本申請總體上涉及推進系統(tǒng)的領域，并且更具體地，涉及包括涵道風扇并且具有高或甚至非常高的旁路比的航空推進系統(tǒng)。
背景技術：
1、在氣流方向上從上游到下游，推進系統(tǒng)通常包括風扇區(qū)段、壓縮機區(qū)段、燃燒室和渦輪區(qū)段。壓縮機區(qū)段可以包括低壓壓縮機和高壓壓縮機，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)動高壓壓縮機進行旋轉(zhuǎn)。由低壓渦輪經(jīng)由低壓軸來驅(qū)動風扇和低壓壓縮機(如果適用)進行旋轉(zhuǎn)。
2、技術研究工作已經(jīng)使飛機的環(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，從而達到提高飛機的能源效率的目的。
3、因此，為了提高推進系統(tǒng)的推進效率并降低其單位消耗量以及風扇區(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)的推進系統(tǒng)。為了實現(xiàn)這樣的旁路比，將風扇區(qū)段與低壓渦輪進行解耦，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扇區(qū)段的轉(zhuǎn)子之間的減速機構(gòu)來實現(xiàn)解耦。然后，由低壓軸經(jīng)由減速機構(gòu)以比低壓軸的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速來驅(qū)動所述風扇區(qū)段的轉(zhuǎn)子。
4、然而，提高旁路比(bpr)和風扇壓力比涉及增加風扇直徑，并且通過擴展，增加推進系統(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，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系統(tǒng)的風險。
技術實現(xiàn)思路
1、本申請的一個目的是：優(yōu)化推進系統(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、-風扇軸；
5、-風扇區(qū)段，該風扇區(qū)段包括由風扇軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的涵道風扇轉(zhuǎn)子，風扇轉(zhuǎn)子包括多個葉片；
6、-減速機構(gòu)，該減速機構(gòu)耦接驅(qū)動軸和風扇軸，以便以比驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速來驅(qū)動風扇軸；
7、推進系統(tǒng)的風扇轉(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是由風扇轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的推力，fn是在標準大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下當推進系統(tǒng)靜止時測量的，并且以牛頓(n)表示；
10、n是風扇轉(zhuǎn)子中的葉片的數(shù)量；以及
11、d是風扇轉(zhuǎn)子的直徑，d是在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中，在風扇轉(zhuǎn)子的葉片的尖端和前緣之間的交點處進行測量得到，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：風扇的功率與風扇轉(zhuǎn)子的功率對應，并且風扇的功率是在標準大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下當推進系統(tǒng)靜止時測量的，并且以瓦特(w)表示；
16、-風扇區(qū)段還具有風扇壓縮比，風扇壓縮比與風扇轉(zhuǎn)子的出口與風扇轉(zhuǎn)子的進口之間的小于或等于1.45的壓力比相對應；
17、-風扇轉(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、-風扇區(qū)段是涵道式的，并且推進系統(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、-風扇區(qū)段是涵道式的，并且當推進系統(tǒng)在標準大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下靜止時，風扇轉(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，驅(qū)動渦輪包括至少三級，至多五級；
22、-壓縮機包括至少兩級，至多四級；
23、-推進系統(tǒng)還包括經(jīng)由高壓軸連接的高壓渦輪和高壓壓縮機，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系統(tǒng)的飛行器，推進系統(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用于確定推進系統(tǒng)的尺寸的方法，該推進系統(tǒng)包括減速機構(gòu)，該減速機構(gòu)與驅(qū)動軸和涵道風扇轉(zhuǎn)子耦接，以便于以比驅(qū)動軸的速度低的速度來驅(qū)動風扇轉(zhuǎn)子，其中，將風扇轉(zhuǎn)子的尺寸確定為使得推進系統(tǒng)的風扇轉(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是風扇轉(zhuǎn)子的推力，并且fn是當推進系統(tǒng)在標準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是風扇轉(zhuǎn)子中的葉片的數(shù)量；以及
30、d是風扇直徑，d是在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中，在風扇轉(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，將風扇轉(zhuǎn)子(9)的尺寸進一步確定為使得風扇轉(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，風扇轉(zhuǎn)子的功率是當推進系統(tǒng)在標準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用于制造推進系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：
35、-根據(jù)第三方面確定推進系統(tǒng)的尺寸；以及
36、-制造該推進系統(tǒng)。
1.一種航空推進系統(tǒng)(1)，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進系統(tǒng)(1)，其中，所述風扇轉(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系統(tǒng)(1)，其中，所述風扇區(qū)段(2)還具有風扇壓縮比，所述風扇壓縮比與所述風扇轉(zhuǎn)子(9)的出口與所述風扇轉(zhuǎn)子(9)的進口之間的小于或等于1.45的壓力比相對應。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的推進系統(tǒng)(1)，其中，所述風扇轉(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系統(tǒng)(1)，其中，所述風扇區(qū)段(2)是涵道式的，并且所述推進系統(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系統(tǒng)(1)，其中，所述風扇區(qū)段(2)是涵道式的，并且當所述推進系統(tǒng)(1)在標準大氣壓下且在海平面處在起飛額定值下靜止時，所述風扇轉(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系統(tǒng)(1)，其中，所述風扇轉(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(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所述的推進系統(tǒng)(1)，其中，所述壓縮機(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(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所述的推進系統(tǒng)(1)，其中，所述高壓壓縮機(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系統(tǒng)(1)，所述推進系統(tǒng)經(jīng)由掛架固定到所述飛行器。
13.一種用于確定推進系統(tǒng)(1)的尺寸的方法，所述推進系統(tǒng)包括減速機構(gòu)(19)，所述減速機構(gòu)(19)與驅(qū)動軸(11)和涵道風扇轉(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)動所述風扇轉(zhuǎn)子(9)，其中，將所述風扇轉(zhuǎn)子(9)的尺寸確定為使得所述推進系統(tǒng)(1)的所述風扇轉(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，將所述風扇轉(zhuǎn)子(9)的尺寸進一步確定為使得所述風扇轉(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系統(tǒng)(1)的方法，包括以下步驟：