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1、 (19)人民国家知识产权局(12)发明专利申请A(10)申请公布号(43)申请公布日CN 1041539122014.11.19 (21)申请号 201410116876.2(22)申请日 2014.03.26(30)优先权数据13/893,372 2013.05.14 US(71)申请人 波音公司 地址 美国伊利诺斯州(72)发明人克里斯托弗T亚斯科斯基(74)专利机构 北京康信知识产权责任公司 11240 余刚 吴孟秋 有限人(51)Int.Cl.F02K 1/06 (2006.01) F02K 1/18 (2006.01)权权利利要要求求书书22页页 说说明明书书111页1 页附附图图

2、6页6 页 (54) 发明名称用于可变面积风扇喷嘴的形状记忆合金致动系统 (57) 摘要本发明公开了用于可变面积风扇喷嘴的形状记忆合金致动系统，其中一种可变面积风扇喷嘴包括大量的铰接硬式扇瓣和扇瓣致动系统，在该系统中，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。每个可变形致动器均具有由形状记忆合金制成的一部分，形状记忆合金被训练成当被加热到转变温度以上的温度时，以特定的方式改变形状。此外，每个形状记忆合计致动器被成形为用作减阻装置以减少气动阻力。 CN 104153912 A 权利要求书CN

3、104153912 A1/2 页1. 一种可变面积风扇喷嘴，包括 ： 支撑件，所述支撑件具有弯曲形状 ； 第一扇瓣和第二扇瓣，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣以允许所述第一扇瓣和所述第二扇瓣中的每一个向内或者向外偏转的方式耦接到所述支撑件，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣隔开一间隙 ；以及 第一本体，所述第一本体包括第一部分以及第二部分和第三部分，所述第一部分横跨所述间隙，并且所述第二部分和所述第三部分连接到所述第一部分并且分别附接到所述第一扇瓣和所述第二扇瓣 ；其中，所述第一部分由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金具有在其温度从转变温度以下升高至该转变温度以上时，经历第一形状改变的特性 ；其中，所述第一

4、本体被配置成当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时，使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣偏转。 2. 根据权利要求 1 所述的可变面积风扇喷嘴，其中，当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向外偏转。 3. 根据权利要求 1 所述的可变面积风扇喷嘴，其中，当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向内偏转。 4. 根据权利要求1 至3 中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，其中，所述第一本体的所述第一部分具有 V 形截面。 5. 根据权利要求1 至4 中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括第二本体，所述第二本体包括横跨

5、所述间隙的第一部分以及连接到该第一部分并且分别附接到所述第一扇瓣和所述第二扇瓣的第二部分和第三部分，其中 ： 所述第二本体的所述第一部分由形状记忆合金制成，该形状记忆合金具有在其温度从转变温度以下升高至该转变温度以上时，经历第二形状改变的特性 ； 所述第二本体被配置成当所述第二本体的所述第一部分经历所述第二形状改变时，使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向内偏转 ；并且 所述第一本体被配置成当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时，使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向外偏转。 6. 根据权利要求1 至5 中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，其中，所述形状记忆合金具有在其温度从所述转变温度以上降低至该转

6、变温度以下时经历第二形状改变的另一特性， 其中，当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变和所述第二形状改变中的一种时，所述第一本体将使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向外偏转，并且当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变和所述第二形状改变中的另一种时，所述第一本体将使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向内偏转。 7. 根据权利要求 1 至 6 中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括用于对所述第一本体的所述第一部分进行加热的装置。 8. 根据权利要求 1 至 7 中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括热耦接至所述第一本体的所述第一部分的表面的加热线圈。 9. 根据权利要求 1 至 8

7、中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括由弹性材料制成的密封件，所述密封件包括横跨所述第一扇瓣与所述第二扇瓣之间的所述间隙的部分。 10. 根据权利要求1 至9 中任一项所述的可变面积风扇喷嘴，所述可变面积风扇喷嘴包 2 权利要求书CN 104153912 A2/2 页括左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件，其中，所述左风扇喷嘴组件和所述右风扇喷嘴组件中的每一个包括 ：具有弯曲形状的各自的支撑件 ；如权利要求 1 至 9 中所述的配置的各自的第一扇瓣和第二扇瓣 ；以及如权利要求 1 至 9 中所述的改变形状的各自的第一本体。 11. 一种用于改变喷嘴的出口面积的方法，包括 ：将多个第一元件的相应部

8、分的温度从转变温度以下升高至该转变温度以上，所述多个第一元件的所述相应部分由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金在温度从所述转变温度以下升高至该转变温度以上的过程中改变形状。 12. 根据权利要求 11 或者 12 所述的方法，进一步包括 ：将多个第二元件的相应部分的温度从转变温度以下升高至该转变温度以上，所述多个第二元件的所述相应部分由形状记忆合金制成，该形状记忆合金在温度从所述转变温度以下升高至该转变温度以上的过程中改变形状，其中，当所述多个第一元件的所述相应部分改变形状时，所述出口面积增加，并且当所述多个第二元件的所述相应部分改变形状时，所述出口面积减少。 13. 根据权利要求 11 所述

9、的方法，进一步包括 ：将所述多个第一元件的所述相应部分的温度从所述转变温度以上降低至该转变温度以下，其中，所述多个第一元件的所述相应部分的所述形状记忆合金在温度从所述转变温度以上降低至该转变温度以下的过程中也改变形状，其中，当所述多个第一元件的所述相应部分因温度升高而改变形状时，所述出口面积增加，并且当所述多个第一元件的所述相应部分因温度降低而改变形状时，所述出口面积减少。 14. 根据权利要求 11 所述的方法，进一步包括 ：将所述多个第一元件的所述相应部分的温度从所述转变温度以上降低至该转变温度以下，其中，所述多个第一元件的所述相应部分的所述形状记忆合金在温度从所述转变温度以上降低至该转变

10、温度以下的过程中也改变形状，其中，当所述多个第一元件的所述相应部分因温度升高而改变形状时，所述出口面积减少，并且当所述多个第一元件的所述相应部分因温度降低而改变形状时，所述出口面积增加。 15. 一种用于控制可变面积风扇喷嘴扇瓣偏转的系统，包括 ： 根据权利要求 1-6、9 和 10 中任一项所述的可变面积风扇喷嘴 ；多个电加热器 ；以及VAFN 控制单元。 3 说明书CN 104153912 A1/11 页用于可变面积风扇喷嘴的形状记忆合金致动系统技术领域0001 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

11、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0002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0003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

12、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0004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过程中0005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

13、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。 0006 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

14、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0007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 00084 说明书CN 104153912 A2/11 页重量小，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0009 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

15、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。 0010 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

16、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，的）的第一组和第二组SMA 致动器。成对的 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。 0011 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

17、处的相邻扇瓣之间。 0012本文中所公开的主题的一方面是可变面积风扇喷嘴，包括 ：第一支撑件，第一支撑件具有弯曲形状 ；第一扇瓣和第二扇瓣，第一扇瓣和第二扇瓣以允许第一扇瓣和第二扇瓣各自向内或者向外偏转的方式耦接至支撑件，第一扇瓣和第二扇瓣隔开一间隙 ；以及本体， 本体包括第一部分以及第二部分和第三部分，第一部分横跨间隙，并且第二部分和第三部分连接到第一部分并且分别附接到第一扇瓣和第二扇瓣。第一部分由形状记忆合金制成， 形状记忆合金具有在其温度从转变温度以下升高至转变温度以上时具有经历第一形状改变的特性。本 体被布置成当本体的第一部分经历第一形状改变时，使第一扇瓣和第二扇瓣偏转。优选地，本体的

18、第一部分具有被设计成使气动阻力最小的轮廓（例如，V 形截面）。在其中可变面积风扇喷嘴包括左风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件的多种情况下，各个风扇喷嘴组件可包括该段落中所提及的元件。 0013根据一个实施方式，形状记忆合金可具有当其温度从转变温度以上降低至转变温度以下时，经历第二形状改变的另一特性。在该情形中，当本体的第一部分经历两种形状改变中的一种时，本体将使第一扇瓣和第二扇瓣向外偏转，并且当本体的第一部分经历另一形状改变时，本体将使第一扇瓣和第二扇瓣向内偏转。 0014 根据另一实施方式，代替采用双向形状记忆合金，可变面积风扇喷嘴可进一步包括第二本体，第二本体包括第一部分以及第二部分和第三部分，

19、第一部分横跨间隙，并且第二部分和第三部分连接到第二本体的第一部分并且分别附接到第一扇瓣和第二扇瓣。该实施方式可具有下列其他特性 ：（1）第二本体的第一部分由形状记忆合金制成，形状记忆合 金具有当其温度从转变温度以下升高至转变温度以上时，经历第二形状改变的特性 ；（b） 5 说明书CN 104153912 A3/11 页第二本体被布置成当第二本体的第一部分经历第二形状改变时，使第一扇瓣和第二扇瓣向内偏转 ；并且（c）第一本体被布置成当第一本体的第一部分经历第一形状改变时，使第一扇瓣和第二扇瓣向外偏转。 0015 本申请中所公开的主题的另一方面是一种用于改变喷嘴的出口面积的方法，包括 ：将多个元件

20、的相应部分的温度从转变温度以下升高至转变温度以上，多个第一元件的相应部分由形状记忆合金制成，形状记忆合金在温度从转变温度以下升高至转变温度以上的过程中改变形状。 0016 根据另一方面，可变面积风扇喷嘴包括 ：多个扇瓣，多个扇瓣能够一致地向内或者向外偏转 ；和附接到扇瓣的多个扇瓣偏转致动器，其中，每个扇瓣偏转致动器均包括形状记忆合金， 形状记忆合金在其温度从转变温度以下升高至转变温度以上时，改变形状，其中， 形状改变致使扇瓣偏转。 根据一个实施方式，形状记忆合金还在其温度从转变温度以上降低至转变温度以下时0017改变形状。当扇瓣偏转致动器因温度升高而改变形状时，扇瓣在一个方向上偏转，并且当扇瓣

21、偏转致动器因温度降低而改变形状时，扇瓣在反方向上偏转。 0018 根据另一实施方式，可变面积风扇喷嘴进一步包括附接到扇瓣的多个第二扇瓣偏转致动器，其中，多个第二扇瓣偏转致动器中的每个均包括在其温度从转变温度以下升高至转变温度以上时改变形状的形状记忆合金。多个第一扇瓣偏转致动器的形状改变致使扇瓣在一个方向上偏转，并且多个第二扇瓣偏转致动器的形状改变致使扇瓣在反方向上偏转。 又一方面是一种安装在飞机上的装置，该装置包括 ：套筒或者管道，套筒或者管道具0019有后缘区域，后缘区域包括具有弯曲形状的支撑件 ；多个扇瓣，多个扇瓣以允许各个扇瓣向内或者向外偏转的方式耦接到支撑件，其中，相邻扇瓣隔开相应的间

22、隙 ；多个可变形元件，多个可变形元件分布在间隙中，每个可变形元件均包括在加热至转变温度以上的温度时改变形状的形状记忆合金 ；多个电加热器，多个电加热器热耦接到可变形元件的相应表面 ；以及计算机系统，计算机系统被编程以控制电加热器的电力供应。该装置可进一步包括一个或者多个传感器，用于产生表示扇瓣当前位置的位置反馈信号。因此，计算机系统被编程为提供电脉冲给加热器，以改变或者维持可变形元件的形状，脉冲数取决于表示扇瓣的目标位置的目标位置数据与从位置反馈信号导出的位置反馈数据的比较结果。 0020下面公开并且要求保护其他方面。 附图说明0021图 1 是示出了典型的飞机涡轮风扇发动机的部分的等距视图的

23、示图，其中，飞机涡轮风扇发动机具有包括左组件和右组件的可变面积风扇喷嘴（仅示出了左组件）。 图 2 是示出了根据一个实施方式的一对相邻扇瓣的等距视图的示图（俯视图），其0022中通过改变设置在扇瓣后缘附近的间隙中的一对相互的可变形致动器中的一个或者另一个的形状，一对相邻扇瓣能够交替地向内或者向外偏转。扇瓣被示出为处于向外（向上）和向内（向下）偏转的位置。 0023图 3 是示出了在一对相互的可变形致动器中的一个可变形致动器拉伸( 以箭 头 A 和 B 表示）时一对扇瓣向上（即，向外）偏转的概念图。 6 说明书CN 104153912 A4/11 页图 4 是示出了在一对相互的可变形致动器中的另

24、一个可变形致动器收缩（以 0024箭头 C 和 D 表示）时一对扇瓣向下（即，向内）偏转的概念图。 0025 图 5 是示出了图 2 中所描述的扇瓣和可变形致动器的等距视图的示图（仰视图）。扇瓣再次被示出为处于向外和向内偏转的位置。 图 6 是示出了根据另一实施方式的一对相邻扇瓣的等距视图的示图（俯视图），其中0026通过对设置在扇瓣后缘附近的间隙中的一对相互的可变形致动器中的一个或者另一个进行加热，一对相邻扇瓣能够交替地向内或者向外偏转。虚线表示扇瓣盖（未示出）的位置。 0027 图 7 是表示根据一个实施方式的扇瓣偏转系统的一些部件的方框的框图。 0028 下文中将参考不同附图中的相似元件

25、具有相同参考标号的附图。 具体实施方式0029现将描述应用于涡轮风扇飞机发动机的反推套筒的各种实施方式。然而，公开的可变面积风扇喷嘴系统还具有至未结合有反推套筒的风扇管道的后缘区域的应用。 图 1 示出了典型的飞机涡轮风扇发动机的位置的等距视图，其中，飞机涡轮风扇0030发动机具有包括左组件和右组件（仅示出了左组件）的可变面积风扇喷嘴。核心发动机舱包围核心发动机（未示出）。涡轮风扇发动机提供发动机排气的核心流和风扇流，发动机排气的核心流从形成核心发动机舱的下游端的核心流喷嘴 12 出去，并且风扇流从安装到反推套筒 16 的下游端或者边缘区域的可变面积风扇喷嘴 14（包括未示出的右组件）出去。套

26、筒 16 与核心发动机舱的至少一部分重叠。核心流通常比风扇流具有高的速率。 根据一种已知的实施方式，可变面积风扇喷嘴 14 包括多个铰接硬性式扇瓣 0031（petal）18，多个铰接硬性式扇瓣 18 被配置为在扇瓣向内或者向外偏转时改变经过风扇管道的风扇流。可选地，扇瓣 18 可具有附接到其末（即，尾）端的锯齿形（chevrons（）未示出）。 扇瓣 18 沿着反推套筒 16 的后缘并排设置。另一方面，如果反推套筒是单件轴向可移套筒 （图 1 中未示出），则扇瓣基体将绕风扇管道圆周的主部分从发动机舱的一侧延伸到另一侧。另一方面（如图 1 所示），如果反推套筒包括安装在固定至上（即，铰接）梁

27、20 和下（即，闭锁） 梁 22 的轨道上的两个轴向可移半整流罩，则扇瓣基体由附接到相应半整流罩的两组扇瓣构成，每组扇瓣均包括沿着从发动机相应侧上的相应上梁延伸至相应下梁的曲线而圆周式分布的八个扇瓣。 0032 根据图 1 中所示的实施方式，扇瓣 18 的前端通过相应的铰链而枢转地耦接至具有以轴为中心的圆弧形状的舱壁 26。可选地，铰链可以是由复合材料或者金属材料制成的柔性（即，活性）铰链。弧状舱壁 26 的端部由铰接梁 20 和闭锁梁 22 支撑。控制系统被配置为控制致动系统（图 1 中未示出），致动系统在巡航情况过程中使扇瓣 18 从其额定位置处向内偏转，以使燃料效率最大化。当致动系统被反

28、向时，扇瓣返回至其额定位置。 0033对于每组扇瓣，相邻扇瓣 18 均隔开一三角形或者梯形的间隙或者空间，每个这种间隙均由相应的弹性密封件占据，弹性密封件被紧固到相邻扇瓣以确保零泄露。在图 1 中， 由相应的间隙盖 10 覆盖弹性密封件，每个间隙盖 10 均附接到相应扇瓣 18 的左边沿并且并不附接到相邻扇瓣，从而允许间隙随着扇瓣分别向内和向外移动而交替地变窄和变宽。0034已经提出了用于控制可变面积风扇喷嘴的扇瓣位置的多种类型的致动系统。在本 7 说明书CN 104153912 A5/11 页文中公开的扇瓣致动系统中，通过改变（即，变形）扇瓣偏转致动器的形状而非通过移动协同操作的机械部件，来

29、实现致动原理。根据本文中公开的实施方式，可变形致动器包括被训练成在加热时以特定方式改变形状的形状记忆合金。每个 SMA 致动器均被成形为减阻装置以减少气动阻力。 根据图 2 至图 5 中所示的一个实施方式，扇瓣致动系统包括两组圆周式分布的单向 0035SMA 致动器，一组能够被加热至使扇瓣向外偏转，并且另一组能够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，每对均包括相应起反作用（即，相互第一组和第二组 SMA 致动器。该对缘附近附接 SMA 致动器使得控制流表面角度位置所需的力最小。 的）的后0036图 2 示出了根据一个实施方式的一对相邻扇瓣 18a 和 18b 的

30、等距视图（俯视图），其中通过改变设置在扇瓣后缘附近的间隙中的一对相互的可变形致动器 2 中的一个或者另一个的形状，该对相邻扇瓣 18a 和 18b 能够交替地向内或者向外偏转。扇瓣示出为处于向外（向上）和向内（向下）偏转的位置。 0037根据图 2 中所示的实施方式，SMA 致动器 2 被配置和被训练成以使扇瓣 18a 和 18b向外偏转的方式改变形状，而SMA 致动器4 被配置和训练成以使扇瓣18a 和18b 向内偏转的方式改变形状。形状改变产生用于使扇瓣偏转的致动力。如图 2 所示，扇瓣 18a 和 18b 隔开一间隙。SMA 致动器 2 和 4 突出穿过间隙，并且 SMA 致动器 2 的

31、前缘被定位成邻近于 SMA 致动器 4 的后缘。SMA 致动器 2 的后缘可与扇瓣 18a 和 18b 的后缘对齐。在图 2 所示的实施方式中，间隙的其余部分被弹性密封件 24 占据。可替代地，如图 6 所示，弹性密封件可在SMA 致动器 2 和 4 的下方延伸，一直到扇瓣 18a 和 18b 的后缘（将在后面细节中进行描述）。0038图 3 和图 4 中示出了 SMA 致动器 2 和 4 的致动原理。图 3 示出了在 SMA 致动器 2 拉伸时（以箭头 A 和 B 表示）向上（即，向外）偏转的扇瓣 18a 和 18b。图 4 示出了在 SMA 致动器 4 收缩（以箭头 C 和 D 表示）时向

32、下（即，向内）偏转的扇瓣 18a 和 18b。 如图 3 所示，SMA 致动器 2 是本体，该本体包括主动部分 2a，主动部分 2a 横跨扇瓣 003918a 与扇瓣 18b 之间的间隙 ；第一凸缘 2b，第一凸缘 2b 连接到主动部分 2a 并且附接到扇瓣 18b ；以及第二凸缘 2c，第二凸缘 2c 连接到主动部分 2a 并且附接到扇瓣 18a。主动部分 2a 由形状记忆合金制成，该形状记忆合金具有在其温度从转变温度以下升高至转变温度以上时经历第一形状改变的特性。SMA 致动器 2 被布置成当主动部分 2a 经历第一形状改变时， 使扇瓣 18a 和 18b 向外偏转。优选地，SMA 致动器

33、 2 的凸缘 2b 和 2c 由不易因受热而形状改变的材料制成。例如，凸缘 2b 和 2c 可由未被训练成在上述转变温度下改变形状的形状记忆合金制成。 0040如图 4 所示，SMA 致动器 4 也是本体，该本体包括主动部分 4a，主动部分 4a 横跨扇瓣 18a 与扇瓣 18b 之间的间隙 ；第一凸缘 4b，第一凸缘 4b 连接到主动部分 4a 并且附接到扇瓣 18b ；以及第二凸缘 4c，第二凸缘 4c 连接到主动部分 4a 并且附接到扇瓣 18a。主动部分4a 由形状记忆合金制成，该形状记忆合金具有当其温度从转变温度以下升高至转变温度以上时，经历第二形状改变的特性。SMA 致动器 4 被

34、配置为在主动部分 4a 经历第二形状改变时使扇瓣 18a 和 18b 向内偏转。优选地，SMA 致动器 4 的凸缘 4b 和 4c 由不易因受热而形状改变的材料制成。例如，凸缘 4b 和 4c 可由未被训练成在上述转变温度下改变形状的形 状记忆合金制成。 8 说明书CN 104153912 A6/11 页SMA 致动器 2 和 4 的相应主动部分 2a 和 4a 可由不同的形状记忆合金制成，在这种 0041情况下，在上两个段落中提及的相应转变温度可以不同。优选地，相应的主动部分 2a 和 4a 均具有被设计成使气动阻力最小的轮廓（例如，V 形截面）。 根据一个实施方式，如图 5 所示，SMA

35、致动器 2 的凸缘 2b 和 2c 以及 SMA 致动器 4 0042的凸缘 4b 和 4c 附接到扇瓣 18a 和 18b 的内表面的相应边缘部分。弹性密封件 24 还可包括用于附接扇瓣 18a 和 18b 的内表面的相应边缘部分的凸缘 24a 和 24b。 0043应当理解到，根据所需的约束运动来训练被结合到上述致动器中的形状记忆合金，其反过来又取决于连接结构的相对运动。基于不同“训练者”（用于训练形状金属合金以保持其记忆形状的机械装置）的设计，可以针对不同程度的运动来训练形状金属合金。两种主要类型的形状记忆合金是铜铝镍合金和镍钛（镍钛诺）合金，但是形状记忆0044合金也可由锌、铜、金以及

36、铁炼制成。在各种实施方式中，尽管致动器可包括镍钛诺，但也可使用铜、锌、铝、镍、钛、钯和 / 或其他材料的各种其他形状记忆合金。形状记忆合金的转变温度对合金成分是高度敏感的并且通过轻微改变成分比率来进行选择。棒（rod）的材料的选择可基于诸如操作温度范围、所需的转变温度、所需的转变时间或者其组合等各种设计因素来进行。 更具体地，在一些实施方式中，致动器可由“镍钛诺 55”（按镍重量 55% 的二进制形0045式镍钛诺）形成。应当理解的是，本实施方式为示意性的，并且不得以任何方式进行限制性解 释。例如，在一些预想的实施方式中，致动器可由两种或者多种合金形成，其中，合金中的至少一种是形状记忆合金，并

37、且合金中的至少一种不是形状记忆合金，诸如，钢、黄铜等。因此，应当理解的是，致动器可由材料和 / 合金的组合形成，从而使得致动器的各个部分或者区域相对于该致动器的其他部分或者区域在不同的转变温度下起作用和 / 或在不同的时间转变。例如，各个致动器的主动部分可由形状记忆合金形成，而被动凸缘由不是形状记忆合金的合金形成。 0046图 6 示出了根据另一实施方式的一对相邻扇瓣 18a 和 18b 的等距视图（俯视图），其中通过对设置在扇瓣的后缘附近的间隙中的一对相互的单向 SMA 致动器 2 和 4 中的一个或者另一个进行加热，一对相邻扇瓣 18a 和 18b 能够交替地向内或者向外偏转。虚线表示扇瓣

38、盖（未示出）的位置。在本实施方式中，相应的电加热器热耦接到单向 SMA 致动器2 和 4 的表面。当 SMA 致动器 2 被加热而 SMA 致动器 4 不被加热时，通过致动器 2 的变形产 生的致动力应大于致动器 4 变形的阻力，反之亦然。 0047图 6 示出了附接到SMA 致动器2 和4 的主动部分的相应表面的相应箔加热器34 和36。每个箔加热器均包括已被蚀刻为形成蜿蜒状图案的导电箔。在制造过程中，箔被安装到背部并且然后被蚀刻成所需图案。然后，蚀刻箔布置成电介质基体（例如，硅树脂），连接 （例如，导电箔接头或者配线）通向基体，并且然后对基体进行固化（如需要则移除背板）。箔加热器 34 附

39、接并且由此热耦接到 SMA 致动器 2 的主动部分的可见（图 6 中）表面，并且箔加 热器 34 包括通过一对导电体 38 连接到电源（未示出）的蜿蜒状导电体。另一箔加热器（在图 6 中不可见）可附接到 SMA 致动器 2 的主动部分的另一侧的表面。类似地，箔加热器 36 被附接并且由此热耦接到 SMA 致动器 4 的主动部分的可见表面，并且箔加热器 36 包括通过一对导电体 40 连接到电源（未示出）的蜿蜒状导电体。另一箔加热器（图 6 中不可见）可附接到 SMA 致动器 4 的主动部分的另一侧的表面。当电流流经箔加热器中的用于加热线圈的 9 说明书CN 104153912 A7/11 页蜿

40、蜒状导电体时，致动器的主动部分中的形状记忆合金将被加热。 0048图 2-6 描述了采用成对的相互的单向 SMA 致动器的扇瓣偏转致动系统。在这些实施方式中，SMA 材料被加热以从其马氏体形状（即，其结晶状态是马氏体时的形状）转变至其奥氏体形状（即，其结晶状态是奥氏体时的形状），从而产生致动力以使VAFN 扇瓣偏转。每个单向 SMA 致动器在被充分加热时从其马氏体形状改变至其奥氏体形状，并且在其加热元件断开时停止改变形状，但是，当另一个单向 SMA 致动器从其马氏体形状改变至其奥氏体形状时（尽管未被加热的致动器提供了与由被加热的致动器产生的致动力相反的阻力），则返回至其原始形状。 0049根据

41、上述实施方式，当分别对两组相互的 SMA 致动器进行加热和不加热时， 可变面积风扇喷嘴的喉道面积减少，并且当分别对两组相互的 SMA 致动器进行不加热和加热时，喉道面积增加。可将风扇喷嘴喉道面积调整至面积以下（与巡航时的额定面积相比），从而有益于特定段航行任务过程中的燃料消耗，或者将风扇喷嘴喉道面积调整至面积以上，以有助于噪声降低并且改善风扇可操作性。 0050 通常，形状记忆合金是在转变温度的相对侧具有明显不同相位的金属合金。形状记忆合金在其处于转变温度以下时达到第一物理状态，并且在其处于转变温度以上时达到第二物理状态。一些形状记忆合金材料可被训练成具有用于冷却器第一状态的第一形状和用于取暖

42、器第二状态的第二形状。如果没有其他限制，双向训练形状记忆合金在被加热至转变温度以上时可被强制地呈现为第二形状，并且然后在被冷却至转变温度以下时逐渐返回至第一形状。 0051 根据替代实施方式，可使用一组双向 SMA 致动器来代替成对的单向致动器。为了能够实现双向反致动，各个 SMA 致动器的主动部分可由双向形状记忆合金制造，该双向形状记忆合金被适配成当双向形状记忆合金在第一温度与第二温度之间热循环以在第一状态和第二状态之间切换双向形状记忆合金时，双向形状记忆合金在第一训练形状与第二训练形状之间进行转变，而不需外部施加负荷。美国公开专利申请第 2005/0198777 号公开了一种用于制造双向

43、SMA 元件的方法，通过引用将全部内容结合于此。 0052 在示例性实施方式中，第一状态是双向形状记忆合金的奥氏体状态，并且第二状态是双向形状记忆合金的马氏体状态。当被热激活或者加热时，双向形状记忆合金在其奥氏体起始温度（在从马氏体转变至奥氏体时开始加热的温度）时开始进入奥氏体状态。在马氏体至奥氏体转变过程中，双向 SMA 致动器朝向第一训练的或者奥氏体形状变形。通过继续加热， 双向形状记忆合金最终在其奥氏体结束温度（在从马氏体转变至奥氏体时结束加热的温度）时完成马氏体至奥氏体转变。应当理解的是，奥氏体起始温度和结束温度以及马氏体至奥氏体转变的速率可根据具体的应用及其热环境、使用的形状记忆合金

44、材料的成分、和 / 或施加到双向 SMA 致动器的热能量的量和速率而改变。 一旦冷却，双向形状记忆合金在其马氏体起始温度（从奥氏体转变至马氏体时开始0053冷却的温度）时开始进入马氏体状态。在该奥氏体至马氏体转变过程中，双向 SMA 致动器朝向第二训练的或者马氏体形状变形。通过继续冷却，双向形状记忆合金最后在其马氏体结束温度（从奥氏体转变至马氏体时结束冷却的温度）时完成奥氏体至马氏体转变。应当理解的是，马氏体起始温度和结束温度以及奥氏体至马氏体转变的速率可根据具体的应用及 其热环境、使用的特定 SMA 材料的成分、和 / 或自双向 SMA 致动器冷却的速率或者传输的热 10 说明书CN 104

45、153912 A8/11 页量而改变。 0054 再次参考图 3 和图 4，成对的单向 SMA 致动器 2 和 4 可取代双向 SMA 致动器，且双向 SMA 致动器的后缘与扇瓣 18a 和 18b 的后缘对齐。双向 SMA 致动器可与图 3 和图 4 中描述的单向致动器具有相同的轮廓。根据一个实施方式，双向致动器的形状记忆合金可被训练成使得致动器的凸缘交替地在加热过程中彼此相互远离（即，拉伸）并且在冷却过程向彼此移动（即，收缩）。根据另一实施方式，双向致动器的形状记忆合金可被训练成使得致动器的凸缘交替地在加热过程向彼此移动并且在冷却过程中彼此远离。 0055 冷却双向形状记忆合金可包括被动冷

46、却、主动冷却及其组合等。在一个实施方式中，一旦切断电力至加热设备的供应，则双向形状记忆合金通过与其周围环境（例如，结构、周围大气等）进行热交换而被动地冷却。可替代地或者此外，例如，如果需要更高速率转变至马氏体状态和形状，则可对双向形状记忆合金进行主动冷却。例如，通过在双向 SMA 致动器上循环冷却剂可对双向形状记忆合金进行主动冷却。 0056 又例如，通过将电力提供给一端热耦接到形状记忆合金的热电设备，来主动地冷却双向形状记忆合金。热电设备具有的特性在于热量从热电设备的一端流向另一端。因此， 如果形状记忆合金热耦接到热电设备的冷却端，则可冷却形状记忆合金。美国专利第6,100,463 号公开了

47、先进的热电设备，通过引用将其全部内容结合于本文中。 0057可响应于航行条件而自动控制 SMA 致动器的状态。图 7 示出了根据一个实施方式的用于控制可变面积风扇喷嘴扇瓣偏转的系统架构。多个 VAFN 扇瓣 18 的角度位置将取决于多个 VAFN 致动器 50 的主动部分中的形状记忆合金的温度，形状记忆合金的温度反而取决于多个电加热器 48 向致动器的形状记忆合金传递的热量，电加热器 48 热耦接至致动器 （如图 7 中将致动器 50 和加热器 48 分隔开的水平虚线所示）。 通过作为闭合回路控制系统的机载 VAFN 控制单元 52 来控制电加热器供应的热0058量。VAFN 控制单元 52

48、可被实施为计算机系统的一部分（例如，中央计算机或者处理器）、专用于控制扇瓣偏转的子系统计算模块等。可选地，可通过位置反馈系统 58（例如，光纤系统）测量扇瓣 18 的偏转，位置反馈系统 58 包括安装在输出表示这些测量结果的信号的 VAFN 扇瓣 18 中、上或者附近。VAFN 控制单元 52 从全权数字发动机控制单元 54 并且从位置反馈系 统 58 接收输入，然后，基于接收的扇瓣位置信息，经由致动系统连续地调整扇瓣偏转的角度，从而调扇喷嘴喉道面积。 0059对于各个 VAFN 致动器，SMA 致动器位置取决于由相关加热元件提供的热量。这由 VAFN 控制单元 52 控制，VAFN 控制单元

49、 52 从飞机电源 56 接收电力（例如，115VAC）并且将电力的脉冲或者突发脉冲提供给电加热器 48 以保持致动器处于特定的位置。VAFN 控制单元52 被编程以将特定数目的脉冲发送给各个加热器（到各个加热器的脉冲数目不必相同），以使得各个致动器变形成对应于目标扇瓣位置的相应形状。然后，VAFN 控制单元 52 接收表示实际（即，当前）扇瓣位置的位置反馈信号。响应于这些位置反馈信号，VAFN 控制单元52 将提供更多或更少的电流脉冲以保持各个加热器处于特定的温度并且相继地保持各个扇瓣处于目标位置。 0060 为了在采用成对单向 SMA 致动器时升高可变面积风扇喷嘴的出口处的流面积，对第一单

50、向 SMA 致动器进行加热，而不对第二单向 SMA 致动器进行加热。为了减少出口处的流面积，对第一单向 SMA 致动器进行加热，而不对第二单向 SMA 致动器进行加热。为了实现 11 说明书CN 104153912 A9/11 页介于最大出口流面积与最小出口流面积之间的任何目标出口流面积，在开路循环或者闭路循环过程中，当基于位置反馈信号计算出的当前出口流面积处于目标出口流面积的指定容差内时，通过 VAFN 控制单元切断至被加热的致动器的热供应。根据维持当前出口流面积的需要提供电力的额外脉冲。 通过电加热器之外的装置可对 SMA 致动器进行加热。已知的是，使用燃气涡轮发动0061机的压缩机部分将

51、压缩热空气提供给环境控制系统。该压缩空气通常被称为“排出空气” 并且从位于发动机的多阶压缩机部分中的各个压缩阶段的排出口排出。根据扇瓣偏转系统的替代实施方式，可通过打开用于使得一些排出空气转向至流经 SMA 致动器的表面的阀门来对 SMA 致动器进行加热。 0062下列列举段落中描述了根据本公开的发明主题的示例性但非排他性的实施例 ： 0063A1. 一种可变面积风扇喷嘴，包括 ： 0064 支撑件，所述支撑件具有弯曲形状 ； 0065 第一扇瓣和第二扇瓣，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣以允许所述第一扇瓣和所述第二扇瓣中的每一个向内或者向外偏转的方式耦接到所述支撑件，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣隔开

52、一间隙 ；并且 0066第一本体，所述第一本体包括第一部分以及第二部分和第三部分，所述第一部分横跨所述间隙，并且所述第二部分和所述第三部分连接到所述第一部分并且分别附接到所述第一扇瓣和所述第二扇瓣 ；其中，所述第一部分由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金具有当其温度从转变温度以下升高至所述转变温度以上时，经历第一形状改变的特性 ；其中，所述第一本体被配置为在所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣偏转。 0067A2. 根据段落 A1 所述的可变面积风扇喷嘴，其中，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣在所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时向外偏转。 006

53、8 A3. 根据段落 A1 所述的可变面积风扇喷嘴，其中，所述第一扇瓣和所述第二扇瓣在所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时向内偏转。 A4. 根据段落 A1 至 A3 所述的可变面积风扇喷嘴，其中，所述第一本体的所述第一部0069分具有 V 形截面。 0070A5. 根据段落 A1 至 A4 所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括第二本体，所述第二本体包括第一部分以及第二部分和第三部分，所述第一部分横跨所述间隙，并且所述第二部分和所述第三部分连接到所述第一部分并且分别附接到所述第一扇瓣和所述第二扇瓣， 其中 ： 所述第二本体的所述第一部分由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金具有当其00

54、71温度从转变温度以下升高至所述转变温度以上时经历第二形状改变的特性 ； 0072所述第二本体被布置成在所述第二本体的所述第一部分经历所述第二形状改变时使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣偏转 ；并且 0073所述第一本体被布置成在所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变时使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向外偏转。 A6. 根据段落 A1 至 A5 所述的可变面积风扇喷嘴，其中，所述形状记忆合金具有的 0074另一特性为在其温度从所述转变温度以上降低至所述转变温度以下时经历第二形状改变，12 说明书CN 104153912 A10/11 页其中，当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变和所述

55、第二形状改变中的一种时，所述第一本体将使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向外偏转，并且当所述第一本体的所述第一部分经历所述第一形状改变和所述第二形状改变中的另一种时，所述第一本体将使所述第一扇瓣和所述第二扇瓣向内偏转。 A7. 根据段落A1 至A6 所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括用于对所述第一本体的0075所述第一部分进行加热的装置。 0076A8. 根据段落 A1 至 A7 所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括加热线圈，其热耦接至所述第一本体的所述第一部分的表面。 0077A9. 根据段落A1 至A8 所述的可变面积风扇喷嘴，进一步包括由弹性材料制成的密封件，所述密封件包括横跨所述第一扇瓣与所述

56、第二扇瓣之间的所述间隙的一部分。A10. 根据段落 A1 至 A9 所述的可变面积风扇喷嘴，所述可变面积风扇喷嘴包括左0078风扇喷嘴组件和右风扇喷嘴组件，其中，所述左风扇喷嘴组件和所述右风扇喷嘴组件中的每一个包括具有弯曲形状的相应支撑件 ；根据权利要求 1 所述布置的相应第一扇瓣和第二 扇瓣 ；以及根据权利要求 1 所述改变形状的相应第一本体。 A11. 一种用于改变喷嘴的出口面积的方法，包括将多个第一元件的相应部分的温度从0079转变温度以下升高至所述转变温度以上，所述多个第一元件的所述相应部分由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金在温度从所述转变温度以下升高至所述转变温度以上的过程中改变形状。 0080 A12. 根据段落 A11 所述的方法，进一步包括将多个第二元件的相应部分的温度从转变温度以下升高至所述转变温度以上，所述多个第二元件的所述相应部分由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金在温度从所述转变温度以下升高至所述转变温度以上的过程中改变形状，其中，当所述多个第一元件的所述