处包括：减小齿轮箱的尺寸和比率；在宽的操作范围上减小风扇和核心速度变化(提高发电***的性能)；在反向推力期间改善核心燃气涡轮的可操作性；扩大螺旋桨直径(安装重量)，传动比，增压器级数和LPT负载之间的交易空间；以及减小低压线轴和高压线轴的速度迁移。
燃气涡轮发动机产生的总期望推力可以根据需要改变，以适应相关飞行器的操作条件和飞行包线。非管道式风扇和管道式风扇之间的最大设计工作分工也可以根据需要改变，例如，在某些实施例中，管道式风扇可以产生高达总推力的大约60％，以最小化发动机直径或噪声，而在另一实施例中，如果管道式风扇流的主要功能是作为散热器，则仅产生总推力的百分之几。后管道式风扇的压力比可以小于约2.5。
齿轮箱范围也可以被定制以适合燃气涡轮发动机和相关飞行器的操作条件和飞行包线，并且齿轮箱比率可以在多个单独的齿轮箱之间分配。可以考虑其他齿轮箱布置，例如增加反向旋转级，动力共享等。
图11-15是具有变化的齿轮箱安装的开放式转子推进***的示例性实施例的横截面示意图。来自先前附图的相同元件在图11-15中由相同的附图标记表示。图11示出了两个齿轮箱60，用于减小LP轴25上的旋转速度，其中增压器由后齿轮箱60的高速侧驱动，而管道式风扇由最后的齿轮箱60的低速侧驱动。图12示出了两个齿轮箱60，用于减小由叉指式无轮叶反向旋转LP涡轮驱动的LP轴25上的旋转速度，该叉指式无轮叶反向旋转LP涡轮具有两组反向旋转涡轮叶片，其在径向向内的旋转盘或径向向外的旋转滚筒上具有交替行。图13示出了两个齿轮箱60，其具有以来自叉指式无轮叶反向旋转LP涡轮的相同旋转速度驱动的增压器和管道式风扇。图14示出了单个齿轮箱60，其具有由叉指式无轮叶反向旋转LP涡轮以相同旋转速度驱动的增压器和管道式风扇。最后，图15示出了两个齿轮箱60，一个向前和一个向后，其具有以来自叉指式无轮叶反向旋转LP涡轮的相同旋转速度驱动的增压器和管道式风扇。
取决于发动机的结构，热交换器可用于冷却流体和/或气体。例如，热交换器可以冷却油，也可以用来排出从压缩机排放的空气中的热量。热交换器可以是表面冷却器类型，也可以是更传统的砖式冷却器。热交换器可以在表面上，完全浸没在流动路径中，或者可以是支撑框架内部的结构支柱的一部分。
在各个实施例中，驱动旋转元件20的动力源可以是通过喷气燃料或液态燃气提供燃料的燃气涡轮发动机，电动机，内燃机或任何其他合适的扭矩和动力源，并可以位于旋转元件20附近，或者可以利用适当构造的传动装置(例如分布式动力模块***)被远程放置。
除了适合用于水平飞行的常规飞行器平台的构造之外，本文描述的技术还可以用于直升机和倾斜转子应用以及其他提升装置以及悬停装置。
本公开的各种特性，方面和优点也可以在本公开的方面的任何置换中体现，包括但不限于在列举的方面中限定的以下技术方案：
1.一种推进***，该推进***包括旋转元件，固定元件以及旋转元件和固定元件之间的入口，其中，入口穿过固定元件的径向内测；其中，入口穿过固定元件的径向内侧；其中，入口通向入口管道，入口管道包含具有旋转轴线和多个叶片的管道式风扇；并且其中，入口管道分为第一管道和与第一管道分开的第二管道。
2.根据方面1所述的推进***，其中，旋转元件是管道式旋转元件或非管道式旋转元件。
3.根据方面1或2所述的推进***，其中，第一管道是管道式风扇下游的径向向内核心管道，并且第二管道是管道式风扇下游的径向向外风扇管道。
4.根据任何前述方面所述的推进***，其中，旋转元件具有旋转轴线和多个叶片，并且固定元件具有多个轮叶，多个轮叶被构造为使空气的切向速度的变化与旋转元件所产生的空气的切向速度的变化相反；并且
其中，入口通向入口管道，入口管道包含具有旋转轴线和多个叶片的管道式风扇，管道式风扇设置在与固定元件大致相同的轴向位置，在固定元件的后方或固定元件的前方，并且在固定元件的径向内侧。
5.根据任何前述方面所述的推进***，其中，旋转元件经由扭矩产生装置来驱动，扭矩产生装置从由电动机，燃气涡轮，齿轮驱动***，液压马达及其组合组成的组中选择。
6.根据任何前述方面所述的推进***，其中，噪声降低处理包括固定元件下游的表面，并且其中，吸声材料被施加到表面中的至少一个，或者表面中的至少一个包括吸声材料。
7.根据任何前述方面所述的推进***，其中，第二管道包括可轴向平移的可变区域风扇喷嘴。
8.根据任何前述方面所述的推进***，其中，第一管道与核心燃气涡轮发动机流体连通。
9.根据方面8所述的推进***，其中，核心燃气涡轮发动机具有出口平面和出口平面处的核心喷嘴。
10.根据方面8或9所述的推进***，其中，风扇管道向后延伸到核心喷嘴后方的风扇喷嘴。
11.根据方面8所述的推进***，其中，核心燃气涡轮发动机包括增压器，并且增压器和管道式风扇以相同的速度被驱动。
12.根据任何前述方面所述的推进***，其中，管道式风扇位于固定元件的径向内侧。
13.根据任何前述方面所述的推进***，其中，至少一个热交换器被施加到固定元件下游的表面或管道。
14.根据任何前述方面所述的推进***，其中，第二管道包括混合器和喷嘴，喷嘴被构造为改变混合器的热冷区域比。
15.根据任何前述方面所述的推进***，其中，旋转元件和管道式风扇中的至少一个通过齿轮箱操作。
16.一种操作推进***的方法，包括以下步骤：
操作第一旋转风扇组件以产生第一空气流；
将第一空气流的一部分引导到第二管道式旋转风扇组件中；
操作第二管道式旋转风扇组件以产生第二空气流；
将第二空气流分为核心流和风扇流；以及
将核心流引导到燃气涡轮发动机核心中。
17.根据方面16所述的方法，其中，第一旋转风扇组件是开放式转子或管道式风扇。
18.根据方面16或17所述的方法，其中，核心流，风扇流以及第一流径向向外同心地布置。
19.根据方面16-18所述的方法，进一步包括使风扇流通过热交换器的步骤。
20.根据方面16-19所述的方法，其中，第一旋转风扇组件和第二管道式旋转风扇组件中的至少一个通过齿轮箱操作。
21.根据方面1-15所述的推进***，其中，固定元件具有至少一个轮叶，该轮叶包括远离轴线的护罩。
22.根据方面1-15和21所述的推进***，其中，固定元件具有附接到飞行器结构的至少一个轮叶。
23.根据方面1-15和21-22所述的推进***，其中，固定元件包括多于两个的轮叶。
24.根据方面1-15和21-23所述的推进***，其中，开放式转子推进***是倾斜转子***或直升机升降***。
25.根据方面1-15和21-24所述的推进***，其中，第二管道包括可变区域风扇喷嘴，并且可变区域风扇喷嘴是可平移的塞式喷嘴。
26.根据方面1-15和21-25所述的推进***，其中，管道式风扇还包括管道式风扇下游的出口导向轮叶。
27.根据方面1-15和21-26所述的推进***，其中，出口导向轮叶具有可变螺距。
28.根据方面1-15和方面21-27所述的推进***，其中，可变区域风扇喷嘴被装置代替或结合使管道流的推力反向的功能。
29.根据方面1-15和21-28所述的推进***，其中，管道式风扇包括整体分离器。
30.根据方面1-15和21-29所述的推进***，其中，管道式风扇包括可变入口导向轮叶。
31.根据方面1-15和21-30所述的推进***，其中，旁路流和核心流的入口导向轮叶可以被同心地致动或轴向地分开，并且被独立地致动或机械地链接。
32.根据方面1-15和21-31所述的推进***，其中，第一管道和第二管道中的至少一个包括多个人字形。
33.根据方面16-20所述的方法，进一步包括用混合装置将风扇流和核心流混合的步骤。
34.根据方面16-20和33所述的方法，其中，燃气涡轮发动机核心操作第一旋转风扇组件和第二管道式旋转风扇组件。
尽管已经将本公开描述为具有示例性实施例，但是可以在本公开的精神和范围内进一步修改本公开。因此，本申请旨在覆盖使用其一般原理的本公开的任何变化，使用或改编。此外，本申请旨在涵盖在本公开所属领域的已知或惯常做法范围内并且在所附权利要求的限制范围内的与本发明的这种偏离。

Claims (10)

1.一种推进***，其特征在于，所述推进***包括旋转元件，固定元件以及在所述旋转元件和所述固定元件之间的入口，其中，所述入口穿过所述固定元件的径向内侧；
其中，所述入口通向入口管道，所述入口管道包含具有旋转轴线和多个叶片的管道式风扇，并且
其中，所述入口管道分为第一管道和第二管道，所述第二管道与所述第一管道分开。
2.根据权利要求1所述的推进***，其特征在于，其中，所述旋转元件是管道式旋转元件或非管道式旋转元件。
3.根据权利要求1所述的推进***，其特征在于，其中，所述第一管道是所述管道式风扇下游的径向向内核心管道，并且所述第二管道是所述管道式风扇下游的径向向外风扇管道。
4.根据权利要求1所述的推进***，其特征在于，其中，所述旋转元件具有旋转轴线和多个叶片，并且所述固定元件具有多个轮叶，所述多个轮叶被构造为使所述空气的切向速度的变化与所述旋转元件所产生的所述空气的切向速度的变化相反；并且
其中，所述入口通向入口管道，所述入口管道包含具有旋转轴线和多个叶片的管道式风扇，所述管道式风扇设置在与所述固定元件大致相同的轴向位置，在所述固定元件的后方或所述固定元件的前方，并且在所述固定元件的径向内侧。
5.根据权利要求1所述的推进***，其特征在于，其中，所述旋转元件经由扭矩产生装置来驱动，所述扭矩产生装置从由电动机，燃气涡轮，齿轮驱动***，液压马达及其组合组成的组中选择。
6.根据权利要求1所述的推进***，其特征在于，其中，噪声降低处理包括所述固定元件下游的表面，并且其中，吸声材料被施加到所述表面中的至少一个，或者所述表面中的至少一个包括吸声材料。
7.根据权利要求1所述的推进***，其特征在于，其中，所述第二管道包括可轴向平移的可变区域风扇喷嘴。
8.根据权利要求1所述的推进***，其特征在于，其中，所述第一管道与核心燃气涡轮发动机流体连通。
9.根据权利要求8所述的推进***，其特征在于，其中，所述核心燃气涡轮发动机具有出口平面和所述出口平面处的核心喷嘴。
10.根据权利要求9所述的推进***，其特征在于，其中，所述风扇管道向后延伸到所述核心喷嘴后方的风扇喷嘴。
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