本申請總體上涉及推進(jìn)系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且更具體地，涉及包括涵道風(fēng)扇并且具有高或甚至非常高的旁路比的航空推進(jìn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、在氣流方向上從上游到下游，推進(jìn)系統(tǒng)通常包括風(fēng)扇區(qū)段、壓縮機(jī)區(qū)段、燃燒室和渦輪區(qū)段。壓縮機(jī)區(qū)段可以包括低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)，渦輪區(qū)段特別地可以包括高壓渦輪和低壓渦輪。由高壓渦輪經(jīng)由高壓軸來驅(qū)動高壓壓縮機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由低壓渦輪經(jīng)由低壓軸來驅(qū)動風(fēng)扇和低壓壓縮機(jī)(如果適用)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
2、技術(shù)研究工作已經(jīng)使飛機(jī)的環(huán)境性能得到了非常顯著的改善。申請人考慮了影響所有設(shè)計和開發(fā)階段的因素，以獲得能源密集度較低、環(huán)境更友好的航空部件和產(chǎn)品，這些航空部件和產(chǎn)品在民用航空中的集成和使用具有適度的環(huán)境影響，從而達(dá)到提高飛機(jī)的能源效率的目的。
3、因此，為了提高推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)效率并降低其單位消耗量以及風(fēng)扇區(qū)段發(fā)出的噪音，已經(jīng)提出了具有高旁路比(bypass?ratio，bpr)(對應(yīng)于次級空氣流的流量與主空氣流的流量之間的比率)的推進(jìn)系統(tǒng)。為了實現(xiàn)這樣的旁路比，將風(fēng)扇區(qū)段與低壓渦輪進(jìn)行解耦，從而使得可以獨立地優(yōu)化它們各自的旋轉(zhuǎn)速度。通常，使用放置在低壓軸的上游端與風(fēng)扇區(qū)段的轉(zhuǎn)子之間的減速機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)解耦。然后，由低壓軸經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)以比低壓軸的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速來驅(qū)動所述風(fēng)扇區(qū)段的轉(zhuǎn)子。
4、然而，提高旁路比(bpr)和風(fēng)扇壓力比涉及增加風(fēng)扇直徑，并且通過擴(kuò)展，增加推進(jìn)系統(tǒng)的外部尺寸(并且因此增加其質(zhì)量和阻力)，這使得除了增加其質(zhì)量和單位消耗量之外，推進(jìn)系統(tǒng)的集成更加困難。高壓主體中的流量以及高壓主體的尺寸也減小，這對低壓主體施加了限制。特別地，由于低壓軸容納在高壓軸內(nèi)，因此減小低壓主體的尺寸(并且因此減小高壓軸的尺寸)涉及減小高低壓軸的直徑，因此低壓軸會變得超臨界。然而，在推進(jìn)系統(tǒng)的運行范圍內(nèi)，超臨界軸包括彎曲變形模式。那么，必須控制低壓軸的動力學(xué)，使得所述變形模式不會出現(xiàn)在穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而避免任何損壞推進(jìn)系統(tǒng)的風(fēng)險。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請的一個目的是：優(yōu)化推進(jìn)系統(tǒng)在單位消耗量、質(zhì)量和阻力方面的性能，同時確保將推進(jìn)系統(tǒng)集成到飛行器中的可能性。
2、為此，根據(jù)第一方面，提出了一種航空推進(jìn)系統(tǒng)，包括：
3、-驅(qū)動軸，該驅(qū)動軸可繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)移動；
4、-風(fēng)扇軸；
5、-風(fēng)扇區(qū)段，該風(fēng)扇區(qū)段包括由風(fēng)扇軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子包括多個葉片；
6、-減速機(jī)構(gòu)，該減速機(jī)構(gòu)耦接驅(qū)動軸和風(fēng)扇軸，以便以比驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速來驅(qū)動風(fēng)扇軸；
7、推進(jìn)系統(tǒng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的每個葉片的推力密度大于或等于1.40×105n/m2并且小于或等于1.70×105n/m2，其中，每個葉片的推力密度由以下公式定義：
8、
9、其中：fn是由風(fēng)扇轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的推力，fn是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)靜止時測量的，并且以牛頓(n)表示；
10、n是風(fēng)扇轉(zhuǎn)子中的葉片的數(shù)量；以及
11、d是風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的直徑，d是在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的葉片的尖端和前緣之間的交點處進(jìn)行測量得到，并且以米(m)表示。
12、根據(jù)第一方面的航空推進(jìn)系統(tǒng)的一些優(yōu)選但非限制性的特征單獨地或組合地如下：
13、-風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的每個葉片的功率密度大于或等于3.65×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，優(yōu)選地，大于或等于16.0×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，其中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的每個葉片的功率密度由以下公式定義：
14、
15、其中：風(fēng)扇的功率與風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的功率對應(yīng)，并且風(fēng)扇的功率是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)靜止時測量的，并且以瓦特(w)表示；
16、-風(fēng)扇區(qū)段還具有風(fēng)扇壓縮比，風(fēng)扇壓縮比與風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的出口與風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的進(jìn)口之間的小于或等于1.45的壓力比相對應(yīng)；
17、-風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的直徑包括在80英寸至120英寸之間(包括端值)，例如，大約90英寸；
18、-風(fēng)扇區(qū)段是涵道式的，并且推進(jìn)系統(tǒng)的旁路比大于或等于10，例如，包括在10至35之間(包括端值)，優(yōu)選地，在10至18之間(包括端值)；
19、-風(fēng)扇區(qū)段是涵道式的，并且當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下靜止時，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的葉片的尖端處的圓周速度包括在260m/s至400m/s之間；
20、-風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的輪轂到葉尖比(hub-to-tip?ratio)包括在0.22至0.32之間；
21、-推進(jìn)系統(tǒng)還包括通過驅(qū)動軸直接連接的驅(qū)動渦輪和壓縮機(jī)，驅(qū)動渦輪包括至少三級，至多五級；
22、-壓縮機(jī)包括至少兩級，至多四級；
23、-推進(jìn)系統(tǒng)還包括經(jīng)由高壓軸連接的高壓渦輪和高壓壓縮機(jī)，高壓軸比驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)得更快，高壓渦輪是兩級渦輪；和/或
24、-高壓壓縮機(jī)包括至少八級，至多十一級。
25、根據(jù)第二方面，本申請?zhí)岢隽艘环N包括根據(jù)第一方面的至少一個推進(jìn)系統(tǒng)的飛行器，推進(jìn)系統(tǒng)經(jīng)由掛架固定到飛行器。
26、根據(jù)第三方面，本申請?zhí)岢隽艘环N用于確定推進(jìn)系統(tǒng)的尺寸的方法，該推進(jìn)系統(tǒng)包括減速機(jī)構(gòu)，該減速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動軸和涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)子耦接，以便于以比驅(qū)動軸的速度低的速度來驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，其中，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的尺寸確定為使得推進(jìn)系統(tǒng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的每個葉片的推力密度大于或等于1.40×105n/m2且小于或等于1.70×105n/m2，其中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的每個葉片的推力密度由以下公式定義：
27、
28、其中：fn是風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的推力，并且fn是當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下靜止時測量的，并且以牛頓(n)表示；
29、n是風(fēng)扇轉(zhuǎn)子中的葉片的數(shù)量；以及
30、d是風(fēng)扇直徑，d是在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的葉片的尖端和前緣之間的交點處測量的，并且以米(m)表示。
31、可選地，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的尺寸進(jìn)一步確定為使得風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的每個葉片(14)的功率密度大于或等于3.65×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，優(yōu)選地，大于或等于16.0×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，其中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的每個葉片的功率密度由以下公式定義：
32、
33、其中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的功率是當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下靜止時測量的，并且以瓦特(w)表示。
34、根據(jù)第四方面，本申請?zhí)岢隽艘环N用于制造推進(jìn)系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：
35、-根據(jù)第三方面確定推進(jìn)系統(tǒng)的尺寸；以及
36、-制造該推進(jìn)系統(tǒng)。
1.一種航空推進(jìn)系統(tǒng)(1)，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的每個葉片(14)的功率密度大于或等于3.65×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，優(yōu)選地，大于或等于16.0×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，其中，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的每個葉片(14)的功率密度由以下公式定義：
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述風(fēng)扇區(qū)段(2)還具有風(fēng)扇壓縮比，所述風(fēng)扇壓縮比與所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的出口與所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的進(jìn)口之間的小于或等于1.45的壓力比相對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的直徑包括在80英寸即203.2cm至120英寸即304.8cm之間含80英寸和120英寸，例如，為大約90英寸即228.6cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述風(fēng)扇區(qū)段(2)是涵道式的，并且所述推進(jìn)系統(tǒng)(1)的旁路比大于或等于10，例如，所述旁路比包括在10至35之間含10和35，優(yōu)選地，所述旁路比在10至18之間含10和18。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述風(fēng)扇區(qū)段(2)是涵道式的，并且當(dāng)所述推進(jìn)系統(tǒng)(1)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下靜止時，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的葉片(14)的尖端(21)處的圓周速度包括在260m/s至400m/s之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的輪轂到葉尖比包括在0.22至0.32之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，還包括：通過所述驅(qū)動軸(11)直接連接的驅(qū)動渦輪(8)和壓縮機(jī)(4)，所述驅(qū)動渦輪(8)包括至少三級，至多五級。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述壓縮機(jī)(4)包括至少兩級，至多四級。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，還包括：經(jīng)由高壓軸(10)連接的高壓渦輪(7)和高壓壓縮機(jī)(5)，所述高壓軸(10)比所述驅(qū)動軸(11)旋轉(zhuǎn)得更快，所述高壓渦輪(7)是兩級渦輪。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，其中，所述高壓壓縮機(jī)(5)包括至少八級，至多十一級。
12.一種飛行器(100)，包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的推進(jìn)系統(tǒng)(1)，所述推進(jìn)系統(tǒng)經(jīng)由掛架固定到所述飛行器。
13.一種用于確定推進(jìn)系統(tǒng)(1)的尺寸的方法，所述推進(jìn)系統(tǒng)包括減速機(jī)構(gòu)(19)，所述減速機(jī)構(gòu)(19)與驅(qū)動軸(11)和涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)耦接，以便于以比所述驅(qū)動軸(11)的速度低的速度來驅(qū)動所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)，其中，將所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的尺寸確定為使得所述推進(jìn)系統(tǒng)(1)的所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的每個葉片(14)的推力密度大于或等于1.40×105n/m2且小于或等于1.70×105n/m2，其中，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的每個葉片(14)的推力密度由以下公式定義:
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的尺寸確定方法，其中，將所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的尺寸進(jìn)一步確定為使得所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的每個葉片(14)的功率密度大于或等于3.65×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，優(yōu)選地，大于或等于16.0×106w/m2且小于或等于22.0×106w/m2，其中，所述風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(9)的每個葉片(14)的功率密度由以下公式定義：
15.一種用于制造推進(jìn)系統(tǒng)(1)的方法，包括以下步驟：