CN105793543B - 配备有用于吸收来自其发动机的推力的装置的涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮发动机，包括两个结构性环形壳体(16，22)，这两个结构性环形壳体通过用于吸收来自包括连接杆(54)的发动机的推力的应力装置(40，54)相互连接，其特征在于，所述推力吸收装置还包括至少一个附件齿轮箱(40)，该至少一个附件齿轮箱附接到所述壳体中的第一壳体(16)并且通过所述连接杆连接到所述壳体中的另一个壳体(22)。

Description

配备有用于吸收来自其发动机的推力的装置的涡轮发动机

技术领域

本发明涉及一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括两个通过用于吸收来自发动机的推力的装置相互连接的结构性环形壳体。

背景技术

飞行器涡轮发动机沿气体在发动机中的流动方向从上游到下游包括：进气口、至少一个压缩机、燃烧室、至少一个涡轮和用于喷射燃烧气体的管道。

双路式涡轮喷气发动机尤其包括：具有将低压压缩机连接到低压涡轮的第一轴的低压主体，和具有将高压压缩机连接到高压涡轮的第二轴的高压主体。进入发动机的空气在与在燃烧室中点燃的燃料混合之前被相继地在低压压缩机与高压压缩机中进行压缩。燃烧气体则在高压涡轮中膨胀并且之后在低压涡轮中膨胀，以使得低压轴进行旋转，低压轴进而驱动风扇轴，风扇安装在压缩机的上游并且产生涡轮喷气发动机的大多数推力。

涡轮发动机的各个模块被结构性环形壳体所围绕，即，壳体足够刚硬以传导力。因此，涡轮发动机从上游到下游可尤其包括风扇壳体、低压压缩机壳体、在低压压缩机与高压压缩机之间延伸的中间壳体、高压压缩机、燃烧室和高压涡轮壳体、在高压涡轮与低压涡轮之间延伸的内涡轮壳体、低压涡轮壳体和在涡轮发动机的管道区域中的排放壳体。

在现有的技术中，已知增加双路式涡轮喷气发动机的涵道比，即，由风扇产生的次级流的流动速率与提供发动机动力的主流的流动速率的比值。这强化了涡轮发动机的“蜂腰”(wasp waist)效应，该涡轮发动机的发动机具有主体(尤其在高压压缩机的区域中)，该主体相比于风扇壳体具有相对小的直径。

涡轮发动机的“蜂腰”越突出，其主体在运行中就越有弯曲的风险。为了补救该问题，已知使涡轮发动机配备用于吸收来自发动机的推力的装置，该装置一般包括纵向连接杆，其一个端部铰接在中间壳体上，其相对的端部铰接在用于从飞行器支架悬挂涡轮发动机的悬挂装置上。

推力吸收连接杆的作用是限制经过发动机的壳体的推力载荷，这使得能够防止诸如压缩机与涡轮的壳体的敏感的壳体在载荷下弯曲，在该敏感的壳体处良好的同心度是必不可少的，尤其是用于使转子叶片的顶端处的间隙最小化以及确保符合要求的性能。

此外，涡轮发动机包括使得能够驱动诸如润滑单元之类的设备的附件齿轮箱(简称为AGB)。已经提出了将附件齿轮箱安装在发动机的主体附近而非在涡轮发动机的发动机舱中。然而，尤其是因为已有数个已安装在该区域中的附件，附件齿轮箱体积相对庞大并且将其集成在发动机的壳体周围相对复杂。上文提及的推力吸收连接杆穿过该区域并且难于实现这种集成，因为附件齿轮箱与连接杆应当被足以防止二者之间接触的间隙分开。

本发明尤其对现有技术的问题中的至少某些问题提供了一种简单、有效和经济的解决方案。

发明内容

本发明提出了一种涡轮发动机，包括两个结构性环形壳体，这两个结构性环形壳体通过用于吸收来自具有连接杆的发动机的推力的装置相互连接，特征在于所述用于吸收推力的装置进一步具有至少一个附件齿轮箱，该至少一个附件齿轮箱固定到所述壳体中的第一壳体并且通过所述连接杆连接到所述壳体中的另一个壳体。

根据本发明，附件齿轮箱或齿轮箱是用于吸收推力的装置中的一些装置，并且因此涉及到吸收在运行期间传递到发动机的主体中的力。附件齿轮箱或齿轮箱因此确保了结构性壳体之间的至少一条力通路。该齿轮箱可比现有技术的齿轮箱更为刚硬，以确保该功能。此外，与齿轮箱相关联的连接杆相比现有技术的连接杆可以更短并且具有更小的横截面。实际上，将附件齿轮箱作为用于吸收推力的装置来使用使得能够利用所述齿轮箱的尺寸，以缩短连接杆的长度和其直径。当具有相同的载荷时，连接杆的长度增加的越多，其直径也增加的越大，反之亦然。

根据本发明的一个实施例，所述至少一个附件齿轮箱被固定到中间壳体的毂部。

有利地，连接杆可具有第一端部和第二端部，该第一端部铰接在所述至少一个附件齿轮箱上，该第二端部直接或间接地连接到内涡轮壳体或排放壳体。每个铰接部可以是枢轴接头或者球型接头。连接杆的第二端部可铰接在内涡轮壳体或排放壳体上。

在变型中，连接杆的第二端部可通过涡轮发动机的下游悬挂装置连接到内涡轮壳体或排放壳体。连接杆的第二端部可铰接在悬挂装置上，该悬挂装置安装在所述内涡轮壳体或排放壳体上。

优选地，悬挂装置包括被设计为固定到飞行器支架的支撑构件。

用于吸收推力的装置可包括单个附件齿轮箱，该单个附件齿轮箱通常是V形或U形的并且包括两个通过中间部分相互连接的横向臂，所述中间部分固定到所述第一壳体，每个臂通过连接杆连接到另一个壳体。FR-12/58196描述了此类型的附件齿轮箱。臂包含齿轮系，该齿轮系位于非平行平面上并且通过至少一个齿轮单元彼此接合，该至少一个齿轮单元位于用于将臂接合的中间部分中。作为位于非平行平面上的齿轮系的运动链的构造使得甚至能够将大的附件齿轮箱靠近发动机的主体布置，而齿轮箱不呈直线布置在径向方向、轴向方向或者角方向上均没有过大的体积。附件齿轮箱还有众多的在完全不同的方向上延伸的表面可用于安置设备，并且这也对限制组件的庞大体积做出了贡献。

在变型中，用于吸收推力的装置包括两个独立的、具有细长形状的附件齿轮箱，每个附件齿轮箱包括：固定到第一壳体的纵向端部；以及通过连接杆连接到另一个壳体的相对的纵向端部。

连接杆可彼此基本平行并且基本平行于涡轮发动机的纵向轴线。因此以远比现有技术更为轴向的方式来布置连接杆，并且因此可仅在单个方向上吸收力，这大大限制了连接杆上的弯曲应力并且使得能够减小所述杆的直径。此外，在前悬架将推力经由支架传递至飞机的涡轮发动机悬架设计概念中，固定到附件齿轮箱的连接杆仅会起到防止敏感的壳体弯曲的作用。

每个连接杆可包括第一端部和第二端部，该第一端部铰接在刚性连接到所述至少一个附件齿轮箱的壳体的轭上，该第二端部铰接在刚性连接到构件的轭上，该构件安装在所述另一个壳体上。构件可以是围绕所述另一个壳体安装的环，并且悬挂装置安装在该环上，以便从飞行器支架悬挂涡轮发动机。在变型中，构件可以是用于支撑用于从飞行器支架悬挂涡轮发动机的悬挂装置的构件。

本发明还涉及用于为上文所描述类型的涡轮发动机吸收推力的装置，特征在于，该装置包括至少一个附件齿轮箱，该至少一个附件齿轮箱具有用于固定到壳体的装置和用于铰接在至少一个连接杆上的装置。

所述至少一个附件齿轮箱通常可以是V形或U形的，其每个横向臂均承载用于铰接在连接杆上的装置。在变型中，所述至少一个附件齿轮箱具有细长的形状，其纵向端部承载用于铰接在连接杆上的装置。

本发明还涉及至少一个用于吸收来自所述涡轮发动机的发动机的推力的涡轮发动机附件齿轮箱的用途。

本发明最后涉及一种涡轮发动机附件齿轮箱，包括承载用于固定到涡轮发动机的装置和用于连接到连接杆的装置的壳体，特征在于，所述齿轮箱的壳体是结构性的，以确保固定装置与连接装置之间的力传递。

现有技术的附件齿轮箱没有被设计为确保这种力传递并且该附件齿轮箱的壳体因此不是结构性的。附件齿轮箱的结构性壳体相比于现有技术的壳体可具有机加工容差，加强肋、以与连接杆的材料等同的材料制成的横截面等等。本领域技术人员负责根据力和能够传递的力的类型来为附件齿轮箱设计结构性壳体。

附图说明

通过参照附图以及阅读下文中以非限制性示例给出的说明，本发明将被更好的理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将显现，在附图中：

图1是根据现有技术的飞行器涡轮发动机的示意性侧视图；

图2是根据本发明的涡轮发动机的局部示意性透视图；

图3是图2的一部分的放大比例视图；

图4是根据本发明的涡轮发动机的变型的局部示意性透视图；以及

图5是根据本发明的另一种涡轮发动机的局部示意性透视图。

具体实施方式

首先参照图1，图1示出了根据现有技术的涡轮发动机10，所述涡轮发动机10在此处的情况下是双路式涡轮喷气发动机。

涡轮发动机10沿气体流动的方向从上游至下游包括：产生气流的风扇12、高压缩压机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和用于喷射燃烧气体的管道14，该气流被分成两个同轴的气流，主气流为包括低压压缩机的发动机提供动力。

发动机的这些模块(风扇、压缩机、燃烧室、涡轮)被结构性环形壳体所包围。涡轮发动机10为此包括多个相继的环形壳体，这些相继的环形壳体包括中间壳体16、高压压缩机壳体18、燃烧室壳体20、内涡轮壳体(inter-turbine casing)22和排放壳体24。

如图1所示，为确保将涡轮发动机10安装和固定到在飞行器的机翼下方的飞行器支架26，设置有分别位于上游的和下游的两个悬架或悬挂装置28、30，以形成涡轮发动机10与支架26之间的接合部。上游悬架28布置在支架26与中间壳体16之间，下游悬架布置在支架26与内涡轮壳体22之间。

悬架28、30被布置并包含在涡轮发动机的两个悬挂平面P1和P2上，这两个平面彼此平行并且正交于所述涡轮发动机的纵向轴线L-L。

图1的涡轮发动机10进一步包括用于吸收来自发动机的推力的装置，该装置在此情况下包括两个纵向连接杆32，这两个纵向连接杆的上游端部铰接在中间壳体16上，下游端部铰接在下游悬架30上。

然而，该技术具有的缺点包括：在围绕发动机延伸并被推力吸收连接杆32穿过的区域中对至少一个AGB型的附件齿轮箱(用于驱动设备)进行集成是复杂的。

本发明使得能够通过赋予附件齿轮箱以吸收推力的附加功能来补救这些缺点，为此，附件齿轮箱是用于吸收来自涡轮发动机的推力的装置的一体部分。

图2至图4示出了本发明的两个实施例，第一实施例(图2和图3)的用于吸收推力的装置包括单个通常为V形或U形的附件齿轮箱40，第二实施例(图4)包括两个独立的附件齿轮箱140，两个独立的附件齿轮箱中的每个具有细长形状。

在FR-12/58196中描述了V形或者U形的附件齿轮箱40。附件齿轮箱40用于通过延伸到涡轮发动机之外的径向轴来传递源自所述涡轮发动机的机械动力，并且用于将所述动力传递至所述齿轮箱承载的设备42，所述设备42例如是泵、发电机等等。通过由壳体44内部的齿轮构成的运动链来执行该传递。所述链连接到径向轴上和设备42的驱动输出(take-off)轴上，所述驱动输出轴固定到附件齿轮箱40的壳体44。

附件齿轮箱40包括两个臂46，这两个臂46在它们的端部中的一个端部处通过中间部分48相互连接。中间部分48以如下的方式朝上游定向：臂46在下游延伸并且以对称的方式位于经过涡轮发动机的纵向轴线LL的平面的两侧。

在示出的示例中，中间部分包括用于安装设备42的下游表面，并且臂46中的每个均包括用于安装设备42的侧向表面。

附件齿轮箱40安装在中间壳体16的下游并且固定到该中间壳体16，使得围绕高压压缩机壳体(在图2中未示出，但通过图1中的参考标记18来指示)的一部分延伸。中间壳体16包括毂部50，该毂部50被圆筒形壁包围并且通过径向臂(不可见)连接到该圆筒形壁。附件齿轮箱40固定到中间壳体16的毂部50，该附件齿轮箱的中间部分48包括用于固定到所述毂部50的上游装置52。

附件齿轮箱40的每个臂46通过推力吸收连接杆54连接到围绕内涡轮壳体22安装的环56。更具体地，每个臂46在其下游端部处包括轭58，所述轭承载用于铰接连接杆54的上游端部的轴，该连接杆的下游端部铰接在轭60所承载的轴上，该轭60刚性地连接到环56(图3)。

如在图2中可见的，连接杆54比现有技术的连接杆32短，并且彼此基本平行并基本平行于涡轮发动机的纵向轴线LL。在示出的示例中，所述连接杆具有圆形的横截面。用于铰接每个连接杆54的上游端部的轴相对于定心在纵向轴线LL上的圆周具有基本切向的定向，用于铰接每个连接杆54的下游端部的轴相对于所述轴线LL具有基本径向的定向。

如在图2中可见的，用于从支架悬挂涡轮发动机的下游悬架30固定到环56。在示出的示例中，用于铰接连接杆54的下游端部的轭60位于与下游悬架30基本在直径方向上对置的区域中。与现有技术相反地，由附件齿轮箱40和连接杆54形成的用于吸收推力的装置因此位于发动机的下部部分中。

因此中间壳体16通过附件齿轮箱40和连接杆54连接到内涡轮壳体22，这因此确保了壳体16与壳体22之间的力通路并且防止了发动机的壳体在运行期间弯曲。

现参照图4中的变型。有两个附件齿轮箱140。所述齿轮箱具有细长的形状并且彼此基本平行并且基本平行于涡轮发动机的纵向轴线LL。这两个齿轮箱140彼此相距一圆周距离，并且例如使用时钟面类比的话，是围绕轴线LL分别定位在3点钟与9点钟处。

每个齿轮箱140包括用于安装设备42的侧向表面。每个齿轮箱140安装在中间壳体16的下游，围绕高压压缩机壳体，并且所述每个齿轮箱的上游端部包括用于固定在中间壳体16的毂部50上的装置52。

每个附件齿轮箱140通过推力吸收连接杆54连接到围绕内涡轮壳体22安装的环56。更具体地，每个齿轮箱140在其下游端部处包括轭58，所述轭58承载用于铰接连接杆54的上游端部的轴，该连接杆54的下游端部铰接在轭60所承载的轴上，该轭60刚性地连接到环56。

连接杆54彼此基本平行并且基本平行于纵向轴线LL。在示出的示例中，所述连接杆具有圆形的横截面。连接杆54的铰接轴垂直于连接杆的方向。用于铰接每个连接杆54的上游端部的轴相对于定心在轴线LL上的圆周具有基本切向的定向，用于铰接每个连接杆54的下游端部的轴相对于所述轴线LL具有基本径向的定向。

与现有技术相反地，由附件齿轮箱140和连接杆54形成的用于吸收推力的装置位于发动机的侧部。

现参照图5，该图5示出了本发明的另一个变型，在该变型中，已在上文描述过的元件由同一参考标记来指示。

图5中的变型从根本上不同于图2和图3中的变型之处如下。

有两个附件齿轮箱240。所述齿轮箱具有细长的形状并且相对于彼此以及相对于涡轮发动机的纵向轴线LL是倾斜的。这两个齿轮箱彼此相距一圆周距离，并且使用时钟面类比的话，它们的上游端部例如围绕轴线LL分别定位在3点钟与9点钟处。

每个齿轮箱240包括用于安装设备42的侧向表面。每个齿轮箱240安装在中间壳体16的下游，围绕高压压缩机壳体，并且该每个齿轮箱的上游端部包括用于固定在中间壳体16的毂部50上的装置52。

每个附件齿轮箱240通过推力吸收连接杆54连接到用于支撑后悬架30的构件31。所述支撑构件被设计为固定到飞行器支架并且在示出的示例中包括板，该板包括用于安装螺钉-螺母类型的固定装置的开口。

更具体地，每个齿轮箱240在其下游端部处包括轭58，所述轭58承载用于铰接连接杆54的上游端部的轴，该连接杆54的下游端部铰接在刚性地连接到构件31或该构件31的板的轭所承载的轴60上。

构件31通过小连接杆62连接到与上文描述的环相似的环56，所述环56围绕涡轮发动机的内涡轮壳体22安装。

连接杆54相对于彼此以及相对于纵向轴线LL是倾斜的。所述杆基本构成了V形的组件，齿轮箱240沿连接杆54的延长线纵向地延伸。在示出的示例中，所述连接杆具有圆形的横截面。

连接杆54的铰接轴垂直于连接杆的方向。

Claims (16)

1.涡轮发动机，所述涡轮发动机包括两个结构性环形壳体，这两个结构性环形壳体通过用于吸收推力的装置相互连接，所述用于吸收推力的装置用于吸收来自具有推力吸收连接杆(54)的所述发动机的推力，其特征在于，所述用于吸收推力的装置进一步具有至少一个附件齿轮箱，该至少一个附件齿轮箱固定到所述结构性环形壳体中的第一壳体(16)，并且所述推力吸收连接杆中的每一个将所述附件齿轮箱中的至少一个连接到所述结构性环形壳体中的第二壳体(22)。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个附件齿轮箱固定到第一壳体(16)的毂部(50)，所述第一壳体为中间壳体。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述推力吸收连接杆(54)具有第一端部和第二端部，该第一端部铰接在所述至少一个附件齿轮箱上，该第二端部直接或间接地连接到所述第二壳体(22)，并且所述第二壳体(22)为内涡轮壳体或排放壳体。

4.根据权利要求3所述的涡轮发动机，其特征在于，所述推力吸收连接杆(54)的第二端部铰接在所述第二壳体(22)上。

5.根据权利要求3所述的涡轮发动机，其特征在于，所述推力吸收连接杆(54)的第二端部通过所述涡轮发动机的下游悬挂装置(30)连接到所述第二壳体(22)。

6.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其特征在于，所述推力吸收连接杆(54)的第二端部铰接在所述下游悬挂装置(30)上，该下游悬挂装置安装在所述内涡轮壳体或排放壳体上。

7.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其特征在于，所述下游悬挂装置(30)包括被设计为固定到飞行器支架的支撑构件(31)。

8.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述用于吸收推力的装置包括单个附件齿轮箱，该附件齿轮箱是V形或U形的并且包括两个通过中间部分(48)相互连接的侧向臂(46)，所述中间部分固定到所述第一壳体(16)，每个所述侧向臂通过推力吸收连接杆(54)连接到第二壳体(22)。

9.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述用于吸收推力的装置包括两个独立的、具有细长形状的附件齿轮箱，每个附件齿轮箱包括：固定到所述第一壳体(16)的纵向端部；以及通过推力吸收连接杆(54)连接到第二壳体(22)的相对的纵向端部。

10.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述推力吸收连接杆(54)彼此平行并且平行于所述涡轮发动机的纵向轴线。

11.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，每个推力吸收连接杆(54)包括第一端部和第二端部，该第一端部铰接在刚性连接到所述至少一个附件齿轮箱的壳体(44)的轭(58)上，该第二端部铰接在刚性地连接到安装在所述第二壳体(22)上的构件的轭(60)上。

12.根据权利要求11所述的涡轮发动机，其特征在于，所述构件是围绕所述第二壳体(22)安装的环(56)，并且下游悬挂装置(30)安装在该环上，以便从飞行器支架悬挂所述涡轮发动机。

13.根据权利要求11所述的涡轮发动机，其特征在于，所述构件是用于下游悬挂装置的支撑构件(31)，该下游悬挂装置用于从飞行器支架悬挂所述涡轮发动机。

14.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括用于将所述至少一个附件齿轮箱固定至所述结构性环形壳体中的所述第一壳体(16)的装置。

15.使用根据权利要求1至14中任一项所述的涡轮发动机的至少一个涡轮发动机附件齿轮箱来吸收来自所述涡轮发动机的发动机的推力的方法。

16.涡轮发动机附件齿轮箱，包括承载用于固定到所述涡轮发动机的固定装置(52)和用于连接到推力吸收连接杆(54)的连接装置的壳体(44)，其特征在于，所述壳体(44)是结构性的，以确保所述固定装置与所述连接装置之间的力传递。