[發明專利]在高和低功率模式之間用閥調節的具有兩偏軸線轉軸的渦輪發動機

有效

• 申請號: 200680029905.5
• 申請日: 2006-08-18
• 公開（公告）號: CN101243249A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 約翰·T·埃克斯利;喬治·明基南;唐納德·赫爾伯特;邁克爾·D·魯迪
• 申請（專利權）人: 泰里迪尼技術股份有限公司
• 主分類號: F02C3/10
• 分類號: F02C3/10;F02C3/13
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 何秀明;陶鳳波

背景技術

普通的直升機垂直起飛和降落(VTOL)飛機結構通常限制為小于170節的飛行速度，但是能夠提升較大負載。現有的傾斜轉子VTOL飛機結構有300節的中間飛行速度能力，但是提升能力小于直升機。普通的升力風扇VTOL飛機具有超過400節的高速飛行能力，但是提升負載能力進一步降低。升力風扇VTOL還能夠有更強的生存力，但是通常需要復雜和昂貴的推進系統。因此，需要一種用于VTOL飛機的成本低的發動機，能夠使飛機的生存力更強，并提供有大約300節的飛行速度能力，有大約150節的巡航速度，以及有靜止停懸能力。

美國專利No.4286430公開了具有三個轉軸的渦輪發動機：低壓轉軸、中間轉軸和高壓轉軸。高壓轉軸偏軸線安裝，并且典型地相對于其它轉軸垂直。進氣渦管引導壓縮空氣從中間轉軸壓縮機通向高壓轉軸組件，類似的，排氣渦管引導高壓渦輪組件的排氣并通向中間壓力渦輪組件。

發明內容

在一個總體方面，本發明涉及一種特別適合VTOL飛機的渦輪發動機。該渦輪發動機也可以用于其它類型航行器，包括其它類型飛機、地面車輛和船。根據不同的實施例，渦輪發動機的核心包括兩個轉軸(spool)-低壓(LP)轉軸和高壓(HP)轉軸-其中LP轉軸遠離HP轉軸獨立地安裝。也就是說，LP和HP轉軸可以分離，這樣它們并不在同心軸上運轉。發動機可以利用一對轉向器閥組件和通過流向發動機的燃料流量來調節操作。因此，發動機的功率輸出可以通過利用氣流轉向器閥組件控制流過發動機的氣流而從高水平調節成低水平以及相反。在升力(lift)工作模式中，LP和HP轉軸都可工作，而在向前飛行巡航工作模式中，HP轉軸工作，LP轉軸可以根據飛行情況所需的功率而工作或不工作。當只有HP轉軸工作時，LP轉軸可以利用轉向器閥組件關閉。可轉換結構可以通過發動機氣流方向的能用閥調節來獲得，以便產生用于垂直升力模式的升力裝置軸功率輸出特征和產生用于向前飛行模式的推進輸出。在可選擇實施例中，用于升力裝置的排氣驅動可以用于垂直升力模式。根據各種實施例，凈效果是將在飛機的升力和巡航工作模式之間具有很高的功率調節比，同時保持燃料消耗的低水平。

根據各種實施方式，在第一工作模式(例如高功率模式)中，調節轉向器閥組件將燃燒的氣流的第一可變量引向高壓渦輪級。在第二工作模式(例如低功率或巡航模式)中，調節轉向器閥組件將燃燒的氣流的第二可變量引向低功率渦輪級。此外，在第一工作模式中，流動轉向器閥組件可以將進口空氣引向低壓轉軸組件的低壓壓縮系統，在第二工作模式中，流動轉向器閥組件可以將進口空氣偏離低壓壓縮系統。當發動機從第一模式向第二模式過渡時，調節轉向器閥組件可以減少通向高功率渦輪系統的氣流，因此最終全部氣流都引向低功率渦輪系統。

在另一方面，本發明涉及一種包括渦輪發動機的航行器(例如飛機、地面車輛或船)。

附圖說明

下面將結合附圖介紹本發明，附圖中：

圖1和2是本發明各種實施例的渦輪發動機的視圖；

圖3是本發明各種實施例的渦輪發動機的轉向器閥組件的視圖；

圖4是本發明各種實施例的VTOL飛機的視圖；以及

圖5是可以用于本發明各種實施例的渦輪發動機的螺旋槳風扇巡航風扇的視圖。

具體實施方式

本發明的各種實施例涉及特別適用于VTOL飛機的渦輪發動機。這樣的飛機具有升力工作模式和向前飛行巡航工作模式，在該升力工作模式中它們升高離開降落表面，而在該向前飛行巡航模式中它們以高速巡航(例如300節)。通過下面介紹的可轉換渦輪發動機，VTOL飛機可以使用升力風扇或轉子用于垂直起飛和降落，還可以使用嵌入的超高旁路比函道風扇/推進器用于巡航模式。

圖1是簡化透視圖，圖2是本發明各種實施例的渦輪發動機10的簡化示意圖。如這些視圖所示，發動機10可以包括至少高壓(HP)轉軸組件12和低壓(LP)轉軸組件14兩者。如下面更詳細所述，這兩個轉軸組件12、14優選是沿不同軸線定向。例如，LP轉軸組件14可以相對于HP轉軸組件12橫向定向。在所示實施例中，如圖2中所示，LP轉軸組件14沿水平軸線定向，而HP轉軸12與垂直軸線對齊。雖然轉軸優選是并不在同心軸上運轉，但也可以進行其它定向，例如平行。