[发明专利]用于被动引导飞行器发动机喷嘴气流的系统和方法

说明书

技术领域

本公开涉及用于被动引导发动机喷嘴气流的系统和方法。在具体的实施例中，气流可以空气动力学地模拟喷嘴V型槽(chevron)效应，和/或也可以改变喷嘴出口面积。

背景技术

飞行器制造厂商一直处于减小飞行器所产生的噪音以满足日益严格的噪音达标规则的压力之下。飞行器发动机是整个飞行器噪音的主要贡献者。因此，飞行器发动机特别是飞行器制造厂商减小噪音努力的目标。由于使用先进的高旁通比率发动机，飞行器发动机已经制造得显著安静。这些发动机所取得的总推力的一个重要的部分不是直接来自喷流喷口，而是来自旁路空气，其通过发动机驱动的向前固定安装的风扇沿着发动机核心周围推进。虽然这种方法相比于纯涡轮喷气发动机和低旁通率发动机已经显著减小了飞行器噪音，但发动机和飞行器联邦管理规则仍然继续要求进一步减小发动机噪音。

一种减小发动机噪音的方法是增加从发动机中流出的高速率气体和自由气流之间的混合。图1显示了具有“V型槽”的喷嘴20，“V型槽”即设计用来产生这种效应。V型槽一般包括位于喷嘴缘的一定类型的锯齿状突出，典型地，呈三角形且在纵向横截面上具有一定的曲率，它们略微浸入邻近的气流之中。这种V型槽可以向内或向外凸出，凸出量与内壁面或外壁面上游边界层厚度处于同一数量级。通常，V型槽的平面形状可以是梯形或矩形二者之一。喷嘴20包括核心流管道22，发动机核心气流被引导通过其中；和风扇流管道24，其环绕核心流管道22设置，风扇气流从中经过。风扇流管道24的出口可以包括风扇流V型槽19，核心流管道22的出口可以包括核心流V型槽18。V型槽典型地通过在长度上以喷嘴直径的尺度增加发动机气流与环境自由空气之间的混合率而减小了低频噪音。虽然这种方法相比于没有V型槽的喷嘴减小了噪音，但仍希望进一步减小噪音以符合居民区的噪音标准。

发明内容

提供下面的概要是为了方便读者而不是以任何方式限制本发明如权利要求所限定的范围。本公开的具体方面涉及用于被动引导发动机喷嘴气流的系统和方法。一种如实施例所述的系统包括可连接在飞行器涡轮风扇发动机上的飞行器喷嘴，该喷嘴包括界定第一流径的第一流径壁面和界定第二流径的第二流径壁面。第一流径设置来接收发动机废气产物，第二流径设置来接收发动机旁路空气。第一流径壁面设置在第一和第二流径之间，第二流径壁面设置在第二流径和环境空气流径之间。多个流道设置在第一和第二流径壁面中至少一个上。流道设置来被动引导气体从流径壁面内相应的的流径通过该流径壁面到达该流径壁面外部的相应流径。相邻的流道具有沿周边延伸和沿周边间隔分开的出口，该出口设置在与流径壁面外部的相应流径的分界面上。

在进一步具体的方面，单独的出口可以具有相应的关闭装置，且该系统进一步包括可操作地连接于关闭装置来打开和关闭该出口的致动器。在进一步的具体实施例中，流径壁面内相应的流径终止在不包含向后延伸的凸出物(例如V型槽)的尾缘。在还进一步的方面，单独的流道不包含对流过该流道的气流增加能量的装置。

本发明的其他方面涉及操作飞行器发动机的方法。这样的一种方法包括引导飞行器涡轮发动机的废气产物沿着相应的发动机喷嘴的第一流径，并且引导发动机周围的旁路空气沿着发动机喷嘴的第二流径流动。该方法可以进一步包括(a)在间歇的周边位置从第一流径流到第二流径被动引导气流，(b)在间歇的周边位置从第二流径流到环境气流被动引导气流，或者(c)即同时包括(a)和(b)。

在进一步的方面，该方法可以包括被动引导该气体通过位于和环境气流分界面处沿周边间隔分开的出口。该方法还可以进一步包括可选择地关闭该分界面处的出口来减小旁路空气的有效出口面积，和选择性地以一种相应于发动机产生的推力和环境条件的方式重新打开这些出口。

附图说明

图1示意性地显示了根据现有技术配置的喷嘴；

图2示意性地显示了具有根据本发明的实施例配置的喷嘴的飞行器；

图3是具有根据本发明实施例设置的流道的喷嘴和发动机的简化示意横截面图；

图4A是具有根据本发明的实施例设置在旁路气流和环境气流之间的流道的发动机喷嘴的侧视图；

图4B是图4A所示喷嘴的端视图；

图5是具有根据本发明实施例特征的流道的示意横截面图；

图6是显示具有本发明实施例特征的喷嘴的预测湍流水平的曲线图；

图7是显示具有本发明实施例特征的喷嘴的预测噪音度的曲线图。

具体实施方式