CN110397504A - 燃烧腔室布置和包括燃烧腔室布置的气体涡轮引擎 - Google Patents

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Abstract

燃烧腔室布置包括环形燃烧腔室、多个稀燃燃料喷射器和涡轮机喷嘴引导叶翼的级。叶翼的级布置在环形燃烧腔室的下游端处并且包括在环形内壁和环形外壁之间延伸并固定到环形内壁和环形外壁的多个圆周方向间隔开的叶翼。环形内壁具有外表面，该外表面具有多个外表面部分，并且每个部分定位在一对圆周方向邻近的叶翼之间；并且环形外壁具有内表面，该内表面具有多个内表面部分，并且每个部分定位在一对圆周方向邻近的叶翼之间。环形外壁具有至少一个部分，所述至少一个部分具有与环形外壁的圆周方向邻近部分的成形轮廓不同的成形轮廓，或者环形内壁具有至少一个部分，所述至少一个部分具有与环形内壁的圆周方向邻近部分的成形轮廓不同的成形轮廓。

Description

燃烧腔室布置和包括燃烧腔室布置的气体涡轮引擎
技术领域
本公开涉及燃烧腔室布置，并且具体地涉及用于气体涡轮引擎的燃烧腔室布置。
背景技术
燃烧腔室布置目前具有富燃燃料喷射器。然而，一些燃烧腔室布置具有稀燃燃料(lean burn fuel)喷射器以减少氮氧化物（NOX）的排出。稀燃燃料喷射器包括多个空气旋流器以使供应到燃烧腔室中的空气回旋，以便利用高流旋涡来维持燃烧腔室内的火焰的稳定性。燃烧腔室中的回旋流可在涡轮机喷嘴引导叶翼（NGV）的下游持续，改变涡轮机转子叶片上的负载，从而导致涡轮机的效率的降低。燃烧腔室中的回旋流导致涡轮机喷嘴引导叶翼（NGV）上的入射变化。回旋流产生圆周方向不均匀的温度分布，并且圆周方向不均匀的温度分布可影响涡轮机喷嘴引导叶翼（NGV）和后面的涡轮机转子叶片上的热负载。
已知的是提供用于涡轮机喷嘴引导叶翼的成形端壁（PEW），以改进涡轮机喷嘴引导叶翼的空气动力学性能。成形端壁（PEW）包括非轴对称端壁设计，其在涡轮机喷嘴引导叶翼（NGV）的圆周方向邻近的叶片之间圆周方向地布置在每个通道内，以控制可减少次级流通道涡流的跨通道压力梯度。
发明内容
根据第一方面，提供了一种燃烧腔室布置，其包括环形燃烧腔室、多个稀燃燃料喷射器和涡轮机喷嘴引导叶翼的级，
环形燃烧腔室包括具有多个圆周方向间隔开的孔口的环形上游端壁，以及环形下游端，
每个稀燃料喷射器包括多个同轴空气旋流器，每个稀燃燃料喷射器位于环形上游端壁中的孔口中的相应一个中，
涡轮机喷嘴引导叶翼的级布置在环形燃烧腔室的下游端处，涡轮机喷嘴引导叶翼的级包括环形内壁、环形外壁和在环形内壁和环形外壁之间延伸并固定到环形内壁和环形外壁的多个圆周方向间隔开的涡轮机喷嘴引导叶翼，
环形内壁具有外表面，所述外表面具有多个外表面部分，并且每个外表面部分定位在一对圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼之间，环形外壁具有内表面，所述内表面具有多个内表面部分，并且每个内表面部分定位在一对圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼之间，
环形外壁具有至少一个内表面部分，所述内表面部分具有与环形外壁的圆周方向邻近的内表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓，或者环形内壁具有至少一个外表面部分，所述外表面部分具有与环形内壁的圆周方向邻近的外表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
喷嘴导向叶翼的数量与稀燃燃料喷射器的数量的比可以是2比1。
至少一个内表面部分可具有与环形外壁的圆周方向邻近的内表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓，并且至少一个外表面部分具有与环形内壁的圆周方向邻近的外表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形外壁的每个内表面部分可具有与环形外壁的圆周方向邻近的内表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形外壁的圆周方向邻近的内表面部分可具有不同的成形轮廓，并且环形外壁的圆周方向交替的(alternate)内表面部分可具有相同的成形轮廓。
环形外壁的每个内表面部分可具有与环形外壁的所有其它内表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形外壁的每个内表面部分可具有第一区域，所述第一区域邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的吸力表面并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的后缘朝向环形内壁突出(project)；第二区域，其邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的压力表面并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的后缘远离环形内壁突出；第三区域，其邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的吸力表面并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的前缘朝向环形内壁突出；第四区域，其邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的压力表面并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的前缘朝向环形内壁突出；以及第五区域，其圆周方向地在第三区域和第四区域之间以及在涡轮机喷嘴引导叶翼的前缘之间朝向环形内壁突出。
第一区域可以是峰，第二区域是槽，第三区域是峰，第四区域是峰，以及第五区域是峰。第一区域是以比平均半径更低的半径布置的区域，第二区域是以比平均半径更高的半径布置的区域，第三区域是以比平均半径更高的半径布置的区域，第四区域是以比平均半径更高的半径布置的区域，并且第五区域是以比平均半径更高的半径布置的区域。
环形内环形的每个外表面部分可具有与环形内壁的圆周方向邻近的外表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形内壁的圆周方向邻近的外表面部分可具有不同的成形轮廓，并且环形内壁的圆周方向交替的外表面部分可具有相同的成形轮廓。
环形内环形的每个外表面部分可具有与环形内壁的所有其它外表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形内壁的每个外表面部分可具有第一区域，所述第一区域邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的吸力表面并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的后缘远离环形外壁突出；第二区域，其邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的压力表面并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的后缘朝向环形外壁突出；第三区域，其圆周方向地在涡轮机喷嘴引导叶翼的前缘并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼的前缘朝向环形外壁突出。
第一区域可以是槽，第二区域是槽，并且第三区域是峰。第一区域是以比平均半径更低的半径布置的区域，第二区域是以比平均半径更高的半径布置的区域，并且第三区域是以比平均半径更高的半径布置的区域。
环形内壁的外表面可以是非轴对称的和非周期性的。
环形外壁的内表面可以是非轴对称的和非周期性的。
每个喷嘴引导叶翼在中跨区域（例如，在环形内壁与环形外壁之间的径向中间的区域）处朝向压力侧倾斜，并且每个喷嘴引导叶翼在邻近环形内壁和邻近后缘处朝向吸力侧倾斜。
每个喷嘴引导叶翼可具有明显的前缘。
环形内壁的外表面部分的外半径可在圆周方向邻近的叶翼之间圆周方向地变化。环形内壁的外表面部分的外半径可在圆周方向邻近的叶翼之间在圆周方向邻近的叶翼的前缘和后缘之间的所有轴向位置处圆周方向地变化。
环形外壁的内表面部分的内半径可在圆周方向邻近的叶翼之间圆周方向地变化。环形外壁的内表面部分的内半径可在圆周方向邻近的叶翼之间在圆周方向邻近的叶翼的前缘和后缘之间的所有轴向位置处圆周方向地变化。
燃烧腔室布置可以是气体涡轮引擎的燃烧腔室布置。气体涡轮引擎可以是航空气体涡轮引擎、航海气体涡轮引擎、工业气体涡轮引擎或汽车气体涡轮引擎。航空气体涡轮引擎可以是涡轮风扇气体涡轮引擎、涡轮喷气气体涡轮引擎、涡轮螺旋桨气体涡轮引擎或涡轮轴气体涡轮引擎。
如本文中别处所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。这样的气体涡轮引擎可包括引擎核心，所述引擎核心包括涡轮机、燃烧器、压缩机和将涡轮机连接到压缩机的核心轴。这样的气体涡轮引擎可包括位于引擎核心上游的风扇（具有风扇叶片）。
本公开的布置可特别地（但非排他地）有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，气体涡轮引擎可包括齿轮箱，其接收来自核心轴的输入并将驱动输出到风扇以便以比核心轴更低的旋转速度驱动风扇。到齿轮箱的输入可直接来自核心轴，或间接地来自核心轴，例如经由齿轮轴(spur shaft)和/或齿轮。核心轴可以刚性地连接涡轮机和压缩机，使得涡轮机和压缩机以相同的速度旋转（其中风扇以较低的速度旋转）。
如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可具有任何适合的通用结构。例如，气体涡轮引擎可具有连接涡轮机和压缩机的任何期望数量的轴，例如一个、两个或三个轴。单纯地作为示例，连接到核心轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接到核心轴的压缩机可以是第一压缩机，并且核心轴可以是第一核心轴。引擎核心还可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接至第二压缩机的第二核心轴。第二涡轮机、第二压缩机和第二核心轴可被布置成以比第一核心轴更高的旋转速度旋转。
在这样的布置中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。第二压缩机可被布置成从第一压缩机接收（例如直接接收，例如经由通常环形的管道）流。
齿轮箱可被布置成由核心轴（例如，在以上的示例中的第一核心轴）驱动，该核心轴被配置成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转。例如，齿轮箱可以被布置为仅由被配置为（例如，在使用中）以最低旋转速度旋转的核心轴（例如，在以上的示例中，仅为第一核心轴，而不是第二核心轴）驱动。可替换地，齿轮箱可以被布置为由任何一个或多个轴（例如，在以上的示例中的第一轴和/或第二轴）驱动。
在本文中描述和/或要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可提供在风扇和（多个）压缩机的轴向下游。例如，其中提供第二压缩机时，燃烧器可直接在第二压缩机的下游（例如，在第二压缩机的出口处）。作为另一示例，其中提供第二涡轮机时，可将在至燃烧器的出口处的流提供给第二涡轮机的入口。燃烧器可提供在（多个）涡轮机的上游。
该压缩机或每个压缩机（例如，如以上所描述的第一压缩机和第二压缩机）可包括任何数量的级，例如多级。每个级可以包括一行转子叶片和一行定子叶翼，其可以是可变的定子叶翼（其中它们的入射角可以是可变的）。转子叶片的行和定子叶翼的行可彼此轴向地偏移。
该涡轮机或每个涡轮机（例如，如以上所描述的第一涡轮机和第二涡轮机）可包括任何数量的级，例如多级。每个级可包括一行转子叶片和一行定子叶翼。转子叶片的行和定子叶翼的行可彼此轴向地偏移。
每个风扇叶片可被限定为具有从在径向内气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部（或毂）延伸至100％跨度位置处的尖端的径向跨度。毂处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比可小于（或大约是）下列中的任何：0.4、0.39、0.38 0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。毂处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比可在由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。这些比通常可被称为毂-尖端比。毂处的半径和尖端处的半径均可在叶片的前缘（或轴向最前方）部分处测量。当然，毂-尖端比是指风扇叶片的气体洗涤部分，即，径向上在任何平台外侧的部分。
风扇的半径可以在引擎中心线和风扇叶片在其前缘处的尖端之间测量。风扇直径（其可以简单地是风扇的半径的两倍）可以大于（或大约是）下列中的任何：250cm（约100英寸）、260cm、270cm（约105英寸）、280cm（约110英寸）、290cm（约115英寸）、300cm（约120英寸）、310cm、320cm（约125英寸）、330cm（约130英寸），340cm（约135英寸）、350cm、360cm（约140英寸）、370cm（约145英寸）、380（约150英寸）cm或390cm（约155英寸）。风扇直径可在由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。
风扇的旋转速度在使用中可以变化。通常，对于具有较高直径的风扇，旋转速度较低。单纯地作为非限制性示例，风扇在巡航条件下的旋转速度可以小于2500rpm，例如小于2300rpm。单纯地作为另一非限制性示例，用于具有在从250cm至300cm（例如250cm至280cm）范围内的风扇直径的引擎的巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1700rpm至2500rpm的范围内，例如在从1800rpm至2300rpm的范围内，例如在从1900rpm至2100rpm的范围内。单纯地作为另一非限制性示例，用于具有在从320cm到380cm范围内的风扇直径的引擎在巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1200rpm到2000rpm的范围内，例如在从1300rpm到1800rpm的范围内，例如在从1400rpm到1600rpm的范围内。
在气体涡轮引擎的使用中，风扇（具有相关联的风扇叶片）围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度Utip移动。由风扇叶片13在流上做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被限定为dH/Utip 2，其中dH是跨风扇的焓升（例如，1-D平均焓升），并且Utip是风扇尖端的（例如在尖端的前缘处的）（平移）速度，其可被限定为在前缘处的风扇尖端半径乘以角速度。在巡航条件下的风扇尖端负载可大于（或大约是）下列中的任何：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（本段中的所有单位是Jkg-1K-1/（ms-1）2）。风扇尖端负载可处于由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。
根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比，其中旁路比被限定为在巡航条件下通过旁路管道的流的质量流率与通过核心的流的质量流率的比。在一些布置中，旁路比可大于（或大约是）以下中的任何一个：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5或17。旁路比可以在由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可以形成上边界或下边界）。旁路管道可以是基本上环形的。旁路管道可以径向地在核心引擎的外侧。旁路管道的径向外表面可由短舱和/或风扇壳限定。
本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮引擎的总体压力比可被限定为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机的出口处（在进入燃烧器之前）的滞止压力之比。作为非限制性示例，如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总体压力比可大于（或大约是）以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总体压力比可在由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。
引擎的特定推力可以被限定为引擎的净推力除以通过引擎的总质量流。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的特定推力可小于（或大约是）以下中的任何一个：110Nkg-1s、105Nkg-1s、100Nkg-1s、95Nkg-1s、90Nkg-1s、85Nkg-1s或80Nkg-1s。特定推力可在由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。与常规的气体涡轮引擎相比，这样的引擎可以是特别有效的。
如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。单纯地作为非限制性示例，如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机可能能够产生至少（或大约是）以下中的任何一个的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。以上提到的推力可以是在海平面处的标准大气条件加上15℃（环境压力101.3kPa，温度30℃）下的最大净推力，其中引擎静止。
在使用中，在高压力涡轮机的入口处的流的温度可能特别高。可被称为TET的该温度可在到燃烧器的出口处测量，例如紧接第一涡轮机叶翼的上游，所述第一涡轮机叶翼自身可被称为喷嘴引导叶翼。在巡航时，TET可以至少（或大约是）以下中的任何一个：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可以处于由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。在引擎的使用中的最大TET可以是，例如，至少（或大约是）以下中的任何一个：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可以在由先前句子中的任何两个值界定的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。最大TET可以例如在高推力条件下发生，例如在最大起飞（MTO）条件下。
本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可由任何适合的材料或材料的组合制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分由复合材料制造，所述复合材料例如金属基体复合材料和/或有机基体复合材料，诸如碳纤维。作为另一示例，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由金属（诸如钛基金属或铝基材料（诸如铝-锂合金）或钢基材料）制造。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前缘，其可使用能够比叶片的其余部分更好地抵抗（例如来自鸟、冰或其它材料的）冲击的材料来制造。这样的前缘可以例如使用钛或钛基合金制造。因此，单纯地作为示例，风扇叶片可具有带有钛前缘的碳纤维或铝基主体（诸如铝锂合金）。
本文中所描述和/或要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片从该中央部分可以例如在径向方向上延伸。风扇叶片可以以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定装置，该固定装置可接合毂（或盘）中的对应槽。单纯地作为示例，这样的固定装置可以是燕尾榫的形式，该燕尾榫可以开槽进入和/或接合毂/盘中的对应槽，以便将风扇叶片固定到毂/盘。作为另一示例，风扇叶片可以与中央部分一体地形成。这样的布置可被称为叶盘或叶环。可以使用任何适合的方法来制造这样的叶盘或叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块机加工和/或风扇叶片的至少一部分可通过焊接（诸如线性摩擦焊接）附接到毂/盘。
本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可以或可以不提供有可变面积喷嘴（VAN）。这样的可变面积喷嘴可以允许旁路管道的出口面积在使用中变化。本公开的一般原理可应用于具有或不具有VAN的引擎。
本文中所述和/或要求保护的气体涡轮机的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如16、18、20或22个风扇叶片。
如本文中所使用的，巡航条件可以意指气体涡轮引擎所附接至其的飞行器的巡航条件。这样的巡航条件可以常规地限定为巡航中期的条件，例如，在爬升的顶部和下降的开始之间的（就时间和/或距离而言的）中点处由飞行器和/或引擎所经历的条件。
单纯地作为示例，巡航条件下的前进速度可以是在从马赫0.7至0.9的范围内的任何点，例如0.75至0.85，例如0.76至0.84，例如0.77至0.83，例如0.78至0.82，例如0.79至0.81，例如大约马赫0.8、大约马赫0.85或在从0.8至0.85的范围内。在这些范围内的任何单个速度可以是巡航条件。对于某一飞行器而言，巡航条件可以在这些范围之外，例如低于马赫0.7或高于马赫0.9。
单纯地作为示例，巡航条件可对应于处于从10000m到15000m的范围内的海拔的标准大气条件，例如在从10000m到12000m的范围内，例如在从10400m到11600m（约38000英尺）的范围内，例如在从10500m到11500m的范围内，例如在从10600m到11400m的范围内，例如在从10700m（约35000英尺）到11300m的范围内，例如在从10800m到11200m的范围内，例如在从10900m到11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可能对应于这些范围内任何给定海拔处的标准大气条件。
单纯地作为示例，巡航条件可对应于：0.8的前进马赫数；23000Pa的压力；以及-55℃的温度。
如本文中任何地方所使用的，“巡航”或“巡航条件”可意指气动设计点。这样的气动设计点（或ADP）可对应于风扇被设计成操作的条件（包括例如一个或多个马赫数、环境条件和推力要求）。这可意指，例如，风扇（或气体涡轮引擎）被设计为具有最佳效率的条件处。
在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可在本文中其它地方限定的巡航条件下操作。这样的巡航条件可由飞行器的巡航条件（例如巡航中期条件）确定，可将至少一个（例如2个或4个）气体涡轮引擎安装到所述飞行器上以便提供推进推力。
本领域技术人员将领会的是，除了相互排斥的情况外，与上述方面中的任何一个相关来描述的特征或参数可应用于任何其它方面。此外，除了相互排斥的情况外，本文中所描述的任何特征或参数可应用于任何方面和/或与本文中所描述的任何其它特征或参数组合。
附图说明
现在将参考附图仅作为示例来描述实施例，在所述附图中：
图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；
图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；
图3是气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；
图4是根据本公开的通过燃烧腔室布置的放大的横截面视图。
图5是图4中示出的燃烧腔室布置的涡轮机喷嘴引导叶翼的另一放大的透视图。
图6是图5中示出的涡轮机喷嘴引导叶翼的环形内壁的平面视图。
图7是图5中示出的涡轮机喷嘴引导叶翼的环形外壁的平面视图。
具体实施方式
图1图示了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括空气进口12和生成两股空气流（核心空气流A和旁路空气流B）的推进风扇23。气体涡轮引擎10包括接收核心空气流A的核心11。引擎核心11包括按轴向流系列的低压力压缩机14、高压力压缩机15、燃烧设备16、高压力涡轮机17、低压力涡轮机19和核心排放喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10，并且限定旁路管道22和旁路排放喷嘴18。旁路空气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压力涡轮机19并由低压力涡轮机19驱动。
在使用中，核心空气流A由低压力压缩机14加速和压缩，并被引导到高压力压缩机15中，在所述高压力压缩机15中发生进一步压缩。从高压力压缩机15排放的压缩空气被引导到燃烧设备16中，在所述燃烧设备16中其与燃料混合并且混合物被燃烧。然后，所产生的热燃烧产物在通过喷嘴20被排放之前膨胀通过高压力和低压力涡轮机17、19，并由此驱动高压力和低压力涡轮机17、19，以提供一些推进推力。高压力涡轮机17通过适合的互连轴27驱动高压力压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。
齿轮风扇气体涡轮引擎10的示例性布置在图2中示出。低压力涡轮机19（见图1）驱动轴26，该轴26耦合到行星齿轮布置30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与其相互啮合的是由行星架34耦合在一起的多个行星齿轮32。行星架34约束行星齿轮32来同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32能够绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36耦合到风扇23，以便驱动其绕引擎轴线9的旋转。行星齿轮32的径向向外处并与其相互啮合的是经由连杆40耦合到静止支承结构24的环形齿轮或环状齿轮38。
注意的是，如本文中使用的术语“低压力涡轮机”和“低压力压缩机”可被认为分别意指最低压力涡轮机级和最低压力压缩机级（即，不包括风扇23）和/或通过引擎中的具有最低旋转速度的互连轴26连接在一起的涡轮机和压缩机级（即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴）。在一些文献中，本文中所指的“低压力涡轮机”和“低压力压缩机”可以可替换地被认为是“中压力涡轮机”和“中压力压缩机”。在使用这样的可替换命名的情况下，风扇23可称为第一压缩级或最低压力压缩级。
周转齿轮箱30作为示例在图3中更详细地示出。太阳齿轮28、行星齿轮32和环状齿轮38中的每一个都包括绕其周边的齿，以与其它齿轮相互啮合。然而，为了清楚性，图3中仅图示齿的示例性部分。图示了四个行星齿轮32，尽管对于技术人员读者将显而易见的是，在所要求保护的发明的范围内可以提供更多或更少的行星齿轮32。行星周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。
在图2和图3中作为示例图示的周转齿轮箱30为行星类型，其中行星架34经由连杆36耦合到输出轴，而环状齿轮38固定。然而，可以使用任何其它适合类型的周转齿轮箱30。作为另一示例，周转齿轮箱30可以是星形布置，其中行星架34保持固定，而环状（或环形）齿轮38被允许旋转。在这样的布置中，风扇23由环状齿轮38驱动。作为另一可替换示例，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，在其中环状齿轮38和行星架34二者均被允许旋转。
将领会的是，图2和图3中所示出的布置仅作为示例，并且各种替换方案均在本公开的范围内。单纯地作为示例，任何适合的布置都可用于将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。作为另一示例，齿轮箱30和引擎10的其它部分（诸如输入轴26、输出轴和固定结构24）之间的连接（诸如图2示例中的连杆36、40）可具有任何期望的刚度或柔度。作为另一示例，可以使用引擎的旋转和静止部分之间（例如，来自齿轮箱的输入和输出轴与诸如齿轮箱壳体之类的固定结构之间）的轴承的任何适合布置，并且本公开不限于图2的示例性布置。例如，在齿轮箱30具有（以上所描述的）星形布置的情况下，技术人员将容易地理解输出和支承连杆以及轴承位置的布置通常将与图2中作为示例示出的布置不同。
因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型（例如星形或行星）、支承结构、输入和输出轴布置以及轴承位置的任何布置的气体涡轮引擎。
可选地，齿轮箱可驱动附加和/或可替换部件（例如中压力压缩机和/或增压压缩机）。
本公开可应用于的其它气体涡轮引擎可具有可替换配置。例如，这样的引擎可具有可替换数量的压缩机和/或涡轮机和/或可替换数量的互连轴。作为另一示例，图1中所示出的气体涡轮引擎具有分流喷嘴20、22，这意指通过旁路管道22的流具有其本身的喷嘴，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分离并在其径向外侧。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于其中在单个喷嘴之前（或上游）混合或组合通过旁路管道22的流和通过核心11的流的引擎，该单个喷嘴可称为混流喷嘴。一个或两个喷嘴（无论是混流或是分流）可具有固定的或可变的面积。虽然所描述示例涉及涡轮风扇引擎，但本公开可以例如应用于任何类型的气体涡轮引擎，诸如例如开放式转子引擎（在其中风扇级不被短舱围绕）或涡轮螺旋桨引擎。在一些布置中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。
气体涡轮引擎10及其部件的几何结构由常规轴线系统限定，其包括轴向方向（其与旋转轴线9对齐）、径向方向（图1中在从下到上的方向上）和圆周方向（在图1视图中与页面垂直）。轴向、径向和圆周方向相互垂直。
如图4中所示，燃烧腔室布置16包括环形燃烧腔室50、多个稀燃燃料喷射器52和涡轮机喷嘴引导叶翼的级(stage)54。环形燃烧腔室50包括具有多个圆周方向间隔开的孔口58的环形上游端壁56和环形下游端60。每个稀燃燃料喷射器52包括多个同轴空气旋流器，并且每个稀燃燃料喷射器52位于环形上游端壁56中孔口58中的相应一个中。涡轮机喷嘴引导叶翼的级54布置在环形燃烧腔室50的下游端60处。涡轮机喷嘴引导叶翼的级54包括环形内壁62、环形外壁64和在环形内壁62和环形外壁64之间延伸并固定到环形内壁62和环形外壁64的多个圆周方向间隔开的涡轮机喷嘴引导叶翼66。每个叶翼具有前缘63、后缘65、从前缘63延伸到后缘65的凸形吸力表面67和从前缘63延伸到后缘65的凹形压力表面。环形内壁62具有外表面68，所述外表面68具有多个外表面部分70，并且每个外表面部分70定位在一对圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间。环形外壁64具有内表面72，所述内表面72具有多个内表面部分74，并且每个内表面部分74定位在一对圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间。环形内壁62可包括完整的环，并且环形外壁64包括完整的环。可替换地，环形内壁62可以包括多个圆周方向布置的区段，环形外壁64包括多个圆周方向布置的区段，所述区段中的每个与环形外壁62的区段中的对应一个圆周方向地对准，并且至少一个涡轮机喷嘴引导叶翼66在环形内壁62的每个区段和环形外壁64的对应区段之间延伸并且被固定到环形内壁62的每个区段和环形外壁64的对应区段。多个涡轮机喷嘴引导叶翼66可在环形内壁62的每个区段和环形外壁64的对应区段之间延伸并被固定到环形内壁62的每个区段和环形外壁64的对应区段，例如，两个涡轮机喷嘴引导叶翼66可在环形内壁62的每个区段和环形外壁64的对应区段之间延伸并且被固定到环形内壁62的每个区段和环形外壁64的对应区段。喷嘴引导叶翼66的数量与稀燃燃料喷射器52的数量的比为2比1。
环形外壁64具有至少一个内表面部分74，该内表面部分74具有与环形外壁64的圆周方向邻近的内表面部分74的成形轮廓不同的成形轮廓，或者环形内壁62具有至少一个外表面部分70，该外表面部分70具有与环形内壁62的圆周方向邻近的外表面部分70的成形轮廓不同的成形轮廓。在该布置中，环形外壁64的至少一个内表面部分74具有与环形外壁64的圆周方向邻近的内表面部分74的成形轮廓不同的成形轮廓，并且环形内壁62的至少一个外表面部分70具有与环形内壁62的圆周方向邻近的外表面部分70的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形内壁62的外表面部分70的外半径在圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间圆周方向地变化。环形内壁62的外表面部分70的外半径可在圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间在圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63和后缘65之间的所有轴向位置处圆周方向地变化。
环形外壁64的内表面部分74的内半径在圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间圆周方向地变化。环形外壁64的内表面部分74的内半径可在圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间在圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63和后缘65之间的所有轴向位置处圆周方向地变化。
内半径和外半径是相对于气体涡轮引擎10的轴线9测量的。
环形外壁64的每个内表面部分74可具有与环形外壁64的圆周方向邻近的内表面部分74的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形外壁64的圆周方向邻近的内表面部分74可具有不同的成形轮廓，并且环形外壁64的圆周方向交替的内表面部分74可具有相同的成形轮廓。
环形外壁64的每个内表面部分74可具有与环形外壁64的所有其它内表面部分74的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形外壁64的每个内表面部分74可具有第一区域82，第二区域84，第三区域86，第四区域88以及第五区域90，所述第一区域82邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的一个的吸力表面67并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的一个的后缘65朝向环形内壁62突出；第二区域84邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的另一个的压力表面69并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的另一个的后缘65远离环形内壁62突出；第三区域86邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的一个的吸力表面67并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的一个的前缘63朝向环形内壁62突出；第四区域88邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的另一个的压力表面69并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的另一个的前缘63朝向环形内壁62突出；而第五区域90圆周方向地在第三区域86和第四区域88之间以及在涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63之间朝向环形内壁62突出。第五区域90比第三区域86更靠近第四区域88。
环形内环形62的每个外表面部分70可具有与环形内壁62的圆周方向邻近的外表面部分70的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形内壁62的圆周方向邻近的外表面部分70可具有不同的成形轮廓，并且环形内壁62的圆周方向交替的外表面部分70可具有相同的成形轮廓。
环形内壁62的每个外表面部分70可具有与环形内壁62的所有其它外表面部分70的成形轮廓不同的成形轮廓。
环形内壁62的每个外表面部分70可具有第一区域76，第二区域78，第三区域80，所述第一区域76邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的一个的吸力表面67并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的一个的后缘65远离环形外壁64突出；第二区域78，其邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的另一个的压力表面69并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66中的另一个的后缘65朝向环形外壁64突出；第三区域80，其圆周方向地在涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63之间并且邻近涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63朝向环形外壁64突出。
环形内壁62的外表面68可以是非轴对称的和非周期性的。
环形外壁64的内表面72可以是非轴对称的和非周期性的。
每个涡轮机喷嘴引导叶翼66在中跨区域（例如，在环形内壁62与环形外壁64之间的径向中间的区域）处朝向凹形压力表面69倾斜，每个涡轮机喷嘴引导叶翼66在邻近环形内壁62和邻近后缘65处朝向凸形吸力表面67倾斜。每个涡轮机喷嘴引导叶翼66还具有明显的(pronounced)前缘63。
环形内壁62的外表面68上的突出部在图5和图6中图示。第一区域76已经从中间弦向后缘65被降低到涡轮机喷嘴引导叶翼66的吸力侧67上的通道之外。第一区域76与涡轮机喷嘴引导叶翼66的吸力表面67间隔开。中间弦位于涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63和后缘65之间的中间。这增加了涡轮机喷嘴引导叶翼66的吸力表面67静态压力，因此减小了跨通道压力梯度。该设计是非周期性的，其中环形内壁62的外表面68在第一区域76A中的涡轮机喷嘴引导叶翼66A的吸力侧67上比在第一区域76B中的涡轮机喷嘴引导叶翼66B的吸力侧67上降低地更多。在到第二区域78中涡轮机喷嘴引导叶翼66的后缘65的下游，环形内壁62的外表面68已经显著升高。第三区域80中涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63之间的中间，环形内壁62的外表面68已经升高，但第三区域80没有像第二区域78升高得那么多。第四区域88分别没有像环形外壁64的内表面72的第二、第三和第五区域84、86和90降低得那么多。
在图7中图示了环形外壁64的内表面72上的突出部。
在图5至图7中示出的在环形内壁62的外表面68上和在环形外壁64的内表面72上的突出部或扰动部大约多达+/-2mm，例如+/-0.5mm至2mm，或+/-0.5至1.5mm或+/-0.5至1mm。在图5至图7中示出的在环形外壁62的外表面68上和在环形外壁64的内表面72上的突出部或扰动部大约多达涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63和后缘65之间的轴向弦长的+/-3%，例如，涡轮机喷嘴引导叶翼66的前缘63和后缘65之间的轴向弦长的+/-1至3%。突出部或扰动部在环形内壁62的外表面68上/中比在环形外壁64的内表面72上/中更加明显。在一个示例中，环形内壁62的外表面68上的突出部或扰动部多达+/-1mm，并且环形外壁64的内表面72上的突出部或扰动部多达+/-1mm。
在涡轮机喷嘴引导叶翼66之间的内表面部分74的上游端处的环形外壁64的内表面72上的所有突出部或扰动部朝向环形内壁62的外表面68径向向内突出。
另外，环形外壁64的内表面72上的突出部或扰动部、第一区域82延伸到涡轮机喷嘴引导叶翼66的吸力侧67上的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间的通道中，并且环形外壁64的内表面72上的突出部或扰动部、第二区域84延伸到涡轮机喷嘴引导叶翼66的压力侧69上的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间的通道之外。然而，环形内壁62的外表面68上的突出部或扰动部、第一区域76延伸到涡轮机喷嘴引导叶翼66的吸力侧67上的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间的通道之外，并且，环形内壁62的外表面68上的突出部或扰动部、第二区域78延伸到涡轮机喷嘴引导叶翼66的压力侧69上的涡轮机喷嘴引导叶翼66之间的通道中。
环形内壁62的外表面68的各个第二和第三区域78和80是峰，并且环形内壁62的外表面68的第一区域76是槽。环形外壁64的内表面72的各个第二、第三、第四和第五区域84、86、88和90是峰，并且环形外壁64的内表面72的第一区域82是槽。
与没有优化的形状的布置相比，环形外壁的内表面的优化的形状单独地提供多达0.1%的效率提高和多达0.2%的流动容量增加。与没有优化的形状的布置相比，环形内壁的外表面的优化的形状单独地提供0.2%到0.3%的效率提高和多达0.5%的流动容量增加。与没有优化的形状的布置相比，涡轮机喷嘴引导叶翼的优化的形状、环形内壁的外表面和环形外壁的内表面的组合提供了0.5%到1%的效率提高和多达0.5%的流动容量增加。当环形外壁的内表面的形状、环形内壁的外表面的形状和涡轮机喷嘴引导叶翼的形状被一起优化时，实现最高效率改进。
环形外壁的内表面和环形内壁的外表面的非周期性轮廓减轻了给定入口非均匀总压力和大流量入射变化的不利影响，从而产生改进的空气动力学性能，例如环形外壁的内表面和环形内壁的外表面的非周期性轮廓减轻了来自稀燃燃料喷射器的回旋的流的不利影响。环形外壁的内表面和环形内壁的外表面的非周期性轮廓展现改进的空气动力学能力并且减少或消除在涡轮机喷嘴引导叶翼之间的通道中的转角流分离或涡流，例如涡轮机喷嘴引导叶翼与环形外壁的内表面之间的接合部处的转角和/或涡轮机喷嘴引导叶翼与环形内壁的外表面之间的接合部处的转角。
将理解的是，本发明不限于上述实施例，并且在不背离本文中所描述概念的情况下能够进行各种修改和改进。除了相互排斥的情况外，任何特征可单独地采用或与任何其它特征组合采用，并且本公开延伸到并包括本文中所描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (15)

1.一种燃烧腔室布置，包括环形燃烧腔室、多个稀燃燃料喷射器和涡轮机喷嘴引导叶翼的级，
所述环形燃烧腔室包括具有多个圆周方向间隔开的孔口的环形上游端壁，以及环形下游端，
每个稀燃燃料喷射器包括多个同轴空气旋流器，每个稀燃燃料喷射器位于所述环形上游端壁中的所述孔口中的相应一个中，
所述涡轮机喷嘴引导叶翼的级布置在所述环形燃烧腔室的所述下游端处，所述涡轮机喷嘴引导叶翼的级包括环形内壁、环形外壁和在所述环形内壁和所述环形外壁之间延伸并固定到所述环形内壁和所述环形外壁的多个圆周方向间隔开的涡轮机喷嘴引导叶翼，
所述环形内壁具有外表面，所述外表面具有多个外表面部分并且每个外表面部分定位在一对圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼之间，所述环形外壁具有内表面，所述内表面具有多个内表面部分并且每个内表面部分定位在一对圆周方向邻近的涡轮机喷嘴引导叶翼之间，
所述环形外壁具有至少一个内表面部分，所述至少一个内表面部分具有与所述环形外壁的圆周方向邻近的内表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓，并且所述环形内壁具有至少一个外表面部分，所述至少一个外表面部分具有与所述环形内壁的圆周方向邻近的外表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓，所述环形外壁的圆周方向邻近的内表面部分具有不同的成形轮廓并且所述环形外壁的圆周方向交替的内表面部分具有相同的成形轮廓，所述环形内壁的圆周方向邻近的外表面部分具有不同的成形轮廓并且所述环形内壁的圆周方向交替的外表面部分具有相同的成形轮廓。
2.根据权利要求1所述的燃烧腔室布置，其中所述环形外壁的每个内表面部分具有与所述环形外壁的圆周方向邻近的内表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃烧腔室布置，其中所述环形外壁的每个内表面部分具有第一区域，第二区域，第三区域，第四区域以及第五区域，所述第一区域邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的吸力表面并且邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的所述一个的后缘朝向所述环形内壁突出；所述第二区域邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的所述压力表面并且邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的所述另一个的后缘远离所述环形内壁突出；所述第三区域邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的吸力表面并且邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的所述一个的前缘朝向所述环形内壁突出；所述第四区域邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的所述另一个的压力表面并且邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的所述另一个的前缘朝向所述环形内壁突出；而所述第五区域圆周方向地在所述第三区域和所述第四区域之间并且在所述涡轮机喷嘴引导叶翼的所述前缘之间朝向所述环形内壁突出。
4.根据权利要求1所述的燃烧腔室布置，其中所述环形内壁的每个外表面部分具有与所述环形内壁的圆周方向邻近的外表面部分的成形轮廓不同的成形轮廓。
5.根据权利要求1或权利要求4所述的燃烧腔室布置，其中所述环形内壁的每个外表面部分具有第一区域，第二区域，第三区域，所述第一区域邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的一个的吸力表面并且邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的所述一个的后缘远离所述环形外壁突出；所述第二区域邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的另一个的所述压力表面并且邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼中的所述另一个的后缘朝向所述环形外壁突出；所述第三区域圆周方向地所述涡轮机喷嘴引导叶翼的所述前缘并且邻近所述涡轮机喷嘴引导叶翼的所述前缘朝向所述环形外壁突出。
6.根据权利要求1所述的燃烧腔室布置，其中所述环形内壁的所述外表面是非轴对称的和非周期性的。
7.根据权利要求1或权利要求6所述的燃烧腔室布置，其中所述环形外壁的所述内表面是非轴对称的和非周期性的。
8.根据权利要求1或权利要求3所述的燃烧腔室布置，其中所述环形内壁的所述外表面部分的外半径在所述圆周方向邻近的叶翼之间圆周方向地变化。
9.根据权利要求8所述的燃烧腔室布置，其中所述环形内壁的所述外表面部分的所述外半径在所述圆周方向邻近的叶翼之间在所述圆周方向邻近的叶翼的所述前缘和所述后缘之间的所有轴向位置处圆周方向地变化。
10.根据权利要求1或权利要求5所述的燃烧腔室布置，其中所述环形外壁的所述内表面部分的内半径在所述圆周方向邻近的叶翼之间圆周方向地变化。
11.根据权利要求10所述的燃烧腔室布置，其中所述环形外壁的所述内表面部分的所述内半径在所述圆周方向邻近的叶翼之间在所述圆周方向邻近的叶翼的所述前缘和所述后缘之间的所有轴向位置处圆周方向地变化。
12.根据权利要求1所述的燃烧腔室布置，其中每个喷嘴导向叶翼在中跨区域处朝向压力侧倾斜，并且每个喷嘴引导叶翼在邻近所述环形内壁和邻近所述后缘处朝向吸力侧倾斜。
13.一种气体涡轮引擎，包括如权利要求1所述的燃烧腔室。
14.根据权利要求13所述的气体涡轮引擎，其中所述气体涡轮引擎是航空气体涡轮引擎、航海气体涡轮引擎、工业气体涡轮引擎或汽车气体涡轮引擎。
15.根据权利要求14所述的气体涡轮引擎，其中所述气体涡轮引擎是航空气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎包括：
引擎核心，其包括涡轮机、燃烧腔室布置、压缩机和将所述涡轮机连接到所述压缩机的核心轴；
风扇，其位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；以及
齿轮箱，其从所述核心轴接收输入并且将驱动输出到所述风扇，以便以比所述核心轴更低的旋转速度驱动所述风扇。
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