用于单一无涵道转子发动机的前进比

相关申请的交叉引用

本申请为在35 U.S.C. § 119(e)下要求2019年10月15日提交的美国临时申请No.62/915,364的优先权的权益的非临时申请，美国临时申请No.62/915,364由此通过引用以其整体并入。

技术领域

本申请大体上涉及单一无涵道转子涡轮机发动机以及用于操作其的方法。

背景技术

涡轮风扇发动机以如下原理操作：中心燃气涡轮芯部驱动旁通风扇，旁通风扇位于发动机的机舱与发动机芯部之间的径向地点处。利用此类构造，发动机大体上在旁通风扇的可容许大小方面被限制，因为使风扇的大小增大对应地增大机舱的大小和重量。

相比之下，开放式转子发动机以如下原理操作：具有位于发动机机舱外侧的旁通风扇。与传统涡轮风扇发动机相比，这容许能够作用于较大量空气上的较大转子叶片的使用，潜在地提高推进效率，优于常规涡轮风扇发动机设计。

先前发现关于具有风扇的开放式转子设计的期望性能，其中第一转子组件和第二转子组件以对转构造布置，其中每个转子组件支撑翼型件叶片的阵列。典型地，第一转子组件和第二转子组件的叶片布置成沿相反的方向绕着共同的轴线旋转，并且沿着该轴线轴向地间隔开。例如，第一转子组件和第二转子组件的相应的叶片可同轴地安装并间隔开，其中第一转子组件的叶片构造成绕着轴线顺时针旋转，而第二转子组件的叶片构造成绕着轴线逆时针旋转(或者反之亦然)。在外观上，开放式转子发动机的风扇叶片类似于常规涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨叶片。

对转的转子组件的使用在将功率从开放式转子发动机的功率涡轮传递以沿相反的方向驱动相应的两个转子组件的叶片方面提出技术挑战。本公开的发明人发现，将合乎需要的是，提供类似于传统涡轮风扇发动机旁通风扇的、利用单一旋转转子组件的开放式转子推进系统，其降低设计的复杂性，还产生与对转推进设计相当的推进效率水平，以及重量和长度减小。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。

在本公开的方面中，提供一种操作单一无涵道转子发动机的方法，单一无涵道转子发动机包括无涵道转子叶片的单个级。该方法包括操作单一无涵道转子发动机，以限定以每秒长度单位计的飞行速度V和以每秒转数计的角速度n，无涵道转子叶片的单个级限定以长度单位计的直径D；其中操作单一无涵道转子发动机包括操作单一无涵道转子发动机，以限定大于3.8的前进比，同时以至少0.8的净效率操作单一无涵道转子发动机，前进比由方程式

技术方案1. 一种操作单一无涵道转子发动机的方法，所述单一无涵道转子发动机包括无涵道转子叶片的单个级，所述方法包括：

操作所述单一无涵道转子发动机，以限定以每秒长度单位计的飞行速度V和以每秒转数计的角速度n，无涵道转子叶片的所述单个级限定以所述长度单位计的直径D；

其中操作所述单一无涵道转子发动机包括操作所述单一无涵道转子发动机，以限定大于3.8的前进比，同时以至少0.8的净效率操作所述单一无涵道转子发动机，所述前进比由方程式

技术方案2. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于4.0的所述前进比。

技术方案3. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于4.2的所述前进比。

技术方案4. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8且小于9.0的所述前进比。

技术方案5. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，无涵道转子叶片的所述单个级包括至少8个无涵道转子叶片且少于26个无涵道转子叶片。

技术方案6. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，无涵道转子叶片的所述单个级限定在0.5与1.0之间的硬度。

技术方案7. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，所述单一无涵道转子发动机还包括静止引导导叶的级，其具有位于无涵道转子叶片的所述单个级下游的多个静止引导导叶，用于减小来自无涵道转子叶片的所述单个级的气流中的涡流。

技术方案8. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为至少1：2且高达2：5。

技术方案9. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为1：1。

技术方案10. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，所述单一无涵道转子发动机包括具有涡轮的涡轮区段、能够与所述涡轮一起旋转的轴，以及减速齿轮箱，其中无涵道转子叶片的所述单个级横跨所述减速齿轮箱由所述轴驱动，并且其中所述减速齿轮箱限定至少7：1的齿轮比。

技术方案11. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，所述单一无涵道转子发动机包括涡轮机，其限定具有入口面积的入口，其中无涵道转子叶片的所述单个级限定前面面积，并且其中所述前面面积与所述入口面积的比小于80：1并且为至少20：1。

技术方案12. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括以第一操作模式操作所述单一无涵道转子发动机以限定第一前进比，以及以第二操作模式操作所述单一无涵道转子发动机以限定第二前进比。

技术方案13. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，所述第一操作模式为低飞行速度操作模式，并且其中所述第二操作模式为高飞行速度操作模式，并且其中所述第一前进比小于所述第二前进比。

技术方案14. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括以高达0.95的净效率操作所述单一无涵道转子发动机。

技术方案15. 根据前述技术方案中的任一个所述的方法，其特征在于，操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括以至少0.06且高达0.12的功率系数、以至少0.05且高达0.10的推力系数，或者两者操作所述单一无涵道转子发动机。

技术方案16. 一种单一无涵道转子发动机，其包括：

涡轮机；以及

无涵道转子组件，其由所述涡轮机驱动，包括单排多个转子叶片，所述单排转子叶片包括转子叶片的总数量N，每个转子叶片限定叶片半径和在等于所述叶片半径的0.75倍的基准半径处的翼弦C；

其中所述单一无涵道转子发动机构造成操作成限定以每秒长度单位测量的飞行速度飞行速度V和以每秒转数测量的角速度n，

其中所述单一无涵道转子发动机限定大于0.12的OREF，其中OREF由方程式：

技术方案17. 根据前述技术方案中的任一个所述的单一无涵道转子发动机，其特征在于，出口引导导叶组件包括相对于所述多个转子叶片定位的多个出口引导导叶，用于减小来自所述多个转子叶片的气流中的涡流。

技术方案18. 根据前述技术方案中的任一个所述的单一无涵道转子发动机，其特征在于，无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为至少1：1且高达2：5。

技术方案19. 根据前述技术方案中的任一个所述的单一无涵道转子发动机，其特征在于，OREF小于0.37，并且其中在操作期间，所述单一无涵道转子发动机构造成限定至少0.8的净效率。

技术方案20. 根据前述技术方案中的任一个所述的单一无涵道转子发动机，其特征在于，所述单一无涵道转子发动机的所述涡轮机包括具有涡轮的涡轮区段、能够与所述涡轮一起旋转的轴，以及减速齿轮箱，其中所述无涵道转子组件横跨所述减速齿轮箱由所述轴驱动，并且其中所述减速齿轮箱限定至少7：1的齿轮比。

本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：

图1为根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。

图2为如可并入到图1的燃气涡轮发动机中的、根据本公开的示例性实施例的转子组件的自前向后看视图。

图3为三个示例性转子叶片构造的沿着径向方向的平面图。

图4为根据本公开的发动机的示例性前进比值的图表。

图5为根据本公开的示例性方面的用于操作单一无涵道转子发动机的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的本实施例，其一个或多个实例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标号用于表示本发明的相似或类似的部分。

词语“示例性”在本文中用于指“用作实例、例子或例证”。本文中描述为“示例性”的任何实施不必被解释为比其它实施优选或有利。

如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。

用语“前”和“后”指的是燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，并且指的是燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，前指的是更靠近发动机入口的位置，而后指的是更靠近发动机喷嘴或排出部的位置。

用语"上游"和"下游"指的是关于流体通道中的流体流的相对方向。例如，"上游"指的是流体流自的方向，而"下游"指的是流体流至的方向。

用语“联接”、“固定”、“附接于”等指的是直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间构件或特征而间接联接、固定或附接两者，除非在本文中另外规定。

单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数参照，除非上下文另外清楚地指出。

如本文中遍及说明书和权利要求使用的近似语言应用于修饰可在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下可容许地改变的任何数量表达。因此，由用语或多个用语如"大约"、"近似"和"大致"修饰的值将不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度，或用于构成或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指的是在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。

此处和遍及说明书和权利要求，范围限制被组合和/或互换，此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。例如，本文中公开的所有范围包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。

现在参照附图，图1示出如可并入本公开的一个或多个发明方面的燃气涡轮发动机的示例性实施例的正视截面视图。具体而言，图1的示例性燃气涡轮发动机构造为单一无涵道转子发动机10，其限定轴向方向A、径向方向R以及周向方向(绕着轴向方向A延伸)。如从图1看到的，发动机10采用开放式转子推进系统的形式并且具有转子组件12，其包括围绕发动机10的中心纵向轴线14布置的翼型件阵列，并且更具体而言，包括围绕发动机10的中心纵向轴线14布置的转子叶片阵列16。转子组件12构造成在操作期间以角速度沿周向方向旋转，如由箭头11指示的。

此外，如将在下面更详细地阐释的，发动机10附加地包括定位在转子组件12后方的非旋转导叶组件18(即，相对于中心轴线14非旋转)，其包括也围绕中心轴线14设置的翼型件阵列，并且更具体而言，包括围绕中心轴线14设置的导叶阵列20。转子叶片16围绕中心线14以典型相等间隔的关系布置，并且每个叶片具有根部22和末端24以及限定在它们之间的翼展。类似地，导叶20均具有根部26和末端28以及限定在它们之间的翼展。转子组件12还包括位于多个转子叶片16前方的毂43。

如还将认识到的，转子组件12限定直径D，其等于图1中示出的半径15的两倍。对于示出的实施例而言，转子组件12可限定相对大的直径D，如将在下面描述的。此外，关于转子叶片16和导叶20的附加细节将在下面参照例如图2的论述中提供。

仍然参照图1，发动机10还包括涡轮机30，其具有芯部(或高速系统)32和低速系统。芯部32大体上包括高速压缩机34、高速涡轮36，以及在它们之间延伸并连接高速压缩机34和高速涡轮36的高速轴38。高速压缩机34(或至少其旋转构件)、高速涡轮36(或至少其旋转构件)以及高速轴38可被统称为发动机的高速转轴35。此外，燃烧区段40位于高速压缩机34与高速涡轮36之间。燃烧区段40可包括一个或多个构造，用于接收燃料和空气的混合物，并且提供穿过高速涡轮36的燃烧气体的流，用于驱动高速转轴35。

低速系统类似地包括低速涡轮42、低速压缩机或增压器44，以及在低速压缩机44与低速涡轮42之间延伸并连接它们的低速轴46。低速压缩机44(或至少其旋转构件)、低速涡轮42(或至少其旋转构件)，以及低速轴46可被统称为发动机的低速转轴45。

虽然发动机10描绘有定位在高速压缩机34前方的低速压缩机44，但是在某些实施例中，压缩机34,44可呈互相交叉布置。此外或备选地，虽然发动机10描绘有定位在低速涡轮42前方的高速涡轮36，但是在某些实施例中，涡轮36,42可类似地呈互相交叉布置。

仍然参照图1，涡轮机30大体上包围在整流罩48中。此外，将认识到的是，整流罩48至少部分地限定涡轮机30的入口50和涡轮机30的排出部52，并且包括在入口50与排出部52之间延伸的涡轮机流动路径54。对于示出的实施例而言，入口50为位于转子叶片组件12与固定或静止导叶组件18之间的环形或轴对称的360度入口50，并且向进入的大气空气提供路径，以沿着径向方向R进入在引导导叶20内侧的涡轮机流动路径54(和压缩机44,34、燃烧区段40以及涡轮36,42)。此类地点可出于多种原因(包括结冰性能的管理，以及保护入口50免受如可在操作中遇到的各种物体和材料)而为有利的。

如图1中进一步指示的，入口限定入口面积。入口面积由方程式：

然而，将认识到的是，在其它实施例中，入口50可定位在任何其它合适的地点处，例如，在导叶组件18后方、以非轴对称的方式布置等，并且转子组件12可相对于发动机10的涡轮机30具有任何其它合适的大小。

如以上简要地提及的，发动机10包括导叶组件18。导叶组件18从整流罩48延伸并且定位在转子组件12后方。导叶组件18的导叶20可安装于静止框架或其它安装结构，并且不相对于中心轴线14旋转。出于参照目的，图1还利用箭头F描绘向前方向，箭头F继而限定系统的前部分和后部分。如图1中示出的，转子组件12以“拉出器(puller)”构造位于涡轮机30前方，并且排出部52位于引导导叶20后方。如将认识到的，导叶组件18的导叶20可构造用于使来自转子组件12的气流变直(例如，使气流中的涡流减少)，以提高发动机10的效率。例如，导叶20可确定大小、形状和构造成将抵消涡流给予至来自转子叶片16的气流，以使在两排翼型件(例如，叶片16、导叶20)后方的下游方向上，气流具有程度极大减小的涡流，这可转化为增加水平的导致的效率。关于导叶组件18的进一步论述在下面提供。

仍然参照图1，可合乎需要的是，转子叶片16、导叶20或两者并入桨距改变机构，使得翼型件(例如，叶片16、导叶20等)可相对于桨距旋转轴线独立地或连同彼此旋转。此类桨距改变可用于在各种操作状态下变更推力和/或涡流效应，包括调节在转子叶片16处产生的推力的大小或方向，或者提供可在某些操作状态下(如在使飞行器着陆时)为有用的推力反向特征，或者合乎需要地调节声学噪声，该声学噪声至少部分地由转子叶片16、导叶20或从转子叶片16相对于导叶20的空气动力相互作用产生。更具体而言，对于图1的实施例而言，转子组件12描绘有用于使转子叶片16绕着它们的相应桨距轴线60旋转的桨距改变机构58，并且导叶组件18描绘有用于使导叶20绕着它们的相应桨距轴线64旋转的桨距改变机构62。

如描绘的，转子组件12由涡轮机30驱动，并且更具体而言，由低速转轴45驱动。更具体而言，图1中示出的实施例中的发动机10包括功率齿轮箱56(也被称为减速齿轮箱)，并且转子组件12横跨功率齿轮箱56由涡轮机30的低速转轴45驱动。功率齿轮箱56可包括齿轮组，用于降低低速转轴45关于低速涡轮42的旋转速度，使得转子组件12可以以比低速转轴45慢的旋转速度旋转。以此类方式，转子组件12的旋转转子叶片16可围绕轴线14旋转并且生成推力，以沿向前方向F推进发动机10以及因此飞行器，发动机10与该飞行器相关联。

更具体而言，对于示出的实施例而言，功率齿轮箱56限定齿轮比，用于降低转子组件12相对于低压转轴45的旋转速度。在至少某些示例性实施例中，齿轮比可大于或等于大约4：1并且小于或等于大约12：1。例如，在某些示例性实施例中，齿轮比可在大于或等于大约7∶1与小于或等于大约12∶1之间。在此类情况下，功率齿轮箱56可为多级或复合功率齿轮箱(例如，具有复合行星齿轮的行星齿轮箱等)。包括此类高齿轮比的减速齿轮箱56可促进在操作期间的低角速度，这可有助于转子组件12的提高的效率。

然而，将认识到的是，图1中描绘的示例性单一转子无涵道发动机10仅经由实例，并且在其它示例性实施例中，发动机10可具有任何其它合适的构造，包括例如任何其它合适数量的轴或转轴、涡轮、压缩机等；任何合适的固定桨距或可变桨距的转子组件12和/或导叶组件18；任何合适的功率齿轮箱56构造等。

现在参照图2，将更详细地描述转子组件12。图2提供图1的示例性发动机10的转子组件12的自前面向后视图。对于描绘的示例性实施例而言，转子组件12包括十二(12)个叶片16。从加载的角度来看，此类叶片计数可允许每个叶片16的翼展减小，使得转子组件12的总直径D也可减小(例如，在示例性实施例中减小到大约十二英尺)。就是说，在其它实施例中，转子组件12可具有任何合适的叶片计数和任何合适的直径。在某些合适的实施例中，转子组件12包括至少八(8)个叶片16。在另一合适的实施例中，转子组件12可具有至少十二(12)个叶片16。在又一合适的实施例中，转子组件12可具有至少十五(15)个叶片16。在又一合适的实施例中，转子组件12可具有至少十八(18)个叶片16。在这些实施例中的一个或多个中，转子组件12包括二十六(26)个或更少的叶片16，如二十(20)个或更少的叶片16。此外，在某些示例性实施例中，转子组件12可限定至少10英尺，诸如至少11英尺，诸如至少12英尺，诸如至少13英尺，诸如至少15英尺，诸如至少17英尺，诸如高达28英尺，诸如高达26英尺，诸如高达24英尺，诸如高达16英尺的直径。

以此类方式，将认识到的是，转子组件12限定硬度，其为常规参数，该常规参数与叶片翼弦C(如由其长度表示的)与周向桨距B的比有关，或者与沿着径向方向R在对应的翼展地点处从叶片至叶片的间距有关。例如，硬度可等于基准半径Rref(在本文中为等于转子叶片半径Rt的0.75倍的半径)处的叶片翼弦C乘以风扇叶片数量N，再除以基准半径(Rref)的两(2)倍pi(π)倍

此外，将认识到的是，导叶组件18包括导叶20，其以与布置转子组件12的转子叶片16几乎相同的方式以周向样式布置。就此而言，将进一步认识到的是，导叶组件18可具有任何合适的导叶计数。在某些合适的实施例中，导叶组件18包括至少四(4)个导叶20。在另一合适的实施例中，导叶组件18可具有至少八(8)个导叶20。在又一合适的实施例中，导叶组件18可具有至少十二(12)个导叶20。在又一合适的实施例中，导叶组件18可具有至少十八(18)个导叶20。在这些实施例中的一个或多个中，导叶组件18包括四十(40)个或更少的导叶20，诸如二十六(26)个或更少的导叶20。

在各种实施例中，将认识到的是，发动机10包括大于或等于1：1的叶片16的量与导叶20的量的比。例如，在某些实施例中，发动机10可包括在2：5与1：2之间的叶片16的量与导叶20的量的比。比可基于包括导叶20的大小的多种因素来调整，以确保期望量的涡流针对来自转子组件12的气流被移除。

应当认识到的是，本文中描绘和描述的包括叶片16与导叶31的比的一个或多个范围的发动机10的实施例可提供优于涡轮风扇或涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机构造的有利改进。在一个例子中，本文中提供的发动机10的实施例可允许推力范围类似于或大于具有较大量叶片或导叶的涡轮风扇发动机，同时还消除诸如风扇外壳或机舱的结构。在另一例子中，本文中提供的发动机10的实施例允许推力范围类似于或大于具有类似量的叶片的涡轮螺旋桨发动机，同时还提供降低的噪声或声学水平(诸如本文中提供的)。在再一例子中，本文中提供的发动机10的实施例可允许推力范围和衰减的声学水平(诸如本文中提供的)，同时减少重量、复杂性，或与风扇外壳、机舱、可变喷嘴或机舱处的推力反向器组件相关联的问题。

应当进一步认识到的是，本文中提供的叶片16与导叶31的比的范围可关于推力输出和声学水平提供对燃气涡轮发动机的特别改进。例如，大于本文中提供的一个或多个范围中的那些的、叶片的量可产生噪声水平，其可使开放式转子发动机在某些应用(例如，商用飞行器、调节噪声环境等)中的使用不适用。在另一例子中，小于本文中提供的那些范围的叶片的量可产生不足的推力输出，以便致使开放式转子发动机在某些飞行器应用中不可操作。在又一例子中，小于本文中提供的一个或多个范围中的那些的、导叶的量可未能充分地产生推力并减弱噪声，以便使开放式转子发动机在某些应用中的使用不适用。在再一例子中，大于本文中提供的范围中的那些的、导叶的量可导致增加的重量，其不利地影响推力输出和噪声减弱。

应当认识到的是，本文中描绘和描述的单一无涵道转子发动机的各种实施例可允许在0.5马赫处或以上的正常亚音速飞行器巡航高度操作。在某些实施例中，发动机10允许在巡航高度处在0.55马赫与0.85马赫之间的正常飞行器操作。在某些实施例中，发动机10允许在每秒750英尺(fps)处或小于每秒750英尺(fps)的风扇末端速度(即，转子叶片16的末端速度)。如将从本文中的描述进一步认识到的，转子组件的转子叶片16的加载可促进此类飞行速度。

例如，在某些示例性实施例中，转子叶片16可限定至少0.06且高达0.12的功率系数。如本文中使用的用语“功率系数”指的是由以下公式计算的测量：

现在参照图3，转子组件12的旋转转子叶片16和导叶组件18的静止引导导叶20描绘在从中心线轴线14的给定径向地点处，用于各种推进器构造。首先，然而，应当认识到的是，诸如风扇或螺旋桨的推进系统(推进器)大体上通过将功率从轴传送至推进器来生成平行于旋转轴线的推力，以使空气加速。功率为轴的角速度与施加于轴的扭矩的乘积。然而，使扭矩增加增大通过推进器给予至空气的切向速度或涡流的量级。值得注意的，推进器的排出流中残留的涡流中的能量不有助于推力生成，并且其动能基本上被浪费。因此，为了针对给定量的功率减少涡流，传统的单一螺旋桨可大体上约束成以相对高的角速度和相对低的扭矩水平运行，由此减少涡流。然而，发明人发现，可合乎需要的是，具有较低的角速度，例如，以维持机械旋转速度极限，以减小由叶片生成的噪声，和/或以使得转子叶片能够以较高的效率操作。

为了进一步示出这一点，图3描绘对应的矢量图，其示出三个单独构造(左面板102、中间面板104以及右面板106)的转子叶片16和定子导叶20之上的空气速度的变化。每个转子叶片16的厚端部为前缘。转子叶片16能够绕着它们的桨距轴线60旋转，并且定子导叶20能够绕着它们的桨距轴线64旋转。使转子叶片16闭合通过转子叶片16绕着它们的桨距轴线60的顺时针旋转来表示，而使定子导叶20闭合通过定子导叶20绕着它们的桨距轴线64的逆时针旋转来表示。在矢量图中，下标“1”指的是在转子叶片16前方的状态，“2”指的是在转子叶片16与定子导叶20(如果包括)之间的状态，并且“3”为在定子导叶20后方的状态。字母V指的是气流的绝对速度(在并入到发动机(并入到飞行器中)中时也可被称为空速)，W指的是相对于转子组件12的旋转参照系的速度，并且U指示用于旋转速度和径向地点的叶片速度的量级和方向。轴向和切向速度分量在图2中由竖直和水平方向指示。径向分量(即，进入和离开图3中的视图)为较小的，并且为了阐释起见而忽略。

左面板102示出转子组件12，其在相对高的角速度处将功率传送至气流，其中相对低的扭矩施加于转子组件12。中间面板104示出转子组件12，转子组件12具有与左面板中描绘的相同的功率，但是在较低的角速度处，并且具有施加于转子组件12的较高扭矩。如以上论述的，施加于转子组件12的扭矩与速度V(涡流)的切向分量的变化直接有关，因此对于给定的功率输入而言，高角速度将在转子组件12下游的地点处的出口涡流保持相对小。就此而言，将认识到的是，中间面板102中的较高扭矩导致较高的出口涡流，以及因此更多的浪费的动能。

相比之下，右面板106示出添加导叶组件18的转子组件12，其中转子组件12以与左面板102和中间面板104相同的功率操作，并且具有相对低的角速度(如也在中间面板104中示出的)。尽管在右面板106中转子组件12的相对低的角速度和施加于转子组件12的相对高的扭矩，以及因此由转子组件12生成的涡流，但是在导叶组件18下游的出口气流不具有显著的涡流。因此，转子组件12和导叶组件18的组合可允许转子组件12以相对高的功率，确切地说，在相对高的功率系数处操作(以相对低的角速度和施加于转子组件12的相对高量的扭矩为特征)，而不以气流涡流的形式浪费能量。此外，这样可允许转子组件在相对低的角速度处的旋转，这可大体上转化为较高的转子组件效率。

以此类方式，应当认识到的是，包括导叶组件18的结果可在于，并入此类转子组件12和导叶组件18的发动机10可在较大的前进比范围内以更恒定的净效率操作，如以下阐释的。

净效率为推进器(例如，转子组件12和导叶组件18)的总效率，包括流的摩擦损失和浪费动能的效应，以及在转子叶片和出口引导导叶不存在时，针对给定的飞行条件，移除自旋器和外壳(也被称为发动机的组合中心体)的负推力(或增加阻力)。这可被称为“离开叶片”阻力，并且在美国航空航天学会出版物AIAA-1992-3770中描述。例如，净效率大体上为推进功率(推力乘以飞行速度)除以输入功率。具体而言，净效率可以以以下公式为特征：

此外，前进比使空速V

关于以上的论述进一步，将认识到的是，包括导叶组件18的效应在于，发动机可将推进器(例如，转子组件12和导叶组件18)的操作扩展至更大的前进比，而不过度地降低发动机的净效率。例如，在某些示例性实施例中，根据本公开操作的发动机可限定大于或等于3.3的前进比。例如，在某些示例性实施例中，根据本公开操作的发动机可限定大于或等于3.8，诸如大于或等于4.0，诸如大于或等于4.2的前进比。此外，例如，在某些示例性实施例中，根据本公开操作的发动机可限定高达9.0的前进比。

值得注意的，当发动机并入根据以上描述的示例性实施例中的一个或多个的导叶组件18时，对于给定的前进比而言，发动机10可进一步以相对高的净效率操作。例如，在某些示例性实施例中，发动机可操作成限定大于3.3的前进比，同时还限定大于或等于0.6，诸如大于或等于0.75，诸如大于或等于0.8，诸如高达0.95的净效率。例如，在某些示例性实施例中，发动机可操作成限定大于3.8的前进比，同时还限定大于或等于0.6，诸如大于或等于0.75，诸如大于或等于0.8，诸如高达0.95的净效率。例如，在某些示例性实施例中，发动机可操作成限定大于4.2的前进比，同时还限定大于或等于0.6，诸如大于或等于0.75，诸如大于或等于0.8，诸如高达0.95的净效率。

简要地，现在参照图4，描绘图表200，其示出根据本公开的一个或多个示例性实施例的发动机的示例性操作。图表200描绘在X轴202上的示例性前进比值和在Y轴204上的示例性净效率值。示例性发动机可根据以上实施例中的一个或多个构造，并且因此可构造为单一无涵道转子发动机，其具有相对于无涵道转子叶片的单个级定位的静止引导导叶的级，以在操作期间减小来自无涵道转子叶片的单个级的气流中的涡流。图表描绘发动机在相对高的飞行速度(诸如大于大约0.7马赫且小于1马赫)处的操作。如将认识到的，在比现有技术发动机构造高的前进比范围内，示例性发动机构造可允许相对有效的操作。

此类益处将从以下实例构造和操作条件进一步认识到。这些实例仅出于说明性目的而提供，并且不意味着限制本公开的范围。

实例1：具有无涵道转子叶片的级的发动机可限定在最大巡航操作条件期间的近似3.8的前进比，该发动机限定等于13英尺的直径D、在最大巡航操作条件期间的近似520英里每小时(“mph”)的飞行速度，以及在最大巡航操作条件期间的930转每分钟(“rpm”)的无涵道转子叶片的角速度。

实例2：具有无涵道转子叶片的级的发动机可限定在最大巡航操作条件期间的近似3.8的前进比，该发动机限定等于13英尺的直径D、在最大巡航操作条件期间的近似520mph的飞行速度，以及在最大巡航操作条件期间的840 rpm的无涵道转子叶片的角速度。

实例3：具有无涵道转子叶片的级的发动机可限定在最大巡航操作条件期间的近似5.5的前进比，该发动机限定等于13英尺的直径D、在最大巡航操作条件期间的近似520mph的飞行速度，以及在最大巡航操作条件期间的642 rpm的无涵道转子叶片的角速度。

在实例1、实例2以及实例3中的每个中，示例性发动机包括具有在以上范围内的许多转子叶片的无涵道转子叶片的级，并且还包括具有在以上范围内的许多出口引导导叶的静止出口引导导叶的级。此外，在实例1、实例2以及实例3中的每个中，示例性发动机可限定在45轴马力每平方英尺(“SHP/ft

此外，在实例1、实例2以及实例3中的每个中，示例性发动机可限定至少0.65，诸如至少0.70，诸如至少0.75，诸如至少0.85，诸如至少0.95，以及高达1.4的无涵道转子叶片的级的叶片硬度。

更进一步，确定利用这些构造，实例1、实例2以及实例3的发动机能够以高的前进比实现相对高的效率。例如，实例1中的发动机具有近似0.84的净效率，实例2中的发动机具有近似0.82的净效率，并且实例3中的发动机具有近似0.78的净效率。此外，将认识到的是，实例1中的发动机的净效率大于实例2中的发动机的净效率，其继而大于实例3中的发动机的净效率。

实例4：具有无涵道转子叶片的级的发动机可限定在最大巡航操作条件期间的近似3.9的前进比，以及0.82的净效率，该发动机限定等于11英尺的直径D和等于1.02的硬度；无涵道转子叶片的级中的12个转子叶片；在无涵道转子叶片的级下游的定子导叶的级中的10个定子导叶；在巡航操作条件期间的近似522 mph(0.79马赫)的飞行速度；以及1094 rpm的无涵道转子叶片的角速度。

实例5：具有无涵道转子叶片的级的发动机可限定在最大巡航操作条件期间的近似3.8的前进比，以及0.82的净效率，该发动机限定等于11英尺的直径D和等于1.01的硬度；无涵道转子叶片的级中的14个转子叶片；在无涵道转子叶片的级下游的定子导叶的级中的12个定子导叶；在巡航操作条件期间的近似522 mph(0.79马赫)的飞行速度；以及1094 rpm的无涵道转子叶片的角速度。

发现，已知为开放式转子效率因数(在下文中被称为“OREF”)(即，为在叶片半径的

在至少某些实施例中，单一无涵道转子组件构造成限定至少0.12，诸如至少0.19，诸如至少0.26，诸如高达0.37的OREF。

现在参照图5，提供根据本公开的示例性方面的用于操作单一无涵道转子发动机的方法300的流程图。在至少某些示例性方面中，方法300可与以上关于图1至图4描述的示例性单一无涵道转子发动机中的一个或多个一起使用。就此而言，将认识到的是，在至少某些示例性方面中，单一无涵道转子发动机可大体上包括无涵道转子叶片的单个级。

方法300包括在(302)处操作单一无涵道转子发动机，以限定以每秒长度单位计的飞行速度V和以每秒转数计的角速度n，其中无涵道转子叶片的单个级限定以长度单位计的直径D。在(302)处操作单一无涵道转子发动机可包括操作飞行器，以限定此类飞行速度。此外，在(302)处操作单一无涵道转子发动机可包括在供能操作条件期间操作单一无涵道转子发动机。如本文中使用的，“供能”操作条件指的是发动机的任何预期的供能操作(例如，空转、巡航、爬升、起飞等)，但排除其中发动机不提供推力的任何条件(诸如在其中发动机螺旋桨自转(windmill)的故障条件期间)。

在一个示例性方面中，单一无涵道转子发动机还可包括静止引导导叶的级，用于减小来自无涵道转子叶片的单个级的气流中的涡流。关于此类示例性方面，在(302)处操作单一无涵道转子发动机还可包括在(304)处操作单一无涵道转子发动机，以限定大于或等于3.3的前进比。

此外或备选地，在(302)处操作单一无涵道转子发动机可包括在(306)处操作单一无涵道转子发动机，以限定大于或等于3.8的前进比。例如，在某些示例性方面中，在(302)处操作单一无涵道转子发动机可包括操作单一无涵道转子发动机，以限定大于或等于4.0，诸如大于或等于4.2，诸如小于或等于9.0的前进比。

仍然参照图5，还将认识到的是，对于图5中描绘的方法300的示例性方面而言，在(302)处操作单一无涵道转子发动机还包括在(308)处以第一操作模式操作单一无涵道转子发动机，以限定第一前进比，以及以第二操作模式操作单一无涵道转子发动机，以限定第二前进比。在至少某些示例性方面中，第一操作模式可为低飞行速度操作模式，而第二操作模式可为高飞行速度操作模式。关于此类示例性方面，第一前进比可小于第二前进比，其中每个大于或等于3.3，或者其中每个大于或等于3.8等。

例如，在某些示例性方面中，第一操作模式可为巡航操作模式，而第二操作模式可为起飞/爬升操作模式。此外或备选地，第一操作模式可为下降操作模式，而第二操作模式可为巡航操作模式。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：

一种操作单一无涵道转子发动机的方法，所述单一无涵道转子发动机包括无涵道转子叶片的单个级，所述方法包括：操作所述单一无涵道转子发动机，以限定以每秒长度单位计的飞行速度V和以每秒转数计的角速度n，无涵道转子叶片的所述单个级限定以所述长度单位计的直径D；其中操作所述单一无涵道转子发动机包括操作所述单一无涵道转子发动机，以限定大于3.8的前进比，同时以至少0.8的净效率操作所述单一无涵道转子发动机，所述前进比由方程式

这些条款中的一项或多项的方法，其中操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于4.0的所述前进比。

这些条款中的一项或多项的方法，其中操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于4.2的所述前进比。

这些条款中的一项或多项的方法，其中操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8且小于9.0的所述前进比。

这些条款中的一项或多项的方法，其中无涵道转子叶片的所述单个级包括至少8个无涵道转子叶片且少于26个无涵道转子叶片。

权利要求1的方法，其中无涵道转子叶片的所述单个级限定在0.5与1.0之间的硬度。

这些条款中的一项或多项的方法，其中所述单一无涵道转子发动机还包括静止引导导叶的级，其具有位于无涵道转子叶片的所述单个级下游的多个静止引导导叶，用于减小来自无涵道转子叶片的所述单个级的气流中的涡流。

这些条款中的一项或多项的方法，其中无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为至少1：2且高达2：5。

这些条款中的一项或多项的方法，其中无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为1：1。

这些条款中的一项或多项的方法，其中所述单一无涵道转子发动机包括具有涡轮的涡轮区段、能够与所述涡轮一起旋转的轴，以及减速齿轮箱，其中无涵道转子叶片的所述单个级横跨所述减速齿轮箱由所述轴驱动，并且其中所述减速齿轮箱限定至少7：1的齿轮比。

这些条款中的一项或多项的方法，其中所述单一无涵道转子发动机包括涡轮机，其限定具有入口面积的入口，其中无涵道转子叶片的所述单个级限定前面面积，并且其中所述前面面积与所述入口面积的比小于80：1并且为至少20：1。

这些条款中的一项或多项的方法，其中操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括以第一操作模式操作所述单一无涵道转子发动机以限定第一前进比，以及以第二操作模式操作所述单一无涵道转子发动机以限定第二前进比。

这些条款中的一项或多项的方法，其中所述第一操作模式为低飞行速度操作模式，并且其中所述第二操作模式为高飞行速度操作模式，并且其中所述第一前进比小于所述第二前进比。

这些条款中的一项或多项的方法，其中操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括以高达0.95的净效率操作所述单一无涵道转子发动机。

这些条款中的一项或多项的方法，其中操作所述单一无涵道转子发动机以限定大于3.8的所述前进比包括以至少0.06且高达0.12的功率系数、以至少0.05且高达0.10的推力系数，或者两者操作所述单一无涵道转子发动机。

一种单一无涵道转子发动机，其包括：涡轮机；以及无涵道转子组件，其由所述涡轮机驱动，包括单排多个转子叶片，所述多个转子叶片限定直径D；其中所述单一无涵道转子发动机构造成操作成限定以每秒长度单位测量的飞行速度飞行速度V和以每秒转数测量的角速度n，其中在操作期间，所述单一无涵道转子发动机构造成限定大于3.8的前进比和至少0.8的净效率，所述前进比由方程式

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中出口引导导叶组件包括相对于所述多个转子叶片定位的多个出口引导导叶，用于减小来自所述多个转子叶片的气流中的涡流。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为至少1：2且高达2：5。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为1：1。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中所述单一无涵道转子发动机的所述涡轮机包括具有涡轮的涡轮区段、能够与所述涡轮一起旋转的轴，以及减速齿轮箱，其中所述无涵道转子组件横跨所述减速齿轮箱由所述轴驱动，并且其中所述减速齿轮箱限定至少7：1的齿轮比。

一种单一无涵道转子发动机，其包括：涡轮机；以及无涵道转子组件，其由所述涡轮机驱动，包括单排多个转子叶片，所述单排转子叶片包括转子叶片的总数量N，每个转子叶片限定叶片半径和在等于所述叶片半径的0.75倍的基准半径处的翼弦C；其中所述单一无涵道转子发动机构造成操作成限定以每秒长度单位测量的飞行速度飞行速度V和以每秒转数测量的角速度n，其中所述单一无涵道转子发动机限定大于0.12的OREF，其中OREF由方程式：

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中无涵道转子叶片的所述单个级中的无涵道转子叶片的数量与静止引导导叶的所述级中的静止引导导叶的数量的比为至少1：1且高达2：5。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中OREF小于0.37，并且其中在操作期间，所述单一无涵道转子发动机构造成限定至少0.8的净效率。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中所述硬度在0.5与1之间，诸如在0.6与1之间。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中所述硬度高达大约1.4，诸如高达大约1.3。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中所述前进比大于3.8，诸如大于4.0，诸如大于4.2，诸如大于4.5，诸如大于4.7，诸如大于5.0。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机，其中所述前进比大于大约3.8，诸如大于大约4.0，诸如大于大约4.2，诸如大于大约4.5，诸如大于大约4.7，诸如大于大约5.0，并且其中所述硬度大于大约0.5，诸如大于大约0.7，诸如大于大约0.9，诸如大于大约1.0，诸如高达大约1.4，诸如高达大约1.3。

这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机根据这些条款中的一项或多项的方法操作。

这些条款中的一项或多项的方法利用这些条款中的一项或多项的单一无涵道转子发动机。