用于设置燃气涡轮发动机的风扇驱动齿轮系统的齿轮比的方法技术方案

根据本公开的一个示例性方面的燃气涡轮发动机，除了别的以外，包括风扇部分，该风扇部分包括可绕着轴线旋转的风扇和与该风扇连通的减速设备。减速设备包括带有至少为1.5的星形齿轮比的星形驱动齿轮系统。风扇的风扇叶片尖端速度小于1400fps。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于设置燃气涡轮发动机的风扇驱动齿轮系统的齿轮比的方法
技术介绍
本公开涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于设置燃气涡轮发动机的风扇驱动齿轮系统的齿轮比的方法。燃气涡轮发动机可包括风扇部分、压缩机部分、燃烧器部分和涡轮机部分。进入压缩机部分的空气被压缩并被传递到燃烧器部分内，在那里空气与燃料混合并被点燃以产生高速废气气体流。高速废气气体流膨胀通过涡轮机部分以驱动压缩机和风扇部分。除了别的变化以外，压缩机部分可包括低压和高压压缩机，并且涡轮机部分可包括低压和高压涡轮机。通常，高压涡轮机通过外轴杆驱动高压压缩机以形成高轴，并且低压涡轮机通过内轴杆驱动低压压缩机以形成低轴。风扇部分也可由内轴杆驱动。直接驱动燃气涡轮发动机可包括由低轴驱动的风扇部分，使得低压压缩机、低压涡轮机、和风扇部分沿共同的方向以共同的速度旋转。减速设备，其可以是风扇驱动齿轮系统或其它的机构，可被用于驱动风扇部分，使得风扇部分可以不同于涡轮机部分的速度旋转。这允许发动机的推进效率的整体增加。在这种发动机架构中，由涡轮机部分中之一驱动的轴杆提供了到减速设备的输入，该减速设备以减小的速度驱动风扇部分，使得涡轮机部分和风扇部分可以更接近最优速度的速度旋转。尽管利用了变速机构的燃气涡轮发动机通常被认为是能够相对于传统的发动机改善推进效率，但是燃气涡轮发动机制造商继续寻求对发动机性能的进一步改善，这包括对热效率、传输效率和推进效率的改善。
技术实现思路
根据本公开的一个示例性方面的燃气涡轮发动机，除了别的以外，包括风扇部分，该风扇部分包括可绕着轴线旋转的风扇和与该风扇连通的减速设备。减速设备包括带有至少为1.5的星形齿轮比的星形驱动齿轮系统。风扇的风扇叶片尖端速度小于1400fps。在前述燃气涡轮发动机的另一非限定性实施例中，该减速设备包括至少为2.6的星形齿轮系统齿轮比。在前述燃气涡轮发动机任一个的另一非限定性实施例中，减速设备包括小于或等于4.1的系统齿轮比。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，包括大于约6.0的函道比。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，函道比在约11.0和约22.0之间。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，星形系统包括太阳齿轮、多个星形齿轮、齿圈、和齿轮架。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，多个星形齿轮中的每一个都包括至少一个轴承。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，齿轮架被固定而不能旋转。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，低压涡轮机被机械地附接到太阳齿轮。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，风扇部分被机械地附接到齿圈。在前述燃气涡轮发动机中任一项的另一非限定性实施例中，减速设备的输入端可沿第一方向旋转，而减速设备的输出端可沿与第一方向相反的第二方向旋转。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，低压涡轮机部分与减速设备连通。该低压涡轮机部分包括至少三个级且不多于四个级。在前述燃气涡轮发动机中任一个的另一非限定性实施例中，风扇的风扇叶片尖端速度大于1000fps。根据本公开的另一示例性方面的改善燃气涡轮发动机的性能的方法，除了别的以外，包括确定风扇部分的至少一个风扇叶片的风扇尖端速度边界条件和确定低压涡轮机的转子的转子边界条件。应力水平利用低压涡轮机的转子和该至少一个风扇叶片中的约束来确定风扇部分和低压涡轮机的旋转速度是否会满足期望数量的运行循环。在前述方法的另一非限定性实施例中，减速设备连接风扇部分和低压涡轮机并且包括至少为约1.5且不多于约4.1的星形齿轮比。在前述方法中任一个的另一非限定性实施例中，风扇压力比低于1.7。在前述方法中任一个的另一非限定性实施例中，风扇压力比低于1.48。在前述方法中任一个的另一非限定性实施例中，函道比在约11和约22之间。在前述方法中任一个的另一非限定性实施例中，所述至少一个风扇叶片的风扇叶片尖端速度小于1400fps。在前述方法中任一个的另一非限定性实施例中，如果在转子或至少一个风扇叶片中的应力水平过高而不能满足期望数量的运行循环，那么齿轮减速设备的齿轮比就被降低并且增加低压涡轮机的级数。在前述方法中任一个的另一非限定性实施例中，如果在转子或至少一个风扇叶片中的应力水平过高而不能满足期望数量的运行循环，那么齿轮减速设备的齿轮比就被降低并且增加低压涡轮机的环形面积。本公开的各种特征和优点将通过下面具体描述使本领域技术人员易于理解。所述具体描述的附图可被简要地描述如下。附图说明图1是示例燃气涡轮发动机的示意横截面视图。图2说明了可被包含在燃气涡轮发动机内的低速轴的一种构造的示意图。图3说明了可被包含在燃气涡轮发动机内的风扇驱动齿轮系统。具体实施方式图1示意性地图示了燃气涡轮发动机20。燃气涡轮发动机20为两轴涡轮风扇发动机，其通常包括风扇部分22、压缩机部分24、燃烧器部分26和涡轮机部分28。其它的发动机除了其它系统或特征外还可包括增强器部分（未示出）。风扇部分22沿着函道流动路径B驱动空气，同时压缩机部分24沿着核心流动路径C驱动空气以实现压缩并传送到燃烧器部分26内。在燃烧器部分26内产生的热燃烧气体被膨胀通过涡轮机部分28。尽管在所公开的非限定实施例中被示出为两轴涡轮风扇燃气涡轮发动机，应该理解的是，本文中描述的概念不限于两轴涡轮风扇发动机，并且这些教导可延伸到其它类型的发动机，包括但不限于，三轴发动机架构。燃气涡轮发动机20通常包括低速轴30和高速轴32，它们被安装成绕着发动机中心纵轴线A旋转。低速轴30和高速轴32可通过若干轴承系统31相对于发动机静止结构33被安装。应该理解的是，替换地或附加地可提供其它的轴承系统31，并且轴承系统31的定位可在适合应用时而变化。低速轴30通常包括内轴杆34，其将风扇36、低压压缩机38和低压涡轮机39互连。内轴杆34可通过变速机构被连接到风扇36，该变速机构在示例性燃气涡轮发动机20中被示出为齿轮传动架构45，例如风扇驱动齿轮系统50（见图2和3）。变速机构以比低速轴30更低的速度驱动风扇36。高速轴32包括外轴杆35，其将高压压缩机37和高压涡轮机40互连。在这个实施例中，内轴杆34和外轴杆35在各种不同的轴向位置处由定位在发动机静止结构33中的轴承系统31支撑。燃烧器42在示例性燃气涡轮机20被布置在高压压缩机37和高压涡轮机40之间。中间涡轮机框架44可被大致布置在高压涡轮机40和低压涡轮机39之间。中间涡轮机框架44可支撑涡轮机部分28的一个或多个轴承系统31。中间涡轮机框架44可包括一个或多个在核心流动路径C内延伸的翼型46。应该意识到，风扇部分22、压缩机部分24、燃烧器部分26、涡轮机部分28和风扇驱动齿轮系统50的位置中的每一个都可被改变。例如，齿轮系统50可被定位在燃烧器部分26的后面或者设置是在涡轮机部分28的后面，并且风扇部分22可被定位在齿轮系统50的位置的前面或后面。内轴杆34和外轴杆35是同心的并且通过轴承系统31绕发动机中心纵向轴线A旋转，其与它们的纵向轴线共线。核心空气流先被低压压缩机38压缩接着被高压压缩机37压缩，与燃料混合后在燃烧器42内燃烧，接着膨胀通过高压涡轮机40和低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机，其包括：       风扇部分，其包括可绕着轴线旋转的风扇；以及       与所述风扇连通的减速设备，其中该减速设备包括星形驱动齿轮系统，该齿轮系统带有至少为1.5的星形齿轮比，其中风扇的风扇叶片尖端速度小于1400fps。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.04 US 13/7580751.一种燃气涡轮发动机，其包括：风扇部分，其包括可绕着轴线旋转的风扇；与所述风扇连通的减速设备，其中该减速设备包括星形驱动齿轮系统，该齿轮系统带有至少为1.5的星形齿轮比，其中风扇的风扇叶片尖端速度小于1400fps；以及函道比在11.0和22.0之间。2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述减速设备包括至少为2.6的星形齿轮系统齿轮比。3.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述减速设备包括小于或等于4.1的星形齿轮系统齿轮比。4.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述星形系统包括太阳齿轮、多个星形齿轮、齿圈和齿轮架。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：WG谢里丹，KL哈塞尔，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国;US