用于設(shè)置燃氣渦輪發(fā)動機的風(fēng)扇驅(qū)動齒輪系統(tǒng)的齒輪比的方法
【專利說明】用于設(shè)置燃氣滿輪發(fā)動機的風(fēng)扇驅(qū)動齒輪系統(tǒng)的齒輪比的 方法 陽OOU本申請是申請日為2013年9月23日、國家申請?zhí)枮?01380003371. 9、名稱為"用 于設(shè)置燃氣滿輪發(fā)動機的風(fēng)扇驅(qū)動齒輪系統(tǒng)的齒輪比的方法"的原申請的分案申請。
【背景技術(shù)】
[0002] 本公開設(shè)及燃氣滿輪發(fā)動機，并且更具體地設(shè)及用于設(shè)置燃氣滿輪發(fā)動機的風(fēng)扇 驅(qū)動齒輪系統(tǒng)的齒輪比的方法。
[0003] 燃氣滿輪發(fā)動機可包括風(fēng)扇部分、壓縮機部分、燃燒器部分和滿輪機部分。進入壓 縮機部分的空氣被壓縮并被傳遞到燃燒器部分內(nèi)，在那里空氣與燃料混合并被點燃W產(chǎn)生 高速廢氣氣體流。高速廢氣氣體流膨脹通過滿輪機部分W驅(qū)動壓縮機和風(fēng)扇部分。除了別 的變化W外，壓縮機部分可包括低壓和高壓壓縮機，并且滿輪機部分可包括低壓和高壓滿 輪機。
[0004] 通常，高壓滿輪機通過外軸桿驅(qū)動高壓壓縮機W形成高軸，并且低壓滿輪機通過 內(nèi)軸桿驅(qū)動低壓壓縮機W形成低軸。風(fēng)扇部分也可由內(nèi)軸桿驅(qū)動。直接驅(qū)動燃氣滿輪發(fā)動 機可包括由低軸驅(qū)動的風(fēng)扇部分，使得低壓壓縮機、低壓滿輪機、和風(fēng)扇部分沿共同的方向 W共同的速度旋轉(zhuǎn)。
[0005] 減速設(shè)備，其可W是風(fēng)扇驅(qū)動齒輪系統(tǒng)或其它的機構(gòu)，可被用于驅(qū)動風(fēng)扇部分，使 得風(fēng)扇部分可W不同于滿輪機部分的速度旋轉(zhuǎn)。運允許發(fā)動機的推進效率的整體增加。在 運種發(fā)動機架構(gòu)中，由滿輪機部分中之一驅(qū)動的軸桿提供了到減速設(shè)備的輸入，該減速設(shè) 備W減小的速度驅(qū)動風(fēng)扇部分，使得滿輪機部分和風(fēng)扇部分可W更接近最優(yōu)速度的速度旋 轉(zhuǎn)。
[0006] 盡管利用了變速機構(gòu)的燃氣滿輪發(fā)動機通常被認為是能夠相對于傳統(tǒng)的發(fā)動機 改善推進效率，但是燃氣滿輪發(fā)動機制造商繼續(xù)尋求對發(fā)動機性能的進一步改善，運包括 對熱效率、傳輸效率和推進效率的改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本公開的一個示例性方面的燃氣滿輪發(fā)動機，除了別的W外，包括風(fēng)扇部分， 該風(fēng)扇部分包括可繞著軸線旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇和與該風(fēng)扇連通的減速設(shè)備。減速設(shè)備包括帶有至 少為1. 5的星形齒輪比的星形驅(qū)動齒輪系統(tǒng)。風(fēng)扇的風(fēng)扇葉片尖端速度小于1400巧S。
[0008] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機的另一非限定性實施例中，該減速設(shè)備包括至少為2. 6的 星形齒輪系統(tǒng)齒輪比。
[0009] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機任一個的另一非限定性實施例中，減速設(shè)備包括小于或等 于4. 1的系統(tǒng)齒輪比。
[0010] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，包括大于約6. 0的函 道比。
[0011] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，函道比在約11.0和 約22.0之間。
[0012] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，星形系統(tǒng)包括太陽齒 輪、多個星形齒輪、齒圈、和齒輪架。
[0013] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，多個星形齒輪中的每 一個都包括至少一個軸承。
[0014] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，齒輪架被固定而不能 旋轉(zhuǎn)。
[0015] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，低壓滿輪機被機械地 附接到太陽齒輪。
[0016] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，風(fēng)扇部分被機械地附 接到齒圈。
[0017] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一項的另一非限定性實施例中，減速設(shè)備的輸入端可 沿第一方向旋轉(zhuǎn)，而減速設(shè)備的輸出端可沿與第一方向相反的第二方向旋轉(zhuǎn)。
[0018] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，低壓滿輪機部分與減 速設(shè)備連通。該低壓滿輪機部分包括至少Ξ個級且不多于四個級。
[0019] 在前述燃氣滿輪發(fā)動機中任一個的另一非限定性實施例中，風(fēng)扇的風(fēng)扇葉片尖端 速度大于1000巧S。
[0020] 根據(jù)本公開的另一示例性方面的改善燃氣滿輪發(fā)動機的性能的方法，除了別的W 夕F，包括確定風(fēng)扇部分的至少一個風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇尖端速度邊界條件和確定低壓滿輪機的 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子邊界條件。應(yīng)力水平利用低壓滿輪機的轉(zhuǎn)子和該至少一個風(fēng)扇葉片中的約束來 確定風(fēng)扇部分和低壓滿輪機的旋轉(zhuǎn)速度是否會滿足期望數(shù)量的運行循環(huán)。
[0021] 在前述方法的另一非限定性實施例中，減速設(shè)備連接風(fēng)扇部分和低壓滿輪機并且 包括至少為約1. 5且不多于約4. 1的星形齒輪比。
[0022] 在前述方法中任一個的另一非限定性實施例中，風(fēng)扇壓力比低于1. 7。
[0023] 在前述方法中任一個的另一非限定性實施例中，風(fēng)扇壓力比低于1. 48。
[0024] 在前述方法中任一個的另一非限定性實施例中，函道比在約11和約22之間。
[00巧]在前述方法中任一個的另一非限定性實施例中，所述至少一個風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇葉 片尖端速度小于1400巧S。
[00%] 在前述方法中任一個的另一非限定性實施例中，如果在轉(zhuǎn)子或至少一個風(fēng)扇葉片 中的應(yīng)力水平過高而不能滿足期望數(shù)量的運行循環(huán)，那么齒輪減速設(shè)備的齒輪比就被降低 并且增加低壓滿輪機的級數(shù)。
[0027] 在前述方法中任一個的另一非限定性實施例中，如果在轉(zhuǎn)子或至少一個風(fēng)扇葉片 中的應(yīng)力水平過高而不能滿足期望數(shù)量的運行循環(huán)，那么齒輪減速設(shè)備的齒輪比就被降低 并且增加低壓滿輪機的環(huán)形面積。
[0028] 本公開的各種特征和優(yōu)點將通過下面具體描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解。所述 具體描述的附圖可被簡要地描述如下。
【附圖說明】
[0029] 圖1是示例燃氣滿輪發(fā)動機的示意橫截面視圖。
[0030] 圖2說明了可被包含在燃氣滿輪發(fā)動機內(nèi)的低速軸的一種構(gòu)造的示意圖。
[0031] 圖3說明了可被包含在燃氣滿輪發(fā)動機內(nèi)的風(fēng)扇驅(qū)動齒輪系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0032] 圖1示意性地圖示了燃氣滿輪發(fā)動機20。燃氣滿輪發(fā)動機20為兩軸滿輪風(fēng)扇發(fā) 動機，其通常包括風(fēng)扇部分22、壓縮機部分24、燃燒器部分26和滿輪機部分28。其它的發(fā) 動機除了其它系統(tǒng)或特征外還可包括增強器部分(未示出）。風(fēng)扇部分22沿著函道流動路 徑B驅(qū)動空氣，同時壓縮機部分24沿著核屯、流動路徑C驅(qū)動空氣W實現(xiàn)壓縮并傳送到燃燒 器部分26內(nèi)。在燃燒器部分26內(nèi)產(chǎn)生的熱燃燒氣體被膨脹通過滿輪機部分28。盡管在所 公開的非限定實施例中被示出為兩軸滿輪風(fēng)扇燃氣滿輪發(fā)動機，應(yīng)該理解的是，本文中描 述的概念不限于兩軸滿輪風(fēng)扇發(fā)動機，并且運些教導(dǎo)可延伸到其它類型的發(fā)動機，包括但 不限于，Ξ軸發(fā)動機架構(gòu)。
[0033] 燃氣滿輪發(fā)動機20通常包括低速軸30和高速軸32,它們被安裝成繞著發(fā)動機中 屯、縱軸線A旋轉(zhuǎn)。低速軸30和高速軸32可通過若干軸承系統(tǒng)31相對于發(fā)動機靜止結(jié)構(gòu) 33被安裝。應(yīng)該理解的是，替換地或附加地可提供其它的軸承系統(tǒng)31，并且軸承系統(tǒng)31的 定位可在適合應(yīng)用時而變化。
[0034] 低速軸30通常包括內(nèi)軸桿34,其將風(fēng)扇36、低壓壓縮機38和低壓滿輪機39互 連。內(nèi)軸桿34可通過變速機構(gòu)被連接到風(fēng)扇36,該變速機構(gòu)在示例性燃氣滿輪發(fā)動機20 中被示出為齒輪傳動架構(gòu)45,例如風(fēng)扇驅(qū)動齒輪系統(tǒng)50(見圖2和3)。變速機構(gòu)W比低速 軸30更低的速度驅(qū)動風(fēng)扇36。高速軸32包括外軸桿35,其將高壓壓縮機37和高壓滿輪 機40互連。在運個實施例中，內(nèi)軸桿34和外軸桿35在各種不同的軸向位置處由定位在發(fā) 動機靜止結(jié)構(gòu)33中的軸承系統(tǒng)31支撐。
[0035] 燃燒器42在示例性燃氣滿輪機20被布置在高壓壓縮機37和高壓滿輪機40之間。 中間滿輪機框架44可被大致布置在高壓滿輪機40和低壓滿輪機39之間。中間滿輪機框 架44可支撐滿輪機部分28的一個或多個軸承系統(tǒng)31。中間滿輪機框架44可包括一個或 多個在核屯、流動路徑C內(nèi)延伸的翼型46。應(yīng)該意識到，風(fēng)扇部分22、壓縮機部分24、燃燒器 部分26、滿輪機部分28和風(fēng)扇驅(qū)動齒輪系統(tǒng)50的位置中的每一個都可被改變。例如，齒輪 系統(tǒng)50可被定位在燃燒器部分26的后面或者設(shè)置是在滿輪機部分28的后面，并且風(fēng)扇部 分22可被定位在齒輪系統(tǒng)50的位置的前面或后面。
[0036] 內(nèi)軸桿34和外軸桿35是同屯、的并且通過軸承系統(tǒng)31繞發(fā)動機中屯、縱向軸線A 旋轉(zhuǎn)，其與它們的縱向軸線共線。核屯、空氣流先被低壓壓縮機38壓縮接著被高壓壓縮機37 壓縮，與燃料混合后在燃燒器42內(nèi)燃燒，接著膨脹通過高壓滿輪機40和低壓滿輪機39。高 壓滿輪機40和低壓滿輪機39響應(yīng)于該膨脹旋轉(zhuǎn)驅(qū)動相應(yīng)的高速軸32和低速軸30。
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