[发明专利]具有对旋风扇设计的空中交通工具推进系统和用于降低噪音的方法

说明书

技术领域

本公开的实施例通常涉及飞机的推进系统领域，并且更特别地涉及具有可变叶片行距/列距(row spacing)的对旋(counter rotating)风扇的实施例。

背景技术

由于旅行的需要持续攀升，和最小化费用的持续压力增加，航空喷气燃料成本增加、碳相关税收法规(carbon-related taxation regulation)的制定及其预期增长已产生对于桨扇(Prop-fan)或开扇(Open-Fan)技术的全行业热情复苏。同时；由于增加的旅行，美国联邦航空管理局(FAA)和国际(ICAO)组织对于发动机和飞机检定/认证强制实行的增加的法定噪音传播限制已变得更严厉。在很多国家，地方航空管理机关已强制实行费用、宵禁、限额的组合方式，目的在于抑制噪音接触和与降低噪音措施相关的成本的上升，所述降低噪音措施包括隔音住宅。为了实施，很多机场已在噪声敏感区域安装了扩音器/麦克风，其通常强迫管理者牺牲有效负载和/或范围，从而避免违反这些当地的噪音政策。此外，预期将强制实行当地空气质量或其他碳相关的环境成本。

另外，对于超越传统的窄体式市场的扩展点对点服务和操作灵活性的需求使设计者相对于其他权衡，进一步强调燃料效率。

可通过降低巡航速度而获得改进的燃料消耗，然而这将增加飞行时间并且不受乘客欢迎，净燃料效益可相当小，可以产生关于空中交通统一/综合的挑战，可以降低特定日期中的营收飞行的数量，并且该方法实际上可引起其他航线运营成本的增加。为了实现现今喷气式飞机的巡航速度(～0.8马赫)，因为由于比推力不足，单个旋转/单级涡轮螺旋桨(rotation/stage turboprop)的巡航速度实际被限制于大约0.7马赫，所以需要对旋开扇(CROF)系统。

对旋开扇具有单旋转涡轮螺旋桨不具有的复杂噪音源；特别是推进器尾流交互作用以及翼尖涡流交互作用噪音。这两种噪音源都可引起影响机场区域的外部环境噪音、影响乘客舒适度的机舱噪音和飞机结构音响疲劳。

各种设计方法存在对这些噪音噪声源和净推进效率之间的高复杂的平衡。不希望有的尾流互制噪音(wake interaction noise)和希望有的推进效率趋向于随着风扇之间的间隔更大而减少。然而，不希望有的漩涡交互作用噪音实际上可随着间隔增加，由于第一行叶片后的流管收缩，其取决于自由气流马赫数、局部流效应、迎角、以及下游推进器行直径。

对于设计者来说，避免漩涡交互作用通常具有最高的优先级，然而，目前设计中实现该目标的唯一方法在于“裁剪”或降低后部或下游旋翼的直径。然而，这意味着性能惩罚/损失，因为由于跨度/纵横比的损失，可以以与固定翼相同的方式危害空气动力学效率。对于设计者来说，关键的挑战在于漩涡交互作用受多个因素的影响。漩涡的强度主要受叶片尖端负荷的影响，而翼尖涡流的路径主要受自由气流动量和迎角影响。通过降低巡航速度，翼尖涡流朝着与其交互作用的后部/下游旋翼的根部衰竭，并且引起漩涡交互作用噪音。由于现有技术中的CROF发动机的设计者一般选择了较大的间隔和裁剪度(大于等于10％)，以便在限制运行条件下避免漩涡交互作用，诸如具有最大漩涡羽流(plume)收缩的最高推进速度和爬升轨迹。其可导致飞机在所有的运行条件下降低性能。

发明内容

示例性实施例提供空中交通工具推进系统，其包含具有动力轴的发动机核心以驱动外部叶片列(blade row)。动力轴互相连接，从而与对旋传动单元(transmission unit)交换动力，所述对旋传动单元以相对外部叶片列对旋的运动方式驱动内部叶片列。致动器啮合该轴以从第一缩进位置转换到第二伸展位置。

在第一示例性实施例中，对旋传动单元支持内部叶片列，而动力轴通过该单元伸展并由其支持。本实施例的一方面包括用于内部叶片列的螺距控制单元(pitch control unit)和用于外部叶片列的螺距控制单元。

为了示例性实施例的一个实施方式，在牵引装置/牵引螺旋桨构造中，外部叶片列处于内部叶片列的上游，并且由动力轴向外部叶片列提供的动力比对旋传动单元向内部叶片列提供的动力小，其中外部叶片列处于伸展位置。在一种示例性构造中，在变速箱各噪音敏感部分期间，向外部叶片列提供的动力和向内部叶片列提供的动力的比率基本小于1.0。该实施进一步提供这样的内部叶片列，其具有外部叶片列的直径裁剪小于5％的直径。