CN105715383B - 涡轮发动机组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种涡轮发动机组件(16)。该组件包括固定构件(52)、驱动轴(32)、以及沿驱动轴(32)联接的且联接至固定构件(52)的齿轮箱(50)。组件还包括联接在固定构件(52)和齿轮箱(50)之间的减振机构(62)。减振机构(62)配置成将齿轮箱(50)的振动响应与固定构件(52)隔离。

Description

涡轮发动机组件
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119(e)，本非临时申请要求2014年11月21日提交的题为“TURBINEENGINE ASSEMBLY AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF(涡轮发动机组件及制造其的方法)”的美国临时专利申请No.62/082722的优先权的益处，其全部内容通过参考并入本文中。
技术领域
本公开大体涉及用于结合涡轮发动机使用的减速齿轮箱组件，并且更具体地涉及减少从齿轮箱组件引入发动机和机身中的至少一个的振动响应的系统和方法。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机(例如涡扇发动机)包括风扇、核心发动机、以及动力涡轮机。核心发动机包括以串联流动关系联接在一起的至少一个压缩机、燃烧器、以及高压涡轮机。更具体地，压缩机和高压涡轮机通过轴联接以形成高压转子组件。进入核心发动机的空气与燃料混合并被点燃，以形成高能气流。高能气流流过高压涡轮机，以可旋转地驱动高压涡轮机使得轴可旋转地驱动压缩机。当气流在它流过定位在高压涡轮机后面的动力或低压涡轮机时膨胀。低压涡轮机包括具有联接至驱动轴的风扇的转子组件。低压涡轮机通过驱动轴可旋转地驱动风扇，并且当低压涡轮机在相对高转速下运行且风扇以低的压力比在相对低转速下运行时，涡轮发动机性能被增强。
很多现代商用涡扇发动机制造成不断增大的涵道比以有利于提高发动机效率。但是，增大涡扇发动机的涵道比导致增大的风扇大小和风扇叶尖速度，这必需被控制以维持涡扇发动机的效率。所以，至少一些已知的涡扇发动机包括沿驱动轴联接在低压涡轮机和风扇之间的减速齿轮箱，使得风扇以不同于低压涡轮机的速度旋转。但是，减速齿轮箱通常会增加涡扇发动机的重量和复杂性，引起推进系统或相关飞行器的机身的振动，而且增大飞行器客舱的噪音。因此，期望的是具有对相关飞行器引发较少振动和噪音的涡扇发动机。
发明内容
在一个方面，提供了一种涡轮发动机组件。该组件包括固定构件、驱动轴、和沿驱动轴联接的且联接至固定构件的齿轮箱。该组件还包括联接在固定构件和齿轮箱之间的减振机构。减振机构配置成将齿轮箱的振动响应与固定构件隔离。
在另一个方面，提供了一种飞行器组件。该组件包括挂架和联接到挂架的涡轮发动机组件。涡轮发动机组件包括外壳、定位在外壳内的固定构件、以及联接至所述固定构件的齿轮箱。齿轮箱配置成在一个频率下振动。减振机构联接在涡轮发动机组件和挂架之间，并且减振机构配置成在前述频率的反共振频率下振动。
在又另一方面，提供了制造包括固定构件和驱动轴的涡轮发动机组件的方法。该方法包括将齿轮箱沿着驱动轴联接，将齿轮箱联接到固定构件，以及将减振机构联接在固定构件和齿轮箱之间。减振机构配置成将齿轮箱的振动响应与固定构件隔离。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面以及优点将被更好地理解，贯穿附图相同的标记代表相同的零件，其中：
图1是示例性飞行器组件的示意图。
图2是图1中所示的涡轮发动机组件的一部分的放大示意图。
图3是备选的飞行器组件的示意图。
除非另有说明，本文中所提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。这些特征被认为能适用于多种包括本公开的一个或更多个实施例的系统。所以，附图不意味着包括实践本文所公开的实施例所需要的本领域技术人员已知的所有的常规特征。
零件列表
10 飞行器组件
12 机翼
14 挂架
16 涡轮发动机组件
18 核心燃气涡轮发动机
20 高压压缩机
22 燃烧器
24 高压涡轮机
26 低压涡轮机
28 风扇组件
30 增压压缩机
32 第一驱动轴
34 第二驱动轴
36 核心整流罩
38 外壳
40 旁路导管
42 内表面
44 环境空气
46 入口
48 排气口
50 齿轮箱
52 固定构件
53 支架
54 支撑部件
55 转矩框架
56 框架
57 柔性支撑件
58 第一部分
59 远端
60 第二部分
62 减振机构
100 飞行器组件
102 安装位置
104 第一安装位置
106 第二安装位置
108 第三安装位置。
具体实施方式
本公开的实施例涉及包括齿轮箱和用于在隔离齿轮箱所生成的振动中使用的减振机构的涡轮发动机组件。更具体地，例如，减振机构定位在一个或更多个位置，使得振动被限制传递到飞行器的结构构件。在一个实施例中，减振机构联接在齿轮箱和涡轮发动机的内部固定构件(例如风扇轮毂框架)之间。在另一个实施例中，减振机构联接在涡轮发动机和飞行器结构构件(例如机翼或者机身)之间的安装位置。所以，本文所描述的涡轮机组件有利于减少从包括齿轮箱的涡轮发动机引入飞行器机身的振动，并有利于减少客舱噪音。
如本文中所使用的，用语“轴向的”和“轴向地”是指基本平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，用语“径向的”和“径向地”是指基本垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。另外，如在本文中所使用的，用语“周向的”和“周向地”是指围绕涡轮发动机的中心线弧形延伸的方向和定向。应当认识到，本文中所使用的用语“流体”包括任何流动的介质或材料，包括但不限于空气、气体、液体和蒸汽。
图1是示例性飞行器组件10的示意图。在示例性实施例中，飞行器组件10包括结构构件，诸如机翼12、从机翼12延伸的挂架14、以及联接至挂架14的涡轮发动机组件16。涡轮发动机组件16包括核心燃气轮机发动机18，其包括高压压缩机20、燃烧器22、以及高压涡轮机24。涡轮发动机组件16还包括联接在核心燃气轮机发动机18的下游的低压涡轮机26、联接在核心燃气轮机发动机18的上游的风扇组件28、以及联接在风扇组件28和核心燃气轮机发动机18之间的增压压缩机30。低压涡轮机26经由第一驱动轴32联接到风扇组件28和增压压缩机30，并且高压涡轮机24经由第二驱动轴34联接到高压压缩机20。核心燃气轮机发动机18被环形核心整流罩36包围。外壳35从风扇组件28和核心整流罩36的一部分径向向外地定位并围绕风扇组件28和核心整流罩36的一部分周向地延伸。环形旁路导管40限定在核心整流罩36和外壳38的内表面42之间。在备选的实施例中，结构构件是飞行器机身(未示出)，且挂架14和涡轮发动机组件16直接联接到机身。
在运行中，穿过入口46进入涡轮发动机组件16的环境空气44朝着增压压缩机30被引导穿过风扇组件28。压缩空气朝着高压压缩机20从增压压缩机30排出。高度压缩的空气从高压压缩机20朝着燃烧器20引导，与燃料混合，并且混合物在燃烧器22内燃烧。燃烧器22生成的高温燃气被朝着涡轮机24和26引导。燃气随后经由排气口48从涡轮发动机组件16排出。
图2是涡轮发动机组件16(图1中所示)的一部分的放大示意图。在示例性实施例中，涡轮发动机组件16包括沿第一驱动轴32联接的齿轮箱50。在各种实施例中，齿轮箱50包括但不限于，星形行星齿轮箱组件。齿轮箱50联接到涡轮发动机组件16的固定构件52。更具体地，齿轮箱50包括支架53、联接到支架53的转矩框架55、以及联接到转矩框架55的柔性支撑件57。支撑部件54联接到柔性支撑件57，且朝着固定构件52延伸。例如，在一个实施例中，固定构件52以涡轮发动机组件16的框架56来实施。此外，齿轮箱50沿着第一驱动轴32联接，由此限定了朝风扇组件28(图1所示)延伸的第一部分58，还限定了朝低压涡轮机26(图1所示)延伸的第二部分60。所以，齿轮箱50有利于将风扇组件28的转速和低压涡轮机26的转速分离。
涡轮发动机组件16还包括联接在框架56和齿轮箱50之间的减振机构62。更具体地，在一个实施例中，减振机构62联接在框架56和支撑部件54的远端59之间，并有利于在齿轮箱50运行时将齿轮箱50的振动响应与框架56隔离。备选地，减振机构62联接在支撑部件54和柔性支撑件57之间。框架56典型地直接地或间接地联接到挂架14(图1所示)。所以，减振机构62有利于减少从齿轮箱50引入挂架14和飞行器组件10的振动。
减振机构62是使飞行器组件10按照本文所述发挥作用的任意隔离器或阻尼机构。示例性的减振机构包括但不限于，摩擦阻尼装置(即，Coulomb阻尼)，以及偏置装置，诸如弹簧、金属网隔离器、或由弹性材料制造的装置。
此外，在运行中，齿轮箱50以由齿轮箱50内互连的齿轮齿(未示出)的齿轮啮和振荡(即，齿轮啮合频率)所限定的某个频率或频率范围振动。减振机构62被调节以减少齿轮啮合频率，并确保框架56和飞行器组件10的其余部分与齿轮箱50的振动响应隔离。在一些实施例中，减振机构62被调节以在齿轮啮合频率的反共振频率下振动。
图3是备选飞行器组件100的示意图。在示例性实施例中，飞行器组件100包括结构构件，诸如机翼12、从机翼12延伸的挂架14、以及联接到挂架14的涡轮发动机组件16。更具体地，涡轮发动机组件16安装到挂架14，且挂架14在一个或更多个安装位置102安装到机翼12。例如，第一安装位置104限定在外壳38和挂架14之间，第二安装位置106限定在核心整流罩36和挂架14之间，以及第三安装位置108限定在机翼12和挂架14之间。减振机构62定位在一个或更多个安装位置102，以有利于在齿轮箱50运行时将涡轮发动机组件16(包括齿轮箱50(图2所示))的振动响应与机翼12隔离。备选地，当挂架14和涡轮发动机组件16直接联接到飞行器组件100的机身(未示出)时，一个或更多个安装位置102位于挂架14和机身之间。
在示例性实施例中，齿轮箱50的支撑部件54(每个如图2所示)直接联接到框架56，而没有减振机构62定位在它们之间。所以，在运行中，齿轮箱50以齿轮啮合频率振动，该振动经由框架56传递到涡轮发动机16。为了将涡轮发动机组件16的振动响应与机翼12隔离，在安装位置102处的减振机构62被调节以减低齿轮啮合频率。在一些实施例中，减振机构62被调节至在齿轮啮合频率的反共振频率下振动。所以，将减振机构62定位在安装位置102处有利于限制振动被传递到机翼12。
本文中所述的涡轮发动机组件和方法涉及包括在有利于将振动源与机身隔离的预定位置的减振机构的涡轮发动机。在示例性实施例中，振动源是涡轮发动机，并且更具体地是定位在涡轮发动机内的减速齿轮箱。减振机构定位在涡轮发动机内，或在涡轮发动机与飞行器的结构构件之间。所以，本文所述的涡轮发动机组件有利于限制振动被传递给机身，这减少了客舱的噪音、体感振动以及在引发至机身的结构构件的疲劳损坏的可能性。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可能在一些附图中显示，而在其他附图中没有显示，但这只是为了方便。按照本公开的实施例的原则，附图的任何特征可以组合任何其他附图的任何特征被参考和/或被声明。
该书面描述使用示例以公开包括最佳模型的本公开的实施例，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开的实施例，包括制造和使用任意装置或系统以及执行任意并入的方法。本文中描述的实施例的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括没有不同于权利要求的文字表达的结构元件，或者如果它们包括带有与权利要求的文字表达无实质区别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种涡轮发动机组件，包括：
固定的涡轮发动机组件框架；
驱动轴；
沿所述驱动轴联接的齿轮箱；
在所述齿轮箱与所述固定的涡轮发动机组件框架之间延伸的组件以将所述齿轮箱联接至所述固定的涡轮发动机组件框架，所述组件具有在所述齿轮箱与所述固定的涡轮发动机组件框架之间串联的第一支撑部件和第二支撑部件，使得所述第一支撑部件的外端连接至所述固定的涡轮发动机组件框架而所述第一支撑部件的内端连接至所述第二支撑部件的外端，所述第二支撑部件的内端连接至所述齿轮箱；
第一减振机构，其联接在所述固定的涡轮发动机组件框架与所述第一支撑部件的外端之间；以及
第二减振机构，其联接在所述第一支撑部件的内端与所述第二支撑部件的外端之间，所述第一减振机构和所述第二减振机构配置成将所述齿轮箱的振动响应与所述固定的涡轮发动机组件框架隔离。
2.根据权利要求1的涡轮发动机组件，其特征在于，所述齿轮箱包括支架和联接到所述支架的转矩框架，并且其中，所述第二支撑部件的内端联接到所述转矩框架。
3.根据权利要求1的涡轮发动机组件，其特征在于，所述驱动轴包括朝风扇组件延伸的第一部分，以及朝低压涡轮机延伸的第二部分。
4.根据权利要求1的涡轮发动机组件，其特征在于，所述齿轮箱配置成在由齿轮啮合振动限定的频率下振动，且所述第一减振机构和第二减振机构配置成在所述频率的反共振频率下振动。
5.一种飞行器组件，包括：
挂架；
联接至所述挂架的如权利要求1至4中任一项所述的涡轮发动机组件，所述涡轮发动机组件包括：
外壳，其中，
所述固定的涡轮发动机组件框架定位在所述外壳内，
所述齿轮箱配置成在一个频率下振动；以及
第三减振机构，其联接在所述涡轮发动机组件和所述挂架之间，所述第三减振机构配置成在所述频率的反共振频率下振动。
6.根据权利要求5所述的飞行器组件，其特征在于，所述齿轮箱直接联接至从所述齿轮箱延伸的第二支撑部件，所述第二减振机构联接在所述第一支撑部件和所述第二支撑部件之间。
7.根据权利要求5所述的飞行器组件，其特征在于，所述涡轮发动机组件在安装位置联接至所述挂架，所述第三减振机构定位在所述安装位置。
8.根据权利要求7所述的飞行器组件，其特征在于，还包括定位在所述外壳内的核心整流罩，其中所述安装位置被限定在所述挂架与所述外壳和所述核心整流罩中的至少一个之间。
9.根据权利要求5所述的飞行器组件，其特征在于，还包括结构构件，所述挂架在安装位置联接至所述结构构件，其中所述第三减振机构定位在所述安装位置。
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