CN110382841B

CN110382841B - 受保护的核心入口

Info

Publication number: CN110382841B
Application number: CN201780088015.XA
Authority: CN
Inventors: T.O.莫尼斯; M.J.拉里丘塔
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: WO2018128791A1; US20180187600A1; CN110382841A; US10683806B2

Abstract

一种燃气涡轮发动机限定径向方向和轴向中心线。燃气涡轮发动机包括核心涡轮发动机，其限定核心入口。核心入口相对于轴向中心线定向且沿着径向方向定位，使得可用于捕获外物碎片的面积最大限度地减小。

Description

受保护的核心入口

技术领域

本主题大体上涉及燃气涡轮发动机。更特别地，本主题涉及燃气涡轮发动机的核心入口。

背景技术

超音速飞行典型地通过使用涡轮风扇发动机的飞行器来实现，涡轮风扇发动机具有风扇区段，风扇区段包括由前框架支承的多级轴流风扇。然而，这些类型的燃气涡轮发动机在操作期间可生成相当大的噪声，尤其是风扇区段。为了减少从发动机传播的噪声，可采用高压单级风扇。单级风扇架构将风扇的数量减少到一个，且可消除对于前框架的需要，减少发动机重量、噪声传播和阻力。而且，为了进一步减少发动机的重量和噪声，发动机的压缩机区段可为无增压器的(即，没有低压压缩机)。

尽管单级风扇无增压器的发动机架构的益处，核心涡轮机可易受外物碎片(FOD)和/或冰/冰雹摄入的影响，因为仅存在单级风扇使FOD和/或冰/冰雹离心远离核心入口且进入风扇旁通管道。FOD和冰/冰雹摄入可损坏核心涡轮机且可导致不令人满意的发动机性能和效率、推力的损失和/或熄火。

因此，保护核心涡轮机免受FOD和/或冰/冰雹摄入的燃气涡轮发动机将是有用的。更特别地，燃气涡轮发动机的受保护的核心入口将是有益的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来学习。

本公开的一个示例性方面针对燃气涡轮发动机。涡轮发动机限定径向方向和轴向中心线，且包括核心涡轮发动机和风扇区段。核心涡轮发动机包括分离器(splitter)，且在分离器处限定核心入口。分离器相对于轴向中心线沿着径向方向限定分离器半径。风扇区段定位在核心涡轮发动机的前部且包括风扇和旋转器(spinner)。核心涡轮发动机和旋转器中的至少一个相对于轴向中心线沿着径向方向限定切向(tangency)半径。燃气涡轮发动机限定捕获比小于约百分之三十五(35％)，其中捕获比为由分离器半径包围的面积与分离器半径和切向半径之间的面积的比率。

本公开的另一个示例性方面针对燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机限定径向方向和轴向中心线。燃气涡轮发动机包括核心涡轮发动机和风扇区段。核心涡轮发动机包括分离器，且在分离器处限定核心入口。分离器相对于轴向中心线沿着径向方向限定分离器半径。风扇区段定位在核心涡轮发动机的前部且包括风扇和旋转器。核心涡轮发动机和旋转器中的至少一个相对于轴向中心线沿着径向方向限定切向半径。风扇限定在燃气涡轮发动机的操作期间在切向半径处的空气流速度大于或等于约八百五十(850)英尺每秒。而且，燃气涡轮发动机限定捕获比小于约百分之五十(50％)，其中捕获比为由分离器半径包围的面积与分离器半径和切向半径之间的面积的比率。

可对本公开的这些示例性方面进行变化和修改。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述一起用来解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域普通技术人员的本发明的完整且充分的公开(包括其最佳模式)在参考附图的说明书中阐述，在附图中：

图1是根据本公开的示例性实施例的涡轮风扇发动机的示意性截面视图；

图2是根据本公开的示例性实施例的图1的示例性涡轮风扇发动机的核心涡轮发动机的前端和风扇区段的一部分的截面视图；

图3是根据本主题的示例性实施例的详细说明示例性核心入口的各个比率的图1的风扇区段的截面视图；

图4是根据本主题的示例性实施例的图3的示例性核心入口的局部放大视图；

图5是根据本主题的示例性实施例的图3的涡轮风扇发动机100的各个区域的示意性从前向后看的视图；

图6是根据本主题的示例性实施例的示例性核心入口的局部放大视图；

图7是根据本主题的示例性实施例的另一个示例性核心入口的局部放大视图；以及

图8是根据本主题的示例性实施例的另一示例性核心入口的局部放大视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的本实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指图中的特征。图和描述中相似或类似的标记用来指所公开的示例性实施例的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不意在表示各个构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”是指流体通路中相对于流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，且“下游”是指流体流向的方向。“HP”表示高压，且“LP”表示低压。“约”意指在所述量处或所述量的百分之十(10％)裕度内或在制造公差内(无论哪个裕度较大)。

此外，如本文中使用的，用语“轴向”或“轴向地”是指沿着发动机的纵向轴线的维度。连同“轴向”或“轴向地”一起使用的用语“前部”是指朝发动机入口的方向，或与另一个构件相比相对更接近于发动机入口的构件。连同“轴向”或“轴向地”一起使用的用语“后部”是指朝发动机喷嘴的方向，或与另一个构件相比相对更接近于发动机喷嘴的构件。用语“径向”或“径向地”是指在发动机的轴向中心线与外部发动机周边或外部环状空间之间延伸的维度。径向向内是朝轴向中心线的，且径向向外是远离轴向中心线的。

大体上，本公开的示例性方面针对更好地保护发动机的核心涡轮机免受外物碎片(FOD)、冰、冰雹、污垢和其它物体(统称为“FOD”)的燃气涡轮发动机。在一个示例性实施例中，燃气涡轮发动机的核心涡轮发动机限定核心入口，其更好地保护下游核心涡轮机免受FOD。特别地，通过使核心入口相对于轴向中心线定向使得可用来捕获FOD的区域最大限度地减小，可更好地保护核心涡轮机。而且，通过将核心入口进一步定位到燃气涡轮发动机的外部环状空间中，以及通过增加在发动机的分离器处的校正的空气流速度，连同本文中描述的其它可能方式一道，可更好地保护核心涡轮机。

通过使用受保护的核心入口，核心涡轮发动机的涡轮机被更好地保护，导致发动机的更好的使用寿命以及更好的发动机效率和性能。而且，对于使FOD离心远离或脱离核心的传统方法的需要可减少或去除，减少噪声、发动机重量和发动机的部分的数量。本主题的另外的方面和优点对本领域技术人员将是显而易见的。

现在参考图，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更特别地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁通涡轮风扇喷气发动机，本文中称为“涡轮风扇发动机100”。如图1中示出的，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于轴向中心线102延伸，轴向中心线102提供成用于参考)、径向方向R和周向方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向；未描绘)。大体上，涡轮风扇发动机100包括风扇区段104和从风扇区段104下游设置的核心涡轮发动机106。

所描绘的示例性核心涡轮发动机106包括大体上管状的外壳108，其限定环形核心入口110的径向向外的部分。外壳108包围(成串流关系)：压缩机区段112，其包括可称为HP压缩机114的单个压缩机；燃烧区段116；涡轮区段118，其包括HP涡轮120和LP涡轮122；以及喷射排出喷嘴区段124。HP轴或转轴126将HP涡轮120传动地连接到HP压缩机114。LP轴或转轴128将LP涡轮122传动地连接到风扇区段104。

压缩机区段112、燃烧区段116、涡轮区段118和喷射排出喷嘴区段124一起限定通过核心涡轮发动机106的核心空气流径130。值得注意的是，对于所描绘的实施例，核心涡轮发动机106还包括在核心空气流径130的前端处的入口引导静叶132级，以及定位在入口引导静叶132的下游且在HP压缩机114的上游的多个支柱133。

对于所描绘的实施例，风扇区段104包括固定桨距(pitch)的风扇134，其具有多个风扇叶片136，风扇叶片136以周向间隔开的方式联接到盘138。更特别地，对于所描绘的实施例，风扇134为单级风扇，即，具有单级的风扇叶片136的风扇。如描绘的，风扇叶片136从盘138大体上沿着径向方向R向外延伸。风扇叶片136和盘138可通过LP轴128围绕轴向中心线102一起旋转。对于所描绘的实施例，LP轴128延伸到且联接到风扇134。然而，将了解的是，本公开不限于具有单级风扇架构的燃气涡轮发动机。

仍参考图1的示例性实施例，盘138由可旋转的旋转器140覆盖，其成空气动力轮廓，以促进空气流通过多个风扇叶片136。旋转器140可与风扇叶片136和盘138围绕轴向中心线102旋转。另外，示例性风扇区段104包括环形风扇壳或外机舱142，其周向地包绕风扇134和/或核心涡轮发动机106的至少一部分。备选地，核心涡轮发动机106可嵌入带有延伸的风扇管道的飞行器(未示出)内。所描绘的示例性机舱142相对于核心涡轮发动机106由多个周向间隔的风扇出口引导静叶144支承。而且，机舱142的下游区段146在核心涡轮发动机106的外部部分上延伸，以便限定在它们之间的旁通空气流通路148。

在涡轮风扇发动机100的操作期间，一定量的空气150通过风扇区段104进入涡轮风扇发动机100。在一定量的空气150横穿风扇叶片136之后，空气的第一部分152引导或传送到旁通空气流通路148中，且空气的第二部分154引导或传送到核心空气流径130中，且更特别地，通过由核心涡轮发动机106限定的核心入口110到核心空气流径130。空气的第一部分152与空气的第二部分154之间的比率通常称为旁通比。在该示例性实施例中，涡轮风扇发动机100具有至少约2:1的旁通比。在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机100具有在约一(1)与约4.5之间的旁通比(即，在约1:1与约4.5:1之间的旁通比)。

空气的第二部分154流过核心入口110且传送通过HP压缩机114，其中空气的第二部分154被加压。空气加压的第二部分154然后进入燃烧区段116，其中它与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体156。

燃烧气体156传送通过HP涡轮120，其中来自燃烧气体156的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳108的HP涡轮定子静叶(未标记)和联接到HP轴或转轴126的HP涡轮转子叶片(未标记)的连续级提取，从而引起HP轴或转轴126旋转，由此支持HP压缩机114的操作。燃烧气体156然后传送通过LP涡轮122，其中热能和动能的第二部分从燃烧气体156经由联接到外壳108的LP涡轮定子静叶(未标记)和联接到LP轴或转轴128的LP涡轮转子叶片(未标记)的连续级提取，从而引起LP轴或转轴128旋转，由此支持风扇134的操作。

燃烧气体156随后传送通过核心涡轮发动机106的喷射排出喷嘴区段124来提供推进推力。同时，在空气的第一部分152从涡轮风扇100的风扇喷嘴排出区段158排出之前空气的第一部分152传送通过旁通空气流通路148时，空气的第一部分152的压力大体上增加，也提供推进推力。

此外，对于所描绘的实施例，涡轮风扇发动机100构造为超音速涡轮风扇发动机100，其构造成在大于1马赫的飞行速度下操作。这样可由涡轮风扇发动机100的各个设计参数实现，诸如单级风扇134和无增压器压缩机区段(即，包括单个HP压缩机114的压缩机区段)。另外，考虑了其它设计参数，诸如风扇压力比、旁通比、风扇直径、总体压力比等。例如，对于该实施例，单级风扇134具有大于1.9的风扇压力比。在其它示例性实施例中，风扇压力比大于或等于2.0。

图2提供图1的示例性涡轮风扇发动机100的核心涡轮发动机106的前端和风扇区段104的一部分的截面视图。一定量的空气150最初通过入口160进入涡轮风扇发动机100，入口160对于所描绘的实施例限定在旋转器140与机舱142之间。特别地，机舱142或外风扇壳具有内壁162，内壁162成空气动力轮廓，以便于一定量的空气150流过或流经多个风扇叶片136。机舱142具有前端164，前端164将引入空气的一部分大体上径向向外分离或分开到周围环境中，且还将空气的一部分大体上径向向内分离到涡轮风扇发动机100的入口160中，这变成一定量的空气150的部分。

同样地，旋转器140成空气动力轮廓，以便于一定量的空气150的有效空气流通过或横跨多个风扇叶片136。更特别地，旋转器140大体上为由外壳166限定的圆顶形结构。旋转器140可为任何合适的形状，例如包括大体上圆锥形状、大体上椭圆形状或两种形状的组合(即，椭圆锥(coniptical)形状)。在图2的示出的实施例中，旋转器140为大体上椭圆锥形状。旋转器140在轴向方向上从涡轮风扇发动机100的前端处的旋转器鼻部168延伸到核心涡轮发动机106的衬套175的接合部174。接合部174限定在可旋转的旋转器140与静止衬套175之间的风扇叶片136的后方。衬套175继而从接合部174轴向延伸且延伸到核心涡轮发动机106的核心空气流径130中。在衬套175形成核心空气流径130的管道的情况下，衬套175可称为内管道壁172。衬套175限定内唇部170到核心入口110，内唇部170为衬套175的径向最向外的点。

如还描绘的，每个风扇叶片136从叶片根部176径向向外延伸到叶片末端178。每个叶片根部176与盘138或盘的毂联接(例如，经由开燕尾槽的构造)，且每个叶片末端178定位在涡轮风扇发动机100的外部环状空间180中且与机舱142的内壁162径向间隔。

仍参考图2，在一定量的空气150通过或横穿风扇叶片136时，一定量的空气150大体上从轴向中心线102径向向外离心。而且，可能已进入涡轮风扇发动机100的入口160的冰、冰雹和/或FOD也通过风扇134的风扇叶片136大体上径向向外离心。

在一定量的空气150通过或横穿风扇叶片136之后，空气被分离或分开成空气的第一部分152和空气的第二部分154，空气的第一部分152引导或传送到旁通空气流通路148中，空气的第二部分154引导或传送到核心涡轮发动机106的核心入口110中。特别地，定位在外壳108的前端处的分离器182将一定量的空气150分离成空气的第一部分152和空气的第二部分154。分离器182具有分离器鼻部184，其包括外唇部186。外唇部186形成分离器鼻部184的最前部分，且将外壳108的外壁188与外管道壁190连接，外管道壁190部分地限定核心涡轮发动机106的核心空气流径130。对于该实施例，内唇部170定位在外唇部186的前部。如示出的，分离器182的后部或后端将出口引导静叶144与外壳108联接。

然而，应了解的是，图1和图2中描绘的示例性涡轮风扇发动机100仅作为示例，且在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机100可具有任何其它合适的构造。例如，在其它实施例中，风扇134可包括多于所描绘的单级的风扇叶片，风扇134可构造为可变桨距的风扇，涡轮风扇发动机100可包括将LP轴128机械地联接到风扇区段104的减速齿轮箱/动力齿轮箱，且核心涡轮发动机106可包括任何合适数量的压缩机和/或涡轮。另外，在其它示例性实施例中，叶片136的每个叶片根部176可与盘138的毂联接。而且，风扇134可具有风扇叶片136，其与毂或盘部分整体形成，以便形成叶盘。而且，在还有其它示例性实施例中，本公开的方面还可与任何其它合适的燃气涡轮发动机(诸如涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、构造成用于亚音速飞行的发动机等)使用。

现在参考图3和图4，图3提供根据本主题的示例性实施例的图1和图2的示例性风扇区段104的截面视图。图4提供图3的核心入口110的局部放大视图，以详细说明如何根据本主题的示例性实施例确定切点200。继而将论述多个定义和比率。

如示出的，分离器182相对于轴向中心线102沿着径向方向R限定分离器半径R_SPLITTER。特别地，分离器半径R_SPLITTER在径向方向R上从轴向中心线102延伸到分离器鼻部184的外唇部186。

特别参考图4，更清楚地示出切点200。切点200为其中参考线202(起源于分离器182处且从位于分离器鼻部184的外唇部186处的枢轴点轴向延伸的线)在参考线202在径向向内的方向上朝轴向中心线102摆动时首先与旋转器140和核心涡轮发动机106(其包括衬套175，衬套175继而包括内唇部170、内管道壁172、接合部174(图2)以及在衬套175的接合部174与旋转器140之间的间隙)中的至少一个相交的位置。

换句话说，使用外唇部186作为枢轴点，其中参考线202当参考线202在大体上径向向内的方向上摆动时首先与除了风扇叶片136之外的结构(即，旋转器140和衬套175中的至少一个)相交的位置限定切点200。在该示例性实施例中，如由箭头204示出的，参考线202径向向内摆动。参考线202摆动，直到它首先与该实施例中在内唇部170处或附近的结构相交。其中参考线202首先与结构相交的该位置限定为切点200。

现在特别参考图3，切向半径R_TANGENCY由核心涡轮发动机106(其包括衬套175)和旋转器140中的至少一个相对于轴向中心线102沿着径向方向R限定。更特别地，切向半径R_TANGENCY在径向方向R上从轴向中心线102延伸到切点200。

内唇部170限定沿着径向方向R的内唇部半径R_INNERLIP。更特别地，内唇部半径R_INNERLIP从轴向中心线102延伸到内唇部170。在该实施例中，在切点200位于内唇部170处或附近时，切向半径R_TANGENCY近似等于内唇部半径R_INNERLIP。

风扇叶片136的叶片末端178限定风扇半径R_FAN。更特别地，风扇半径在径向方向R上从轴向中心线102延伸到风扇叶片136的叶片末端178。

现在参考图3和图5，图5提供根据本主题的示例性实施例的当前限定的图3的涡轮风扇发动机100的各个区域的示意性从前向后看的视图。总风扇面积A_FAN为在轴向中心线102与风扇半径R_FAN之间在径向方向R上延伸的面积，且围绕轴向中心线102在周向方向C上延伸。总风扇面积A_FAN大体上表示可用于将空气、FOD、冰和/或冰雹捕获到涡轮风扇发动机100中的总面积。总风扇面积A_FAN使用以下公式来确定：

A_FAN＝π*RFAN² (公式1)

总核心捕获面积A_CORE为在分离器半径R_SPLITTER与轴向中心线102之间在径向方向R上延伸的面积。总核心捕获面积A_CORE围绕轴向中心线102在周向方向C上延伸。总核心捕获面积A_CORE表示可用于将FOD、冰和冰雹捕获到核心入口110中的总可能面积。总核心捕获面积A_CORE使用以下公式来确定：

A_CORE＝π*R_SPLITTER ² (公式2)

捕获面积A_C为在切向半径R_TANGENCY与分离器半径R_SPLITTER之间在径向方向R上延伸的面积，且围绕轴向中心线102在周向方向C上延伸。捕获面积A_C使用以下公式来确定：

A_C＝π*(R_SPLITTER ²-R_TANGENY ²) (公式3)

捕获面积A_C表示可用于将FOD、冰和冰雹捕获到核心入口110中的实际面积。换句话说，如果FOD进入涡轮风扇发动机100且当FOD接触旋转器140或衬套175时在切向半径R_TANGENCY的径向内侧，或如果FOD在分离器半径R_SPLITTER的径向外侧流动，FOD常规地将传送到旁通空气流通路148中且远离核心入口110传送。

使用上文阐述的定义，总捕获比限定如下：

总捕获比或捕获面积A_C与总风扇面积A_FAN的比率限定可用于将FOD捕获到核心涡轮发动机106的核心入口110中的总风扇面积的分数或百分比。分数或百分比越大，可能捕获FOD的可用面积越大。反之，分数或百分比越小，可能捕获FOD的可用面积越少。

再次，使用上文阐述的定义，捕获比限定如下：

捕获比或捕获面积A_C与总核心捕获面积A_CORE的比率限定可用于将FOD捕获到核心涡轮发动机106的核心入口110中的总核心捕获面积的分数或百分比。类似于总捕获比，分数或百分比越大，可能捕获FOD的面积越大。反之，分数或百分比越小，可能捕获FOD的可用面积越少。

对于图3的示例性实施例，捕获比为约0.30，且总捕获比为约0.15。意指，仅约30％的总核心捕获面积A_CORE可用于将碎片捕获到核心涡轮发动机106的核心入口110中。此外，仅约15％的总风扇面积A_FAN可用于将碎片捕获到核心涡轮发动机106的核心入口110中。有利地，捕获比越小，可用于将FOD、冰、冰雹等“捕获”到核心入口110中的面积越少。因此，捕获比越小，核心涡轮发动机106的涡轮机越好地受保护免受FOD和其它物体。特别地，在涡轮风扇发动机100为无增压器的单级风扇发动机而没有使FOD和冰/冰雹离心进入风扇旁通管道的传统器件(例如，各种排放阀/门)的情况下，较小的捕获比较好地保护核心涡轮发动机106的构件。

然而，在其它示例性实施例中，上文益处可以以其它捕获比和/或总捕获比实现。例如，在其它示例性实施例中，如上文所述的，捕获比可小于或等于约百分之五十(50％)(1:2)，小于或等于约百分之四十(40％)(2:5)，小于或等于约百分之三十五(35％)(7:20)，或小于或等于约百分之三十(30％)(3:10)。另外，在其它示例性实施例中，总捕获比可小于或等于约百分之三十(30％)(3:10)，小于或等于约百分之二十(20％)(1:5)，或小于或等于约百分之十五(15％)(3:20)。设想到上文所述捕获比和总捕获比的所有组合。

使用上文阐述的定义，切向与末端的比率限定如下：

切向与末端的比率或切向半径R_TANGENCY与风扇半径R_FAN的比率限定捕获面积A_C径向向外多远定位到涡轮风扇发动机100的外部环状空间180(图2)中。在捕获面积A_C径向向外更远地定位到涡轮风扇发动机100的外部环状空间180中的情况下，核心涡轮发动机106的涡轮机可更好地受保护。这是预期的(due)，部分地因为捕获面积A_C径向向外越远地定位到外部环状空间180中，FOD、冰和/或冰雹越有效地离心远离核心入口110且进入旁通空气流通路148，因为叶片136的速度从(一个或多个)叶片根部176到(一个或多个)叶片136的(一个或多个)叶片末端178的径向向外的方向上增加。

对于图3的示例性实施例，切向与末端的比率为约0.50，或切向半径R_TANGENCY延伸风扇半径R_FAN的长度的约百分之五十(50％)。意指，切向半径R_TANGENCY约在(一个或多个)叶片136的(一个或多个)叶片末端178与轴向中心线102之间中途径向地延伸。这样，捕获面积A_C，在切向半径R_TANGENCY与分离器半径R_SPLITTER之间径向延伸且围绕轴向中心线102周向延伸的面积，较远地定位到外部环状空间180中，其中FOD可从核心涡轮发动机106的核心入口110较有效地离心。然而，在其它示例性实施例中，上文益处可以以其它切向与末端的比率来实现。例如，在其它示例性实施例中，切向与末端的比率可大于或等于约百分之三十五(35％)(7:20)，大于或等于约百分之四十五(45％)(9:20)，大于或等于约百分之五十(50％)(1:2)，大于或等于约百分之五十五(55％)(11/20)，大于或等于约百分之六十(60％)(3:5)，大于或等于约百分之六十五(65％)(13:20)，大于或等于约百分之七十(70％)(7:10)，或大于或等于约百分之七十五(75％)(3:4)。

现在参考图6，提供图1到图5的涡轮风扇发动机100的示例性核心入口110的局部放大视图。如描绘的，在该示例性实施例中，核心涡轮发动机106在内唇部170与外唇部186之间限定核心入口110。内唇部170和外唇部186限定在它们之间延伸的核心入口参考线210。核心入口参考线210相对于轴向中心线102限定角度θ(轴向参考线212提供成用于参考)。在该实施例中，角度θ为约三十度(30°)。相对小的角度可导致相对小的捕获面积AC，这可导致相对小的捕获比。以该方式，具有成约三十度(30°)的角度θ的核心入口参考线210的示例性核心入口110可更好地保护核心涡轮发动机106的涡轮机免受FOD、冰和冰雹。将了解的是，在其它示例性实施例中，角度θ可小于或等于约三十度(30°)，这可进一步保护核心涡轮发动机106的涡轮机。例如，在一个示例性实施例中，角度θ可小于或等于约二十度(20°)。

现在参考图7，根据本公开的另一个示例性实施例提供核心入口110的局部放大视图。图7的核心入口110可以以与图6的示例性核心入口110大体上相同的方式构造。因此，相同的参考标号可指相同的部分。例如，核心涡轮发动机106具有由内唇部170和外唇部186限定的核心入口110，其中核心入口参考线210在它们之间延伸。然而，对于该示例性实施例，核心入口参考线210相对于轴向中心线102(轴向参考线212提供成用于参考)限定约六十度(60°)的角度θ。在约六十度(60°)的角度θ的情况下，仍可保护核心涡轮发动机106的涡轮机免受FOD、冰和冰雹的影响，且与图6的实施例相比可允许更直接的空气流进入核心入口110。将了解的是，在其它示例性实施例中，角度θ可相对于轴向中心线102小于或等于约六十度(60°)。例如，在一个示例性实施例中，角度θ相对于轴向中心线102小于或等于约四十五度(45°)。

现在参考图8，提供示例性核心入口110的局部放大视图。将了解的是，在风扇叶片在操作期间围绕轴向方向旋转时，风扇在沿着核心涡轮发动机的前端和风扇区段的各个点处产生变化的空气流速度。特别地，在切点200处的一定量的空气150的速度将具有一定的切向校正速度S_TANGENCY(由箭头214示出)，且在分离器182处的一定量的空气150将具有一定的分离器校正速度S_SPLITTER(由箭头216示出)。在分离器182比切点200径向向外更远地定位时，在分离器182处一定量的空气150的校正速度大体上更大。

在切点200处的空气流的速度可为校正到标准日条件的校正速度，使得在切点200处的校正的空气流速度可等于：

其中S_TAN,ACT为在切点200处的实际空气流速度且T_AMB为以兰金(Rankine)为单位的周围温度。在分离器182处的空气流的速度可为校正到标准日条件的校正速度，使得在分离器182处的校正的空气流速度可等于：

其中如上文所述的，S_SPLIT,ACT为在分离器182处的实际空气流速度且T_AMB为以兰金为单位的周围温度。

在图8的示例性实施例中，在切点200处的校正的空气流速度S_TANGENCY大于或等于约九百(900)英尺每秒(fps)(274m/s)。然而，在其它示例性实施例中，在切点200处的校正的空气流速度可大于或等于约八百(800)fps，大于或等于约八百五十(850)fps，和/或大于或等于约九百五十(950)fps。另外，在图8的示例性实施例中，在分离器182处的校正的空气流速度S_SPLITTER大于或等于约一千零五十(1050)英尺每秒(fps)(335m/s)。然而，在其它示例性实施例中，在分离器182处的校正的空气流速度S_SPLITTER可大于或等于约九百五十(950)fps，大于或等于约一千(1000)fps，大于或等于约一千一百(1100)fps，且大于或等于约一千一百五十(1150)fps。大体上，在切点200处的一定量的空气150的切向空气流校正速度S_TANGENCY越高，以及在分离器182处的一定量的空气150的校正的空气流速度S_SPLITTER越高，核心涡轮发动机106的涡轮机可被保护越好，因为较高的校正的空气流速度可较有效地使FOD、冰和/或冰雹离心远离核心入口110且进入旁通空气流通路148。

而且，将了解的是，在风扇的叶片136围绕轴向中心线102旋转时，风扇134(图1)具有一定的风扇速度N₁。其中N₁在100％容量(capacity)下的旋转频率(诸如在起飞操作模式期间)可表示为风扇134的每分钟转数(rpm)或Fan_RPM。在某些示例性实施例中，风扇134(图1)具有至少约七千(7000)、诸如至少约七千二百五十(7250)rpm的风扇RPM，Fan_RPM。因此，将了解的是，在本公开的某些示例性实施例中，切向速度与风扇RPM(S_TANGENCY(以fps为单位)与Fan_RPM)的比率可为至少约0.06，诸如至少约0.08，诸如至少约0.10，诸如至少约0.12。类似地，应了解的是，在本公开的某些示例性实施例中，分离器速度与风扇RPM(S_SPLITTER(以fps为单位)与Fan_RPM)的比率可为至少0.10，诸如至少0.13，诸如至少约0.15。将了解的是，分离器速度可以以用于速度的任何合适的单位为单位，例如，诸如米每秒(m/s)或英里每小时(mph)。然而，在评估分离器速度与风扇RPM的比率或切向速度与风扇RPM的比率时，必须首先将单位转换成fps。

该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言无实质的差别的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims

1.一种限定径向方向和轴向中心线的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：

核心涡轮发动机，所述核心涡轮发动机包括分离器，且在所述分离器处限定核心入口，所述分离器相对于所述轴向中心线沿着所述径向方向限定分离器半径，其中所述分离器包括具有外唇部的分离器鼻部，所述外唇部位于所述分离器鼻部的最前部分处；以及

风扇区段，其定位在所述核心涡轮发动机的前部且包括风扇和旋转器，所述核心涡轮发动机和所述旋转器中的至少一个相对于所述轴向中心线沿着所述径向方向限定切向半径，其中由所述核心涡轮发动机和所述旋转器中的至少一个限定的所述切向半径在所述轴向中心线与切点之间在所述径向方向上延伸，所述切点位于所述风扇的后方；

其中所述切点为其中当参考线以位于所述分离器鼻部的外唇部处的枢轴点在径向向内的方向上朝所述轴向中心线摆动时所述参考线与所述旋转器和所述核心涡轮发动机中的至少一个相交的位置，所述参考线是起源于所述分离器鼻部的外唇部且轴向延伸的线；

其中所述燃气涡轮发动机限定捕获比小于百分之三十五(35%)，其中所述捕获比为所述分离器半径和所述切向半径之间的面积与由所述分离器半径包围的面积的比率。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述捕获比小于百分之三十(30%)。

3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇限定在所述切向半径处的切向空气流速度，且其中在所述燃气涡轮发动机的操作期间所述切向空气流速度大于或等于八百五十(850)英尺每秒。

4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇为单级风扇，且其中所述单级风扇限定大于1.9的风扇压力比。

5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机为构造成在大于1马赫的飞行速度下操作的超音速燃气涡轮发动机。

6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机为涡轮风扇发动机，其限定在一与4.5之间的旁通比。

7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述核心涡轮发动机限定内唇部沿着所述径向方向到所述核心入口，且限定外唇部沿着所述径向方向到所述核心入口，且其中所述内唇部定位在所述外唇部的前部。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述内唇部和所述外唇部限定在它们之间延伸的核心入口参考线，其中所述核心入口参考线限定与所述轴向中心线小于六十度(60°)的角度。

9.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述内唇部和所述外唇部限定在它们之间延伸的核心入口参考线，其中所述核心入口参考线限定与所述轴向中心线小于三十度(30°)的角度。

10.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述内唇部限定沿着所述径向方向的内唇部半径，且其中所述切向半径近似等于所述内唇部半径。

11.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇限定在所述分离器半径处的以英尺每秒为单位的分离器空气流速度，且所述风扇限定在所述燃气涡轮发动机的操作期间每分钟的风扇转数，且其中所述燃气涡轮发动机限定分离器空气流速度与风扇rpm的比率大于或等于0.13。

12.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇限定在所述切向半径处的以英尺每秒为单位的切向空气流速度，且所述风扇限定在所述燃气涡轮发动机的操作期间每分钟的风扇转数(rpm)，且其中所述燃气涡轮发动机限定切向空气流速度与风扇rpm的比率大于或等于0.10。

13.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇包括具有叶片末端的风扇叶片，所述风扇限定在所述轴向中心线与所述叶片末端之间在所述径向方向上延伸的风扇半径，其中所述燃气涡轮发动机限定切向与末端的比率大于或等于0.50，其中所述切向与末端的比率为所述切向半径与所述风扇半径的比率。

14.一种限定径向方向和轴向中心线的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：

风扇区段，其定位在所述核心涡轮发动机的前部且包括风扇和旋转器，所述核心涡轮发动机和所述旋转器中的至少一个相对于所述轴向中心线沿着所述径向方向限定切向半径，且所述风扇限定在所述燃气涡轮发动机的操作期间在所述切向半径处的空气流速度大于或等于八百五十(850)英尺每秒，其中由所述核心涡轮发动机和所述旋转器中的至少一个限定的所述切向半径在所述轴向中心线与切点之间在所述径向方向上延伸，所述切点位于所述风扇的后方；

其中所述燃气涡轮发动机限定捕获比小于百分之五十(50%)，其中所述捕获比为所述分离器半径和所述切向半径之间的面积与由所述分离器半径包围的面积的比率。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机限定捕获比小于百分之三十五(35%)。

16.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇包括具有叶片末端的风扇叶片，所述风扇限定在所述轴向中心线与所述叶片末端之间在所述径向方向上延伸的风扇半径，其中所述燃气涡轮发动机限定切向与末端的比率大于或等于0.55，其中所述切向与末端的比率为所述切向半径与所述风扇半径的比率。

17.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇限定在所述切向半径处的切向空气流速度，且其中在所述燃气涡轮发动机的操作期间所述切向空气流速度大于或等于一千(1000)英尺每秒。

18.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇为单级风扇。

19.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机为构造成在大于1马赫的飞行速度下操作的超音速燃气涡轮发动机。