用于飞行器的气体涡轮引擎和用于飞行器的推进器制造技术

本实用新型专利技术提供了用于飞行器的气体涡轮引擎和用于飞行器的推进器。用于飞行器的气体涡轮引擎（10）包括：引擎核心（11），所述引擎核心包括第一涡轮（19）、第一压缩机（14）以及将所述第一涡轮连接到所述第一压缩机的第一芯轴（26）；风扇（23），所述风扇位于所述引擎核心的上游；以及齿轮箱（30）。所述齿轮箱（30）是周转齿轮箱，并且所述齿轮箱（30）具有整体齿轮啮合刚度，所述齿轮箱（30）的所述整体齿轮啮合刚度大于或等于1.05

【技术实现步骤摘要】
用于飞行器的气体涡轮引擎和用于飞行器的推进器


[0001]本公开涉及用于飞行器引擎的齿轮箱、用于飞行器的齿轮传动的气体涡轮引擎以及操作此类飞行器的方法。本公开的各方面涉及具有满足指定标准的齿轮啮合刚度的周转齿轮箱，并且涉及包括此类齿轮箱的用于飞行器的推进器，诸如气体涡轮引擎。

技术介绍

[0002]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是分别在径向平面中在径向方向上延伸或在轴向平面中在轴向方向上延伸的距离。

技术实现思路

[0003]根据第一方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，所述引擎包括：引擎核心，所述引擎核心包括涡轮、压缩机以及将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴；风扇，所述风扇位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，所述齿轮箱被布置成接收来自芯轴的输入并将驱动输出至所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度驱动所述风扇。所述齿轮箱是周转齿轮箱，所述周转齿轮箱包括太阳齿轮、多个行星齿轮、环形齿轮以及所述行星齿轮安装在其上的行星架，所述齿轮箱具有整体齿轮啮合刚度。所述齿轮箱的整体齿轮啮合刚度大于或等于 1.05
×
109N/m，并且任选地可小于或等于8.0
×
109N/m。
[0004]本专利技术人认识到，即使利用高精度制造，也可能存在齿轮对准小误差 (例如，大约100μm)和/或齿轮齿形状小误差(例如，大约10μm)。本专利技术人发现，在整体齿轮箱齿轮啮合中、特别是在限定范围内的齿轮箱啮合刚度中提供一定的柔性允许对这些未对准或形状误差进行调整，从而改善齿轮的负载分担和磨损均匀性。同时，齿轮啮合中的柔性太大可能导致齿轮箱的可靠性和/或效率降低，例如齿轮齿变形过大和/或扭转振动过大。本专利技术人发现，将整体齿轮箱啮合刚度保持在指定范围内可提供最佳的齿轮箱性能。
[0005]所述齿轮箱可被定义为具有被定义为环形齿轮的节圆直径(PCD)的齿轮箱直径。所述齿轮箱直径可在0.55m至1.2m的范围内，并且任选地在 0.57m至1.0m的范围内。
[0006]转向齿轮箱尺寸，特别是作为齿轮箱尺寸的度量的环形齿轮节圆直径 (PCD)，本专利技术人认识到，在各种实施方案中，还可通过考虑由于改进较大齿轮箱尺寸的杠杆效应的用途而产生的改进性能与增大较大齿轮箱尺寸的阻力的效果(由大于一定PCD的较大尺寸对改进杠杆效应的回报减少，以及较大尺寸的尺寸和重量增加)之间的关系来选择最佳PCD。可选择环形齿轮材料，以确保PCD尺寸的最大预期扭矩密度正好处在公差限度内。
[0007]齿轮箱啮合刚度可与齿轮齿尺寸(也称为齿轮模块)的立方成比例。本专利技术人认识
到，齿轮齿尺寸在一些布置结构中可不随PCD变化，或者在不同实施方案中可与PCD成比例(例如，随着PCD增加而保持恒定的齿数)。齿轮齿尺寸在其他布置结构中可按PCD的平方根缩放。因此，齿轮箱啮合刚度可独立于PCD，或者可与PCD成比例地变化为幂X，其中X可任选地在1至4的范围内，并且任选地在1.5至3的范围内。
[0008]齿轮箱的整体齿轮啮合刚度可在1.08
×
109N/m至4.9
×
109N/m的范围内。
[0009]行星齿轮与环形齿轮之间的齿轮啮合刚度可在从1.4
×
109N/m至 2.0
×
10
10
N/m的范围内。
[0010]行星齿轮与太阳齿轮之间的齿轮啮合刚度可在1.20
×
109N/m至 1.60
×
10
10
N/m的范围内。
[0011]风扇的风扇直径可在240cm至280cm的范围内。在此类实施方案中，齿轮箱的整体齿轮啮合刚度可在1.05
×
109N/m至3.6
×
109N/m的范围内。
[0012]风扇的风扇直径可在330cm至380cm的范围内。在此类实施方案中，齿轮箱的整体齿轮啮合刚度可在1.2
×
109N/m至4.9
×
109N/m的范围内。
[0013]行星架的扭转刚度可大于或等于1.60
×
108Nm/rad。
[0014]环形齿轮与太阳齿轮啮合之比：
[0015][0016]可在0.90至1.28的范围内，并且任选地小于或等于1.23。
[0017]行星架与太阳齿轮啮合之比：
[0018][0019]可大于或等于0.26，并且任选地可大于或等于4.5。
[0020]行星架与环形齿轮啮合之比：
[0021][0022]可大于或等于0.2，并且任选地大于或等于3.8。
[0023]所述引擎可包括在齿轮箱与风扇之间延伸的风扇轴，以及被布置成将齿轮箱安装在引擎内的齿轮箱支撑件，所述风扇轴、芯轴、齿轮箱和齿轮箱支撑件一起形成变速器。
[0024]所述变速器的有效线性扭转刚度可大于或等于1.60
×
108N/m。
[0025]齿轮啮合与变速器刚度之比：
[0026][0027]可大于或等于0.34，并且任选地可在0.34至11的范围内。
[0028]根据第二方面，提供了一种操作用于飞行器的气体涡轮引擎的方法，所述引擎包括：引擎核心，所述引擎核心包括涡轮、压缩机以及将涡轮连接到压缩机的芯轴；风扇，所述风扇位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，所述齿轮箱被布
置成接收来自芯轴的输入并将驱动输出至所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度驱动所述风扇。所述齿轮箱是周转齿轮箱，所述周转齿轮箱包括太阳齿轮、多个行星齿轮、环形齿轮以及所述行星齿轮安装在其上的行星架，所述齿轮箱具有整体齿轮啮合刚度。所述齿轮箱的整体齿轮啮合刚度大于或等于 1.05
×
109N/m，并且任选地可小于或等于8.0
×
109N/m。所述方法包括操作气体涡轮引擎以在巡航条件下提供推进。
[0029]气体涡轮引擎可具有关于第一方面描述的任何特征，例如齿轮箱的 PCD可在0.55m至1.2m的范围内，并且任选地在0.57m至1.0m的范围内。
[0030]所述方法可包括在巡航时以大于或等于10,000Nm的输入扭矩驱动齿轮箱。所述方法可包括在最大起飞(MTO)时以大于或等于28,000Nm的输入扭矩驱动齿轮箱。
[0031]根据第三方面，提供了一种用于飞行器的推进器，所述推进器包括：风扇，所述风扇包括多个风扇叶片；齿轮箱；以及动力单元，所述动力单元用于经由齿轮箱驱动风扇。所述齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行器的气体涡轮引擎（10），包括：引擎核心（11），所述引擎核心包括第一涡轮（19）、第一压缩机（14）以及将所述第一涡轮连接到所述第一压缩机的第一芯轴（26）；风扇（23），所述风扇位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱（30），所述齿轮箱被布置成接收来自所述第一芯轴（26）的输入并将驱动输出至所述风扇（23），以便以比所述第一芯轴低的旋转速度驱动所述风扇，其特征在于，所述齿轮箱（30）是周转齿轮箱，所述周转齿轮箱包括：太阳齿轮（28）、多个行星齿轮（32）、环形齿轮（38）以及所述行星齿轮（32）安装在其上的行星架（34），所述齿轮箱（30）具有整体齿轮啮合刚度，并且其中所述齿轮箱（30）的所述整体齿轮啮合刚度大于或等于1.05
×
109N/m。2.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎（10），其中所述齿轮箱（30）的所述整体齿轮啮合刚度在1.08
×
109至4.9
×
109N/m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），其中所述齿轮箱（30）具有被定义为所述环形齿轮（38）的节圆直径的齿轮箱直径，并且所述齿轮箱直径在0.55m至1.2m的范围内。4.根据权利要求3所述的气体涡轮引擎（10），其中，所述齿轮箱直径在0.57m至1.0m的范围内。5.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：(i) 所述行星齿轮（32）与所述环形齿轮（38）之间的齿轮啮合刚度在1.4
×
109N/m至2.0
×
10
10
N/m的范围内；并且/或者(ii) 所述行星齿轮（32）与所述太阳齿轮（28）之间的齿轮啮合刚度在1.20
×
109N/m至1.60
×
10
10
N/m的范围内。6.根据权利要求1或权利要求2所述的气体涡轮引擎（10），其中满足下列中的任一者：(i) 所述风扇（23）的风扇直径在240cm至280cm的范围内，并且所述齿轮箱（30）的所述整体齿轮啮合刚度在1.05
×
109N/m至3.6
×
109N/m的范围内；或者(ii) 所述风扇（23）的风扇直径在330cm至380cm的范围内，并且所述齿轮箱（30）的所述整体齿轮啮合刚度在1.2
×
109N/m至4.9
×
109N/m的范围内。7.根据权利要求1或权利要求2所述的气体涡轮引擎（10），其中所述行星架（34）的扭转刚度大于或等于1.60
×
108Nm/rad。8.根据权利要求1或权利要求2所述的气体涡轮引擎（10），其中所述风扇在巡航条件下的旋转速度小于2500rpm。9.根据权利要求8所述的气体涡轮引擎（10），其中所述风扇在巡航条件下的旋转速度小于2300rpm。10.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：所述风扇的风扇直径在240cm至280cm的范围内，并且所述风扇在巡航条件下的旋转速度在1700r...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：新型
国别省市：