用於飛行器的發動機組件和包括此發動機組件的飛行器的製作方法
2023-05-02 18:10:22 1
本發明涉及用於飛行器的發動機組件，該發動機組件包括渦扇式渦輪發動機、渦輪發動機安裝掛架和用於將渦輪發動機附接至安裝掛架的主要結構的附接裝置，該渦扇式渦輪發動機的風扇由減速裝置驅動。
本發明還涉及配備有至少一個這種發動機組件的飛行器。本發明優選地應用於商用飛機。
背景技術：
在現有的飛行器中，比如渦輪發動機的發動機通過複雜的附接裝置——也稱作EMS(表示發動機安裝結構)或也被稱作「安裝掛架」——懸掛在機翼結構下方。通常使用的安裝結構具有被稱作主要結構的剛性結構。該主要結構大致包括盒，也就是說，通過將下縱向構件和上縱向構件經由位於盒的內側上的多個橫向加強肋連接至彼此而組裝形成的結構。縱向構件布置在上部面和下部面上，而側向面板封閉盒的側向面。
在已知的方式中，這些掛架的主要結構設計成允許通過發動機產生的靜態載荷和動態載荷——比如重量和推力——或甚至多種動態載荷被傳遞至機翼結構。
在現有技術已知的解決方案中，在發動機與主要結構之間的載荷傳遞通常通過下述附接裝置執行，所述附接裝置包括一個或更多個前發動機架、後發動機架以及由鉸接至平衡梁的兩個側向連杆形成的推力載荷反作用裝置。例如從文獻FR 3 014 841已知這種發動機組件的一個實施方式。
在渦扇式渦輪發動機——其中，風扇由減速裝置驅動——的情況下，需要優化現有解決方案，特別著眼於減小體積、降低總重量以及減小由於在渦輪發動機上存在掛架附接裝置而產生的空氣動力幹擾。
技術實現要素：
因此，本發明的目的是提供一種用於飛行器的發動機組件，該發動機組件至少部分地滿足上文提到的要求。
因此，本發明的一個目的是用於飛行器的發動機組件，包括：-渦扇式渦輪發動機，所述渦扇式渦輪發動機的風扇由減速裝置驅動，所述渦輪發動機包括圍繞所述減速裝置的減速裝置殼體；
-渦輪發動機安裝掛架，該渦輪發動機安裝掛架包括配備有中央盒的主要結構；以及
-用於將渦輪發動機附接至安裝掛架的主要結構的裝置。
根據本發明，安裝掛架的剛性結構還包括盒延伸部，該盒延伸部連接至中央盒的前部，所述盒延伸部包括：
-第一部件，製造成單個件並且布置在發動機組件的豎向及橫向平面中，所述第一部件包括圍繞減速裝置殼體延伸的整體形狀呈拱形的第一部分、和構成中央盒的橫向加強肋的第一連接結構，整體形狀呈拱形的所述第一部分具有兩個第一相對端；以及
-第二部件，該第二部件製造成單個件並且包括至少部分地圍繞減速裝置殼體延伸的整體形狀呈拱形的第二部分、以及構成中央盒的內部橫向加強肋的第二連接結構，整體形狀呈拱形的所述第二部分具有分別安裝在所述兩個第一相對端上的兩個第二相對端，整體形狀呈拱形的所述第二部分從其第二相對端向後並朝向中央盒延伸。
此外，所述附接裝置包括兩個側向前附接件和中央前附接件，兩個側向前附接件中的每一者將減速裝置殼體連接至整體形狀呈拱形的第一部分的兩個第一端中的一者，並且各自反作用於沿發動機組件的縱向方向和豎向方向的載荷，並且所述中央前附接件將減速裝置殼體連接至整體形狀呈拱形的第一部分的第一中央部並且反作用於沿發動機組件的橫向方向的載荷。
本發明提出了一種滿足上述提出的要求的簡單的解決方案，特別是由於使用單件式的第一部件和第二部件，使得能夠改進載荷的傳遞，因為所述單件式的第一部件和第二部件沿安裝掛架的中央盒儘可能遠地延伸。這樣特別使得能夠減小包括掛架的發動機組件的體積和質量，這樣所述組件不再需要側向推力載荷反作用連杆。這種質量的減小有利地伴隨有燃油消耗率的降低。
此外，側向前附接件和中央前附接件能夠反作用於減速裝置殼體的高度處的大部分載荷。該特定特徵是有益的，這不僅因為該特定特徵允許載荷儘可能靠近渦輪發動機的重心被反作用以更完全地傳遞該載荷，而且因為該特定特徵能夠提供具有簡化設計且因此具有小體積的後發動機架。簡化定位在渦輪發動機的旁路流中的該後發動機架使得能夠限制旁路流動上的空氣動力幹擾。因此，從而改進發動機組件的空氣動力性能的所有方面。
最後，將側向前附接件和中央前附接件連接至減速裝置殼體而不是風扇殼體，意味著可以結合較大尺寸的渦輪發動機而同時保持足夠的離地間隙。這樣也使得能夠限制在施加載荷的情況下發動機殼體的各種本體的變形。
本發明優選地設想到以下可選特性中的至少一個，這些可選特徵以單獨的或組合的方式考慮。
盒延伸部的所述第二部件在相對於發動機組件的豎向方向和縱向方向傾斜的平面中延伸，優選地相對於所述縱向方向傾斜了包括在30°與60°之間的角度。
兩個側向前附接件相對於發動機組件的豎向及縱向的中面對稱地布置，所述豎向及縱向的中面穿過所述中央前附接件。
兩個側向前附接件中的一者布置在2點鐘與3點鐘之間的角位置中並且另一者布置在9點鐘與10點鐘之間的角位置中。
所述附接裝置形成靜定的載荷反作用系統，並且由兩個側向前附接件、中央前附接件和後附接件構成，該後附接件反作用於沿豎向方向、並且優選地僅沿該豎向方向的載荷。
所述盒延伸部包括在外部覆蓋整體形狀呈拱形的第一部分和第二部分的至少一個蒙皮。
所述第二相對端分別通過兩個剪切銷安裝在所述兩個第一相對端上，所述剪切銷優選地沿橫向方向定向。
所述渦輪發動機從前向後接連地包括風扇殼體、中間殼體、所述減速裝置殼體、中央殼體和渦輪機殼體。
本發明的另一目的是一種飛行器，所述飛行器包括至少一個所述發動機組件以及其上安裝有所述發動機組件的機翼。
作為優選，所述發動機組件懸掛在機翼下方，但是也可以採用將渦輪發動機布置在飛行器的機翼上方的其他解決方案。
本發明的其他優點和特徵將通過以下非限制性的詳細描述變得明顯。
附圖說明
將參照附圖給出所述描述，在附圖中：
-圖1描繪了配備有根據本發明的發動機組件的飛行器；
-圖2是根據本發明的發動機組件的一個優選實施方式的截面的示意圖；
-圖3是前述圖中所示的發動機組件的更詳細的立體圖；
-圖4是安裝掛架的剛性結構的立體圖，其中前述圖中所示的發動機組件配裝有該安裝掛架；以及
-圖5是形成前述圖中所示的安裝框架的整體部分的盒形延伸部的立體圖。
具體實施方式
參照圖1，圖1描繪了包括機身3的飛行器100，其中，兩個機翼2固定至機身3。在這些機翼2的每個機翼下方懸掛有一個或更多個根據本發明的發動機組件1。每個發動機組件1包括旁路渦扇式渦輪發動機10、用於安裝渦輪發動機10的安裝掛架4、以及用於將渦輪發動機10附接至掛架4的剛性結構的裝置(在圖1中不可見)，其中該類型的旁路渦扇式渦輪發動機10包括用於驅動風扇的減速裝置。
貫穿以下整個說明書，通常，X方向對應於發動機組件1的縱向方向，其也可以有利地對應於渦輪發動機10的和掛架4的縱向方向。該X方向平行於渦輪發動機10的縱向軸線5。此外，Y方向對應於橫向於發動機組件1定向的方向，並且還可以有利地對應於渦輪發動機10的橫向方向和掛架4的橫向方向，而Z方向與豎向或高度方向相對應。這三個方向X、Y和Z相互正交並且形成三維直角坐標系(direct thrihedron)。
此外，術語「前」和「後」關於飛行器由於渦輪發動機10施加的推力而採取的向前行進方向來考慮，該方向由箭頭19示意性地示出。
現在參照圖2，圖2示意性地描繪了根據本發明的優選實施方式的發動機組件1。因此，該組件包括渦輪發動機10，該渦輪發動機10的具體特徵是渦輪發動機10包括由減速裝置14驅動的風扇12。該類型的渦輪發動機被稱作GTF渦輪發動機(GTF表示齒輪傳動渦扇發動機)。
渦輪發動機從前向後包括風扇殼體16和中間殼體18，該中間殼體18的外罩20向風扇殼體16軸向延伸。中間殼體18還包括轂22以及將轂22連接至外罩20的徑向結構臂24。這些臂24布置在環狀排列的出口導向葉片的內側，所述出口導向葉片也縮寫成OGV。
在中間殼體18的後面，渦輪發動機10包括圍封減速裝置14的減速裝置殼體26。該減速裝置殼體26的直徑遠遠小於外罩20的直徑。再向後，然後是也被稱作「芯殼體」的中央殼體28，該中央殼體28構成渦輪發動機的最窄的部分並且特別地包括燃燒室(未示出)。然後，中央殼體28向後延伸到具有較大尺寸的渦輪機殼體30，並且主氣流可以從該渦輪機殼體30逸出，如由箭頭32示意性地描繪的。
以已知的方式，在該類型的渦輪發動機10中，燃燒的效果在於驅動高壓芯軸和低壓芯軸，並且低壓芯軸將機械能傳遞至減速裝置14，該減速裝置14本身進而驅動風扇12。
發動機組件1還包括安裝掛架4，在圖2中僅描繪了該安裝掛架4的剛性結構34。主要結構34設計成使得由發動機產生靜態載荷和動態載荷——比如重量和推力——或甚至尤其與失效有關的各種動態載荷——比如葉片的損耗(FBD)、前起落架的收回、動態著陸等——能夠被傳遞至機翼結構。該掛架4的其他組成元件是與現有技術中已有的元件類似的常規元件，所述掛架4的其他組成元件未示出並且具有次要結構類型，提供系統的分隔和保持且同時支承空氣動力學整流罩。為此，將不給出其詳細描述。
主要結構34或剛性結構包括作為主要元件的中央盒36，此中央盒36沿X方向在主要結構34的發動機長度上延伸。中央盒36具有大致常規設計，這意味著在頂部處通過上縱向構件40界定、在底部處通過下縱向構件42界定，並且通過外側向面板44和內側向面板46側向地界定。作為指示，應注意的是，上縱向構件40也稱作「掛架盒上面板」並且下縱向構件42也被稱作「掛架盒下面板」。此外，中央盒36配備有內部橫向加強肋52，所述內部橫向加強肋52優選地在其中央處是中空的並且優選地大部分布置在YZ平面中。該中央盒36具有整體形狀為正方形或矩形的YZ截面並且具有沿著X方向延伸的尺寸。該截面對於位於機翼高度處的後部部分可基本上保持恆定，但是然後隨著其向前延伸而變窄，直至其前端位於減速裝置殼體26的附近。
本發明的特定特徵中的一者在於，盒延伸部54連接至中央盒36的前部並且使中央盒36大致向下朝向減速裝置殼體26延伸。該盒延伸部54將在以下參照圖3至圖5進行詳細描述。
此外，發動機組件1包括用於將渦輪發動機10附接至掛架的剛性結構34的附接裝置7a-7d。所述附接裝置7a-7d包括兩個側向前附接件7a、7b，中央前附接件7c和後附接件7d。前附接件7a-7c將盒延伸部54連接至減速裝置殼體26，而後附接件7d將下縱向構件42連接至渦輪機殼體30，其中，該後附接件7d位於渦輪發動機的旁路流59中。
現在更具體地參照圖3至圖5，圖3至圖5詳細地描繪了盒延伸部54的設計。首先，盒延伸部54包括第一部件60，該第一部件優選地由金屬材料製成為單個件。該第一部件60是大致平的並且布置在豎向及橫向的YZ平面中、即與X方向正交的平面中。該第一部件60包括兩個沿豎向相鄰的部分，即圍繞減速裝置殼體26的上部部分延伸的整體形狀呈拱形的第一部分62，以及構成中央盒的橫向加強肋中的一個加強肋的第一連接結構63。更具體地，該第一連接結構63構成封閉中央盒36的前部的肋，即使該肋也同樣地優選地在其中央處是中空的，使得該第一連接結構63具有正方形或矩形的整體形狀。
第一部分62也稱作是馬蹄鐵形的，並且在底部處敞開。該第一部分62具有兩個第一相對端64a、64b，兩個側向前附接件7a、7b分別連接至所述兩個第一相對端64a、64b。與其他的附接件7c、7d一樣，這些側向前附接件7a、7b以常規方式使用軛狀物和/或套環和/或U形夾來生產。兩個附接件7a、7b優選地布置在以軸線5為中心的時鐘坐標系統中的2點鐘和10點鐘的角位置。在不脫離本發明的範圍的情況下，也可以設想3點鐘和9點鐘位置。在該情況下，兩個側向前附接件7a、7b因而是沿直徑相對的。無論如何，兩個附接件7a、7b優選地相對於組件1的豎向及縱向的中面57對稱地布置。
該同一平面57穿過中央前附接件7c，該中央前附接件7c將減速裝置殼體26的上端連接至第一部件60的第一中央部65。因此，三個前附接件7a-7c設置在同一豎向及橫向YZ平面中，第一部件60內接在該平面中。此外，應指出的是第一連接結構63從中央部65向上延伸從而形成封閉中央盒36的前部的肋。
盒延伸部54還包括第二部件70，該第二部件70優選地由金屬材料製成為單個件。該第二部件70是大致平的並且布置在與橫向方向Y平行但相對於豎向方向Z和縱向方向X傾斜的平面78中。通過非限制性示例，第二部件70相對於方向X和方向Z中的每一者傾斜為大約45度的角度79。
第二部件70包括兩個沿豎向相鄰的部分，即至少部分地圍繞減速裝置殼體26的上部延伸的整體形狀呈拱形的第二部分72，以及構成中央盒的橫向內部加強肋中的一個加強肋的第二連接結構73。更具體地，該第二連接結構73構成中央盒36的從前面開始數的第二內部肋。還優選的是，第二連接結構73在其中央處是中空的，以便具有正方形或矩形的整體形狀。
第二部分72也被稱為馬蹄跌形狀，並且在底部處且朝向前方敞開。該第二部分72具有兩個第二相對端74a、74b，所述兩個第二相對端74a、74b分別安裝在兩個第一相對端64a、64b上。該安裝經由沿Y方向定向的剪切銷80和/或螺栓進行。因此，這些銷80靠近兩個側向前附接件7a、7b定位，並且還連接至第一端64a、64b。
如根據前述清楚的是，盒延伸部54的第二部件70與豎向第一部件60的不同之處在於第二部件70是傾斜的，從而第二部件70從其第二端74a、74b向後且朝向中央盒36延伸。
附接裝置7a-7b形成靜定的載荷反作用系統。具體而言，如圖3中示意性地指出，兩個側向前附接件7a、7b中的每一者僅反作用於沿X方向和Z方向的載荷，然而，中央前附接件7c僅反作用於沿Y方向的載荷。對於後發動機附接件7d，其僅反作用於沿Z方向的載荷。就此而言，以上描述適合於在正常情況下載荷如何被反作用的情況。然而，如果附接件7a-7d中的一個附接件失效，則載荷反作用的分布會不同。
因此，在正常情況下，通過使用兩個側向前附接件7a、7b沿豎向反作用於沿X方向施加的力矩，而通過使用這些同樣的附接件7a、7b沿縱向反作用於沿Z方向施加的力矩。
因此，本發明相比於現有技術的解決方案顯著不同的是不再需要連杆用以反作用軸向載荷。此處，沿X方向的載荷經由附接件7a、7b並且然後基本上經由傾斜且拱形的第二部件70傳遞。在外部覆蓋第一部分62和第二部分72的蒙皮82的配裝也有助於使縱向載荷傳遞過整個盒延伸部54，而非僅傳遞過其第二部件70。
當然，本領域的技術人員可以對已經僅通過非限制性示例進行描述的本發明做出各種修改。