[发明专利]下游开放风扇螺旋桨位置的优化

说明书

技术领域

本公开大体涉及推进系统，如飞机推进系统，且特别涉及飞机推进系统的方法和设备。更特别地，本公开涉及优化反转开放风扇引擎的下游螺旋桨位置的方法和设备。

背景技术

当前用于反转开放风扇（CROF）飞机引擎的CROF螺旋桨系统要求下游螺旋桨的桨叶具有一定程度“剪切（cropping）”，以便减小由于超出上游螺旋桨之外的流管的自然收缩所导致的起飞社区噪声。当前的合法噪声限制和本地机场噪声法规会要求桨叶剪切量足够将下游螺旋桨的直径减少百分之二十或更大从而满足噪声要求。

然而，剪切减小有效翼展且因此减少针对下游螺旋桨的给定桨距的升力，且要求增加桨距从而恢复损失的推力从而满足起飞推力要求。在某些情形中，不能满足未剪切推力。然而增加的桨距可导致阻力增加和非设计（off design）工况（起飞、爬升、下降、翻转都是非设计工况）的性能退化，这也增加剪切螺旋桨的与尾流相关的自发噪声（self-noise）。

具有一个或多个CROF引擎的飞机在起飞阶段碰到的不可接受的噪声水平是由尾流相互作用和桨叶涡流相互作用（BVI）噪声所驱动的。BVI噪声是由如下事实引起的，即，随着流管以涡流被通常在下游螺旋桨桨叶的最高载荷区处的下游螺旋桨所“切断”（相互作用）的方式收缩（收缩角度是飞行马赫数和飞机角度的函数），上游螺旋桨产生的翼梢涡流（tip vortice）倾向于沿径向向内方向朝向下游螺旋桨衰减。随着下游螺旋桨切断这些涡流，固有的桨叶流道音调水平（tone level）增加，且新的相互作用音调产生。此外，不稳叶片应力加剧，其可引起需要加强/加固螺旋桨，且额外的引擎振动加固/处理导致重量和成本增加。通常，要求厚度比最佳性能所优选的更厚的螺旋桨机翼来加强强度，这会增加波阻（wave drag），波阻会削弱螺旋桨性能并产生噪声。

相对于被“剪切的”下游螺旋桨的噪声害处可高达6EPN（有效感知噪声）dB（分贝）（累积到三个当前认证测量点规则）。虽然下游螺旋桨桨叶的翼稍不总是字面描述为“剪切的”（即，削断），不过具有比上游螺旋桨更短直径的下游螺旋桨通常被本领域技术人员称为被“剪切的”。

减小CROF飞机引擎的CROP螺旋桨系统的下游螺旋桨直径保持与减小飞机有效翼展的的空气动力学原理相同，并且导致空气动力学效率的直接减小，这种减小对于CROF引擎而言能够高达巡航SFC（比燃料消耗量）的百分之五。典型的飞机水平块燃料（Block Fuel）害处，包括整体任务段（起飞、爬升、巡航、下降）的变化害处，通常比指定SFC害处稍微差（1-2%）。不幸的是，该燃料燃烧害处通常针对整个任务，即使起飞段的噪声敏感部分也仅持续几分钟。

而且，飞机寿命周期可以为20-30年，且在该寿命期间，合法的噪声认证标准以及本地机场制度通常变得更严格。为了避免飞机和引擎产品寿命周期中的早期昂贵的改进，这些因素可驱动更进一步的引擎性能妥协，以便确保当前交通工具设计能够在客户接收飞机时满足可能的未来噪声要求。

人们提出的一种解决CROF噪声问题的方法是急剧改变飞机总体布置和配置从而屏蔽/包含螺旋桨系统产生的噪声。然而，对于同等类别的有效负荷范围要求，该类解决方案通常涉及不可接受的害处，包括由于每单位有效载荷的飞机质量（OEW）增加所导致的TAROC（总飞机相关的操作成本）的增加，由于增加的受湿面积（wetted area）和重心平衡（center of gravity trim）所导致的衰减的阻力，以及与在存在机身、机翼和操纵面时如何安装引擎相关的额外的引擎比燃料消耗率害处。此外，针对同型号间抵触回避（fratricide avoidance）、飞机负载能力以及维护和维修时不可通达的引擎位置，对于这些替换选项通常导致不可接受的引擎间近似性。

因此，有考虑上述一个或更多问题，以及可能的其他问题的方法和设备是有利的。

发明内容

在一个有利实施例中，提出了用于控制飞机的反转开放风扇（CROF）引擎的螺旋桨的方法。在飞机的第一飞行状况的至少一部分期间，螺旋桨直径被设定成第一直径。在飞机的第二飞行状况的至少一部分期间，螺旋桨直径被设定成与第一直径不同的第二直径。

在其他有利实施例中，设备包括具有多个螺旋桨的反转开放风扇（CROF）引擎；和致动器。致动器用于在第一飞行状况的至少一部分期间将多个螺旋桨的螺旋桨直径设定为第一直径。致动器用于在第二飞行状况的至少一部分期间将多个螺旋桨的螺旋桨直径设定为与第一直径不同的第二直径。