具有可變總壓力比的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有可變總壓力比（“OPR”）。發(fā)動(dòng)機(jī)包括高壓壓縮機(jī)，該高壓壓縮機(jī)至少具有包括主轉(zhuǎn)子組的主級(jí)以及包括次轉(zhuǎn)子組的次級(jí)。提供離合器以選擇性地接合次轉(zhuǎn)子與主轉(zhuǎn)子?？梢曰诮煌üぞ咝羞M(jìn)模式控制離合器的接合，諸如在起飛模式期間分離以降低渦輪入口溫度以及在徘徊模式期間接合以提高OPR。
【專利說明】具有可變總壓力比的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總地涉及一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，并且更具體地涉及一種用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中提供可變總壓力比的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于推進(jìn)飛行器。可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的形式以及飛行器的飛行參數(shù)改變?nèi)細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和性能。然而，通常，用于飛行器中的傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率在整個(gè)飛行包線中并非是優(yōu)化的。更具體地，工作效率典型地包括數(shù)個(gè)組分，諸如推進(jìn)效率和熱效率，在不同功率設(shè)定下具有最高值。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的總壓力比(OPR)可以影響何時(shí)到達(dá)最高的推進(jìn)和熱效率。在大多數(shù)傳統(tǒng)飛行器中，OPR是固定的并且因此有效組分典型地在不同功率設(shè)定下達(dá)到最高值。
[0003]最近，已經(jīng)嘗試提出了可變壓力比發(fā)動(dòng)機(jī)以用于更好地協(xié)調(diào)最大推進(jìn)和熱效率。例如，2010年9月9日公開的Starr的美國專利申請(qǐng)公開N0.2010/0223903 Al公開了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可變壓力比壓縮機(jī)，其中可以選擇性地接合壓縮機(jī)的后級(jí)以提高壓力比。發(fā)動(dòng)機(jī)包括空氣旁路以及控制至旁路的通路的閥。當(dāng)接合后級(jí)時(shí)，閥關(guān)閉以使得空氣流被引導(dǎo)穿過后級(jí)。替代地，當(dāng)脫離后級(jí)時(shí)，閥開啟以使空氣流圍繞后級(jí)轉(zhuǎn)向。重要的，Starr的903申請(qǐng)公開了一種用于選擇性地接合后級(jí)的離合器，其位于前級(jí)和后級(jí)壓縮機(jī)之間，靠近燃燒室。因此，離合器暴露至高達(dá)大約1000 °?的溫度下，這使得使用高溫離合器部件成為必要，由此增大了壓縮機(jī)的成本。此外，在該位置處僅可獲得有限的空間，以及因此Starr的903申請(qǐng)中提出的組件顯得實(shí)際。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種具有低壓轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，低壓轉(zhuǎn)子包括配置用于向后空氣流的低壓壓縮機(jī)，以及布置在低壓壓縮機(jī)后部并且配置用于向前空氣流的低壓渦輪。高壓轉(zhuǎn)子布置在低壓轉(zhuǎn)子后部，并且包括布置在低壓渦輪后部以及配置用于向前空氣流的高壓渦輪，布置在高壓渦輪后部的燃燒室，以及布置在燃燒室后部并且配置用于向前空氣流的高壓壓縮機(jī)，高壓壓縮機(jī)包括主級(jí)和次級(jí)，主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子組，次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子組，其中，主級(jí)布置在次級(jí)后部。配置離合器以選擇性地接合主級(jí)和次級(jí)，并且離合器布置在高壓壓縮機(jī)后部。
[0005]在可以與這些方面的任何一個(gè)組合的本公開的另一方面中，提供了一種具有低壓轉(zhuǎn)子的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，低壓轉(zhuǎn)子包括配置用于向后空氣流的第一風(fēng)扇，布置在第一風(fēng)扇后部并且配置用于向前空氣流的中間壓力渦輪，以及聯(lián)接至第一風(fēng)扇和中間壓力渦輪的第一軸。中間壓力轉(zhuǎn)子包括布置在第一風(fēng)扇后部并且配置用于向后空氣流的第二風(fēng)扇，布置在第二風(fēng)扇后部并且配置用于向后空氣流的中間壓力壓縮機(jī)，布置在中間壓力壓縮機(jī)后部以及中間壓力渦輪前部的低壓渦輪，配置用于向前空氣流的低壓渦輪，以及聯(lián)接至第二風(fēng)扇、中間壓力壓縮機(jī)、和低壓渦輪的第二軸。高壓轉(zhuǎn)子布置在低壓轉(zhuǎn)子和中間壓力轉(zhuǎn)子的后部，并且包括布置在中間壓力渦輪的后部以及配置用于向前空氣流的高壓渦輪，布置在高壓渦輪后部的燃燒室，布置在燃燒室后部并且配置用于向前空氣流的高壓壓縮機(jī)，高壓壓縮機(jī)包括主級(jí)和次級(jí)，主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子組，次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子組，其中主級(jí)布置在次級(jí)的后部，主軸聯(lián)接至高壓渦輪和高壓壓縮機(jī)的主級(jí)，以及次軸聯(lián)接至高壓壓縮機(jī)的次級(jí)。配置離合器以選擇性地接合主級(jí)和次級(jí)，離合器布置在高壓壓縮機(jī)的后部。
[0006]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，一種操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以用于具有起飛模式和徘徊模式的飛行器的方法可以包括提供具有低壓壓縮機(jī)以及布置在低壓壓縮機(jī)后部的低壓渦輪的低壓轉(zhuǎn)子，提供布置在低壓轉(zhuǎn)子后部并且包括布置在低壓渦輪后部的高壓渦輪、布置在高壓渦輪后部的燃燒室、以及布置在燃燒室后部的高壓壓縮機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子，高壓壓縮機(jī)包括主級(jí)和次級(jí)，主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子組，次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子組，其中主級(jí)布置在次級(jí)后部，以及提供配置用于選擇性接合主級(jí)和次級(jí)的離合器，離合器布置在高壓壓縮機(jī)后部?？梢圆捎蔑L(fēng)扇驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生風(fēng)扇空氣軸向向后流，并且風(fēng)扇空氣可以劃分為向后引導(dǎo)并且進(jìn)入排氣管道的低壓風(fēng)扇空氣流，以及向后引導(dǎo)進(jìn)入低壓壓縮機(jī)的核心空氣流。來自低壓壓縮機(jī)的核心空氣流可以引導(dǎo)進(jìn)入反向流管道以產(chǎn)生核心空氣軸向向前流。核心空氣向前流可以依次引導(dǎo)穿過高壓壓縮機(jī)、燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪以產(chǎn)生廢氣。廢氣可以排到排氣管道中。當(dāng)飛行器處于起飛模式時(shí)離合器可以分離，并且當(dāng)飛行器處于徘徊模式時(shí)離合器可以接合。
[0007]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，高壓轉(zhuǎn)子包括聯(lián)接至高壓渦輪和高壓壓縮機(jī)的主轉(zhuǎn)子的主軸，以及聯(lián)接至高壓壓縮機(jī)的次轉(zhuǎn)子的次軸。
[0008]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，離合器選擇性地將次軸接合至主軸，由此選擇性地將次級(jí)接合至主級(jí)。
[0009]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，主軸包括后端，次軸包括后端，并且離合器布置為與主軸和次軸的后端相鄰。
[0010]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括配置用于從高壓壓縮機(jī)主級(jí)流體地連通至燃燒室的壓縮機(jī)擴(kuò)散器，由此在高壓壓縮機(jī)次級(jí)周圍廣生芳路流。
[0011]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，次轉(zhuǎn)子組包括至少兩個(gè)次轉(zhuǎn)子。
[0012]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括直接聯(lián)接至主軸的發(fā)電機(jī)。
[0013]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，發(fā)電機(jī)布置在離合器后部。
[0014]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括可操作地聯(lián)接至離合器的控制器，控制器具有其中接合了離合器的徘徊模式以及其中分離了離合器的起飛模式。
[0015]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括通過風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)聯(lián)接至低壓轉(zhuǎn)子的風(fēng)扇。
[0016]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括布置在高壓轉(zhuǎn)子前部的中間壓力轉(zhuǎn)子，中間壓力轉(zhuǎn)子包括配置用于向后空氣流的中間壓力壓縮機(jī)，以及布置在中間壓力壓縮機(jī)后部并且配置用于向前空氣流的中間壓力渦輪。
[0017]在可以與這些方面的任一個(gè)組合的本公開的另一方面中，進(jìn)一步包括，在將風(fēng)扇空氣劃分為低壓風(fēng)扇空氣流和核心空氣流之后，從核心空氣流分離高壓風(fēng)扇空氣流，其中聞壓風(fēng)扇空氣流弓丨導(dǎo)為向后。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器的示意圖。
[0019]圖2是根據(jù)本公開另一實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0020]圖3是用于圖2的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的離合器的放大示意圖。
[0021]盡管本公開容許各種修改和替代構(gòu)造，但是已經(jīng)在附圖中示出了其一些示意性實(shí)施例并且以下將詳述。然而應(yīng)該理解的是沒有意圖限制于所公開的具體形式，而是相反地意在覆蓋落入本公開精神和范圍內(nèi)的所有變體、替代構(gòu)造以及等同物。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在本文公開了具有可變總壓力比(“0PR”)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性實(shí)施例。每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)包括高壓壓縮機(jī)，高壓壓縮機(jī)具有至少主級(jí)和次級(jí)，主級(jí)具有主轉(zhuǎn)子組，次級(jí)具有次轉(zhuǎn)子組。提供離合器以將次轉(zhuǎn)子選擇性地與主轉(zhuǎn)子接合。在操作具有一個(gè)示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的交通工具期間，可以基于交通工具行駛模式控制離合器的接合。例如在飛行器上，在起飛模式期間可以分離離合器，以及在徘徊模式期間可以接合離合器。在起飛期間的高推進(jìn)條件下，可以分離離合器以停止向高壓壓縮機(jī)的次級(jí)提供功率，由此降低渦輪入口溫度(“T3”)。通過分離高壓壓縮機(jī)的次級(jí)，也減小了 0PR。相反地，當(dāng)飛行器在高海拔處并且在徘徊模式下巡航時(shí)，可以接合離合器以向高壓壓縮機(jī)的次級(jí)提供功率，這增大了 OPR和熱效率，并且減小了核心尺寸。因此，可以調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的OPR以在不同工作模式期間優(yōu)化推進(jìn)和熱效率，由此減小燃料消耗。應(yīng)該理解的是在本文所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)僅為了示意說明目的以及展示了對(duì)于通常渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各種部件的一些的【背景技術(shù)】。并未描述對(duì)于理解本公開不必要的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的其他部件。
[0023]在本公開中，相對(duì)于空氣流穿過燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的通常方向而描述位置和方向。更具體地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有入口和出口，空氣穿過入口進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，出口通常定位與入口相對(duì)，空氣穿過出口排出燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。如在本方所使用的，入口限定了發(fā)動(dòng)機(jī)的“正面”或“前面”部分，而出口限定了發(fā)動(dòng)機(jī)的“后部”或“后面”部分。因此，當(dāng)目標(biāo)部件描述為在另一參考部件或點(diǎn)的“前面”時(shí)，該目標(biāo)部件位置比參考部件或點(diǎn)更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的入口。相反地，當(dāng)目標(biāo)部件描述為在另一參考部件或點(diǎn)的“后面”或“后部”時(shí)，目標(biāo)部件位置比參考部件或點(diǎn)更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的出口。類似的，空氣流方向使用“向后”標(biāo)識(shí)，這意味著處于從發(fā)動(dòng)機(jī)的入口至發(fā)動(dòng)機(jī)的出口的大致方向，以及使用“向前”標(biāo)識(shí)，這意味著處于從發(fā)動(dòng)機(jī)的出口至發(fā)動(dòng)機(jī)的入口方向的大致方向。
[0024]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，飛行器20的示意圖示出為具有燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)22，飛行條件傳感器24，控制器26，以及離合器28。飛行器20可以采用任意種類的形式，包括但是不限于直升機(jī)、飛機(jī)、無人太空船、旋轉(zhuǎn)翼飛行器、和氣墊式飛行器。此外，在本文所公開的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于不包括飛行器的其他應(yīng)用，諸如例如海洋推進(jìn)器和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他應(yīng)用。
[0025]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)22包括第一或低壓轉(zhuǎn)子30，以及布置在低壓轉(zhuǎn)子30后部的第二或高壓轉(zhuǎn)子32。低壓轉(zhuǎn)子30包括配置用于向后空氣流的低壓壓縮機(jī)34，以及配置用于向前空氣流的低壓渦輪36。高壓轉(zhuǎn)子32包括高壓壓縮機(jī)38和高壓渦輪40，兩個(gè)均配置用于向前空氣流。燃燒室42位于高壓壓縮機(jī)38與高壓渦輪40之間。提供管道以引導(dǎo)向后流動(dòng)的空氣流44進(jìn)入低壓壓縮機(jī)34。提供反向流管道，具有位于低壓壓縮機(jī)34下游的入口，以用于導(dǎo)引在其他燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件周圍的空氣流并且沿向前方向改向空氣流。在引導(dǎo)至向后流動(dòng)的廢氣流48之前，向前流動(dòng)的空氣流46隨后依次穿過高壓壓縮機(jī)38、燃燒室42、高壓渦輪40、以及低壓渦輪36。
[0026]高壓壓縮機(jī)38包括主級(jí)50和次級(jí)52，主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子組，次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子組。離合器28基于由控制器26提供的離合器信號(hào)而選擇性地將次級(jí)52接合至主級(jí)50?？刂破?6可以通信的聯(lián)接至飛行條件傳感器24以接收飛行條件信號(hào)。基于飛行條件信號(hào)，控制器26可以確定是否發(fā)送離合器接合信號(hào)或離合器分離信號(hào)。例如，當(dāng)飛行條件信號(hào)指示飛行器20處于起飛模式下時(shí)，控制器26可以產(chǎn)生離合器分離信號(hào)，由此停止向高壓壓縮機(jī)38的次級(jí)52提供功率。替代地，飛行條件信號(hào)可以指示飛行器20處于徘徊模式下，在該情形下控制器26產(chǎn)生離合器接合信號(hào)以向次級(jí)52提供功率。在一個(gè)實(shí)施例中，飛行條件信號(hào)可以包括指示感測(cè)到的渦輪入口溫度的T3信號(hào)，以及指示發(fā)動(dòng)機(jī)請(qǐng)求的功率量的功率需求信號(hào)，并且基于這些信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)22?？梢蕴峁┤芜x的高壓壓縮機(jī)旁路54以用于當(dāng)次級(jí)52被停止提供功率時(shí)引導(dǎo)空氣繞過次級(jí)52。
[0027]飛行條件傳感器24測(cè)量飛行器飛行條件，例如諸如速度和海拔高度，并且可以輸出任何種類的數(shù)據(jù)，無論是感測(cè)到的還是計(jì)算得到的。例如除了別的以外，飛行條件傳感器24可以感測(cè)并且輸出諸如靜態(tài)溫度、靜態(tài)壓力、總溫度、和/或總壓力的條件。此外，飛行條件傳感器24可以輸出計(jì)算得到的數(shù)值，列舉幾個(gè)示例，諸如等效空氣速度、海拔高度和馬赫數(shù)。也可以輸出任何數(shù)目的其他感測(cè)到的條件或計(jì)算得到的數(shù)據(jù)。飛行條件傳感器24向控制器26提供數(shù)據(jù)并且可以以模擬或數(shù)字形式輸出數(shù)值。
[0028]控制器26典型地位于航空電子設(shè)備艙中，并且可以是單個(gè)部件或者可操作地聯(lián)接的部件的集合?？刂破?6可以由數(shù)字電路、模擬電路或兩者混合組合構(gòu)成。此外，控制器26可以是可編程的、集成狀態(tài)機(jī)、或其混合組合。控制器26可以包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算邏輯單元(ALU)、中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、限制器、調(diào)節(jié)器、濾波器、格式轉(zhuǎn)換器或類似裝置。在一種形式中，控制器26是可編程的，并且根據(jù)由諸如軟件和固件的編程指令所限定的操作邏輯而執(zhí)行算法和處理程序。替代地或者額外地，用于控制器26的操作邏輯可以至少部分地由硬件邏輯或其他硬件限定。在一種形式中，配置控制器26以操作作為全權(quán)數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制(FADEC);然而在其他實(shí)施例中，可以以不同方式配置。控制器可以排他地專用于控制離合器28，或者可以進(jìn)一步用于調(diào)節(jié)、控制和/或激活飛行器20或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)22的一個(gè)或多個(gè)其他子系統(tǒng)或方面。
[0029]圖1中所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)22描繪作為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，但是可以在其他實(shí)施例中采取其他形式，諸如例如渦輪風(fēng)扇、渦輪軸和渦輪螺旋槳。此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)22也可以集成在可以包括沖壓式噴氣裝置或超音速?zèng)_壓噴射裝置的高速推進(jìn)系統(tǒng)中。在一些形式中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)22可以操作作為自適應(yīng)或可變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)22可以結(jié)合諸如脈沖爆炸燃燒室或波形轉(zhuǎn)子燃燒室的燃燒室。仍然進(jìn)一步的，諸如壓縮機(jī)和渦輪的旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)械可以結(jié)合有效的齒頂間隙控制，并且可以具有可變的幾何形狀。
[0030]圖2示出了根據(jù)本公開而構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的替代實(shí)施例。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包括低壓轉(zhuǎn)子102，低壓轉(zhuǎn)子102包括直接或者經(jīng)由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)108而聯(lián)接至第一風(fēng)扇106的第一軸104。中間壓力渦輪110也聯(lián)接至第一軸104并且布置在第一風(fēng)扇106后部。如以下更完整理解的，配置第一風(fēng)扇106以用于向后空氣流，而配置中間壓力渦輪110以用于向前空氣流。一個(gè)或多個(gè)任選的發(fā)電機(jī)121可以操作性地聯(lián)接至低壓轉(zhuǎn)子102以在飛行包線的一些部分期間分享功率。
[0031]發(fā)動(dòng)機(jī)100也可以包括具有第二軸114的中間壓力轉(zhuǎn)子111。第二風(fēng)扇116聯(lián)接至第二軸114，布置在第一風(fēng)扇106后部，并且配置用于向后空氣流。中間壓力壓縮機(jī)118也聯(lián)接至第二軸114，布置在第二風(fēng)扇116后部，并且配置用于向后空氣流。低壓渦輪120聯(lián)接至第二軸114，布置在中間壓力壓縮機(jī)118后部以及中間壓力渦輪110前部，并且配置用于向前空氣流。
[0032]此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包括通常布置在低壓轉(zhuǎn)子102后部的高壓轉(zhuǎn)子122。高壓轉(zhuǎn)子122包括布置在中間壓力渦輪110后部并且配置用于向前空氣流的高壓渦輪126，以及布置在高壓渦輪126后部并且配置用于向前空氣流的高壓壓縮機(jī)130。燃燒室128布置在高壓壓縮機(jī)130與高壓渦輪126之間。在示例性實(shí)施例中，燃燒室128是具有雙擴(kuò)散器的雙穹頂燃燒室，然而不脫離本公開的范圍也可以使用其他類型燃燒室。
[0033]高壓壓縮機(jī)130包括主級(jí)132和次級(jí)136，主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子134組，次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子138組，其中主級(jí)132布置在次級(jí)136后部。雖然圖2中所示實(shí)施例示出了主級(jí)132包括數(shù)排主轉(zhuǎn)子134而次級(jí)136包括兩排次轉(zhuǎn)子138，應(yīng)該知曉的是更多排或更少排轉(zhuǎn)子可以提供在級(jí)中。
[0034]主軸140聯(lián)接至高壓渦輪126和高壓壓縮機(jī)130的次級(jí)136。次軸142聯(lián)接至高壓壓縮機(jī)130的次級(jí)136。主軸和次軸140、142具有布置在聞壓壓縮機(jī)130后部的相應(yīng)后端 144、146。
[0035]提供離合器148以選擇性地將次級(jí)136接合至主級(jí)132。如圖3中最佳示出的，離合器148可以包括聯(lián)接至主軸140的后端144的第一組離合器板150，以及聯(lián)接至次軸142的后端146的第二組離合器板152。離合器驅(qū)動(dòng)器154操作性地聯(lián)接至離合器板150、152以機(jī)械地接合或分離離合器板150、152。當(dāng)離合器板150、152接合時(shí)，次軸142隨著主軸140旋轉(zhuǎn)以使得高壓壓縮機(jī)130的主級(jí)和次級(jí)132、136均被提供功率。當(dāng)離合器板150、152分離時(shí)，次軸142可以相對(duì)于主軸140旋轉(zhuǎn)，而次級(jí)136被停止提供功率。離合器148的位置，在主軸和次軸140、142的后端144、146 (其在高壓壓縮機(jī)130后部)處，將其間隔遠(yuǎn)離處于較低溫度區(qū)域的燃燒室128。此外，通過將其放置在反向流燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的后端處，離合器148無需位于發(fā)動(dòng)機(jī)部件之間并且因此提供了足夠的空間。
[0036]可以任選地提供高壓壓縮機(jī)擴(kuò)散器155以當(dāng)次級(jí)136被停止提供功率時(shí)使得空氣流繞過次級(jí)136。如圖2最佳所示，高壓壓縮機(jī)擴(kuò)散器155位于布置在主級(jí)和次級(jí)132、136之間的中間殼體156處。擴(kuò)散器155將次級(jí)136周圍的空氣流轉(zhuǎn)向至燃燒室128。
[0037]發(fā)電機(jī)158可以操作性地聯(lián)接至主軸140。發(fā)電機(jī)158可以如圖所示直接聯(lián)接至主軸140，而沒有居間的齒輪變速箱，以使得發(fā)電機(jī)158直接由主軸140所驅(qū)動(dòng)。這種直接聯(lián)接設(shè)置允許使用飛行器中的所有電氣架構(gòu)。在所示的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)158布置在離合器148后部。替代地，發(fā)電機(jī)158可以位于離合器148前部。
[0038]控制器(未示出)，諸如結(jié)合圖1的實(shí)施例如上所述的控制器26，可以操作性地聯(lián)接至離合器148。如上所注意到的，控制器可以基于飛行器飛行條件或其他感測(cè)或計(jì)算得到的參數(shù)而接合或分離離合器。
[0039]提供合適的結(jié)構(gòu)以引導(dǎo)空氣流穿過燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包括風(fēng)扇殼體160,第一和第二分流器161、162,排氣管道164,壓縮機(jī)殼體166,核心發(fā)動(dòng)機(jī)殼體168，反向?qū)Ч?70，以及用于引導(dǎo)空氣排出中間壓力渦輪110而進(jìn)入排氣管道164的排氣管172。風(fēng)扇殼體160包圍了第一和第二風(fēng)扇106、116的葉片以引導(dǎo)入口的空氣流180沿向后方向。排氣管道164從風(fēng)扇殼體160延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)100的后部。第一分流器161軸向地位于第二風(fēng)扇116與中間壓力壓縮機(jī)118的前端之間以從入口空氣流180中分離出低壓風(fēng)扇流181。第二分流器162軸向地位于沿著中間壓力壓縮機(jī)118的中部以將入口空氣流180劃分為高壓風(fēng)扇流182和核心空氣流184。反向?qū)Ч?70將排出中間壓力壓縮機(jī)118的向后引導(dǎo)的核心空氣流184反向以提供向前引導(dǎo)的核心空氣流186，其穿過高壓壓縮機(jī)130、燃燒室128、高壓渦輪126以及中間壓力渦輪110。排氣管172將排出中間壓力渦輪110的核心空氣流引導(dǎo)進(jìn)入排氣管道164。
[0040]雖然如圖2所示示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100具有三個(gè)轉(zhuǎn)子，但是設(shè)想發(fā)動(dòng)機(jī)100可以采用僅兩個(gè)轉(zhuǎn)子或者多于三個(gè)轉(zhuǎn)子而不脫離本公開的范圍?？梢酝ㄟ^將第一軸104聯(lián)接至第二軸114以使得它們一起旋轉(zhuǎn)而提供示例性的兩個(gè)轉(zhuǎn)子的實(shí)施例，然而可以采用其他兩個(gè)(和三個(gè))轉(zhuǎn)子的配置結(jié)構(gòu)。通常，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子可以位于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的前端，而單個(gè)高壓轉(zhuǎn)子可以位于發(fā)動(dòng)機(jī)的后端。此外，可以提供風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)以用于更高的旁路配置結(jié)構(gòu)。
[0041]工業(yè)話用件
在本文所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于推進(jìn)交通工具，諸如飛行器以及類似物。使用具有能接合或分離的多個(gè)級(jí)的高壓壓縮機(jī)允許在不同飛行器操作模式期間更好地管理OPR和T3。具體地，高壓壓縮機(jī)的次級(jí)可以在起飛期間分離，由此減小T3。當(dāng)次級(jí)分離時(shí)，其可以允許空轉(zhuǎn)(free wheel)。功率可以從空轉(zhuǎn)的次級(jí)提取來驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器，由此進(jìn)一步減小T3。一些空氣流可以旁通穿過高壓壓縮機(jī)擴(kuò)散器以減少損耗。在飛行器巡航或者徘徊操作期間，可以接合次級(jí)以提高OPR并且減小核心尺寸，由此提高了燃料效率。提供用于接合和分離次級(jí)的離合器可以有利地位于具有最小空間限制的低溫區(qū)域中。具體地，通過使用具有反向流核心的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，離合器可以位于高壓壓縮機(jī)后部并且遠(yuǎn)離燃燒室。該位置不僅具有較低溫度，而且不會(huì)通過需要離合器布置在壓縮機(jī)部件之間而施加空間限制。
[0042]雖然已經(jīng)闡述了僅一些實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，替代方案和變體從以上描述將是明顯的。這些和其他替代方案視作為等同物并且落入本公開的精神和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括: 低壓轉(zhuǎn)子，包括: 低壓壓縮機(jī)，配置用于向后空氣流；以及 低壓渦輪，布置在所述低壓壓縮機(jī)后部并且配置用于向前空氣流； 高壓轉(zhuǎn)子，布置在所述低壓 轉(zhuǎn)子后部并且包括: 高壓渦輪，布置在所述低壓渦輪后部并且配置用于向前空氣流； 燃燒室，布置在所述高壓渦輪后部；以及 高壓壓縮機(jī)，布置在所述燃燒室后部并且配置用于向前空氣流，所述高壓壓縮機(jī)包括主級(jí)和次級(jí)，所述主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子組，所述次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子組，其中，所述主級(jí)布置在所述次級(jí)的后部；以及 離合器，配置以選擇性地接合所述主級(jí)和次級(jí)，所述離合器布置在所述高壓壓縮機(jī)的后部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述高壓轉(zhuǎn)子包括聯(lián)接至所述高壓渦輪和所述高壓壓縮機(jī)的主轉(zhuǎn)子的主軸，以及聯(lián)接至所述高壓壓縮機(jī)的次轉(zhuǎn)子的次軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述離合器選擇性地將所述次軸接合至所述主軸，由此選擇性地將所述次級(jí)接合至所述主級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述主軸包括后端，所述次軸包括后端，以及所述離合器布置為與所述主軸和次軸的后端相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括，壓縮機(jī)擴(kuò)散器，配置以從所述高壓壓縮機(jī)主級(jí)流體地連通至所述燃燒室，由此形成圍繞所述高壓壓縮機(jī)次級(jí)的旁路流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述次轉(zhuǎn)子組包括至少兩個(gè)次轉(zhuǎn)子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)，直接聯(lián)接至所述高壓轉(zhuǎn)子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述發(fā)電機(jī)布置在所述離合器后部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的然氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括控制器，可操作地聯(lián)接至所述離合器，所述控制器具有其中接合了所述離合器的徘徊模式以及其中分離了所述離合器的起飛模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括風(fēng)扇，通過風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)聯(lián)接至所述低壓轉(zhuǎn)子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括，中間壓力轉(zhuǎn)子，布置在所述高壓轉(zhuǎn)子的前部，所述中間壓力轉(zhuǎn)子包括配置用于向后空氣流的中間壓力壓縮機(jī)，以及布置在所述中間壓力壓縮機(jī)的后部并且配置用于向前空氣流的中間壓力渦輪。
12.—種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),包括: 低壓轉(zhuǎn)子，包括配置用于向后空氣的第一風(fēng)扇，布置在所述第一風(fēng)扇后部并且配置用于向前空氣流的中間壓力渦輪，以及聯(lián)接至所述第一風(fēng)扇和所述中間壓力渦輪的第一軸； 中間壓力轉(zhuǎn)子，包括布置在所述第一風(fēng)扇后部并且配置用于向后空氣流的第二風(fēng)扇，布置在所述第二風(fēng)扇后部并且配置用于向后空氣流的中間壓力壓縮機(jī)，布置在所述中間壓力壓縮機(jī)后部以及所述中間壓力渦輪的前部的低壓渦輪，所述低壓渦輪配置用于向前空氣流，以及聯(lián)接至所述第二風(fēng)扇、所述中間壓力壓縮機(jī)以及所述低壓渦輪的第二軸；高壓轉(zhuǎn)子，布置在所述低壓轉(zhuǎn)子和中間壓力轉(zhuǎn)子后部，以及包括: 高壓渦輪，布置在所述中間壓力渦輪后部并且配置用于向前空氣流； 燃燒室，布置在所述高壓渦輪后部； 高壓壓縮機(jī)，布置在所述燃燒室后部并且配置用于向前空氣流，所述高壓壓縮機(jī)包括主級(jí)和次級(jí)，所述主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子組，所述次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子組，其中所述主級(jí)布置在所述次級(jí)后部； 主軸，聯(lián)接至所述高壓渦輪以及所述高壓壓縮機(jī)的主級(jí)；以及 次軸，聯(lián)接至所述高壓壓縮機(jī)的次級(jí)；以及 離合器，配置以選擇性地接合所述主級(jí)和次級(jí)，所述離合器布置在所述高壓壓縮機(jī)的后部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述離合器選擇性地將所述次軸接合至所述主軸，由此選擇性地將所述次級(jí)接合至所述主級(jí)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述主軸包括后端，所述次軸包括后端，以及所述離合器布置為與所述主軸和次軸的后端相鄰。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括，高壓壓縮機(jī)擴(kuò)散器，配置以從所述高壓壓縮機(jī)主級(jí)流體地連通至所述燃燒室，由此形成了圍繞所述高壓壓縮機(jī)次級(jí)的旁路流。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述次轉(zhuǎn)子組包括至少兩個(gè)次轉(zhuǎn)子。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)，直接聯(lián)接至所述主軸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述發(fā)電機(jī)布置在所述離合器后部。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括控制器，可操作地聯(lián)接至所述離合器，所述控制器具有其中接合了所述離合器的徘徊模式以及其中分離了所述離合器的起飛模式。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括風(fēng)扇，通過風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)聯(lián)接至所述低壓轉(zhuǎn)子。
21.一種操作用于具有起飛模式和徘徊模式的飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括: 提供具有低壓壓縮機(jī)以及布置在所述低壓壓縮機(jī)后部的低壓渦輪的低壓轉(zhuǎn)子； 提供布置在所述低壓轉(zhuǎn)子后部的高壓轉(zhuǎn)子，并且所述高壓轉(zhuǎn)子包括布置在所述低壓渦輪后部的高壓渦輪、布置在所述高壓渦輪后部的燃燒室、以及布置在所述燃燒室后部的高壓壓縮機(jī)，所述高壓壓縮機(jī)包括主級(jí)和次級(jí)，所述主級(jí)包括主轉(zhuǎn)子組，所述次級(jí)包括次轉(zhuǎn)子組，其中所述主級(jí)布置在所述次級(jí)后部； 提供配置以選擇性接合所述主級(jí)和次級(jí)的離合器，所述離合器布置在所述高壓壓縮機(jī)后部; 采用風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生軸向地向后風(fēng)扇空氣流； 將所述風(fēng)扇空氣分割為引導(dǎo)向后并且進(jìn)入排氣管道的低壓風(fēng)扇空氣流，以及引導(dǎo)向后進(jìn)入所述低壓壓縮機(jī)的核心空氣流； 將所述核心空氣流從所述低壓壓縮機(jī)改向至反向流管道以形成軸向地向前核心空氣流； 引導(dǎo)所述向前核心空氣流依次穿過所述高壓壓縮機(jī)、所述燃燒室、所述高壓渦輪以及所述低壓渦輪以形成廢氣； 將所述廢氣排入所述排氣管道； 當(dāng)所述飛行器處于所述起飛模式下時(shí)分離所述離合器；以及 當(dāng)所述飛行器處于所述徘徊模式下時(shí)接合所述離合器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括，提供壓縮機(jī)擴(kuò)散器，配置以從所述高壓壓縮機(jī)主級(jí)流體地連通至所述燃燒室，由此當(dāng)所述離合器分離并且所述飛行器處于起飛模式下時(shí)形成圍繞所述高壓壓縮機(jī)次級(jí)的旁路流。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括，在將所述風(fēng)扇空氣劃分為所述低壓風(fēng)扇空氣流與所述核心空氣流之后，從所述核心空氣流分離出高壓風(fēng)扇空氣流，其中所述高壓風(fēng)扇空氣流被向 后引導(dǎo)。
【文檔編號(hào)】F02C3/14GK103906910SQ201280055152
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月9日
【發(fā)明者】J.W.諾里斯, D.B.庫普拉蒂斯, G.M.斯特森 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司