7] 在非限定性實施例中，燃氣滿輪發(fā)動機20是高旁通齒輪傳動飛機發(fā)動機。在另一 示例中，燃氣滿輪發(fā)動機20函道比大于約六（6 :1)。齒輪傳動架構45可包括周轉齒輪系， 例如行星齒輪系統(tǒng)、星形齒輪系統(tǒng)、或其它齒輪系統(tǒng)。齒輪傳動架構45能使低速軸30W更 高的速度運行，運能增加低壓壓縮機38和低壓滿輪機39的運行效率，并且在更少數(shù)量的級 中產生增加的壓力。
[003引低壓滿輪機39的壓力比可W是在低壓滿輪機39的進口之前測得的壓力與在低壓 滿輪機39的出口處并在燃氣滿輪發(fā)動機20的廢氣噴嘴之前的壓力的比。在一個非限定性 實施例中，燃氣滿輪發(fā)動機20的函道比大于約十（10 :1 )，風扇直徑顯著大于低壓壓縮機38 的直徑，并且低壓滿輪機39具有大于約五（5 :1)的壓力比。在另一非限定性實施例中，函 道比大于11且小于22,或者大于13且小于20。不過，應該理解，上面的參數(shù)對齒輪傳動架 構發(fā)動機或使用變速機構的其它發(fā)動機來說只是示例性的，并且本公開可應用于其它的燃 氣滿輪發(fā)動機，包括直接驅動滿輪風扇。在一個非限定性實施例中，低壓滿輪機39包括至 少一個級且不多于八個級，或者至少Ξ個級且不多于六個級。在另一非限定性實施例中，低 壓滿輪機39包括至少Ξ個級且不多于四個級。
[0039] 在示例性燃氣滿輪發(fā)動機20的運個實施例中，大量的推力是由旁通流動路徑B 提供的，運是由于高函道比。燃氣滿輪發(fā)動機20的風扇部分22被設計用于特定的飛行條 件一一通常在約35000英尺的高度處W約0. 8馬赫巡航。由于燃氣滿輪發(fā)動機20處于其 最佳燃料消耗，運個飛行條件也被稱為桶巡航針對推力的燃料消耗（TSFC)。TSFC是每單位 推力的燃料消耗的行業(yè)標準參數(shù)。
[0040] 風扇壓力比是在沒有使用風扇出口引導定子葉片系統(tǒng)的情況下橫跨風扇部 分22的葉片的壓力比。根據(jù)示例燃氣滿輪發(fā)動機20的一個非限定性實施例的低風 扇壓力比小于1.45。在示例燃氣滿輪發(fā)動機20的另一個非限定性實施例中，風扇壓 力比小于1.38且大于1.25。在另一個非限定性實施例中，風扇壓力比小于1.48。在 另一個非限定性實施例中，風扇壓力比小于1.52。在另一個非限定性實施例中，風扇 壓力比小于1.7。低修正風扇尖端速度是實際風扇尖端速度除W行業(yè)標準溫度修正 礦I'm約。段桃款？。邸其中T代表W蘭金度為單位的周圍溫度。根據(jù)示例燃氣滿輪發(fā) 動機20的一個非限定性實施例的低修正風扇尖端速度小于約1150巧s(351m/s)。根據(jù)示例 燃氣滿輪發(fā)動機20的另一個非限定性實施例的低修正風扇尖端速度小于約1400巧S(427 m/s)。根據(jù)示例燃氣滿輪發(fā)動機20的另一個非限定性實施例的低修正風扇尖端速度大于 約lOOOfps(305m/s)。
[0041] 圖2示意性地說明了燃氣滿輪發(fā)動機20的低速軸30。低速軸30包括風扇36、低 壓壓縮機38和低壓滿輪機39。內軸桿34將風扇36、低壓壓縮機38和低壓滿輪機39互連。 內軸桿34通過風扇驅動齒輪系統(tǒng)50被連接到風扇36。在運個實施例中，風扇驅動齒輪系 統(tǒng)50可實現(xiàn)低壓滿輪機39和風扇36的反向旋轉。例如，風扇36沿第一方向D1旋轉，而 低壓滿輪機39也沿與第一方向D1相反的第二方向D2旋轉。
[0042] 圖3說明了被包含在燃氣滿輪發(fā)動機20內W能夠實現(xiàn)風扇36和低壓滿輪機39 的反向旋轉的風扇驅動齒輪系統(tǒng)50的一個示例性實施例。在運個實施例中，風扇驅動齒輪 系統(tǒng)50包括具有太陽齒輪52、圍繞太陽齒輪52設置的齒圈54、和多個星形齒輪56的星形 齒輪系統(tǒng)，星形齒輪56具有定位在太陽齒輪52和齒圈54之間的軸頸軸承57。固定的齒輪 架58承載星形齒輪56中的每一個并被附接到其上。在運個實施例中，固定的齒輪架58不 旋轉并且被連接到燃氣滿輪發(fā)動機20的固定結構55。
[0043] 太陽齒輪52從低壓滿輪機39接收輸入(見圖2)并且沿第一方向D1旋轉，由此沿 著與第一方向D1相反的第二方向D2轉動多個星形齒輪56。該多個星形齒輪56的運動被 傳輸?shù)烬X圈54,齒圈54沿著與太陽齒輪52的第一方向D1相反的第二方向D2旋轉。齒圈 54被連接到風扇36W沿第二方向D2旋轉風扇36 (見圖2)。
[0044] 風扇驅動齒輪系統(tǒng)50的星形系統(tǒng)齒輪比通過測量齒圈54的直徑并將該直徑除W 太陽齒輪52的直徑確定。在一個實施例中，齒輪傳動架構45的星形系統(tǒng)齒輪比是在1. 5 和4. 1之間。在另一個實施例中，風扇驅動齒輪系統(tǒng)50的系統(tǒng)齒輪比是在2.6和4. 1之間。 當星形系統(tǒng)齒輪比低于1. 5時，太陽齒輪52與星形齒輪56相比相對大得多。運種尺寸差 減少了星形齒輪56能夠承載的載荷，運是因為星形齒輪軸頸軸承57的尺寸的減小。當星 形系統(tǒng)齒輪比高于4. 1時，太陽齒輪52與星形齒輪56相比相對小得多。運種尺寸差增加 了星形齒輪56的軸頸軸承57的尺寸，但是減少了太陽齒輪52能夠承載的載荷，運是因為 其齒的尺寸和數(shù)量都減小了。替換地，滾子軸承可被用來替代軸頸軸承57。
[0045] 改善燃氣滿輪發(fā)動機20的性能開始于通過確定風扇36的至少一個風扇葉片的風 扇尖端速度邊界條件W定義風扇葉片的尖端的速度。最大風扇直徑是基于從平衡發(fā)動機效 率、通過旁通流動路徑B的空氣質量、和由風扇葉片的尺寸引起的發(fā)動機重量的增加得到 的預計燃料燃燒確定的。
[0046] 此后確定低壓滿輪機39的每一級的轉子的邊界條件W基于低壓滿輪機39和低壓 壓縮機38的效率定義轉子尖端的速度和定義低壓滿輪機39中的轉子尺寸和級數(shù)。
[0047] 利用關于轉子和風扇葉片中的應力水平的約束來確定風扇36和低壓滿輪機39的 旋轉速度是否將滿足期望數(shù)量的運行壽命循環(huán)。如果在轉子或風扇葉片內的應力水平過 高，那么風扇驅動齒輪系統(tǒng)50的齒輪比可被降低并且可增加低壓滿輪機39的級數(shù)或低壓 滿輪機39的環(huán)形面積。
[0048] 盡管不同的非限定性實施例被示出為具有具體的部件，但是本公開的實施例不限 于運些特定的組合?？蒞將來自非限定實施例中任一個的一些部件或特征與來自其它非限 定實施例中任一個的特征或部件組合使用。
[0049] 應當理解的是，在所有運些附圖中相同的參見數(shù)字指示對應的或類似的元件。還 應該理解的是，盡管在運些示例性實施例中公開并說明了特定的部件布置，但是其它的布 置也可受益于本公開的教導。
[0050] 前面的描述應該被理解為是說明性的而不是限定性的。本領域技術人員將理解某 些改進也落入本公開的范圍內。由于運些原因，應當研讀下面的權利要求W確定本公開的 真實的范圍和內容。
【主權項】
1. 一種改善燃氣渦輪發(fā)動機的性能的方法，包括： 確定風扇部分的至少一個風扇葉片的風扇尖端速度邊界條件； 確定低壓渦輪機的轉子的轉子邊界條件；以及 在低壓渦輪機的轉子和所述至少一個風扇葉片中利用應力水平約束，以確定風扇部分 和低壓渦輪機的旋轉速度是否將滿足期望數(shù)量的運行循環(huán)。2. 如權利要求1所述的方法，其中減速設備連接風扇部分和低壓渦輪機并且包括至少 為約1. 5且不多于約4. 1的星形齒輪比。3. 如權利要求2所述的方法，其中風扇壓力比低于1. 7。4. 如權利要求2所述的方法，其中風扇壓力比低于1. 48。5. 如權利要求3所述的方法，其中函道比在約11和約22之間。6. 如權利要求1所述的方法，其中所述至少一個風扇葉片的風扇葉片尖端速度小于 1400fps〇7. 如權利要求1所述的方法，其中如果在轉子或所述至少一個風扇葉片中的應力水平 過高而不能滿足期望數(shù)量的運行循環(huán)，那么齒輪減速設備的齒輪比就被降低并且增加低壓 渦輪機的級數(shù)。8. 如權利要求1所述的方法，其中如果在轉子或所述至少一個風扇葉片中的應力水平 過高而不能滿足期望數(shù)量的運行循環(huán)，那么齒輪減速設備的齒輪比就被降低并且增加低壓 渦輪機的環(huán)形面積。
【專利摘要】根據(jù)本公開的一個示例性方面的燃氣渦輪發(fā)動機，除了別的以外，包括風扇部分，該風扇部分包括可繞著軸線旋轉的風扇和與該風扇連通的減速設備。減速設備包括帶有至少為1.5的星形齒輪比的星形驅動齒輪系統(tǒng)。風扇的風扇葉片尖端速度小于1400fps。
【IPC分類】F02C7/36, F02C9/00
【公開號】CN105240133
【申請?zhí)枴緾N201510629864
【發(fā)明人】W.G.謝里丹, K.L.哈塞爾
【申請人】聯(lián)合工藝公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2013年9月23日
【公告號】CN104379906A, EP2780570A1, EP2780570A4, US8753065, US20140083107, WO2014120286A1