一种燃气涡轮发动机，其包括核心发动机、风扇区段和包括太阳齿轮的叠加式齿轮箱。多个中间齿轮啮合到所述太阳齿轮并支撑在齿轮架中，并且环形齿轮围绕所述中间齿轮。所述核心发动机驱动所述太阳齿轮，并且来自所述叠加式齿轮箱的输出驱动所述风扇区段。电动马达耦合到所述叠加式齿轮箱的一部分，以通过所述叠加式齿轮箱提供一部分动力来驱动所述风扇区段。
【技术实现步骤摘要】
带有叠加式齿轮箱的混合电力推进
技术介绍
燃气涡轮发动机通常包括风扇区段、压缩机区段、燃烧室区段和涡轮区段。进入压缩机区段的空气经过压缩并被输送到燃烧区段，在燃烧区段中其与燃料混合并被点燃以产生高能排气流。高能排气流通过涡轮区段膨胀，以驱动压缩机和风扇区段。压缩机区段通常包括低压压缩机和高压压缩机，并且涡轮区段包括低压涡轮和高压涡轮。燃气涡轮发动机的尺寸被设计成为起飞和爬升到巡航高度提供足够的推力。一旦进入巡航，就只需要一小部分的发动机推进能力。因此，燃气涡轮发动机操作的大部分在小于最大推进状态下发生。此外，虽然可以采用替代性电力推进系统，但是由电池向电动马达供电所提供的能量密度远小于燃料的能量密度，且因此电力推进系统对于大多数商用飞行器应用而言是不实用的。涡轮发动机制造商继续探索进一步改善发动机性能，包括对热效率、传递效率和推进效率的改善。
技术实现思路
除其他可能的部件外，根据本公开的示例性实施方案的燃气涡轮发动机包括核心发动机、风扇区段和叠加式齿轮箱，所述叠加式齿轮箱包括太阳齿轮。多个中间齿轮啮合到太阳齿轮并支撑在齿轮架中，并且环形齿轮围绕中间齿轮。核心发动机驱动太阳齿轮，并且来自叠加式齿轮箱的输出驱动风扇区段。电动马达耦合到叠加式齿轮箱的一部分，以通过叠加式齿轮箱提供一部分动力来驱动风扇区段。在前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，环形齿轮包括内齿轮齿，所述内齿轮齿啮合到中间齿轮；和外齿轮齿，所述外齿轮齿啮合到由电动马达驱动的驱动齿轮。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，驱动齿轮支撑在由电动马达驱动的驱动轴上，并且驱动轴是单独的并独立于驱动太阳齿轮的核心发动机轴。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，当电动马达未致动时，单向离合器自动将环形齿轮耦合到燃气涡轮发动机的静态结构上。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，单向离合器包括单向机械楔块离合器。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，风扇区段包括由叠加式齿轮箱的齿轮架驱动的轴。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，电动马达耦合到电池系统。核心发动机驱动发电机为电池系统充电。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，由核心发动机和电动马达产生的动力提供海平面起飞推力。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，核心发动机的最大推进能力小于海平面起飞推力。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，使电动马达停用，使得只有核心发动机在巡航运行条件下提供推力。除其他可能的部件外，根据本公开的示例性实施方案的另一燃气涡轮发动机包括核心发动机，所述核心发动机包括压缩机区段，所述压缩机区段被构造成将压缩空气传送到燃烧室区段，所述燃烧室区段被构造成将压缩空气与燃料结合，并且点燃结合后的空气和燃料以产生用于驱动涡轮区段的高能气流。涡轮区段被构造成驱动沿发动机纵向轴线设置的涡轮轴。风扇区段被构造成产生推进推力。风扇区段包括轴和叠加式齿轮箱，所述叠加式齿轮箱包括太阳齿轮；多个中间齿轮，所述多个中间齿轮啮合到太阳齿轮并支撑在齿轮架中；和环形齿轮，所述环形齿轮围绕中间齿轮。涡轮轴被构造成驱动太阳齿轮，并且来自叠加式齿轮箱的输出被构造成驱动轴。电动马达耦合到叠加式齿轮箱的一部分，以通过叠加式齿轮箱提供辅助动力来驱动风扇区段。耦合装置被构造成当电动马达不驱动叠加式齿轮箱的一部分时，自动地将叠加式齿轮箱的所述部分耦合到静态结构。在前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，环形齿轮包括内齿轮齿，所述内齿轮齿啮合到中间齿轮；和外齿轮齿，所述外齿轮齿啮合到由电动马达驱动的齿轮系。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，由电动马达驱动的驱动齿轮独立于涡轮轴，并且以不同于涡轮轴的速度来单独旋转。耦合装置包括单向机械楔块离合器。在任一前述燃气涡轮发动机的另一实施方案中，通过由核心发动机和电动马达产生的动力提供海平面起飞推力。核心发动机的最大推进能力小于海平面起飞推力。除其他可能的步骤外，根据本公开的示例性实施方案的操作燃气涡轮发动机的方法包括将核心发动机耦合到叠加式齿轮箱的第一部分，并且将电动马达耦合到叠加式齿轮箱的第二部分。风扇通过叠加式齿轮箱驱动，利用来自核心发动机和电动马达两者的动力来产生起飞推力。在巡航运行条件期间，仅利用来自核心发动机的动力通过叠加式齿轮箱来驱动风扇。在操作燃气涡轮发动机的前述方法的另一实施方案中，叠加式齿轮箱的第一部分包括被啮合以驱动多个中间齿轮的太阳齿轮。第二部分包括围绕中间齿轮的环形齿轮。所述方法还包括响应于电动马达未驱动环形齿轮，将环形齿轮联接到燃气涡轮发动机的静态结构。在操作燃气涡轮发动机的任一前述方法的另一实施方案中，响应于期望的发动机推力超过单独核心发动机的推力产生能力而致动电动马达以驱动环形齿轮，并提供补充动力。在操作燃气涡轮发动机的任一前述方法的另一实施方案中，在巡航运行条件期间，利用核心发动机向电池系统充电以向电动马达提供动力。虽然不同的示例具有图示中所示的特定部件，但是本专利技术的实施方案不限于那些特定组合。可以将示例中的一个的部件或特征中的一些与示例中的另一个的特征或部件组合使用。本文所公开的这些和其他特征可通过下面的说明书和附图得到最好的理解，下面是附图的简要说明。附图说明图1A是示例性燃气涡轮发动机实施方案的示意图。图1B是另一示例性燃气涡轮发动机实施方案的示意图。图2是示例性混合推进系统的示意表示。图3是示例性叠加式齿轮箱实施方案的示意图。图4是混合推进系统的示例性操作循环的示意图示。具体实施方式图1A示意性地示出了燃气涡轮发动机20。在本文中，将燃气涡轮发动机20公开为双转子涡轮风扇发动机，其通常包括风扇区段22和核心发动机72。核心发动机72包括压缩机区段24、燃烧室区段26和涡轮区段28。风扇区段22沿发动机舱18内限定的旁通管道中的旁通流动路径B驱动空气，并且还沿核心流动路径C驱动空气，用于对空气进行压缩并输送到燃烧室区段26中，然后通过涡轮区段28使空气膨胀。虽然在所公开的非限制性实施方案中作为双转子涡轮风扇燃气涡轮发动机进行描述，但是应当理解，因为本教导可以应用于其他类型的发动机，包括三转子结构、涡轮风扇和涡轮螺旋桨发动机以及使用石油基燃料的其他飞行器推进系统，所以本文描述的概念不限于使用双转子涡轮风扇。示例性发动机20通常包括低速转子30和高速转子32，所述低速转子30和高速转子32被安装成经由若干轴承系统38相对于发动机静态结构36围绕发动机中心纵向轴线A旋转。应当理解，可选地或另外地，可以在各个位置处设置各种轴承系统38，并且为了适应于具体应用，可以改变轴承系统38的位置。低速转子30通常包括互连的内轴40、第一(或低压)压缩机44和第一(或低压)涡轮46。内轴40通过变速机构连接到风扇区段22来以低于低速转子30的速度驱动风扇叶片42，在示例性燃气涡轮发动机20中，所述变速机构被示出为齿轮传动架构4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机，包括：/n核心发动机；/n风扇区段；/n叠加式齿轮箱，其包括太阳齿轮；多个中间齿轮，所述多个中间齿轮啮合到所述太阳齿轮并支撑在齿轮架中；和环形齿轮，所述环形齿轮围绕所述中间齿轮，所述核心发动机驱动所述太阳齿轮，并且来自所述叠加式齿轮箱的输出驱动所述风扇区段；以及/n电动马达，其耦合到所述叠加式齿轮箱的一部分，以通过所述叠加式齿轮箱来提供一部分动力以驱动所述风扇区段。/n
【技术特征摘要】
20181121 US 16/1976051.一种燃气涡轮发动机，包括：
核心发动机；
风扇区段；
叠加式齿轮箱，其包括太阳齿轮；多个中间齿轮，所述多个中间齿轮啮合到所述太阳齿轮并支撑在齿轮架中；和环形齿轮，所述环形齿轮围绕所述中间齿轮，所述核心发动机驱动所述太阳齿轮，并且来自所述叠加式齿轮箱的输出驱动所述风扇区段；以及
电动马达，其耦合到所述叠加式齿轮箱的一部分，以通过所述叠加式齿轮箱来提供一部分动力以驱动所述风扇区段。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述环形齿轮包括内齿轮齿，所述内齿轮齿啮合到所述中间齿轮；和外齿轮齿，所述外齿轮齿啮合到由所述电动马达驱动的驱动齿轮。
3.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述驱动齿轮支撑在由所述电动马达驱动的驱动轴上，并且所述驱动轴是单独的并独立于驱动所述太阳齿轮的核心发动机轴。
4.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，包括单向离合器，所述单向离合器在所述电动马达未致动时自动地将所述环形齿轮耦合到所述燃气涡轮发动机的静态结构上。
5.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中所述单向离合器包括单向机械楔块离合器。
6.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述风扇区段包括由所述叠加式齿轮箱的所述齿轮架驱动的轴。
7.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述电动马达耦合到电池系统，并且所述核心发动机驱动发电机来为所述电池系统充电。
8.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中通过由所述核心发动机和所述电动马达产生的动力提供海平面起飞推力。
9.如权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中所述核心发动机的最大推进能力小于所述海平面起飞推力。
10.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中所述电动马达停用，使得仅所述核心发动机在巡航运行条件下提供推力。
11.一种燃气涡轮发动机，包括：
核心发动机，其包括压缩机区段，所述压缩机区段被构造成将压缩空气传送到燃烧室区段，所述燃烧室区段被构造成将所述压缩空气与燃料结合，并且点燃所结合的空气和燃料以产生用于驱动涡轮区段的高能气流，所述涡轮区段被构造成驱动沿发动机纵向轴线设置的涡...
【专利技术属性】
技术研发人员：ND勒克，ME麦昆，JH波利，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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