用于高速和小体积风扇驱动涡轮的齿轮传动架构制造技术

本发明专利技术公开了用于高速和小体积风扇驱动的涡轮的齿轮传动架构。一种燃气涡轮发动机包括用于风扇驱动齿轮系统的挠性安装件。非常高速度的风扇驱动涡轮驱动了风扇驱动齿轮系统。

【技术实现步骤摘要】
用于高速和小体积风扇驱动涡轮的齿轮传动架构
本公开涉及一种燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及一种用于该燃气涡轮发动机所用齿轮传动架构的挠性支撑结构。
技术介绍
具有行星式或星式齿轮系的周转齿轮变速箱（epicyclicgearbox）可以用于燃气涡轮发动机中，因为它们具备紧凑的设计以及高效的高齿轮减速能力。行星型和星型齿轮系通常包括三个齿轮系元件：中心恒星齿轮，具有内部齿轮齿的外侧环齿轮，以及由在恒星齿轮和环齿轮之间并且与两者啮合接合的行星载架所支撑的多个行星齿轮。齿轮系元件共用公共的纵向中心轴线，至少两个元件围绕中心轴线旋转。周转齿轮系（epicyclicgeartrain）的优点在于旋转输入可以连接至三个元件的任何一个。其他两个元件之一随后相对于另外两个保持静止以允许第三者用作输出。在燃气涡轮发动机应用中，需要减速传输，中心恒星齿轮通常从动力设备接收旋转输入，外侧环齿轮通常保持静止，而行星齿轮载架沿与恒星齿轮相同的方向旋转以在减小的旋转速度下提供扭矩输出。在星齿轮系中，行星载架保持静止，而输出轴由环齿轮沿与恒星齿轮相反的方向驱动。在飞行期间，轻重量结构箱体随着航空和机动负载而偏转，引起通常已知为发动机的骨架弯曲的显著量横向偏转。该偏转可以引起单个恒星或行星齿轮的旋转轴线失去与中心轴线平行。该偏转可以导致在齿轮系轴颈轴承处和在齿轮齿啮合处的一些未对准，这可以导致由未对准带来的效率损失以及由集中应力的增大带来的潜在的寿命缩减。此外，具有如上所述的齿轮传动架构，输入至齿轮的扭矩和速度是非常高的。
技术实现思路
在特征化实施例中，燃气涡轮发动机具有驱动风扇的风扇轴，支撑风扇轴的框架，以及用于驱动风扇轴的多个齿轮。挠性支撑件至少部分地支撑多个齿轮。挠性支撑件具有比框架小的刚度。第一涡轮区段提供进入多个齿轮的驱动输入。也包括第二涡轮区段。第一涡轮区段具有在第一出口点处的第一出口面积并且以第一速度旋转。第二涡轮区段具有在第二出口点处的第二出口面积并且以比第一速度更快的第二速度旋转。第一性能量定义为第一速度的平方与第一面积的乘积。第二性能量定义为第二速度的平方与第二面积的乘积。第一性能量与第二性能量的比在约0.5和约1.5之间。在根据之前实施例的另一实施例中，比大于或等于约0.8。在根据之前任一实施例的另一实施例中，第一涡轮区段具有至少三个级。在根据之前任一实施例的另一实施例中，第一涡轮区段具有高达六个级。在根据之前任一实施例的另一实施例中，第二涡轮区段具有两个或更少的级。在根据之前任一实施例的另一实施例中，跨过第一涡轮区段的压力比大于约5:1。在根据之前任一实施例的另一实施例中，由发动机提供的推力与包括高压涡轮和低压涡轮两者的涡轮区段的体积的比大于或等于约1.5，并且小于或等于约5.5磅力/英寸2。在根据之前任一实施例的另一实施例中，框架包括框架侧向刚度和框架横向刚度。挠性支撑件包括挠性支撑件横向刚度和挠性支撑件侧向刚度。挠性支撑件侧向刚度小于框架侧向刚度，并且挠性支撑件横向刚度小于框架横向刚度。在根据之前任一实施例的另一实施例中，挠性联接器连接由第一涡轮区段所驱动的多个齿轮的至少一个。在根据之前任一实施例的另一实施例中，挠性联接器具有挠性联接器侧向刚度和挠性联接器横向刚度。挠性联接器侧向刚度小于框架侧向刚度。挠性联接器横向刚度小于框架横向刚度。在根据之前任一实施例的另一实施例中，多个齿轮包括齿轮啮合，其限定齿轮啮合侧向刚度和齿轮啮合横向刚度。齿轮啮合侧向刚度大于挠性支撑件侧向刚度。齿轮啮合横向刚度大于挠性支撑件横向刚度。在另一特征化实施例中，燃气涡轮发动机具有驱动风扇的风扇轴，支撑风扇轴的框架，以及驱动风扇轴的多个齿轮。至少部分地支撑多个齿轮的挠性支撑件具有小于框架的刚度。包括高压涡轮和低压涡轮，低压涡轮配置为驱动多个齿轮的一个。由发动机提供的推力与包括高压涡轮和低压涡轮两者的涡轮区段的体积的比大于或等于约1.5，并且小于或等于约5.5磅力/英寸2。在根据之前任一实施例的另一实施例中，比大于或等于约2.0。在根据之前任一实施例的另一实施例中，比大于或等于约4.0。在根据之前任一实施例的另一实施例中，推力是海平面起飞、固定速率（flat-rated）的静推力。在根据之前任一实施例的另一实施例中，框架包括框架侧向刚度和框架横向刚度。挠性支撑件包括挠性支撑件横向刚度和挠性支撑件侧向刚度。挠性支撑件侧向刚度小于框架侧向刚度，并且挠性支撑件横向刚度小于框架横向刚度。在根据之前任一实施例的另一实施例中，挠性联接器连接由第一涡轮区段所驱动的多个齿轮的至少一个。在根据之前任一实施例的另一实施例中，挠性联接器具有挠性联接器侧向刚度和挠性联接器横向刚度。挠性联接器侧向刚度小于框架侧向刚度，并且挠性联接器横向刚度小于框架横向刚度。在根据之前任一实施例的另一实施例中，多个齿轮包括齿轮啮合，其限定齿轮啮合侧向刚度和齿轮啮合横向刚度。齿轮啮合侧向刚度大于挠性支撑件侧向刚度。齿轮啮合横向刚度大于挠性支撑件横向刚度。在另一特征化实施例中，燃气涡轮发动机具有风扇轴以及支撑风扇轴的框架。框架限定框架侧向刚度和框架横向刚度的至少一个。齿轮系统驱动风扇轴。挠性支撑件至少部分地支撑齿轮系统。挠性支撑件限相对于框架侧向刚度的挠性支撑件侧向刚度与相对于框架横向刚度的挠性支撑件横向刚度的至少一个。至齿轮系统的输入联接器限定相对于框架侧向刚度的输入联接器侧向刚度与相对于框架横向刚度的输入联接器横向刚度的至少一个。附图说明对于本领域技术人员来讲，通过所述非限制性实施例的以下详细描述，各种特征将变得明显。附于详细说明书的附图可以简要地描述如下：图1A是燃气涡轮发动机的示意性剖视图；图1B示出了图1A发动机的特征；图1C示出了另一特征；图1D示出了又一特征；图2是示出了风扇驱动齿轮系统（FDGS）的燃气涡轮发动机区段的放大剖视图；图3是用于FDGS的一个非限制性实施例的挠性安装装置的示意图；图4是用于FDGS的另一非限制性实施例的挠性安装装置的示意图；图5是用于星型系统FDGS的另一非限制性实施例的挠性安装装置的示意图；以及图6是用于行星系统FDGS的另一非限制性实施例的挠性安装装置的示意图；图7是用于星型系统FDGS的另一非限制性实施例的挠性安装装置的示意图；以及图8是用于行星系统FDGS的另一非限制性实施例的挠性安装装置的示意图。具体实施方式图1示意性示出了燃气涡轮发动机20。燃气涡轮发动机20在本文公开作为双转子的涡扇，通常结合风扇区段22、压缩机区段24、燃烧室区段26和涡轮区段28。替代的发动机除了其他系统或特征之外可以包括推力增强装置区段（未示出）。风扇区段22驱动空气沿着限定在引擎机舱15内的旁路管道中的旁路流路B，而压缩机区段24驱动空气沿着核心流路C以用于压缩并且传送进入燃烧室区段26随后通过涡轮区段28膨胀。尽管在所公开的非限制性实施例中描述作为双转子涡扇燃气涡轮发动机，应该理解的是本文所描述的概念并非限于使用双转子涡扇，因为教导可以应用到包括三转子架构的其它类型涡轮发动机。示例性的发动机20通常包括低速转子30和高速转子32，安装以用于相对于发动机静态结构36经由数个轴承系统38而围绕发动机中心纵向轴线A旋转。应该理解的是可以替代地或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机，包括：风扇轴，驱动风扇；框架，其支撑所述风扇轴；多个齿轮，用于驱动所述风扇轴；挠性支撑件，其至少部分地支撑所述多个齿轮，所述挠性支撑件具有小于所述框架的刚度；第一涡轮区段，提供驱动输入进入所述多个齿轮；以及第二涡轮区段，其中，所述第一涡轮区段在第一出口点具有第一出口面积，并且在第一速度下旋转；其中，所述第二涡轮区段在第二出口点具有第二出口面积，并且在比所述第一速度更快的第二速度下旋转；其中，第一性能量定义为所述第一速度的平方与所述第一面积的乘积；其中，第二性能量定义为所述第二速度的平方与所述第二面积的乘积；以及其中，所述第一性能量与所述第二性能量的比在约0.5和约1.5之间。

【技术特征摘要】
2013.06.03 US 13/9081771.一种燃气涡轮发动机，包括：风扇轴，驱动风扇；框架，其支撑所述风扇轴；多个齿轮，用于驱动所述风扇轴；挠性支撑件，其至少部分地支撑所述多个齿轮，所述挠性支撑件具有小于所述框架的刚度；第一涡轮区段，提供驱动输入进入所述多个齿轮；以及第二涡轮区段，其中，所述第一涡轮区段在第一出口点具有第一出口面积，并且在第一速度下旋转；其中，所述第二涡轮区段在第二出口点具有第二出口面积，并且在比所述第一速度更快的第二速度下旋转；其中，第一性能量定义为所述第一速度的平方与所述第一出口面积的乘积；其中，第二性能量定义为所述第二速度的平方与所述第二出口面积的乘积；以及其中，所述燃气涡轮发动机满足下述比中的至少一个：所述第一性能量与所述第二性能量的比在0.5和1.5之间；和由所述发动机提供的推力与包括所述第一涡轮区段和第二涡轮区段的涡轮区段的体积的比大于或等于1.5、并且小于或等于5.5磅力/英寸3。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第一性能量与所述第二性能量的比在0.5和1.5之间被满足。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，由所述发动机提供的推力与包括所述第一涡轮区段和第二涡轮区段的涡轮区段的体积的比大于或等于1.5、并且小于或等于5.5磅力/英寸3被满足。4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，两个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：ME麦丘恩，J哈斯班，FM施瓦斯，DB库普拉蒂斯，GL苏丘，WK阿克曼，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国;US