CN110486167B - 气体涡轮引擎 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种气体涡轮引擎.该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括压缩机；压缩机引气阀；至少一个部件和流量控制器，该流量控制器被构造成响应于对该部件进行除冰的要求以及从该压缩机释放引气以优化该核心的运行的要求中的任一者或两者，向该至少一个部件的除冰导管提供引气。流量控制器被构造成当响应于对该部件进行除冰的要求而提供该引气时提供第一质量流率的引气，当响应于从该压缩机释放引气以优化该核心的运行的要求而提供该引气时提供不同于第一质量流率的第二质量流率的引气，并且当需要该引气用于对该部件进行除冰以及优化该核心的运行时提供第一质量流率的引气和第二质量流率的引气中的质量流率较高者。

Description

气体涡轮引擎

技术领域

本公开涉及气体涡轮引擎，具体地讲涉及包括用于从压缩机释放引气的压缩机引气阀的气体涡轮引擎。

背景技术

气体涡轮引擎可能需要压缩机引气阀从气体涡轮引擎核心内的压缩机级释放压力。在一些气体涡轮引擎中，压缩机引气通过核心的外部壳体内的出口排出到引擎的旁路管道中。在典型的布置结构中，压缩机引气阀设置在压缩机壳体（或内部核心壳体）中并用管道连通到外部壳体中的孔口。此类布置结构需要外部壳体中的加强孔口、密封件和密封带，所有这些都增加了气体涡轮引擎核心的重量。另外，将压缩机引气排入旁路管道中可能有对短舱造成热损害的风险，并且可能产生额外的噪音。

本公开的目的是至少部分地解决上述气体涡轮引擎的问题。

发明内容

根据第一方面，提供了一种气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：

引擎核心，该引擎核心包括压缩机；

压缩机引气阀，该压缩机引气阀与压缩机连通并被构造成从压缩机释放引气；

至少一个部件，该至少一个部件设置在具有除冰导管的引擎核心的入口处并被构造成接收引气；和

流量控制器，该流量控制器被构造成响应于对部件进行除冰的要求以及从压缩机释放引气以优化该核心的运行的要求中的任一者或两者，向至少一个部件的除冰导管提供引气；

其中该流量控制器被构造成当响应于对部件进行除冰的要求而提供引气时提供第一质量流率的引气，以及当响应于从压缩机释放引气以优化核心的运行的要求而提供引气时提供不同于第一质量流率的第二质量流率的引气，并且当需要引气用于对部件进行除冰以及优化该核心的运行时提供第一质量流率的引气和第二质量流率的引气中的质量流率较高者。

在一种布置结构中，该气体涡轮引擎还包括结冰检测器，该结冰检测器被构造成检测至少一个部件上的结冰程度。该流量控制器可被构造成向至少一个部件的除冰导管提供基于结冰程度而确定的一定质量流率的引气。

在一种布置结构中，该流量控制器被构造成根据预定调度来提供变化的质量流率的引气。

在一种布置结构中，该流量控制器包括与压缩机引气阀不同的至少一个流量控制阀。

在一种布置结构中，该气体涡轮引擎还包括位于压缩机引气阀和流量控制器之间的管道。

在一种布置结构中，该流量控制器为压缩机引气阀的集成部分。

在一种布置结构中，该流量控制器包括连续调节的阀。

在一种布置结构中，该流量控制器包括第一阀和第二阀，每个阀被构造成仅被设定到打开位置或关闭位置，该第一阀和第二阀并联布置在引气的流动路径中。

在一种布置结构中，该流量控制器的第一阀和第二阀中的每一者可为压缩机引气阀。

在一种布置结构中，该流量控制器被构造成使得当设定到打开位置时通过第一阀的气体流率不同于当设定到打开位置时通过第二阀的气体流率。

在一种布置结构中，具有除冰导管的至少一个部件为引擎核心入口处的静止表面和可调入口导向叶片中的至少一者。

在一种布置结构中，该气体涡轮引擎还包括第二压缩机引气阀，该第二压缩机引气阀被构造成从压缩机释放引气。

在一种布置结构中，来自第二压缩机引气阀的引气被构造成将引气排到该引擎核心外部的气流。

在一种布置结构中，该第一和第二压缩机引气阀从不同的压缩机或者从不同的压缩机级释放引气。

在一种布置结构中，该气体涡轮引擎还包括：

位于该引擎核心内的涡轮机和芯轴，该芯轴将涡轮机连接到压缩机；

位于该引擎核心的上游的风扇，该风扇包括多个风扇叶片；

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。

在一种布置结构中，该涡轮机包括第一涡轮机和第二涡轮机，该压缩机包括第一压缩机和第二压缩机，并且芯轴包括将第一涡轮机连接到第一压缩机的第一芯轴以及将第二涡轮机连接到第二压缩机的第二芯轴；并且第二涡轮机、第二压缩机和第二芯轴被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

在一种布置结构中，该齿轮箱接收来自第一芯轴的输入。

在一种布置结构中，该压缩机引气阀被构造成从第二压缩机释放引气。

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如作适当变动，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组合。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：

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是根据本公开的用于释放引气的布置结构的示意图；

图5是根据本公开的用于释放引气的另选的布置结构的示意图；

图6是根据本公开的用于释放引气的另选的布置结构的示意图；

图7是根据本公开的用于释放引气的另选的布置结构的示意图；并且

图8是根据本公开的用于释放引气的另选的布置结构的示意图。

具体实施方式

如本文其他地方所述，本公开涉及气体涡轮引擎。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）。

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，连接到该芯轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接到该芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且该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。

齿轮箱可以是减速齿轮箱（因为风扇的输出比来自芯轴的输入的旋转速率低）。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱可以是“行星式”或“星形”齿轮箱，如本文别处更详细地描述。齿轮箱可以具有任何期望的减速比（定义为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度），例如大于2.5，例如在3到4.2，或3.2到3.8的范围内，例如，大约或至少3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，传动比可以介于前一句中的任何两个值之间。仅以举例的方式，齿轮箱可以是“星形”齿轮箱，其具有在3.1或3.2至3.8的范围内的传动比。在一些布置中，传动比可在这些范围之外。

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。

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），例如，在0.28到0.32的范围内。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）以下中的任何一者：220cm、230cm、240cm、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）、390cm（约155英寸）、400cm、410cm（约160英寸）或420cm（约165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），例如在240cm至280cm或330cm至380cm的范围内。

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220cm至300cm（例如240cm至280cm或250cm至270cm）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330cm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1800rpm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）以下中的任何一者：0.28、0.29、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），例如在0.28至0.31或0.29至0.3的范围内。

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）以下中的任何一者：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5或20。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），例如在13至16的范围、或13至15的范围、或13至14的范围内。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），例如在50至70的范围内。

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。该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），例如在80Nkg^-1s至100Nkg^-1s，或85Nkg^-1s至95Nkg^-1s的范围内。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）。仅以举例的方式，如本文所述和/或受权利要求书保护的燃气轮机可能够产生在330kN至420kN，例如350kN至400kN范围内的最大推力。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，该TET可至少为（或大约为）以下中的任何一者：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET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）。引擎在使用时的最大TET可以是，例如，至少为（或大约为）以下中的任何一者：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含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如在1800K至1950K的范围内。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，该金属为诸如基于钛的金属或基于铝的材料（诸如铝锂合金）或基于钢的材料。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基于钛的合金来制造。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基于铝的主体（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14、16、18、20、22、24或26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；以及温度为-55℃。还仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.85；压力为24000Pa；以及温度为-54℃（其可为35000英尺下的标准大气条件）。

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。

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。

图1示出了具有主旋转轴线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，该推进式风扇产生两股气流：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。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装置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以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。

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，其中齿圈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。

图4示意性地描绘了根据本公开的布置结构。如图所示，压缩机引气阀50被设置到压缩机15中的一个压缩机并被构造成能够从压缩机15释放引气。经由流量控制器60将引气用管道输送到引擎核心11的入口。位于引擎核心11的入口处的一个或多个部件70可设有除冰导管，该除冰导管在被提供热气时防止或减少部件70上的积冰。在本布置结构中，引气被提供给位于引擎核心11的入口处的一个或多个部件70内的除冰导管。

应当理解，引气可被提供给位于引擎核心11的入口处的多个部件，防止结冰可对这些部件有益。在示例中，部件70可包括位于引擎核心11的入口处的静止表面和可调入口导向叶片中的一者或多者。

流量控制器可被构造成仅在需要时将引气从压缩机引气阀50提供到引擎核心入口处的一个或多个部件70。在一种布置结构中，该流量控制器可被构造成响应于对部件进行除冰的要求以及从压缩机15释放引气以优化核心11的运行的要求中的任一者或两者，向一个或多个部件70提供引气。因此，应当理解，在此类布置结构中，即使不要求从压缩机15释放引气以优化核心11的运行，但在要求对引擎核心11的入口处的部件70进行除冰的情况下，也可从压缩机15释放引气。类似地，如果需要从压缩机15释放引气以优化核心11的运行，则可在不要求对部件进行除冰的情况下，向核心11的入口处的至少一个部件70的除冰导管提供引气。

因此，这种布置结构可在原本不必要的情况下导致引气从压缩机15释放或者使除冰系统运行。然而，通过将引气系统与核心入口除冰系统组合，可减轻气体涡轮引擎的总重量并且/或者可减少对气体涡轮引擎内的其他部件的空间限制。

应当理解，在本公开中，提及从压缩机15释放引气以优化核心11的运行并不意在表明该核心在理想状态下运行。相反，这仅仅指示，在气体涡轮引擎运行的条件下，作为调节引擎核心11运行的过程的一部分，与在不从压缩机15释放引气的情况下运行该引擎核心相比，引擎核心11的运行通过从压缩机15释放引气得到了改进。

流量控制器60可被构造成根据提供引气的原因来控制从压缩机引气阀50传递到引擎核心11的入口处的至少一个部件70的引气的质量流率。例如，当提供引气以对引擎核心11的入口处的至少一个部件70进行除冰时，该流量控制器可提供第一质量流率的引气，并且当提供引气以从压缩机15释放引气来调节引擎核心11的运行时，该流量控制器可提供第二质量流率的引气，该第二质量流率可不同于第一质量流率。

应当理解，虽然流量控制器60可被构造成控制从压缩机引气阀50传递到引擎核心11的入口处的至少一个部件70的引气的质量流率，但是该质量流率也会由其他因素决定。例如，压缩机引气阀50和引擎核心11的入口处至少一个部件70之间的导管的构造和/或部件70中排出引气的孔口的构造可影响引气的质量流率。在本上下文中，该流量控制器60可被构造成相对于默认质量流率来调节引气的质量流率。

在一种布置结构中，对于特定的气体涡轮引擎，可预先确定所需的引气的第一质量流率和第二质量流率，或至少其相对大小，即较大者。然而，应当理解，引气的第一质量流率和第二质量流率可以不是固定的数值，但是每个质量流率可被视为气体涡轮引擎运行状态和/或气体涡轮引擎运行条件的函数。

在一种布置结构中，该流量控制器60可被构造成使得当确定为了对引擎核心11的入口处的至少一个部件70进行除冰以及为了控制引擎核心11的运行而需要引气时，该流量控制器提供第一质量流率的引气和第二质量流率的引气中的质量流率较高者。

在一种布置结构中，气体涡轮引擎可包括至少一个结冰检测器71，该结冰检测器被构造成检测在设于引擎核心11的入口处的至少一个部件70上是否存在结冰和/或结冰程度。该流量控制器60可被构造成至少在结冰检测器71检测到存在结冰时向部件70提供引气。另选地或除此之外，该流量控制器60可被构造成基于与气体涡轮引擎运行条件相关的信息来向部件70提供引气，例如当那些条件指示可能和/或极可能存在结冰时。

在一种布置结构中，该流量控制器60可被构造成基于结冰检测器71检测到的结冰程度来调节提供给至少一个部件70的引气的质量流率。例如，所检测到的结冰程度越高，可提供给至少一个部件70的引气的质量流率就越大。

在一种布置结构中，该流量控制器60可被构造成基于预定调度来向部件70提供变化的质量流率的引气。例如，可设置此类布置结构以优化核心11在气体涡轮引擎的启动程序和/或关闭程序期间的运行。

还应当理解，该流量控制器60的运行可为上面讨论的控制模式的组合。例如，该流量控制器60可在启动运行期间遵循预定调度，但是响应于来自例如结冰检测器71和/或传感器的数据输入，在完成启动运行后监测气体涡轮引擎的运行。

如图4中示意性地描绘的，该流量控制器60可与压缩机引气阀50分开。例如，可安装在压缩机壳体上的压缩机引气阀50可被构造成打开的或关闭的，并且不同的流量控制阀可设置在流量控制器60内，以控制从压缩机引气阀50到至少一个部件70和引擎核心11的入口的引气的质量流率。

该流量控制阀可为连续调节的阀，即可被设定到多个水平的阀，以调节提供给部件70的引气的质量流率。在此类布置结构中，可沿着将压缩机引气阀50连接到至少部件70的管道55来将流量控制器60设置在任何方便的位置。

在图5中示意性地描绘的另选的布置结构中，该流量控制器60可为压缩机引气阀50的集成部分。在此类布置结构中，压缩机引气阀50可具有单个阀，该阀既控制是否从压缩机15释放引气，还控制提供给引擎核心11的入口处的至少一个部件70的引气的质量流率。在一种布置结构中，压缩机引气阀50可为连续调节的阀，以便其可被设定成与提供给至少一个部件70的引气的多个质量流率相对应的一系列打开状态。

在一种布置结构中，该流量控制器60可具有并联布置在引气的流动路径中的至少第一和第二流量控制阀61、62，如图6中示意性地描绘的。该第一和第二流量控制阀61、62可被构造成使得它们可仅设定在打开位置和关闭位置之间。与其中单个流量控制阀可被设定到多个不同水平的布置结构相比，此类布置结构可更容易控制并且/或者具有更稳健的控制系统。

在图6所描绘的具有并联的第一和第二流量控制阀61、62的布置结构中，该流量控制器总体上可提供至少两种不同质量流率的引气，当流量控制阀61、62中仅一者打开时水平较低，当流量控制阀61、62两者均打开时流率较高。

在一种布置结构中，该第一和第二流量控制阀61、62可被构造成使得它们在每一者均打开时通过不同质量流率的引气。此类布置结构可使得流量控制器60能够提供三种不同质量流率水平的引气，当第一流量控制阀61打开时为第一质量流率，当第二流量控制阀62打开时为第二质量流率，当流量控制阀61、62两者均打开时为第三质量流率。应当理解，如果需要额外的质量流率水平的引气，则可并联添加额外的流量控制阀。

如图7中示意性地描绘的，使用多个并联的流量控制阀的简化控制系统也可设置在其中流量控制器60与压缩机引气阀集成的布置结构中。例如，两个或更多个压缩机引气阀51、52可设置到压缩机15并且并联连到管道55，该管道55向引擎核心11的入口处的一个或多个部件70提供引气。压缩机引气阀51、52中的每一者可被构造成打开的或关闭的。然而，以与上面就图6所示布置结构而讨论的内容相对应的方式，通过打开压缩机引气阀51、52中的一者或两者，可向至少一个部件70提供多种不同质量流率水平的引气。类似地，通过构造压缩机引气阀51、52使得它们在相应的打开状态下释放不同质量流率的引气，可提供进一步的控制水平。

如图4至图7中所描绘的以及如上面所讨论的，在具有两个压缩机14、15的引擎核心11的布置结构中，压缩机引气阀50可被构造成从在较高压力下运行的压缩机15释放引气。然而，布置结构诸如上面所讨论的布置结构可以另选地或另外地被设置成用于压缩机引气阀，该压缩机引气阀被布置成例如从在较低压力下运行的压缩机以及/或者从具有仅一个压缩机的引擎核心的压缩机释放引气。

在一种布置结构中，上面所讨论的任何布置结构均可设置为结合第二压缩机引气阀80，该第二压缩机引气阀被构造成从引擎核心内的压缩机释放引气并经由不同的路线排出引气，即不排出到引擎核心入口处的至少一个部件70。例如，如图8中示意性地描绘的，第二压缩机引气阀80可被构造成将引气排出到引擎核心11外部的气流，诸如排到流过旁路管道22的旁路气流B中。在具有此类第二压缩机引气阀80的布置结构中，第一和第二压缩机引气阀50、80可从一个压缩机14、15内的不同压缩机级或者从不同的压缩机14、15释放引气。

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)

1.一种气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎包括：

引擎核心，所述引擎核心包括压缩机；

压缩机引气阀，所述压缩机引气阀与所述压缩机连通并被构造成从所述压缩机释放引气；

至少一个部件，所述至少一个部件设置在具有除冰导管的所述引擎核心的入口处并被构造成接收所述引气；和

流量控制器，所述流量控制器被构造成响应于对所述部件进行除冰的要求以及从所述压缩机释放引气以优化所述核心的运行的要求中的任一者或两者，向所述至少一个部件的所述除冰导管提供引气；

其中所述流量控制器被构造成当响应于对所述部件进行除冰的要求而提供所述引气时提供第一质量流率的引气，以及当响应于从所述压缩机释放引气以优化所述核心的运行的要求而提供所述引气时提供不同于所述第一质量流率的第二质量流率的引气；

所述流量控制器被构造成当需要所述引气用于对所述部件进行除冰以及优化所述核心的运行时提供所述第一质量流率的引气和所述第二质量流率的引气中的质量流率较高者；并且

所述流量控制器包括第一阀和第二阀，每个阀被构造成仅被设定到打开位置或关闭位置，所述第一阀和所述第二阀并联布置在所述引气的流动路径中。

2.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，还包括结冰检测器，所述结冰检测器被构造成检测所述至少一个部件上的结冰程度；其中所述流量控制器被构造成向所述至少一个部件的所述除冰导管提供基于所述结冰程度来确定的一定质量流率的引气。

3.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述流量控制器被构造成根据预定调度来提供变化的质量流率的引气。

4.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述流量控制器包括与所述压缩机引气阀不同的至少一个流量控制阀。

5.根据权利要求4所述的气体涡轮引擎，还包括位于所述压缩机引气阀和所述流量控制器之间的管道。

6.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述流量控制器是所述压缩机引气阀的集成部分。

7.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述流量控制器包括连续调节的阀。

8.根据权利要求4所述的气体涡轮引擎，其中所述流量控制器的所述第一阀和所述第二阀中的每一者为压缩机引气阀。

9.根据权利要求8所述的气体涡轮引擎，其中所述流量控制器被构造成使得当设定到打开位置时通过所述第一阀的气体流率不同于当设定到打开位置时通过所述第二阀的气体流率。

10.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中具有除冰导管的所述至少一个部件为所述引擎核心的所述入口处的静止表面和可调入口导向叶片中的至少一者。

11.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，还包括第二压缩机引气阀，所述第二压缩机引气阀被构造成从所述压缩机释放引气。

12.根据权利要求11所述的气体涡轮引擎，其中来自所述第二压缩机引气阀的引气被构造成将引气排到所述引擎核心外部的气流。

13.根据权利要求11或12所述的气体涡轮引擎，其中所述压缩机引气阀和所述第二压缩机引气阀从不同的压缩机或者从不同的压缩机级释放引气。

14.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，还包括：

位于所述引擎核心内的涡轮机和芯轴，所述芯轴将所述涡轮机连接到所述压缩机；

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；

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。

15.根据权利要求14所述的气体涡轮引擎，其中：

所述涡轮机包括第一涡轮机和第二涡轮机，所述压缩机包括第一压缩机和第二压缩机，并且所述芯轴包括将所述第一涡轮机连接到所述第一压缩机的第一芯轴以及将所述第二涡轮机连接到所述第二压缩机的第二芯轴；并且

所述第二涡轮机、所述第二压缩机和所述第二芯轴被布置成以比所述第一芯轴高的旋转速度旋转。

16.根据权利要求15所述的气体涡轮引擎，其中所述齿轮箱接收来自所述第一芯轴的输入。

17.根据权利要求15所述的气体涡轮引擎，其中所述压缩机引气阀被构造成从所述第二压缩机释放引气。

Images