本發(fā)明大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體而言，涉及渦扇飛行器發(fā)動機中的排氣噴嘴。

背景技術：

在燃氣渦輪發(fā)動機中，空氣在壓縮機中加壓并且在燃燒器中與燃料混合用于生成熱燃燒氣體，在渦輪級中從該熱燃燒氣體抽取能量。高壓渦輪(HPT)跟隨燃燒器并且從燃燒氣體抽取能量用于向壓縮機供能。低壓渦輪(LPT)跟隨HPT并且從氣體抽取附加能量用于在示例性渦扇飛行器發(fā)動機應用中向上游風扇供能。

現代渦扇飛行器發(fā)動機經歷幾十年的持續(xù)發(fā)展，用于在最小化其重量的同時最大化空氣動力效率，并且還用于實現長使用壽命。發(fā)動機效率可由燃料消耗率(SFC)簡單地評估，其中其極小的改進在向飛行中的飛行器供能時減少發(fā)動機的燃料消耗方面為顯著的。

典型的渦扇發(fā)動機包括環(huán)形風扇噴嘴，其排放加壓的風扇空氣用于產生推進推力的大部分。芯部噴嘴跟隨風扇噴嘴并且排放增加推進推力的廢燃燒氣體。

風扇和芯部噴嘴的空氣動力設計也經受持續(xù)發(fā)展，用于進一步提高其空氣動力效率(包括對應的推力系數)。

典型的排氣噴嘴繞著發(fā)動機的縱向或軸向中心線軸線為軸對稱的，用于在常規(guī)設計實踐下最大化性能和效率。

然而，飛行器發(fā)動機必須適合地安裝在飛行器中，并且這典型地由提供框架的支承機架完成，發(fā)動機剛性地附接于該框架。

典型的機翼機架在飛行器機翼之下垂直地支承發(fā)動機，其中機架占據發(fā)動機的十二點鐘周向位置。

風扇機艙典型地以典型地稱為C形管的兩個周向半部形成，用于允許機艙以蛤殼式方式開啟，用于在維護中斷期間接近芯部發(fā)動機。在渦扇發(fā)動機的該構造中，下分支或縱向梁位于發(fā)動機的底部或六點鐘位置處。

因此，上機架和下梁典型地中斷環(huán)形風扇管和風扇噴嘴的周向連續(xù)性。風扇排氣因此在兩個分立C形管部分中從風扇噴嘴排放，用于共同地提供推進推力。

然而，上分支和下分支的引進對應地影響加壓的風扇空氣的速度和壓力分布的周向連續(xù)性，這對應地降低噴嘴的空氣動力性能和效率。

因此，仍需要具有改進的效率而不管其周向中斷的排氣噴嘴。

技術實現要素：

該需要由具有內殼的排氣噴嘴解決，該內殼同軸地設置在外殼內以限定終止于外殼的后緣處的出口中的流動管。外殼圍繞流動管沿周向變化。

根據本文中描述的技術的一個方面，一種渦扇排氣噴嘴設備包括：具有中心線軸線的內殼，內殼設置在包繞的外殼內以限定其間的環(huán)形流動管，該環(huán)形流動管終止于外殼的后緣處的出口中，內殼終止于出口的后部的后緣中；以及沿周向中斷流動管的機架；其中外殼的后部分圍繞中心線軸線為非軸對稱的，并且外殼的后緣為垂直非共面的。

根據本文中描述的技術的另一個方面，一種渦扇排氣噴嘴設備包括：具有中心線軸線的內殼，內殼設置在包繞的外殼內以限定其間的環(huán)形流動管，該環(huán)形流動管終止于外殼的后緣處的出口中，內殼終止于出口的后部的后緣中；以及沿周向中斷管的機架；其中外殼的后緣繞著外殼的圓周在軸向位置和局部半徑兩者上變化。

技術方案1. 一種渦扇排氣噴嘴設備，其包括：

內殼，其具有中心線軸線，所述內殼設置在包繞的外殼內以限定其間的環(huán)形流動管，所述環(huán)形流動管終止于所述外殼的后緣處的出口中，所述內殼終止于所述出口的后部的后緣中；以及

機架，其沿周向中斷所述流動管；

其中所述外殼的后部分圍繞所述中心線軸線為非軸對稱的，并且所述外殼的所述后緣為垂直非共面的。

技術方案2. 根據技術方案1所述的設備，其特征在于，所述內殼圍繞所述中心線軸線為軸對稱的。

技術方案3. 根據技術方案1所述的設備，其特征在于，所述外殼的所述后緣具有橢圓形形狀。

技術方案4. 根據技術方案1所述的設備，其特征在于，所述外殼在所述機架的相對側上為橫向對稱的。

技術方案5. 根據技術方案1所述的設備，其特征在于，定位成與所述機架在直徑上相對的所述外殼的所述后緣的下部分關于所述外殼的所述后緣的其余部分沿軸向向下游移位。

技術方案6. 根據技術方案5所述的設備，其特征在于，所述位移在遠離最大位移的位置的位置處逐漸減小。

技術方案7. 根據技術方案1所述的設備，其特征在于，緊接地鄰接所述機架的所述外殼的所述后緣的上部分關于所述外殼的所述后緣的其余部分沿軸向向前轉移。

技術方案8. 根據技術方案7所述的設備，其特征在于，所述位移在遠離最大位移的位置的位置處逐漸減小。

技術方案9. 根據技術方案1所述的設備，其特征在于，所述內殼在所述管內向后擴散至隆起，并且接著向后會聚至其所述后緣。

技術方案10. 根據技術方案7所述的設備，其特征在于，所述隆起的所述軸向位置具有圍繞所述風扇噴嘴的圓周的、離所述外殼的所述后緣的變化的軸向距離。

技術方案11. 根據技術方案1所述的設備，其特征在于，所述外殼的所述后緣的一部分限定S形狀。

技術方案12. 一種渦扇排氣噴嘴設備，其包括：

內殼，其具有中心線軸線，所述內殼設置在包繞的外殼內以限定其間的環(huán)形流動管，所述環(huán)形流動管終止于所述外殼的后緣處的出口中，所述內殼終止于所述出口的后部的后緣中；以及

機架，其沿周向中斷所述管；

其中所述外殼的所述后緣繞著所述外殼的圓周在軸向位置和局部半徑兩者上變化。

技術方案13. 根據技術方案12所述的設備，其特征在于，所述內殼圍繞所述中心線軸線為軸對稱的。

技術方案14. 根據技術方案13所述的設備，其特征在于，所述外殼的所述后緣具有橢圓形形狀。

技術方案15. 根據技術方案12所述的設備，其特征在于，所述外殼在所述機架的相對側上為橫向對稱的。

技術方案16. 根據技術方案12所述的設備，其特征在于，定位成與所述機架在直徑上相對的所述外殼的所述后緣的下部分關于所述外殼的所述后緣的其余部分沿軸向向下游移位。

技術方案17. 根據技術方案16所述的設備，其特征在于，所述位移在遠離最大位移的位置的位置處逐漸減小。

技術方案18. 根據技術方案17所述的設備，其特征在于，緊接地鄰接所述機架的所述外殼的所述后緣的上部分關于所述外殼的所述后緣的其余部分沿軸向向前轉移。

技術方案19. 根據技術方案17所述的設備，其特征在于，所述位移在遠離最大位移的位置的位置處逐漸減小。

技術方案20. 根據技術方案12所述的設備，其特征在于，所述外殼的所述后緣的一部分限定S形狀。

附圖說明

可通過參照連同附圖進行的以下描述最佳地理解本發(fā)明，在該附圖中：

圖1為具有用于安裝于飛行器的機翼的機架的飛行器渦扇燃氣渦輪發(fā)動機的局部截面示意性側視圖；

圖2為圖1的發(fā)動機的另一局部截面示意性側視圖；

圖3為圖1中示出的風扇和芯部排氣噴嘴并且沿著線3-3截取的從后面向前的立視圖；

圖4為圖3中示出的發(fā)動機的風扇和芯部排氣噴嘴并且沿著線4-4截取的示意性軸向截面圖；

圖5為穿過圖3中示出的風扇噴嘴并且沿著線5-5截取的示例性截面的示意性截面立視圖；并且

圖6為示出在一個圖中疊加的三個不同的風扇噴嘴位置的示意性半截面圖。

部件列表

10燃氣渦輪發(fā)動機

12中心線軸線

14機架

16風扇

18壓縮機

20燃燒器

22高壓渦輪

24低壓渦輪

26周圍空氣

28燃燒氣體

30內殼

32外殼

34風扇流動管

42芯部排氣噴嘴

44后緣

46插塞

36風扇排氣噴嘴

38出口

48縱向梁

50隆起

52下部分

54上部分。

具體實施方式

參照附圖，其中同樣的附圖標記遍及各種視圖表示相同的元件，圖1和2示意性地示出了大體上關于縱向或軸向中心線軸線12軸對稱的渦扇飛行器燃氣渦輪發(fā)動機10。發(fā)動機特別地構造用于由機架14垂直地懸置于飛行器的機翼，用于在飛行期間向飛行器供能。

發(fā)動機包括成串流連通的風扇16、壓縮機18、燃燒器20、高壓渦輪(“HPT”)22，以及低壓渦輪(“LPT”)24。HPT22的轉子由一個軸連結于壓縮機18的轉子，而LPT24的轉子由第二軸連結于支承風扇16中的風扇葉片的轉子。

在操作期間，周圍空氣26進入發(fā)動機的入口，并且由風扇16部分地加壓，其中加壓空氣的內部分接著引導穿過壓縮機18，壓縮機18進一步使空氣加壓，該空氣接著在燃燒器20中與燃料混合用于生成熱燃燒氣體28。能量從HPT22中的氣體抽取，用于向壓縮機供能，而附加的能量從LPT24中的氣體抽取，用于向上游風扇16供能。

環(huán)形芯部整流罩或內殼30包繞在風扇16后部的芯部發(fā)動機的構件，并且與包繞的風扇機艙或外殼32的內表面沿徑向向內間隔，并且限定環(huán)形風扇流動管34，加壓的風扇空氣通過環(huán)形風扇流動管34繞過芯部發(fā)動機用于產生推進推力的大部分。

內殼30的外表面提供用于風扇管34的徑向內邊界，其中風扇管34的徑向外邊界由包繞的外殼32的內表面提供。

芯部發(fā)動機在內殼30的后緣44處終止于環(huán)形芯部排氣噴嘴42中。環(huán)形中心體或插塞46同軸地設置在芯部排氣噴嘴42內，并且限定其內流動邊界，其中外流動邊界由內殼30的內表面限定。

風扇管34在風扇16之后的內殼30的前端部處開始，并且終止于包繞內殼30的后端部的環(huán)形風扇排氣噴嘴36中。風扇噴嘴36具有風扇機艙的后緣40處的環(huán)形出口38。

在操作期間，由風扇16加壓的空氣繞過芯部發(fā)動機穿過風扇管34并且排放穿過風扇噴嘴36，用于產生推進推力的大部分。對應地，廢燃燒氣體28從芯部發(fā)動機排放穿過風扇噴嘴36的后部的芯部噴嘴42，并且在其徑向內側排放。

然而，如上面在背景技術部分中描述的，機架14包括位于風扇管34的頂部處的部分，該部分中斷關于外殼后緣40的其周向連續(xù)性。

下分支或縱向梁48中斷僅終止于達不到外殼后緣40之處的風扇管34的下部分的周向連續(xù)性。

圖3以垂直立視圖示出了發(fā)動機的后端部。為了參考，機架14位于發(fā)動機10的十二點鐘位置處，其中下梁48位于發(fā)動機10的在直徑上相對的六點鐘位置處。以該方式，風扇管34可以以兩個C形管半部分構造，用于以常規(guī)方式允許其蛤殼式開啟。

機架14和梁48因此在十二點鐘和六點鐘位置處阻擋或中斷風扇管34，并且因此將另外完全環(huán)形風扇管34分成橫向或水平相對的C形管部分，其對應地影響加壓風扇空氣26在操作期間排放穿過風扇管34的速度和壓力分布。

圖1和2示出了同軸地設置在包繞的外殼32內的內殼30的典型的軸向輪廓或廓線。內殼30直接在風扇16的后部開始，并且最初沿軸向后方向以增大的直徑向后擴散至最大直徑的隆起50，最大直徑的隆起50典型地在出口38的前部設置在風扇管34內。從隆起50，內殼30以減小的直徑向后會聚至內殼30的后緣44。

在風扇與芯部噴嘴之間的內殼30的后部分典型地為具有對應的軸向斜率或錐角“A”的軸向直錐。內殼30限定為圍繞中心線軸線12的回轉的表面，其在各個徑向平面中具有恒定的直徑并且具有圓形圓周，并且錐角為圍繞周邊沿周向恒定的。

對應地，現有技術風扇噴嘴還繞著發(fā)動機的中心線軸線12為軸對稱的，其中該風扇噴嘴的后緣類似地限定圓形周邊，其中風扇噴嘴36也為圓形的，具有外殼32的后緣與內殼30的外表面之間的恒定差異半徑。

然而，如以上所述，圖1和2中示出的上機架14和下梁48使風扇噴嘴36的周向連續(xù)性分成兩支，并且對應地影響從其排放的加壓空氣的壓力和速度分布的均勻性。為了解決該不均勻性，外殼32的后部分沿軸向方向和周向方向兩者為非軸對稱的。

圖3示出了沿周向方向的變化或非軸對稱定形。更具體而言，后緣40的局部半徑圍繞外殼32的圓周變化。后緣40的最小局部半徑“B”在與機架14的兩個連結部處，在近似十一點鐘至一點鐘位置(包括十二點鐘位置)處發(fā)生。出于描述的目的，最小局部半徑B可描述為在后緣40(其不由機架14中斷)的十二點鐘位置處。相反地，后緣40的最大局部半徑“D”在三點鐘和九點鐘位置處發(fā)生。在三點鐘和九點鐘位置處的局部半徑D等于彼此。

如所示，在六點鐘位置處的局部半徑“C”具有三/九點鐘和十二點鐘位置處的局部半徑B和D中間的尺寸。局部半徑在不同尺寸之間平滑地過渡。換言之，后緣40可描述為橢圓形，其中橢圓形的中心從發(fā)動機10的中心線軸線12向下轉移。該形狀可被稱為“橢圓形”或“橢圓化”。外殼32可描述為在機架14的相對側上為橫向對稱的。其它形狀為可能的。例如，六點鐘位置處的局部半徑C可小于十二點鐘位置處的局域半徑B，但可小于、等于或大于局部半徑D。

圖4和5示出了沿軸向方向的變化或非軸對稱定形。后緣40的至少一部分偏離用于參考的假想垂直平面(標記為“P”)。如本文中使用的，用語“垂直平面”表示垂直或幾何上正交于中心線軸線12的平面，而不管關于地面或其它外部參考框架的平面的實際定向。為了描述起見，平面P示出穿過后緣40的近似三點鐘和九點鐘位置；因此，位移在那些位置處示出為最小或不存在。平面P的軸向位置為任意的。后緣40的非軸對稱定形可大體上被稱為“垂直非共面”風扇排氣噴嘴。

從近似三點鐘位置至九點鐘位置(包括六點鐘位置)的后緣40的下部分52在于后立視圖中觀看時從平面P(并且從后緣40的其余部分)沿軸向向后轉移或移位。最大位移的位置在近似六點鐘位置處發(fā)生。位移在遠離最大位移的位置的周向位置處逐漸衰減或逐漸減少。

從近似九點鐘位置至三點鐘位置(包括十二點鐘位置)的后緣40的上部分54從平面P(并且從后緣40的其余部分)沿軸向向前轉移或移位。最大位移的位置在近似十二點鐘位置處發(fā)生。位移在遠離最大位移的位置的周向位置處逐漸衰減或逐漸減少。逐漸減少的速率，或逐漸減少廓線可為線性或非線性函數。在示出的實例中，下部分52的位移(和角的斜度(slope))大于上部分54的位移(和關于平面P的角的斜度)。當在側視立視圖中觀看時，后緣40的一部分限定淺“S”形狀。其它形狀為可能的。例如，后緣40可并入一個或更多個形狀，如鋸齒狀或人字形。

最后，圖6示出了出于比較目的而疊加的風扇噴嘴36的各種半剖視圖，其分別針對三點鐘/九點鐘標記為III/IX，針對六點鐘標記為VI，以及針對十二點鐘標記為XII。局部半徑B,C以及D也被標記?？煽匆姷氖?，各個位置具有鄰近后緣40的內表面的其自身的錐角；這些錐角針對十二點鐘、六點鐘以及三點鐘/九點鐘位置分別標記為“E”、“F”以及“G”。在該構造中，面積率(出口面積/入口面積)在各個圓周位置處變化。在示出的實例中，風扇噴嘴30在所有位置處會聚；然而，本文中描述的原理還能夠應用于會聚/擴散噴嘴。

分析示出的是，包括垂直非共面特征和組合的橢圓化特征的以上描述的風扇噴嘴可與現有技術相比改進噴嘴效率和發(fā)動機SFC。具體而言，該構造減小由來自風扇噴嘴36的高速排出氣體擦洗的機架14的總表面面積，并且因此減少表面摩擦阻力損失。此外，該構造降低在噴嘴的后部的沖擊結構的強度，并且改進噴嘴推力系數和噪聲。安裝重量還通過能夠將發(fā)動機安裝成較接近于機翼而減小，因為機架14連結部處的后緣40在平面P上游移動并且并入減小的半徑。

風扇噴嘴36的精確構造可針對特定應用憑經驗確定，例如使用計算流體動力學(“CDF”)軟件來模擬穿過風扇噴嘴36的流。

前述描述了用于燃氣渦輪發(fā)動機的風扇噴嘴。本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征，和/或如此公開的任何方法或過程的所有步驟可以以任何組合(除其中此類特征和/或步驟中的至少一些互相排斥的組合之外)來組合。

本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)中公開的各個特征可由用于相同、等同或類似目的的備選特征替代，除非另外清楚地陳述。因此，除非另外清楚地陳述，公開的各個特征為普通系列的等同或類似特征的僅一個實例。

本發(fā)明不局限于(多個)前述實施例的細節(jié)。本發(fā)明擴展本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)中公開的特征中的任何新穎的一個或任何新穎的組合，或者擴展至如此公開的任何方法或過程的步驟中的任何新穎的一個或任何新穎的組合。