振动减少的气体涡轮引擎制造技术

本发明专利技术公开了一种用于飞行器的气体涡轮引擎10，该气体涡轮引擎包括：引擎核心11，该引擎核心包括涡轮19、压缩机14以及将该涡轮连接到该压缩机的芯轴26，该压缩机是该引擎的最低压力压缩机，并且该涡轮是最低压力涡轮并且具有最低压力组叶片19c、19d，该最低压力组叶片中的每个叶片具有质量m、叶片中间高度处的半径r以及巡航角速度ω；风扇23，该风扇位于该引擎核心的上游；和齿轮箱30，该齿轮箱接收来自该芯轴的输入并且将驱动输出至该风扇。该引擎核心11还包括被布置成支撑该芯轴的三个轴承26a‑c，该三个轴承包括前轴承26a和两个后轴承26b、26c，其中次跨度(S)被定义为该两个后轴承之间的轴向距离。第一叶片与轴承的比：

【技术实现步骤摘要】
振动减少的气体涡轮引擎
本公开涉及芯轴在用于飞行器的气体涡轮引擎内的安装，并且具体地涉及轴承定位以及可如何布置和安装这种轴以便管理振动和谐振效应。
技术介绍
如本文所用，范围“值X至值Y”或“值X和值Y之间”等表示包含范围；包括X和Y的边界值。如本文所用，术语“轴向平面”表示沿引擎的长度、平行于并且包含引擎的轴向中心线延伸的平面，并且术语“径向平面”表示垂直于引擎的轴向中心线延伸的平面，因此包括在径向平面的轴向位置处的所有径向线。轴向平面也可以被称为纵向平面，因为它们沿引擎的长度延伸。因此，径向距离或轴向距离分别为径向或轴向平面中的距离。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、压缩机以及将该涡轮连接到该压缩机的芯轴，并且其中该压缩机是该引擎的最低压力压缩机，并且该涡轮是该引擎的最低压力涡轮并且具有最低压力组叶片，该最低压力组叶片中的每个叶片具有质量m、叶片中间高度处的半径r以及巡航角速度ω。该引擎还包括风扇，该风扇位于该引擎核心的上游，该风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，该齿轮箱接收来自该芯轴的输入并将驱动输出至该风扇，以便以比该芯轴更低的旋转速度驱动该风扇。该引擎核心还包括被布置成支撑芯轴的三个轴承，这三个轴承包括前轴承和两个后轴承，其中次跨度(S)被定义为这两个后轴承之间的轴向距离。第一叶片与轴承的比：具有在2.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内的值。本专利技术人认识到，引擎不应随着力的增大而线性地按比例增大(mrω2提供力的量度)，而是应尽可能少地增大次跨度长度(S)以便相对地减小引擎长度和重量，因此允许通过避免附加重量来增加效率增益，并且以便避免在次跨度内形成不期望的涡旋模式。虽然传统观点表明，需要较大的次跨度来改善来自低压涡轮的力的反作用力，但是本专利技术人发现，引入涡旋模式的风险以及引入更多的长度和重量会抵消力反作用力的益处，并且因此第一叶片与轴承的比应保持在指定范围内。第一叶片与轴承的比可在3.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在4.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在5.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在2.0×10-6至6.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在3.0×10-6至6.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在3.0×10-6至4.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，并且还任选地在4.5×10-6至6.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内。第二叶片与轴承的比：可具有在以下范围内的值：在0.8至6.0kg-1的范围内，任选地在0.8至5.0kg-1的范围内，任选地在0.8至4.0kg-1的范围内，任选地在0.8至3.0kg-1的范围内，任选地在0.8至2.0kg-1的范围内。根据第二方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、压缩机以及将该涡轮连接到该压缩机的芯轴，并且其中该涡轮是该引擎的最低压力涡轮并且具有最低压力组叶片，该最低压力组叶片中的每个叶片具有质量m、叶片中间高度处的半径r，并且该压缩机是该引擎的最低压力压缩机。该引擎还包括风扇，该风扇位于该引擎核心的上游，该风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，该齿轮箱接收来自该芯轴的输入并将驱动输出至该风扇，以便以比该芯轴更低的旋转速度驱动该风扇。该引擎核心还包括被布置成支撑芯轴的三个轴承，这三个轴承包括前轴承和两个后轴承，其中次跨度(S)被定义为这两个后轴承之间的轴向距离。第二叶片与轴承的比：具有在0.8至6.0kg-1的范围内的值。第二叶片与轴承的比可在0.8至5.0kg-1的范围内，任选地在0.8至4.0kg-1的范围内，任选地在0.8至3.0kg-1的范围内，任选地在0.8至2.0kg-1的范围内。该最低压力组叶片中的每个叶片具有巡航角速度ω，并且第一叶片与轴承的比：可具有在以下范围内的值：在2.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在3.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在4.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在5.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在2.0×10-6至6.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在3.0×10-6至6.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，并且还任选地在4.5×10-6至6.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内。在第一方面或第二方面，可存在以下特征中的一个或多个：次跨度S可在250mm至350mm的范围内。在各种实施方案中，次跨度可大于或等于250mm、255mm、260mm和265mm中的任一个。在各种实施方案中，次跨度可小于或等于350mm、345mm、340mm或335mm中的任一个。芯轴的长度(L)可在1800mm至2900mm的范围内，任选地在2000mm至2900mm的范围内，还任选地在2300mm至2800mm的范围内，并且还任选地在2400mm至2750mm的范围内。叶片质量m乘以中间高度处的叶片半径r的值可在180kg.mm至280kg.mm的范围内。齿轮箱可具有大于3，并且任选地在3.1至3.8的范围内的齿轮传动比。芯轴可具有在1500rpm至6200rpm的范围内的运行速度。在巡航时，芯轴的巡航运行速度可在5400rpm至5700rpm的范围内，并且任选地在5500rpm至5600rpm的范围内。在最大起飞(MTO)条件下，芯轴的运行速度可在5800rpm至6200rpm的范围内，并且任选地在5900rpm至6100rpm的范围内。这两个后轴承之间的次跨度与芯轴长度的长度比(S/L)可等于或小于0.14，或者等于或小于0.13，或者等于或小于0.12。该长度比S/L可等于或大于0.05，或者等于或大于0.06，或者等于或大于0.07，或者等于或大于0.08。例如，该长度比S/L可在0.05至0.14的范围内，任选地在0.05至0.13的范围内，任选地在0.06至0.13的范围内，并且任选地在0.08至0.13的范围内。最低压力组叶片中的叶片的质量m可在0.2kg至0.6kg的范围内。最低压力组叶片中的叶片的半径r可在400mm至600mm的范围内。最低压力组叶片中的每个叶片可具有在560至600rad.s-1范围内的巡航角速度ω。芯轴的长度可在1800mm至2900mm或2750mm的范围内。次跨度可在250mm至350mm的范围内，并且任选地260mm至350mm的范围内。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞行器的气体涡轮引擎(10)，包括：/n引擎核心(11)，所述引擎核心包括涡轮(19)、压缩机(14)以及将所述涡轮(19)连接到所述压缩机的芯轴(26)，并且其中所述压缩机(14)是所述引擎(10)的最低压力压缩机，并且所述涡轮(19)是所述引擎(10)的最低压力涡轮并且具有最低压力组叶片(19c,19d)，所述最低压力组叶片(19c,19d)中的每个叶片具有质量m、叶片中间高度处的半径r以及巡航角速度ω；/n风扇(23)，所述风扇位于所述引擎核心(11)的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；和/n齿轮箱(30)，所述齿轮箱接收来自所述芯轴(26)的输入并且将驱动输出至所述风扇(23)，以便以比所述芯轴(26)更低的旋转速度驱动所述风扇，/n并且其中所述引擎核心(11)还包括被布置成支撑所述芯轴(26)的三个轴承(26a-c)，所述三个轴承包括前轴承(26a)和两个后轴承(26b,26c)，其中次跨度S被定义为所述两个后轴承(26b,26c)之间的轴向距离，并且其中第一叶片与轴承的比：/n

【技术特征摘要】
20191219 GB 1918781.41.一种用于飞行器的气体涡轮引擎(10)，包括：
引擎核心(11)，所述引擎核心包括涡轮(19)、压缩机(14)以及将所述涡轮(19)连接到所述压缩机的芯轴(26)，并且其中所述压缩机(14)是所述引擎(10)的最低压力压缩机，并且所述涡轮(19)是所述引擎(10)的最低压力涡轮并且具有最低压力组叶片(19c,19d)，所述最低压力组叶片(19c,19d)中的每个叶片具有质量m、叶片中间高度处的半径r以及巡航角速度ω；
风扇(23)，所述风扇位于所述引擎核心(11)的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；和
齿轮箱(30)，所述齿轮箱接收来自所述芯轴(26)的输入并且将驱动输出至所述风扇(23)，以便以比所述芯轴(26)更低的旋转速度驱动所述风扇，
并且其中所述引擎核心(11)还包括被布置成支撑所述芯轴(26)的三个轴承(26a-c)，所述三个轴承包括前轴承(26a)和两个后轴承(26b,26c)，其中次跨度S被定义为所述两个后轴承(26b,26c)之间的轴向距离，并且其中第一叶片与轴承的比：



具有在2.0×10-6至7.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内的值。


2.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述第一叶片与轴承的比在2.0×10-6至6.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内，任选地在3.0×10-6至4.5×10-6kg-1.rad-2.s2的范围内。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的气体涡轮引擎(10)，其中第二叶片与轴承的比：



具有在0.8至6.0kg-1的范围内的值。


4.根据权利要求3所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述第二叶片与轴承的比在0.8至5.0kg-1的范围内，任选地在0.8至4.0kg-1的范围内，任选地在0.8至3.0kg-1的范围内，并且还任选地在0.8至2.0kg-1的范围内。


5.根据任一前述权利要求所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述次跨度S在250mm至350mm的范围内。


6.根据任一前述权利要求所述的气体涡轮引擎(10)，其中m乘以r在180至280kg.mm的范围内。


7.根据任一前述权利要求所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述齿轮箱(30)的齿轮传动比大于3，任选地在3.1至3.8的范围内；并且任选地，其中所述风扇(23)具有在330cm至380cm的范围内的风扇直径。


8.根据任一前述权利要求所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述芯轴(26)具有在1500rpm至6200rpm的范围内的运行速度，并且任选地，其中所述芯轴(26)的所述运行速度为以下中的一种或多种：
(i)在巡航时，在5400rpm至5700rpm的范围内，并且任选地在5500rpm至5600rpm的范围内；并且/或者
(ii)在最大起飞条件下，在5800rpm至6200rpm的范围内，并且任选地在5900rpm至6100rpm的范围内。


9.根据任一前述权利要求所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述两个后轴承(26b,26c)之间的所述次跨度与芯轴长度的长度比等于或小于0.14，并且任选地在0.08至0.13的范围内。


10.根据任一前述权利要求所述的气体涡轮引擎(10)，其中：
(i)所述最低压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉莉安·C·加斯克尔，查图拉·K·坎南加拉，普尼塔·卡迈什，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB