[发明专利]具有两个无涵道的螺旋桨的涡轮发动机

说明书

本发明涉及具有两个无涵道的螺旋桨或风扇的航空器涡轮发动机的领域。

这种类型的发动机，在该领域称为“开放转子”或“无涵道风扇”的发动机包括驱动一个或多个自由涡轮的燃气涡轮发动机该自由涡轮带有每个都与风扇相关联的对转的同轴转子。这两个风扇基本上在涡轮发动机机舱的外侧径向地延伸且其本身是同轴的和对转的。这两个风扇要么直接被驱动，在这种情况下两个风扇被安装在两个涡轮转子的边缘，或通过机械变速箱被驱动，然后两个风扇中每个风扇都被连接到变速箱的输出端。

目前正在研究无涵道风扇的涡轮发动机，因为它们具有当能够提供显著推力时运行良好，并比其它等同的涵道风扇涡轮发动机消耗更少的燃料的优势。

然而，两个风扇之间的空气动力相互作用机构所产生的高噪音水平不利于这种类型的推进力。

这种噪音来源的一种源于在上游风扇的叶片顶端处产生的涡流与下游风扇的叶片的交互作用。上游风扇产生的该涡流与下游风扇非常有利地相互作用，产生了高水平噪音。

减少风扇噪音的方法寻求控制轮廓周围的流体，但是在本领域的现有技术中，这种方式并没有达到成熟。

一种用于消除这种噪音的解决方案是使用两个不同直径的风扇，下游风扇的外径小于上游风扇的外径，以便上游风扇所产生的涡流通过下游风扇外壳的外侧周围并且不与该风扇相互作用。这样的解决方案是不令人满意的，因为它会导致降低下游风扇所产生的推力，以及因此降低发动机的性能。有可能在下游风扇上增加负载以弥补其中直径的减小，但那也会在设计一对风扇上增加航空力学难度，其将变得非常复杂和难以实现。

另一种解决方案是由以斯奈克玛（Snecma）名义的专利申请FR2938502所开发的。它提出了一种涡轮机组，当从上游至下游考虑以及旨在将上游风扇叶片顶端处形成的涡流在下游风扇的叶片外侧的周围径向地转移时，其上游风扇的至少某些叶片，在它们的径向外端部件上，具有导向外侧的空气引导装置。上游风扇的叶片所携带的这些引导装置向外引导在上游风扇叶片顶端处所形成的至少些涡流，因此其与下游风扇的叶片有相互作用的话也只是一点。这使得有可能显著减少一降低达到3dB-与这些涡流和下游风扇之间的相互作用有关的声学扰动。它们还允许减少所产生的窝流强度以及因此协助减少噪音。该解决方案因此不涉及修改上游和下游风扇的尺寸，其可以具有基本相同的外径。

然而，这些装置确实对在飞行的所有阶段中通过转子的气流有作用，即使当降噪不是必需的时候。

因此，本发明的一个目的是减少由风扇所产生的噪音水平，特别地，以符合应用于安装有该发动机的航空器起飞和着陆阶段的相对严格的声学认证标准。

另一个目的是在巡航飞行过过程中提供良好的空气动力学性能。

根据本发明，使用包括两个同轴和对转的无涵道的外部风扇，这些分别为上游风扇和下游风扇的涡轮发动机实现这这些目的，其特征在于：下游风扇的叶片在它们的纵向方向上是可伸缩的，以减小下游风扇的直径。

该结果是采用涡轮发动机完成的，其叶片是可伸缩的，带有彼此嵌套并沿着叶片的纵向轴线彼此相对滑动的至少两个叶片元件。

通过本发明，足够地减小下游风扇的直径成为可能，因为其在发动机噪音减少的阶段期间，即在航空器起飞和着陆过程中不经历涡流。下游风扇的叶片优选地足够地伸缩以消除邻近机场这些阶段期间的大部分的相互作用。

根据一个实施方式，以彼此相对滑动所安装的所述两个元件形成在叶片的自由端部。

根据另一个实施方式，所述两个元件形成在叶片的根端。

通过在所述运转阶段期间减小下游风扇叶片的长度，在该发动机的运转阶段期间涡轮发动机排放的噪音因此减少了。所述运转阶段对应于航空器的起飞和着陆。

通过增增加叶片上的负载，特别是通过改变叶片螺旋角，有利地弥补了叶片长度的减小。

现在，使用附图更详细地，但非限制性地描述本发明，其中：

图1是通过带有两个无涵道风扇的涡轮发动机的轴向剖面；

图2是现有技术的无涵道风扇的透视图，描述了风扇叶片周围的流线的形状；

图3和图4描述了本发明的一个实施方式，其中下游风扇的一个叶片具有伸缩端，在一个延伸和另个收缩的两个位置观察。

参见图1，示出了一个“开放转子”类型的涡轮机组10，该表达表示的是一对无涵道风扇，从上游径下游，在涡轮机组内气流的方向上，其包括压气机12，环形燃烧室14，高压上游涡轮机16和两个对转的低压下游涡轮机18，20，对转是指绕着涡轮机组的纵向轴线A在两个相反方向旋转。