CN110439690A - 油箱加注系统 - Google Patents

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W.A.马列维斯
S.雷
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Abstract

本公开题为“油箱加注系统”。公开了一种用于加注气体涡轮引擎的油箱的油箱加注系统。该系统包括：位于引擎的核心内的油箱；位于从该引擎的核心延伸的分叉内的注油贮存器；从该注油贮存器通向该油箱上的油箱加注口的油箱加注管；以及油泵。该系统被构造成使得该油泵从注油贮存器将油泵送穿过该油箱加注管和该油箱加注口以加注所述油箱。本公开还公开了加注气体涡轮引擎的油箱的方法以及包括该油箱加注系统的气体涡轮引擎。

Description

油箱加注系统
技术领域
本公开涉及油箱加注系统。
更具体地讲，本公开提供了一种油箱加注系统，该油箱加注系统可用于气体涡轮引擎，诸如用于驱动和推进大型乘客飞行器的气体涡轮引擎。本发明还公开了一种加注气体涡轮引擎的油箱的方法，其中该油箱位于引擎的核心内，并且还公开了一种包括油箱加注系统的气体涡轮引擎。
背景技术
气体涡轮引擎油系统通常是全流动再循环系统，该系统必须在所有可预见的操作条件下提供对所有引擎轴承、齿轮和驱动花键的充分润滑和冷却。
每个气体涡轮引擎通常具有向引擎的油系统供油的油箱。通常通过油箱中的可固定开口来加注该油箱。对于涡轮风扇引擎，此开口通常位于朝向引擎的前部的风扇壳体上。例如，对于Rolls-Royce® TRENT® 1000引擎，油箱位于风扇壳体的左手侧（从进气口观察）。维护工程师或维修技术人员很容易接近加油口盖，他们用油罐安装一组台阶，移开加油口盖并简单地将油从油罐倒入油箱。
虽然该方法对于那些引擎和许多其他引擎是有效的，但对于其中更广泛的设计原因要求油箱位于核心引擎内的引擎而言，该方法是不合适或至少是不利的。例如，油箱可被容纳在引擎短舱内，因此通常来讲，该油箱对于带有油罐的维护工程师来说是难以接近的，或者让维护工程师接近是不安全的或者至少是不方便的。当油箱位于核心引擎顶部上的一个或多个出口导向叶片(OGV)以下时，这些问题是严重的，而该核心引擎顶部上的空间紧凑，并且接近受到风扇壳体和出口导向叶片的限制。
在大尺寸的风扇需要大的风扇壳体的情况下，大型涡轮风扇引擎的核心引擎内的接近尤其受到限制。此外，大型涡轮风扇引擎通常需要齿轮传动，该齿轮需要保持润滑，因此大型齿轮传动涡轮风扇引擎往往需要大型油箱。
乘客、机组人员还有维修人员的安全对气体涡轮引擎的设计和运行至关重要。此外，对气体涡轮引擎的及时维护而言，气体涡轮引擎的油系统能够以有效的方式加注油是至关重要的。
因此，需要提供用于加注油箱的油箱加注系统，该油箱加注系统位于引擎中维护工程师不容易接近的部分上，例如位于涡轮风扇引擎的核心引擎上。
美国专利US 9194294 B2公开了一种涡轮风扇气体涡轮飞行器引擎，该引擎具有加油管和位于核心隔室中的油箱，该加油管能够用盖密封并且可在覆盖件下方隔离，该覆盖件安装到风扇壳体并且通过流体导管和管件流体地连接到油箱。该流体导管穿过流动出口导向叶片中的干腔。另选地，来自加油管的油流过该流动出口导向叶片中的湿腔以减少管道运输。气体涡轮引擎需要带有油罐的维护工程师来加注油箱。
美国专利US 8627667 B2公开了具有集成在旁路管道内的流体箱结构的涡轮风扇气体涡轮飞行器引擎。经由加油管将油加入到油箱。引擎需要带有油罐的维护工程师将油倾注到加油管中以加注油箱。
美国专利申请US 2013/0291514 A1公开了具有油箱的气体涡轮引擎，该油箱布置在引擎的热区段附近，即在燃烧器区段和涡轮机区段附近，以解决包装限制。油箱与压缩机区段轴向对准，并通过安装在风扇壳体上部上的加油管和通向油箱的管件加注油。
本公开提供了一种油箱加注系统，该系统克服了上述问题中的至少一些或至少是已知油箱加注系统的有用另选方案。
发明内容
在第一方面，提供了一种用于加注气体涡轮引擎油箱的油箱加注系统，该系统包括：油箱，该油箱位于引擎的核心内；注油贮存器，该注油贮存器位于从引擎的核心延伸的分叉内；油箱加注管，该油箱加注管从注油贮存器通向油箱上的油箱加注口；以及油泵；该系统被构造成使得油泵从注油贮存器将油泵送穿过油箱加注管和油箱加注口以加注油箱。
尽管油箱位于引擎的不易接近的部分（即，在引擎的核心内）中，但该系统允许油箱被注满。
该油箱具有油箱顶部和油箱底部，并且油箱加注口可位于油箱顶部之上或附近。
油箱可被成形为在引擎的核心内围绕引擎的一侧或两侧弯曲。
油箱可位于相对的出口导向叶片之间。
油箱加注系统可包括引擎加油口，通过该引擎加油口用油对注油贮存器进行加油。
分叉可具有分叉基部，该分叉基部附接到风扇壳体，该风扇壳体可由风扇短舱覆盖，并且该引擎加油口可位于分叉基部上并通过风扇短舱中的开口来接近。分叉可在引擎的核心上方或下方延伸。当分叉在引擎的核心下方延伸时，油箱可由维护工程师从地面或从一小组台阶来加注，从而避免了将维护工程师提升到引擎的核心上方所涉及的潜在危害。
一个或多个温度传感器和/或压力传感器可设置在油箱加注管的一个或多个区段的旁边并且与控制器通信以在油箱加注管破裂或变得堵塞时提供警报。
油泵可以是用于辅助油系统的辅助泵。
油泵可位于分叉内。
注油贮存器可以是油泵的一部分。
油泵可位于核心的下部内，并且该油泵可通过油箱加注管将油泵送到油箱加注口，以加注油箱。例如，在引擎上使用时，该油泵可将油通过油箱加注管向上泵送至油箱加注口，以加注油箱。
该油泵可位于核心的上部内，并且其可通过油箱加注管将油抽吸到油箱加注口，以加注油箱。例如，在引擎上使用时，油泵可通过油箱加注管将油向上抽吸或吸入油箱加注口，以加注油箱。
油泵可位于引擎的核心上。
油箱加注系统可包括油泵控制器，该油泵控制器控制油泵在加注油箱时的操作。
在第二方面，提供了对位于引擎核心内的气体涡轮引擎的油箱进行加注的方法，该方法包括以下步骤：将油供应给位于从引擎核心延伸的分叉内的注油贮存器；以及将油从注油贮存器泵送穿过油箱加注管，该油箱加注管通向位于引擎的核心内的油箱上的油箱加注口。
在第三方面，提供了包括第一方面的油箱加注系统的气体涡轮引擎。
该气体涡轮引擎可用于飞行器，其中该气体涡轮引擎包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴；位于该引擎核心的上游的风扇，该风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。
本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。
如本文所用，术语“核心”或“核心引擎”是指气体涡轮引擎的一部分，其容纳压缩机、燃烧器、涡轮机和将涡轮机连接到压缩机的芯轴。该核心通常包含在引擎短舱中。
在本说明书通篇和随后的权利要求中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”或诸如“包括”和“包含”的变型将被理解为暗示包括所述整数或整数组但不排除任何其他所述整数或整数组。
附图说明
将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案。在附图中：
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是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；
图4是齿轮传动涡轮风扇引擎的示意性截面图，其示出了本公开的油箱加注系统的实施方案。
下表列出了附图中使用的参考标号及其所涉及的特征：
参考标号 特征 图
A 核心气流 1
B 旁路气流 1
9 （引擎的）主旋转轴 1、2
10 气体涡轮引擎 1、4
11 核心 1、4
12 进气口 1、4
14 低压压缩机 1
15 高压压缩机 1
16 燃烧设备 1
17 高压涡轮机 1
18 旁路排气喷嘴 1
19 低压涡轮机 1
20 核心排气喷嘴 1
21 风扇短舱或风扇壳体 1、4
22 旁路管道 1、4
23 风扇 1、2、4
24 静止支撑结构 2
26 轴 1、2
27 互连轴 1
28 太阳轮或太阳齿轮 2、3
30 周转齿轮布置结构 1、2、3
32 行星齿轮 2、3
34 行星齿轮架 2、3
36 连杆 2
38 太阳齿轮 2、3
40 连杆 2
50 油箱加注系统 4
52 油箱 4
53 注油贮存器 4
54 引擎加油口 4
56 油箱加注管 4
58 油箱加注口 4
61 油泵 4
62 引擎短舱 4
64 出口导向叶片(OGV) 4
66 油箱顶部 4
68 油箱底部 4
70 下分叉 4
72 止回阀 4
74 辅助齿轮箱 4
具体实施方式
本公开涉及用于例如飞行器的气体涡轮引擎的油箱加注系统。
此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、燃烧器、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的（具有风扇叶片的）风扇。
本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮机和压缩机刚性地连接，使得涡轮机和压缩机以相同的速度旋转（其中，风扇以更低的速度旋转）。在一些另选的实施方案中，在芯轴也没有连接到压缩机的情况下，芯轴可从涡轮机接收驱动。
如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮机和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该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到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮机、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。
在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成从第一压缩机接收（例如直接接收，例如经由大致环形的管道）流。
齿轮箱可被布置成由被构造成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转的芯轴（例如上述示例中的第一芯轴）来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转的芯轴（例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴）来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。
在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和（一个或多个）压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游（例如在其出口处）。以另外的示例的方式，在提供第二涡轮机的情况下，可将燃烧器出口处的流提供给第二涡轮机的入口。该燃烧器可设置在（一个或多个）涡轮机的上游。
该压缩机或每个压缩机（例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机）可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片，该排定子叶片可为可变定子叶片（因为该排定子叶片的入射角可以是可变的）。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。
该涡轮机或每个涡轮机（例如，如上所述的第一涡轮机和第二涡轮机）可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。
在一些实施方案中，该涡轮机或每个涡轮机可以是离心式涡轮机。
在一些实施方案中，该压缩机或每个压缩机可以是离心式压缩机。
每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0%跨度位置处的根部（或毂部）延伸到100%跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于（或大约为）以下中的任何一个：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。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘（或轴向最前）部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。
可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径（可能只是风扇半径的两倍）可大于（或大约为）以下中的任何一个：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）、380cm（约150英寸）或390cm（约155英寸）。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。
风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在250cm至300cm（例如250cm至280cm）范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在320cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内，例如在1400rpm至1600rpm的范围内。
在使用气体涡轮引擎时，（具有相关联的风扇叶片的）风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U尖端移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U尖端 2，其中dH是跨风扇的焓升（例如1-D平均焓升），并且U尖端是风扇尖端的（平移）速度，例如在尖端的前缘处（可被定义为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（或大约为）以下中的任何一个：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（本段中的所有单位为Jkg-1K-1/(ms-1)2）。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。
根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比率，其中该旁路比率被定义为在巡航条件下穿过旁路管道的流的质量流率与穿过核心的流的质量流率的比率。在一些布置结构中，该旁路比率可大于（或大约为）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。该旁路比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。该旁路管道可以是基本上环形的。该旁路管道可位于核心引擎的径向外侧。旁路管道的径向外表面可以由风扇短舱和/或风扇壳体限定。
本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎的总压力比可被定义为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机出口处的滞止压力（进入燃烧器之前）之比。以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总压力比可大于（或大约为）以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。
引擎的特定推力可被定义为引擎的净推力除以穿过引擎的总质量流量。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（或大约为）以下中的任何一个：110Nkg-1s、105Nkg-1s、100Nkg-1s、95Nkg-1s、90Nkg-1s、85Nkg-1s或80Nkg-1s。特定推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。与传统的气体涡轮引擎相比，此类引擎可能特别高效。
如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。仅以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮机可以产生至少（或大约为）为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。最大推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。上面提到的推力可为在标准大气条件下、在海平面处、加上15℃（环境压力101.3kPa，温度30℃）、引擎静止时的最大净推力。
在使用中，高压涡轮机的入口处的流的温度可能特别高。该温度，可被称为TET，可在燃烧器的出口处测量，例如紧接在可被称为喷嘴导向叶片的第一涡轮机叶片的上游。在巡航时，TET可至少为（或大约为）以下中的任何一个：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可以在由前一句中的任何两个值限定的包括范围内（即，这些值可形成上限或下限）。引擎使用中的最大TET可例如至少为（或大约为）以下中的任何一个：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可在由前一句中的任何两个值限定的包括范围内（即，这些值可形成上限或下限）。可以例如在高推力条件下发生最大TET，例如在最大起飞(MTO)条件下发生最大TET。
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合适的材料或材料组合来制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由复合材料来制造，该复合材料为例如金属基质复合材料和/或有机基质复合材料，诸如碳纤维。以另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属来制造，该金属为诸如钛基金属或铝基材料（诸如铝锂合金）或钢基材料。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，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗（例如，来自鸟类、冰或其他物料的）冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或钛基合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有碳纤维或具有带钛前缘的铝基主体（诸如铝锂合金）。
如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如沿径向方向延伸。该风扇叶片可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件，该固定件可与毂部（或盘状部）中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以插入和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可被称为整体叶盘或整体叶环。可使用任何合适的方法来制造此类整体叶盘或整体叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接（诸如线性摩擦焊接）来附接到毂部/盘状部。
本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可能或可能不设有可变面积喷嘴(VAN)。此类可变面积喷嘴可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。
如本文所述和/或要求保护的气体涡轮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。
如本文所用，巡航条件可指气体涡轮引擎所附接的飞行器的巡航条件。此类巡航条件通常可被定义为巡航中期的条件，例如飞行器和/或引擎在爬升顶点和下降起点之间的中点（就时间和/或距离而言）处所经历的条件。
仅以举例的方式，巡航条件下的前进速度可为从0.7马赫至0.9马赫的范围内的任何点，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0.8马赫，大约0.85马赫或0.8至0.85。这些范围内的任何单一速度可以是巡航条件。对于某些飞行器，巡航条件可能超出这些范围，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。
仅以举例的方式，巡航条件可对应于在以下范围内的高度处的标准大气条件：10000m至15000m，例如在10000m至12000m的范围内，例如在10400m至11600m（约38000英尺）的范围内，例如在10500m至11500m的范围内，例如在10600m至11400m的范围内，例如在10700m（约35000英尺）至11300m的范围内，例如在10800m至11200m的范围内，例如在10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可对应于在这些范围内的任何给定高度处的标准大气条件。
仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.8；压力为23000Pa；并且温度为-55℃。
如本文中任何地方所用，“巡航”或“巡航条件”可指空气动力学设计点。此类空气动力学设计点（或ADP）可对应于风扇被设计用于操作的条件（包括例如马赫数、环境条件和推力要求中的一者或多者）。例如，这可能指风扇（或气体涡轮引擎）被设计成具有最佳效率的条件。
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别处定义的巡航条件下操作。此类巡航条件可通过飞行器的巡航条件（例如，巡航中期条件）来确定，至少一个（例如2个或4个）气体涡轮引擎可以安装在该飞行器上以提供推进推力。
现在将参考一些附图进一步描述本发明的油管故障检测系统有用的气体涡轮引擎的示例。
图1示出了具有主旋转轴9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇生成两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮机17、低压涡轮机19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10的风扇壳体并限定旁路管道22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮机19并由该低压涡轮机驱动。
在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中，在高压压缩机中进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前通过高压涡轮机和低压涡轮机17、19膨胀，从而驱动高压涡轮机和低压涡轮机17、19以提供一些推进推力。高压涡轮机17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。低压涡轮机19通过轴26来驱动低压压缩机14。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。
图2中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮机19（参见图1）驱动轴26，该轴联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9的旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是环形齿轮或齿圈38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。
需注意，本文中使用的术语“低压涡轮机”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮机级和最低压力压缩机级（即，不包括风扇23），以及/或者通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26（即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴）连接在一起的涡轮机和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮机”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮机”和“中压压缩机”。在使用此类另选术语的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。
在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和齿圈38中的每一者包括围绕它们的周边的齿，用于与其他齿轮相互啮合。然而，为清楚起见，图3中仅示出了示例性的部分齿。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。行星齿轮32被支撑在轴承上旋转。轴承可以是任何合适的类型，诸如轴颈轴承或滚动元件轴承。
在图2和图3中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，齿圈38被固定。然而，可以使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另外的示例的方式，周转齿轮箱30可以是星形布置结构，其中行星架34保持固定，允许齿圈（或环形齿轮）38旋转。在此类布置结构中，风扇23由齿圈38驱动。以另外的另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中齿圈38和行星架34都被允许旋转。
应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可以使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中以及/或者用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另外的示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部件（诸如输入轴26、输出轴和固定结构24）之间的连接件（诸如图2示例中的连杆36、40）可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另外的示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间（例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间）的轴承的任何合适布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有星形布置结构（如上所述）的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。
因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型（例如星形或行星齿轮）、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。
可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件（例如，中压压缩机和/或增压压缩机）。
本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮机和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴18、20，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴18，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分开并径向地在该核心引擎喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可以应用于这样的引擎，在该引擎中穿过旁路管道22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前（或上游）混合或组合。一个或两个喷嘴（无论是混合的还是分流的）可具有固定的或可变的面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子（其中风扇级未被风扇短舱围绕）或例如涡轮螺旋桨引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。
气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向（与旋转轴9对准）、径向（在图1中从下到上的方向）和圆周方向（垂直于图1视图中的页面）。轴向、径向和圆周方向相互垂直。
更具体地讲，现在转向可在这种气体涡轮引擎中使用的本公开的油箱加注系统。将参考图4描述该系统。
广义地讲，油箱加注系统50包括油箱52、注油贮存器53、油箱加注管56、油箱加注口58和油泵61。
油箱52位于引擎10的核心11内，该核心被容纳在引擎短舱62内。由于位于引擎的核心内，油箱具有受限的接近。然而，甚至引擎短舱62的与油箱52相邻或最靠近的部分可能由于存在周围的引擎结构诸如出口导向叶片64或其他设备和/或部件而具有受限的接近，使得配备有简单油罐的维护工程师很难和/或有潜在危险接近在引擎短舱62的该部分中形成的进油口。如上所述，此类接近在大型涡轮风扇引擎的核心引擎内尤其受到限制，其中大尺寸的风扇需要大的风扇壳体，并且其他设计考虑意味着某些设备最好位于核心的相关部分上。
油箱52可以采用各种形状和构型以用于相关的引擎。例如，油箱可被成形为在引擎的核心11内围绕引擎10的一侧或两侧弯曲。此类油箱可位于核心的相对部分上的出口导向叶片64之间。
在图4中，油箱52被成形为在引擎的核心11内围绕引擎10的一侧弯曲。油箱52具有位于核心11顶部或最上部附近的油箱顶部66和位于核心11底部或最下部附近的油箱底部68。到油箱52的油箱顶部66的接近通过位于引擎的核心11内并且直接位于出口导向叶片64下方来限制。类似地，到油箱52的油箱底部68的接近通过位于引擎的核心11内并且直接位于出口导向叶片64上方来限制。
在本公开的油箱加注系统50中，到油箱52更具体地到油箱顶部66的接近经由位于分叉70内的注油贮存器53获得。油箱加注系统包括引擎加油口54，可通过该引擎加油口用油对注油贮存器进行加油。注油贮存器53位于引擎中维护工程师易于接近的一部分中。这使位于引擎中维护工程师不易于接近的部分中的油箱52的加注能够进行。换句话讲，本公开的油箱加注系统提供了从易于接近的注油贮存器53远程加注一般不可接近的油箱52。
注油贮存器53可采用各种合适的形式。该注油贮存器的形状和体积将取决于其所在的分叉处可用的空间。由于储存大量的油可能影响燃油消耗率(SFC)，所以该注油贮存器的体积也会根据重量考虑因素而定。然而这可通过减小油箱52的尺寸来抵消。
在一些实施方案中，注油贮存器53可通过经由引擎加油口54将油从油罐或类似容器倒入到注油贮存器53中来加注。在其他实施方案中，注油贮存器53可通过经由引擎加油口54从合适的能够可拆卸地连接的供油设备供应油来加注。此类供油设备可包括泵。
在气体涡轮引擎中，更具体地涡轮风扇引擎中，分叉（即Bifi或BiFi）是外部风扇短舱和内部引擎之间的导管，该内部引擎的内部空间通常容纳和保护燃料管线、液压管线、导管、电线、通信链路和支持引擎运行的其他部件。在位于旁路管道的内壁和外壁之间的出口导向叶片(OGV)下游的气体涡轮引擎中通常设有一个或两个分叉。分叉通常具有围绕塔架结构的空气动力学形状的整流罩。通常，一个分叉定位在引擎核心和将引擎安装到飞行器的翼部的塔架之间。如果提供两个分叉，则第二个分叉通常定位成与第一个分叉沿直径相对。
在本公开的油箱加注系统中，分叉可在引擎核心上方或下方延伸。当分叉70在引擎核心下方延伸时，如图4所示，油箱可由维护工程师从地面或从一小组台阶来加注，从而避免了将维护工程师提升到引擎的核心上方所涉及的潜在危害。
在图4示出的油箱加注系统中，油箱加注管56从注油贮存器53向上穿过下分叉70，穿过引擎短舱62中的孔口（未示出），然后沿着油箱52的弯曲侧向上到达位于油箱52的油箱顶部66上或附近的油箱加注口58。
油箱加注管56可采用各种合适的形式。该油箱加注管可专用于其提供合适通道的功能，以使油在注油贮存器53和油箱加注口58之间流动。然而，另选地，油箱加注管56可通过使用工管来形成，该工管已与引擎一起存在以用于一个或多个其他目的但被构造成为或可被构造为用作油箱加注管56。
本公开的油箱加注系统包括至少一个油泵61，该至少一个油泵经由油箱加注管56和油箱加注口58将油从注油贮存器53泵送到油箱52。
油泵61可采用各种合适的形式，并且位于引擎的各种合适部件中。
在一些实施方案中，油泵可位于核心的下部内，并且该油泵可通过油箱加注管将油泵送到油箱加注口，以加注油箱。例如，在引擎上使用时，油泵可将油通过油箱加注管向上泵送至油箱加注口，以加注油箱，如图4所示。
在图4所示的油箱加注系统中，油泵61位于分叉70内，该分叉在引擎核心下方延伸，即下分叉。沿着油箱加注管56包括至少一个止回阀72，以防止油沿着油箱加注管56流回。
在一些实施方案中，油泵可位于核心的上部内，并且该油泵可通过油箱加注管将油抽吸到油箱加注口，以加注油箱。例如，在引擎上使用时，油泵可通过油箱加注管将油向上抽吸或吸入油箱加注口，以加注油箱。
在一些实施方案中，油泵可以是辅助油系统的辅助泵。
如果气体涡轮引擎10包括辅助齿轮箱(AGB) 74，该辅助齿轮箱可被构造成经由辅助齿轮箱74从注油贮存器53泵送油以加注油箱52（参见图4中油箱加注管56的以虚线示出的部分，该虚线穿过辅助齿轮箱74）。
在一些实施方案中，注油贮存器为油泵的一部分。
在一些实施方案中，油泵位于引擎的核心上。
油箱加注系统可包括油泵控制器（未示出），该油泵控制器控制油泵61在加注油箱52时的操作。油泵控制器可采用各种合适的形式，并且位于引擎的各种合适部件中。
一个或多个温度传感器和/或压力传感器（未示出）可设置在油箱加注管56的一个或多个区段的旁边并与控制器（未示出）通信，以在油箱加注管56破裂或变得堵塞时提供警报。
引擎加油口54可采用各种合适的形式。该引擎加油口位于引擎的核心11下方的分叉上，即位于下分叉70上，以便维护工程师能够容易且安全地接近该该引擎加油口。例如，当涡轮风扇气体涡轮引擎安装在飞行器上时，引擎短舱62的底部通常比机场停机坪高约2米，风扇短舱21的底部比机场停机坪高约1.2米。这使得下分叉70易于触及。
引擎加油口54可位于下分叉70上或内的各个位置。引擎加油口54可例如位于下分叉70的基部上，该下分叉附接到风扇壳体，该风扇壳体被风扇短舱21覆盖。可通过风扇短舱21中的开口（未示出）来接近引擎加油口54。
在使用中，维护工程师在停机坪上给飞行器供应油，该飞行器需要加注其油箱或简单地将油箱加满油以准备飞行。维护工程师经由引擎加油口54将油供应到注油贮存器53中。油由泵61从注油贮存器53泵送通过油箱加注管56，该油箱加注管沿着油箱52的一侧朝在油箱顶部66中形成的油箱加注口58延伸。油流入油箱52以加注油箱。油位传感器可设置在油箱52中，该油位传感器与引擎中的控制器（未示出）通信，并且在油箱充满时经由合适的显示器或指示器（未示出）向维护工程师发出警报。
如上所述，本公开还提供了一种对位于引擎核心内的气体涡轮引擎的油箱进行加注的方法。该方法包括向位于分叉70内的注油贮存器53供应油，该分叉从引擎的核心11延伸；以及将油从注油贮存器53泵送穿过油箱加注管56，该油箱加注管通向位于引擎核心内的油箱52上的油箱加注口58。
该方法使得维护工程师能够加注油箱52，至该油箱的接近被例如覆盖风扇壳体的风扇短舱21、一个或多个出口导向叶片64限制，或简单地因位于核心引擎内而受到限制。当注油贮存器53位于从引擎的核心11下方延伸的分叉70，即下分叉内时，该方法还能使油箱52由维护工程师从地面或从一小组台阶来加注，从而避免了将维护工程师升高到引擎核心上方所涉及的潜在安全隐患。
本公开还提供了一种包括本公开的油箱加注系统50的气体涡轮引擎。
该气体涡轮引擎可采取许多合适的形式，例如该气体涡轮引擎可用于飞行器，其中该气体涡轮引擎包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴；位于该引擎核心的上游的风扇，该风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度驱动风扇。
当气体涡轮引擎是涡轮风扇引擎时，本公开的油箱加注系统特别有用，该涡轮风扇引擎具有大风扇并且因此具有大风扇壳体和大风扇短舱，其限制到引擎核心的、特别是位于核心引擎上的一个或多个出口导向叶片上方或下方的接近。
应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可以进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (17)

1.一种用于加注气体涡轮引擎的油箱的油箱加注系统，所述系统包括：
油箱，所述油箱位于所述引擎的核心内；
注油贮存器，所述注油贮存器位于从所述引擎的所述核心延伸的分叉内；
油箱加注管，所述油箱加注管从所述注油贮存器通向位于所述油箱上的油箱加注口；和
油泵；
所述系统被构造成使得所述油泵从所述注油贮存器将油泵送穿过所述油箱加注管和所述油箱加注口以加注所述油箱。
2.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油箱具有油箱顶部和油箱底部，并且所述油箱加注口位于所述油箱顶部之上或邻近所述油箱顶部。
3.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油箱被成形为在所述引擎的所述核心内围绕所述引擎的一侧或两侧弯曲。
4.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油箱位于相对的出口导向叶片之间。
5.根据权利要求1所述的油箱加注系统，所述油箱加注系统包括引擎加油口，通过所述引擎加油口用油来对所述注油贮存器进行加油。
6.根据权利要求5所述的油箱加注系统，其中所述分叉具有分叉基部，所述分叉基部附接到风扇壳体，所述风扇壳体由风扇短舱覆盖，并且所述引擎加油口位于所述分叉基部上并通过所述风扇短舱中的开口来接近。
7.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中一个或多个温度传感器和/或压力传感器设置在所述油箱加注管的一个或多个区段的旁边并与控制器通信以在所述油箱加注管破裂或变得堵塞时提供警报。
8.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油泵是用于辅助油系统的辅助泵。
9.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油泵位于所述分叉内。
10.根据权利要求9所述的油箱加注系统，其中所述注油贮存器是所述油泵的一部分。
11.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油泵位于所述核心的下部内并将油通过所述油箱加注管泵送到所述油箱加注口以加注所述油箱。
12.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油泵位于所述核心的上部内并将油通过所述油箱加注管抽吸到所述油箱加注口以加注所述油箱。
13.根据权利要求1所述的油箱加注系统，其中所述油泵位于所述引擎的所述核心上。
14.根据权利要求1所述的油箱加注系统，所述油箱加注系统包括油泵控制器，所述油泵控制器控制所述油泵在加注所述油箱时的操作。
15. 一种加注气体涡轮引擎的位于所述引擎的核心内的油箱的方法，所述方法包括以下步骤：
向位于分叉内的注油贮存器供应油，所述分叉从所述引擎的核心延伸；以及
将所述油从所述注油贮存器泵送穿过油箱加注管，所述油箱加注管通向位于所述引擎的所述核心内的所述油箱上的油箱加注口。
16.一种气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎包括根据权利要求1所述的油箱加注系统。
17.根据权利要求16所述的用于飞行器的气体涡轮引擎，其中所述气体涡轮引擎包括引擎核心，所述引擎核心包括涡轮机、压缩机和将所述涡轮机连接到所述压缩机的芯轴；位于所述引擎核心的上游的风扇，所述风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，所述齿轮箱接收来自所述芯轴的输入并将驱动输出至所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度来驱动所述风扇。
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