[发明专利]用于可变面积风扇喷嘴的形状记忆合金致动系统

说明书

技术领域

本公开总体上涉及涡轮风扇发动机，更具体地，涉及具有可变面积风扇喷嘴的涡轮风扇发动机。具体地，本公开涉及可变面积风扇喷嘴，其包括多个圆周式布置扇瓣，该多个圆周式布置扇瓣是可移动从而改变喷嘴的出口面积或者喉道面积。

背景技术

飞机噪声污染对于机场附近的社区是一个严重的环境问题。喷气式发动机排气占据了发动机动力式飞机在起飞过程中产生的噪声的大部分。因为其以相对低的频率产生，所以大气自身不能有效地衰减喷气式发动机排气噪声。

涵道涡轮风扇发动机通常生产两种排气流成分：发动机核心流和风扇流。发动机核心流在经过核心发动机之后从核心流喷嘴排出。风扇流经过由包围核心发动机的核心发动机舱形成的环形通道和包围核心发动机舱的至少一部分的风扇管道。在核心舱与可变面积风扇喷嘴中间限定风扇管道的出口。在一些实施方式中，可变面积风扇喷嘴被固定至形成风扇管道一部分的轴向平移反推套筒的下游端。发动机和风扇流共同产生推进飞机向前的推力。

在涵道涡轮风扇发动机中，优选地，对于特定的发动机运转条件，对核心流喷嘴的发动机核心流喉道面积和风扇喷嘴的风扇流喉道面积进行优化。例如，与巡航过程中所需的低能级推力相比，在起飞过程中需要来自发动机的相对高能级推力。将风扇喷嘴处的具有固定喉道面积的风扇管道的气流量或者质量增加导致气流速率增加。喷嘴出口速率增加导致由喷嘴产生的噪声量增加。

一种将增加风扇喷嘴喉道面积作为手段来减少诸如起飞期间等高推力事件过程中产生的噪声的方法是通过使用形成风扇喷嘴出口外边界的可移动副翼或者扇瓣。副翼或者扇瓣可向外偏转，从而使风扇喷嘴的喉道面积扩大并且由此降低排气速率，或者相反，副翼或者扇瓣可向内偏转，从而降低风扇喷嘴的喉道面积并且由此增加排气速度。

已知的是，通过使附接到轴向可平移反推套筒的后缘唇部区域处的副翼或者面板（以下称为“扇瓣”）偏转来改变风扇喷嘴的面积（从而对风扇流进行调整）。如本文（包括权利要求）中所使用的，术语“套筒”包括至少下列配置：（1）一个轴向可平移套筒，从发动机吊架的一侧到另一侧环绕风扇管道的圆周主部分延伸；和（2）两个轴向可移半整流罩，轴向可移半整流罩安装在固定至上梁和下梁的轨道上并且从上梁延伸至下梁。根据后者的配置，上梁是允许反向器打开以使发动机进入和移动的主铰接梁。下梁（以下称之为“闭锁梁”）提供了一种将两个半整流罩锁定在一起的装置。因此，第二结构通常具有两个上铰接梁和两个下闭锁梁。

已经提出了用于致动扇瓣偏转的多种系统，这些系统将致动施加到扇瓣的前缘区域并且需要较大的力来使扇瓣移动。这些解决方法还采用了产生机械摩擦和磨损的机械部件。

希望提供一种扇瓣致动系统，在该系统中，致动器比可比较动力的机械致动器的重量小，并且该致动器磨损较少并且由此需要较少的维护。

发明内容

本文中所公开的主题是扇瓣致动系统，在该系统中，可通过致动器的形状改变（即，变形）而非协同操作的机械部件的移动，来实现致动原理。因为这些致动器没有旋转或者滑动的机械部件，所以减少了磨损和相关维护。根据本文中所公开的实施方式，可变形致动器包括被训练成在被激励（即，加热）时以特定方式改变形状的形状记忆合金（SMA）。每个SMA致动器被成形为用作减阻装置以减少气动阻力。通过恢复机舱在后缘处的环向力度，使用SMA致动器能够设计出更轻的流控制表面。SMA致动器的设计还改善了系统的依赖性，因为如果致动器系统失败，相邻的扇瓣将停留在其最近的命令位置处。

根据一些实施方式，扇瓣致动系统包括两组圆周式分布的单向SMA致动器，一组可被加热至使扇瓣向外偏转，并且另一组可被加热至使扇瓣向内偏转。单向SMA致动器成对地布置在相邻扇瓣之间，每对均包括分别相反作用（即，对抗的）的第一组和第二组SMA致动器。成对的对抗SMA致动器安装在扇瓣的后缘处附近。在喷嘴的后缘处附近附接SMA致动器使得控制流表面的角度位置所需的力最小。

根据其他实施方式，扇瓣致动系统包括一组圆周式分布的双向SMA致动器。（如本文中所使用的，术语“双向SMA致动器”是指包括被训练成产生双向记忆效应的形状记忆合金的致动器）。每个双向SMA致动器均可被交替地加热和冷却，从而分别使扇瓣向外和向内偏转（或者，可替代地，向内和向外）。类似于单向SMA致动器，双向SMA致动器被布置在其后缘附近处的相邻扇瓣之间。