燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)及組裝其的方法
【專利說明】燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)及組裝其的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]根據(jù)35U.S.C.§119(e)，本非臨時(shí)申請(qǐng)要求享有2014年11月21日提交的，名稱為“GAS TURBINE ENGINE AND METHOD OF ASSEMBING THE SAME(燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)及組裝其的方法)”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/082892號(hào)的優(yōu)先權(quán)的益處，其全部內(nèi)容通過參考并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開的領(lǐng)域大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及具有可調(diào)整的流動(dòng)路徑幾何形狀的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0004]眾所周知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有導(dǎo)管風(fēng)扇和核心，它們以彼此流動(dòng)連通來布置。風(fēng)扇提供空氣至核心(“核心流”)以及至包圍核心的旁路導(dǎo)管(“旁路流”)。核心壓縮核心流并且隨后將它與燃料混合，以用于點(diǎn)燃混合物來生成燃燒氣體流穿過渦輪機(jī)。燃燒氣體驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，這繼而驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇以生成核心流和旁路流。
[0005]隨著旁路流成為用于發(fā)動(dòng)機(jī)的推力的來源，一些已知的風(fēng)扇具有葉片，該葉片的節(jié)距能夠改變以有助于控制推力。在那方面，這些風(fēng)扇可以配置使得葉片在一個(gè)節(jié)距角生成向后指向的旁路流，導(dǎo)致向前的推力;并且在另一個(gè)節(jié)距角形成向前指向的旁路流，導(dǎo)致反向的推力。然而，在這些已知的發(fā)動(dòng)機(jī)中，旁路流的狀況常常在兩個(gè)方向都無法達(dá)到最理想的。因此，對(duì)于具有可變節(jié)距風(fēng)扇的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，改進(jìn)旁路流的狀況是有用的。
[0006]在建立商用飛機(jī)性能中的一個(gè)關(guān)鍵的度量標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率。推進(jìn)效率是發(fā)動(dòng)機(jī)提供給飛機(jī)的作為發(fā)動(dòng)機(jī)給予經(jīng)過它的空氣的動(dòng)能的總量的一部分的測(cè)量。為了獲得高的推進(jìn)效率，期望的是發(fā)動(dòng)機(jī)在其作用的空氣的噴射速度給予僅僅微小的變化。因?yàn)檫@在每個(gè)單元?dú)饬魃蟽H僅產(chǎn)生少量的推力，所以發(fā)動(dòng)機(jī)必須作用在成比例低較大量的空氣中以便制得足夠的推力。由于發(fā)動(dòng)機(jī)(風(fēng)扇)作用的空氣的量的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和阻力也增加。在某一時(shí)刻，更大直徑的風(fēng)扇所帶來的額外的重量和阻力開始超過了改進(jìn)推進(jìn)效率的益處。
[0007]因此，期望的是實(shí)現(xiàn)修改發(fā)動(dòng)機(jī)氣體流動(dòng)路徑的幾何形狀以在較寬的操作范圍內(nèi)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率，同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件的重量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，一種渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括，聯(lián)接至第一可旋轉(zhuǎn)軸的可變節(jié)距風(fēng)扇(VPF)，聯(lián)接至第二可旋轉(zhuǎn)軸的低壓壓縮機(jī)LPC，該LPC包括與LPC的轉(zhuǎn)子的多排葉片互相交叉的多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉，以及以與VPF和LPC在串聯(lián)流動(dòng)布置而配置的核心發(fā)動(dòng)機(jī)。該渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還包括聯(lián)接至第一可旋轉(zhuǎn)軸和第二可旋轉(zhuǎn)軸的減速裝置。減速裝置配置為以低于第二可旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)第一可旋轉(zhuǎn)軸。渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還包括定位在LPC的出口和旁路導(dǎo)管之間的調(diào)節(jié)釋壓閥。渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器，其配置成響應(yīng)于渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的操作狀態(tài)和與LPC相關(guān)的溫度來安排多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和調(diào)節(jié)釋壓閥的位置。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種管理燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的流動(dòng)路徑幾何形狀的方法包括，接收低壓壓縮機(jī)(LPC)的溫度的示值，LPC以串聯(lián)流動(dòng)連通定位在包括多個(gè)可變節(jié)距風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇和核心發(fā)動(dòng)機(jī)之間，核心發(fā)動(dòng)機(jī)以串聯(lián)流動(dòng)連通包括高壓壓縮機(jī)(HPC)，燃燒器，和高壓渦輪(HPT)。該方法還包括，接收燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作狀態(tài)并確定LPC的多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉的位置與配置成將LPC的出口聯(lián)接至旁路導(dǎo)管和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)的周圍空間中的至少一個(gè)的調(diào)節(jié)釋壓閥的位置中的至少一個(gè)。該方法進(jìn)一步包括生成至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其配置成命令多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和調(diào)節(jié)釋壓閥至相應(yīng)的預(yù)定位置。
[0010]在又另一個(gè)實(shí)施例中，飛機(jī)包括渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括至少部分地環(huán)繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旁路導(dǎo)管。具有導(dǎo)管的渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括聯(lián)接至減速裝置的出口的風(fēng)扇和聯(lián)接至減速裝置的進(jìn)口的低壓壓縮機(jī)(LPC)。該風(fēng)扇配置為以低于LPC的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速操作。該LPC包括多個(gè)可變節(jié)距定子葉片。具有導(dǎo)管的渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步包括聯(lián)接至LPC的低壓渦輪(LPT)，配置為將LPC的出口聯(lián)接至旁路導(dǎo)管的調(diào)節(jié)釋壓閥，以及配置為基于與LPC相關(guān)的溫度來管理多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和調(diào)節(jié)釋壓閥中的至少一個(gè)的位置的控制器。
[0011 ]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括:可變節(jié)距風(fēng)扇(VPF)組件，其聯(lián)接至第一可旋轉(zhuǎn)軸;低壓壓縮機(jī)LPC，其聯(lián)接至第二可旋轉(zhuǎn)軸，所述LPC包括與LPC的轉(zhuǎn)子的多排葉片相互交叉的多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉；核心發(fā)動(dòng)機(jī)，其以與所述VPF和所述LPC串聯(lián)流動(dòng)布置來配置;減速裝置，其聯(lián)接至所述第一可旋轉(zhuǎn)軸和所述第二可旋轉(zhuǎn)軸，所述減速裝置配置為以低于第二可旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)所述第一可旋轉(zhuǎn)軸；調(diào)節(jié)釋壓閥，其定位在所述LPC的出口和旁路導(dǎo)管之間；以及控制器，其配置為響應(yīng)于所述渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的操作狀態(tài)和與所述LPC相關(guān)聯(lián)的溫度來安排所述多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和所述調(diào)節(jié)釋壓閥的位置。
[0012]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述LPC通過第二可旋轉(zhuǎn)軸直接聯(lián)接至高速低壓渦輪(LPT)。
[0013]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述可變節(jié)距風(fēng)扇由復(fù)合材料形成。
[0014]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述VPF包括固定風(fēng)扇排氣噴嘴區(qū)。
[0015]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述VPF配置成在較大范圍的操作條件下以基本不變的速度操作。
[0016]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述VPF的操作壓力比是大約1.0至1.5。
[0017]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述VPF的操作壓力比是大約1.35。
[0018]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述控制器配置為接收代表在所述LPC的上游、所述LPC的下游以及在所述LPC內(nèi)中的至少一個(gè)的空氣流的溫度的溫度信號(hào)。
[0019]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述控制器配置為當(dāng)已接收的溫度信號(hào)增長大于預(yù)定安排的閾值時(shí)，進(jìn)行沿閉合方向移動(dòng)所述多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和沿打開方向移動(dòng)所述調(diào)節(jié)釋壓閥中的至少一者。
[0020]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述VPF配置為使用所述VPF的葉片的節(jié)距產(chǎn)生逆推力。
[0021]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案提供一種管理燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的流動(dòng)路徑幾何形狀的方法，所述方法包括:接收低壓壓縮機(jī)(LPC)的溫度的示值，LPC以串聯(lián)流動(dòng)連通定位在包括多個(gè)可變節(jié)距風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇組件和核心發(fā)動(dòng)機(jī)之間，核心發(fā)動(dòng)機(jī)以串聯(lián)流動(dòng)連通包括高壓壓縮機(jī)(HPC)，燃燒器，和高壓渦輪(HPT);接收燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作狀態(tài);確定LPC的多個(gè)節(jié)距定子輪葉的位置與配置為將LPC的出口聯(lián)接至到至少旁路導(dǎo)管和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)的周圍空間中的至少一個(gè)的調(diào)節(jié)釋壓閥的位置中的至少一個(gè)；以及生成至少一個(gè)致動(dòng)信號(hào)，其配置為命令多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和調(diào)節(jié)釋壓閥至相應(yīng)的預(yù)定位置。
[0022]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，接收低壓壓縮機(jī)的溫度的示值包括接收在至LPC的入口，至LPC的出口和穿過LPC的流動(dòng)路徑中的至少一個(gè)中的空氣流的溫度的示值。
[0023]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，進(jìn)一步包括基于與LPC關(guān)聯(lián)的溫度和飛機(jī)的操作狀態(tài)中的至少一個(gè)，為多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和調(diào)節(jié)釋壓閥中每一個(gè)確定預(yù)定位置。
[0024]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，進(jìn)一步包括以基本不變的速度操作VPF。
[0025]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，進(jìn)一步包括使用多個(gè)可變節(jié)距風(fēng)扇葉片的節(jié)距改變?nèi)細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的推力輸出。
[0026]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，進(jìn)一步包括當(dāng)與LPC關(guān)聯(lián)的溫度增長大于預(yù)定的閾值時(shí)，進(jìn)行沿閉合方向移動(dòng)多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和沿打開方向移動(dòng)調(diào)節(jié)釋壓閥中的至少一者。
[0027]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案提供了一種飛機(jī)，包括渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括至少部分地環(huán)繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旁路導(dǎo)管，具有導(dǎo)管的渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括:聯(lián)接至減速裝置的輸出的風(fēng)扇組件;聯(lián)接至減速裝置的輸入的低壓壓縮機(jī)(LPC)，風(fēng)扇組件配置為以低于LPC的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速操作，所述LPC包括多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉;聯(lián)接至所述LPC的低壓渦輪(LPT);配置為將LPC的出口聯(lián)接至旁路導(dǎo)管的調(diào)節(jié)釋壓閥；以及配置為基于與所述LPC相關(guān)的溫度來管理所述多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉和所述調(diào)節(jié)釋壓閥中的至少一個(gè)的位置的控制器。
[0028]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，控制器配置為當(dāng)與所述LPC關(guān)聯(lián)的溫度增長大于預(yù)定范圍時(shí)，沿閉合方向移動(dòng)所述多個(gè)可變節(jié)距定子輪葉。
[0029]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，控制器