[发明专利]在高和低功率模式之间用阀调节的具有两偏轴线转轴的涡轮发动机

说明书

背景技术

普通的直升机垂直起飞和降落(VTOL)飞机结构通常限制为小于170节的飞行速度，但是能够提升较大负载。现有的倾斜转子VTOL飞机结构有300节的中间飞行速度能力，但是提升能力小于直升机。普通的升力风扇VTOL飞机具有超过400节的高速飞行能力，但是提升负载能力进一步降低。升力风扇VTOL还能够有更强的生存力，但是通常需要复杂和昂贵的推进系统。因此，需要一种用于VTOL飞机的成本低的发动机，能够使飞机的生存力更强，并提供有大约300节的飞行速度能力，有大约150节的巡航速度，以及有静止停悬能力。

美国专利No.4286430公开了具有三个转轴的涡轮发动机：低压转轴、中间转轴和高压转轴。高压转轴偏轴线安装，并且典型地相对于其它转轴垂直。进气涡管引导压缩空气从中间转轴压缩机通向高压转轴组件，类似的，排气涡管引导高压涡轮组件的排气并通向中间压力涡轮组件。

发明内容

在一个总体方面，本发明涉及一种特别适合VTOL飞机的涡轮发动机。该涡轮发动机也可以用于其它类型航行器，包括其它类型飞机、地面车辆和船。根据不同的实施例，涡轮发动机的核心包括两个转轴(spool)-低压(LP)转轴和高压(HP)转轴-其中LP转轴远离HP转轴独立地安装。也就是说，LP和HP转轴可以分离，这样它们并不在同心轴上运转。发动机可以利用一对转向器阀组件和通过流向发动机的燃料流量来调节操作。因此，发动机的功率输出可以通过利用气流转向器阀组件控制流过发动机的气流而从高水平调节成低水平以及相反。在升力(lift)工作模式中，LP和HP转轴都可工作，而在向前飞行巡航工作模式中，HP转轴工作，LP转轴可以根据飞行情况所需的功率而工作或不工作。当只有HP转轴工作时，LP转轴可以利用转向器阀组件关闭。可转换结构可以通过发动机气流方向的能用阀调节来获得，以便产生用于垂直升力模式的升力装置轴功率输出特征和产生用于向前飞行模式的推进输出。在可选择实施例中，用于升力装置的排气驱动可以用于垂直升力模式。根据各种实施例，净效果是将在飞机的升力和巡航工作模式之间具有很高的功率调节比，同时保持燃料消耗的低水平。

根据各种实施方式，在第一工作模式(例如高功率模式)中，调节转向器阀组件将燃烧的气流的第一可变量引向高压涡轮级。在第二工作模式(例如低功率或巡航模式)中，调节转向器阀组件将燃烧的气流的第二可变量引向低功率涡轮级。此外，在第一工作模式中，流动转向器阀组件可以将进口空气引向低压转轴组件的低压压缩系统，在第二工作模式中，流动转向器阀组件可以将进口空气偏离低压压缩系统。当发动机从第一模式向第二模式过渡时，调节转向器阀组件可以减少通向高功率涡轮系统的气流，因此最终全部气流都引向低功率涡轮系统。

在另一方面，本发明涉及一种包括涡轮发动机的航行器(例如飞机、地面车辆或船)。

附图说明

下面将结合附图介绍本发明，附图中：

图1和2是本发明各种实施例的涡轮发动机的视图；

图3是本发明各种实施例的涡轮发动机的转向器阀组件的视图；

图4是本发明各种实施例的VTOL飞机的视图；以及

图5是可以用于本发明各种实施例的涡轮发动机的螺旋桨风扇巡航风扇的视图。

具体实施方式

本发明的各种实施例涉及特别适用于VTOL飞机的涡轮发动机。这样的飞机具有升力工作模式和向前飞行巡航工作模式，在该升力工作模式中它们升高离开降落表面，而在该向前飞行巡航模式中它们以高速巡航(例如300节)。通过下面介绍的可转换涡轮发动机，VTOL飞机可以使用升力风扇或转子用于垂直起飞和降落，还可以使用嵌入的超高旁路比函道风扇/推进器用于巡航模式。

图1是简化透视图，图2是本发明各种实施例的涡轮发动机10的简化示意图。如这些视图所示，发动机10可以包括至少高压(HP)转轴组件12和低压(LP)转轴组件14两者。如下面更详细所述，这两个转轴组件12、14优选是沿不同轴线定向。例如，LP转轴组件14可以相对于HP转轴组件12横向定向。在所示实施例中，如图2中所示，LP转轴组件14沿水平轴线定向，而HP转轴12与垂直轴线对齐。虽然转轴优选是并不在同心轴上运转，但也可以进行其它定向，例如平行。