CN110700962B - 齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎安装布置 - Google Patents

Abstract

飞机气体涡轮机引擎（10）包括引擎核心（11），所述引擎核心包括涡轮机（19）、压缩机（14）、将涡轮机（19）连接至压缩机（14）的核心轴（26）和围绕引擎核心（11）的核心壳体（50）。风扇（23）定位在引擎核心（11）的上游并且风扇壳体（52）围绕风扇（23）。齿轮箱（30）接收来自核心轴（26）的输入并且将驱动输出以使风扇（23）旋转。单个平面支撑结构（54）连接核心壳体（50）和风扇壳体（52）。支撑结构（54）包括内环（56）、外环（58）和多个在圆周上间隔开的径向延伸的支柱（60），所述支柱连接内环（56）和外环（58）。内环（56）包括转矩箱（66、68、70）并且齿轮箱与风扇支撑结构（24）连接至转矩箱（66、68、70）。前部底座（62）和后部底座（64）被配置成将气体涡轮机引擎（10）连接至飞机，其中，前部底座（62）耦联至扭矩箱（66、68、70）并且后部底座（64）耦联至核心壳体（50）。

Description

齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎安装布置

技术领域

本公开涉及齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎安装布置。

背景技术

目前，齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎产生少于40000lbf推力、180kN推力。存在有对产生多于40000lbf推力、180kN推力的齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎的需求。产生多于40000lbf推力、180kN推力的齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎包括大直径低压比、低比推力(specific thrust)风扇、围绕风扇的大直径风扇壳体、高压和高温小直径引擎核心和齿轮箱，以驱动风扇。

常规的大直径涡轮风扇气体涡轮机引擎具有安装布置，所述安装布置包括在风扇壳体上的前部底座和在核心壳体上的后部底座，例如靠近低压涡轮机排出口引导叶翼结构。常规的大直径涡轮风扇气体涡轮机引擎具有A形框架结构，所述A形框架结构连接核心壳体和风扇壳体以进一步从风扇壳体支撑引擎核心，但是A形框架结构降低了涡轮风扇气体涡轮机引擎的性能和效率并且会降低齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎的性能和效率。

如果齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎（包括大直径低压比、低比推力风扇、围绕风扇的大直径风扇壳体、高压和高温小直径引擎核心和齿轮箱以驱动风扇）在风扇壳体上具有前部底座，则这在侧面阵风或飞机的操纵期间会导致增加的摆动力矩，这转而会引起齿轮传动气体涡轮机引擎的高摆动运动和在后部底座低压涡轮机排出口引导叶翼结构中的高扭矩反作用负荷。

发明内容

相应地，本公开试图提供一种齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎安装布置，其降低或克服了在上面提到的问题。

根据第一方面，提供了一种用于飞机的气体涡轮机引擎，包括：

引擎核心，其包括涡轮机、压缩机、将涡轮机连接至压缩机的核心轴，和围绕引擎核心的核心壳体，

风扇，所述风扇定位在引擎核心的上游，风扇包括多个风扇叶片和围绕风扇的风扇壳体，

齿轮箱，其接收来自核心轴的输入并且将驱动输出至风扇以便以比核心轴低的旋转速度驱动风扇，齿轮箱定位在风扇与引擎核心之间，

单个平面支撑结构，其连接核心壳体和风扇壳体，单个平面支撑结构包括内环、外环和多个在圆周上间隔开的径向延伸的支柱，所述支柱连接内环和外环，内环包括转矩箱，

齿轮箱与风扇支撑结构，所述齿轮箱与风扇支撑结构连接至转矩箱，

以及前部底座和后部底座，前部和后部底座被配置成将气体涡轮机引擎连接至飞机，

其中，前部底座耦联至扭矩箱并且后部底座耦联至核心壳体。

支柱可以是风扇排出口引导叶翼，例如支柱可以空气动力学地成形。

单个平面支撑结构意味着在单个平面支撑件的上游在风扇壳体或连接至风扇壳体的其它结构与核心壳体之间没有叶翼、例如没有叶翼结构，并且在单个平面支撑结构的下游在风扇壳体或连接至风扇壳体的其它结构与核心壳体之间没有叶翼、例如没有叶翼结构。

扭矩箱在包含引擎的轴线的平面中在横截面中可以是矩形的。

扭矩箱可以包括：具有上游端部和下游端部的外壁，外壁连接至支柱；具有上游端部和下游端部的内壁；上游壁和下游壁，上游壁连接内壁和外壁的上游端部并且下游壁连接内壁和外壁的下游端部。

扭矩箱在包含引擎的轴线的平面中在横截面中可以是三角形的。

扭矩箱可以包括：具有上游端部和下游端部的外壁，外壁连接至支柱；具有上游端部和下游端部的内壁和下游壁，内壁和外壁的上游端部连接并且下游壁连接内壁和外壁的下游端部。

内壁可以由核心壳体的部分限定。

外壁可以由核心舱的部分限定。

前部底座可以耦联至扭矩箱的下游壁。

前部底座可以定位在与气体涡轮机引擎的重心大体上相同的轴向的位置处或气体涡轮机引擎的重心的前方。

单个平面支撑结构可以定位在与气体涡轮机引擎的重心大体上相同的轴向的位置处或气体涡轮机引擎的重心的前方。

后部底座可以连接至涡轮机的涡轮机排出口引导叶翼。

齿轮箱与风扇支撑结构可以包括引擎核心入口定子叶翼结构。

推力反向器可以固接至风扇壳体的下游端部并且从风扇壳体的下游端部外伸。

涡轮机可以是第一涡轮机，压缩机是第一压缩机，并且核心轴是第一核心轴；引擎核心进一步包括第二涡轮机、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；并且第二涡轮机、第二压缩机和第二核心轴被布置成以比第一核心轴高的旋转速度旋转。

压缩机间定子叶翼结构可以定位在第一压缩机与第二压缩机之间并且压缩机间叶翼结构连接至核心壳体。

扭矩箱可以定位在压缩机间叶翼结构的上游。

前部底座可以被提供在与第一压缩机相同的轴向的区域中。

前部底座可以被提供在第一压缩机的后部端部处。

如本文别处所述，本公开可涉及气体涡轮机引擎。这样的气体涡轮机引擎可以包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、燃烧器、压缩机，以及将涡轮机连接至压缩机的核心轴。这样的气体涡轮机引擎可以包括定位于引擎核心上游的风扇（具有风扇叶片）。

本公开的布置可以特别地、尽管非排他性地，有利于经由齿轮箱被驱动的风扇。相应地，气体涡轮机引擎可以包括齿轮箱，所述齿轮箱接收来自核心轴的输入并将驱动输出至风扇以便以比核心轴低的旋转速度驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自核心轴，或间接地来自核心轴，例如经由直齿轮（spur）轴和/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）。

如本文中所描述的和/或要求权利的气体涡轮机引擎可具有任何适合的通常的架构。例如，气体涡轮机引擎可具有连接涡轮机和压缩机的任何期望的数量的轴、例如一个、两个或三个轴。单纯地作为示例，连接至核心轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接至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高的旋转速度旋转。

在这样的布置中，第二压缩机可轴向位于第一压缩机的下游。第二压缩机可被布置成接收（例如直接接收，例如经由通常环形的管道）来自第一压缩机的流。

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，齿轮箱可以被布置成仅由被配置为（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。备选地，齿轮箱可以被布置成由任何一个或多个轴（例如，在以上的示例中的第一和/或第二轴）驱动。

在如在本文中描述的和/或要求权利的任何气体涡轮机引擎中，燃烧器可被提供在风扇和（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至第二涡轮机的入口。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。每个级可以包括成排的转子叶片和成排的定子叶翼，所述定子叶翼可以是可变的定子叶翼（因为它们的入射角可以是可变的）。成排的转子叶片和成排的定子叶翼可彼此轴向地偏移。

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。每个级可包括成排的转子叶片和成排的定子叶翼。成排的转子叶片和成排的定子叶翼可彼此轴向地偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有从在径向内部气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部（或毂）延伸至在100％跨度位置处的顶端的径向跨度。毂处的风扇叶片的半径与顶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。毂处的风扇叶片的半径与顶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定界的包含性范围内（即，所述值可形成上或下边界）。这些比一般地可被称为毂与顶端比。毂处的半径和顶端处的半径两者均可在叶片的前缘（或轴向最前方）部件处测量。当然，毂与顶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与风扇叶片在其前缘处的顶端之间测量。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）、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定界的包含性范围内（即，所述值可形成上或下边界）。

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。单纯地作为进一步非限制性示例，在用于具有在从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。单纯地作为进一步非限制性示例，在用于具有在从320cm至380cm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1200rpm至2000rpm的范围内、例如在从1300rpm至1800rpm的范围内、例如在从1400rpm至1600rpm的范围内。

在气体涡轮机引擎的使用中，风扇（具有相关联的风扇叶片）围绕旋转轴线旋转。该旋转引起风扇叶片的顶端以速度U_顶端运动。由风扇叶片13在流上做的功引起流的焓升dH。风扇顶端负荷可被限定为dH/U_顶端 ²，其中dH是跨风扇的焓升（例如，1-D平均焓升），并且U_顶端是风扇顶端的（例如在顶端的前缘处的）（平动）速度（其可被限定为在前缘处的风扇顶端半径乘以角速度）。在巡航条件下的风扇顶端负荷可大于（或大约是）下列中的任何一个：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（本段中的所有单位是Jkg^-1K^-1/（ms^-1）²）。风扇顶端负荷可在由在先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上或下边界）。

根据本公开的气体涡轮机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。旁路比可以在由在先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可以形成上或下边界）。旁路管道可以大体上是环形的。旁路管道可以在引擎核心的径向外侧。旁路管道的径向外表面可由舱和/或风扇壳限定。

如本文中所描述的和/或要求权利的气体涡轮机引擎的总体压力比可被限定为风扇上游的滞止压力与在最高压压缩机的出口处（在进入到燃烧器中之前）的滞止压力的比。作为非限制性示例，如本文中所描述的和/或要求权利的气体涡轮机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。总体压力比可在由在先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上或下边界）。

引擎的比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，本文中描述的和/或要求权利的引擎的比推力可小于（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。比推力可在由在先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上或下边界）。与常规的气体涡轮机引擎相比，这样的引擎可以是特别有效率的。

如本文中所描述的和/或要求权利的气体涡轮机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，如本文中所描述的和/或要求权利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。最大推力可在由在先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上或下边界）。以上提到的推力可以是在海平面处的标准大气条件下加上15℃（环境压力101.3kPa，温度30℃）的最大净推力，其中引擎是静态的。

在使用中，在至高压涡轮机的进入部处的流的温度可能特别高。可被称为TET的该温度可在至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可以是至少（或大约是）以下中的任何一个：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可以在由在先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可以形成上或下边界）。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可以在由在先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可以形成上或下边界）。最大TET可以例如在高推力条件下发生，例如在最大起飞（take-off）（MTO）条件下发生。

本文中描述的和/或要求权利的风扇叶片和/或风扇叶片的翼型件（aerofoil）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/或翼型件的至少部分可至少部分由复合材料制造，所述复合材料例如是金属基体复合材料和/或有机基体复合材料、诸如碳纤维。作为进一步的示例，风扇叶片和/或翼型件的至少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，所述保护性前缘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）。

如本文中所描述的和/或要求权利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至中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定器，该固定器可接合在毂（或盘）中的对应槽。单纯地作为示例，这样的固定器可以是以燕尾榫为形式，该燕尾榫可以开槽进入和/或接合在毂/盘中的对应槽，以便将风扇叶片固定至毂/盘。作为进一步的示例，风扇叶片可以与中央部分整体地形成。这样的布置可被称为叶盘或叶环（bling）。可以使用任何适合的方法来制造这样的叶盘或叶环。例如，风扇叶片的至少部分可由块机加工和/或风扇叶片的至少部分可通过焊接（诸如线性摩擦焊接）附接至毂/盘。

本文中描述的和/或要求权利的气体涡轮机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。本公开的通常原理可应用于具有或没有VAN的引擎。

如本文中所描述的和/或要求权利的气体涡轮机的风扇可具有任何期望的数量的风扇叶片、例如16、18、20或22个风扇叶片。

如本文所使用的，巡航条件可以意指气体涡轮机引擎附接至其的飞机的巡航条件。这样的巡航条件可以常规地被限定为巡航中期的条件，例如，在爬升的顶部与下降的开始之间的（就时间和/或距离而言的）中点处的由飞机和/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。对于一些飞机而言，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至15000m的范围内的海拔处的标准大气条件，例如在从10000m至12000m的范围内、例如在从10400m至11600m（约38000英尺）的范围内、例如在从10500m至11500m的范围内、例如在从10600m至11400m的范围内、例如在从10700m（约35000英尺）至11300m的范围内、例如在从10800m至11200m的范围内、例如在从10900m至11100m的范围内、例如大约11000m。巡航条件可能对应于这些范围内的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那样，“巡航”或“巡航条件”可意指空气动力学的设计点。这样的空气动力学的设计点（或ADP）可对应于风扇针对其被设计成运转的条件（包括例如马赫数、环境条件和推力要求中的一个或多个）。这可意指，例如，在其处风扇（或气体涡轮机引擎）被设计成具有最佳效率的条件。

在使用中，本文中描述的和/或要求权利的气体涡轮机引擎可在本文中其它地方限定的巡航条件下运转。这样的巡航条件可由飞机的巡航条件（例如巡航中期条件）确定，可将至少一个（例如2个或4个）气体涡轮机引擎安装至所述飞机以便提供推进推力。

本领域技术人员将领会的是，除了其中相互排斥的情况外，与上述方面中的任何一个相关地来描述的特征或参数可应用于任何其它方面。此外，除了其中相互排斥的情况外，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

现在将参照图仅作为示例地来描述实施例，在图中:

图1是气体涡轮机引擎的截面侧视图。

图2是在图1中示出的气体涡轮机引擎的上游部分的特写截面侧视图。

图3是用于气体涡轮机引擎的齿轮箱的局部剖视图。

图4是图示至飞机的安装布置的气体涡轮机引擎的截面侧视图。

图5是备选的气体涡轮机引擎的截面侧视图。

图6是在图5中示出的气体涡轮机引擎的上游部分的特写截面侧视图。

具体实施方式

图1图示了具有主旋转轴线9的气体涡轮机引擎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。气体涡轮机引擎10包括接收核心空气流A的引擎核心11。引擎核心11沿轴向流串联地 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和核心排放喷嘴20。舱21围绕气体涡轮机引擎10并且限定了空气进口12、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附接至低压涡轮机19并由低压涡轮机19驱动。

在使用中，核心空气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导到高压压缩机15中，在所述高压压缩机15中发生进一步压缩。从高压压缩机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中所述压缩空气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和低压涡轮机17、19，并由此驱动高压和低压涡轮机17、19，以提供一些推进推力。高压涡轮机17通过适合的互连轴27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。

用于齿轮传动风扇气体涡轮机引擎10的示例性布置在图2中示出。低压涡轮机19（见图1）驱动轴26，该轴26耦联至周转齿轮布置30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处及与其相互啮合的是由行星支架34耦联在一起的多个行星齿轮32。行星支架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。行星支架34经由连杆36耦联至风扇23，以便驱动其绕引擎轴线9的旋转。行星齿轮32的径向向外处及与其相互啮合的是经由连杆40耦联至静止支撑结构24的环式或环状齿轮38。

注意的是，如本文中使用的术语“低压涡轮机”和“低压压缩机”可被认为分别意指最低压涡轮机级和最低压压缩机级（即，不包括风扇23）和/或通过在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“低压涡轮机”和“低压压缩机”可以备选地被认为是“中压涡轮机”和“中压压缩机”。在使用这样的备选术语的情况下，风扇23可被称为第一或最低压压缩级。

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，以与其它齿轮互相啮合。然而，为了清楚性，图3中仅图示齿的示例性部分。存在图示的四个行星齿轮32，尽管对于技术人员读者将显而易见的是，在所要求权利的本发明的范围内可以提供较多或较少的行星齿轮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3中作为示例图示的周转齿轮箱30为行星式类型，其中行星支架34经由连杆36耦联至输出轴而环状齿轮38固定。然而，可以使用任何其它适合的类型的周转齿轮箱30。作为进一步示例，周转齿轮箱30可以是星形布置，在其中行星支架34保持固定而环状（或环式）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。作为进一步备选示例，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，在其中环状齿轮38和行星支架34二者均被允许旋转。

将领会的是，在图2和3中所示出的布置仅作为示例，且各种备选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连接至引擎10。作为进一步示例，在齿轮箱30与引擎10的其它部件（诸如输入轴26、输出轴和固定结构24）之间的连接（诸如在图2示例中的连杆36、40）可具有任何期望的刚度或柔性的程度。作为进一步示例，可以使用在引擎的旋转与静止部件之间（例如在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）的轴承的任何适合的布置，并且本公开不限于图2的示例性布置。例如，在齿轮箱30具有星形布置（如上所描述的）的情况下，技术人员将容易地理解输出和支撑连杆以及轴承位置的布置典型地将与图2中作为示例示出的布置不同。

因此，本公开延伸至具有齿轮箱式样（例如星形或行星式）、支撑结构、输入和输出轴布置以及轴承位置的任何布置的气体涡轮机引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加和/或备选构件（例如中压压缩机和/或增压压缩机）。

本公开可应用于的其它气体涡轮机引擎可以具有备选构造。例如，这样的引擎可具有备选数量的压缩机和/或涡轮机和/或备选数量的互连轴。作为进一步示例，图1中所示出的气体涡轮机引擎具有分流喷嘴20、22，这意指通过旁路管道22的流具有其本身的喷嘴，该喷嘴与核心排放喷嘴20分开并径向上在核心排放喷嘴20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（或其上游）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，该单个喷嘴可被称为混合流喷嘴。一个或两个喷嘴（无论是混合流或是分流）可具有固定的或可变的面积。

气体涡轮机引擎10及其构件的几何结构由常规轴线系统限定，包括轴向方向（其与旋转轴线9对齐）、径向方向（在图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。

齿轮传动气体涡轮机引擎10包括单个平面支撑结构54，所述单个平面支撑结构连接核心壳体50和风扇壳体52，如在图1和2中示出的那样。单个平面支撑结构54包括内环56、外环58和多个在圆周上间隔开的径向延伸的支柱60，所述支柱连接内环56和外环58。内环56包括转矩箱。齿轮箱与风扇支撑结构、例如静止支撑结构24连接至转矩箱、例如单个平面支撑结构54的内环56。齿轮箱与风扇支撑结构、例如静止支撑结构24包括引擎核心11入口定子叶翼结构。齿轮传动气体涡轮机引擎10包括前部底座62和后部底座64并且前部底座62和后部底座64被配置成将齿轮传动气体涡轮机引擎10连接至飞机。前部底座62和后部底座64可以被配置成将齿轮传动气体涡轮机引擎连接至飞机的机翼、例如至在飞机的机翼上的挂架(pylon)。前部底座62耦联至扭矩箱、例如至单个平面支撑结构54的内环56并且后部底座64耦联至核心壳体50。后部底座64耦联至低压涡轮机19的涡轮机排出口引导叶翼76。支柱60是负荷承载结构并且可以空气动力学地成形以形成风扇排出口引导叶翼。

单个平面支撑结构54是如下支撑结构，其中，在单个平面支撑结构54的上游在风扇壳体52或连接至风扇壳体52的其它结构与核心壳体50之间没有叶翼，例如没有叶翼结构，并且，在单个平面支撑结构54的下游在风扇壳体52或连接至风扇壳体52的其它结构与核心壳体50之间没有叶翼，例如没有叶翼结构。

扭矩箱在包含引擎10的轴线9的平面中在横截面中是三角形，如在图2中示出那样。扭矩箱包括具有上游端部和下游端部的外壁66并且外壁66连接至支柱60。扭矩箱包括具有上游端部和下游端部的内壁68和下游壁70。内壁68和外壁66的上游端部连接并且下游壁70连接内壁68和外壁66的下游端部。在这示例中，内壁68由核心壳体50的部分限定。在这示例中，外壁66由核心舱44的部分限定。核心舱44围绕核心壳体50并且限定旁路管道22的径向内表面。核心舱44通常被成形以提供用于旁路管道22的空气动力学表面。前部底座62耦联至扭矩箱的下游壁70。扭矩箱也可以包括具有上游端部和下游端部的中壁72。中壁72的上游端部连接至内壁68并且下游端部连接至下游壁70。中壁72进一步使扭矩箱刚硬。

图4示出安装到飞机结构74上的齿轮传动气体涡轮机引擎10。飞机结构74构成挂架的部分并且飞机结构74连接至扭矩箱上的前部底座62并且连接至低压涡轮机19的涡轮机排出口引导叶翼76上的后部底座64。飞机结构74构成挂架的部分并且飞机结构74连接至扭矩箱的下游壁70上的前部底座62并且连接至低压涡轮机19的涡轮机排出口引导叶翼76上的后部底座64。后部底座64可以连接至涡轮机排出口引导叶翼76的两个在圆周上间隔开的区域。

压缩机间定子叶翼结构80定位在中压压缩机14与高压压缩机15之间并且压缩机间叶翼结构80连接至核心壳体50。扭矩箱定位在压缩机间叶翼结构80的上游。前部底座62被提供在与中压压缩机14相同的轴向的区域中。前部底座62被提供在中压压缩机14的后部端部处。

前部底座62可以定位在与气体涡轮机引擎10的重心大体上相同的轴向的位置处或气体涡轮机引擎10的重心的前方。单个平面支撑结构54可以定位在与气体涡轮机引擎10的重心大体上相同的轴向的位置处或气体涡轮机引擎10的重心的前方。

推力反向器78固接至风扇壳体52的下游端部并且从风扇壳体52的下游端部外伸或推力反向器78固接至单个平面支撑结构54的下游端部并且从单个平面支撑结构54的下游端部外伸，例如推力反向器78固接至单个平面支撑结构54的外环58的下游端部并且从单个平面支撑结构54的外环58的下游端部外伸。

图5和6图示了具有扭矩箱的气体涡轮机引擎10，所述扭矩箱在包含引擎的轴线的平面中在横截面中是矩形。在图5和6中的布置类似于在图1和2中示出的布置并且相似的部件由相似的数字来表示。扭矩箱包括：具有上游端部和下游端部的外壁66，外壁66连接至支柱60；具有上游端部和下游端部的内壁68；上游壁69；和下游壁70，上游壁69连接内壁68和外壁66的上游端部并且下游壁70连接内壁68和外壁66的下游端部。内壁68可以由核心壳体50的部分限定。外壁66可以由核心舱44的部分限定。前部底座62耦联至扭矩箱的下游壁70。扭矩箱也可以包括具有上游端部和下游端部的中壁72。中壁72的上游端部连接至上游壁69并且下游端部连接至下游壁70。中壁72进一步使扭矩箱刚硬。

在这布置中的前部底座62也可以定位在与气体涡轮机引擎10的重心大体上相同的轴向的位置处或气体涡轮机引擎10的重心的前方。单个平面支撑结构54可以定位在与气体涡轮机引擎10的重心大体上相同的轴向的位置处或气体涡轮机引擎10的重心的前方。

本公开提供了在核心壳体上的前部底座，其减少了摆动力矩且因此减少了摆动运动，降低了尾部轴承座扭矩并且降低了齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎的重量。本公开将推力反向器直接安装在风扇壳体的后部上/处，这降低了齿轮传动气体涡轮机引擎的重量。本公开在核心壳体与风扇壳体之间提供单个平面支撑结构，在其中单个平面支撑结构的支柱将它们的自身的负荷和来自风扇壳体的负荷和来自连接至风扇壳体的其它结构的负荷、例如来自进口结构、推力反向器和舱的空气动力学和惯性负荷传输至核心壳体和前部和后部底座以增加齿轮传动气体涡轮机引擎的空气动力学性能。单个平面支撑结构包括转矩箱和支柱。

本公开提供大推力齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎，带有大直径低压比低比推力风扇和大直径舱，组合有高压和高温小直径引擎核心和风扇驱动动力齿轮箱和单个平面支撑结构，包括支柱或风扇排出口引导叶翼，和转矩箱和连接至转矩箱的引擎核心前部底座。推力反向器可以直接附接至风扇壳体的后部。

尽管本公开涉及产生多于40000lbf推力、180kN推力的齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎，本公开可等效地应用于产生少于40000lbf推力、180kN推力的齿轮传动涡轮风扇气体涡轮机引擎。

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的概念的情况下能够进行各种修改和改进。除了其中相互排斥的情况外，特征中的任何一个可分开地采用或与任何其它特征组合地采用，并且本公开延伸至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 (18)

1.用于飞机的气体涡轮机引擎，包括：

引擎核心，其包括涡轮机、压缩机、将所述涡轮机连接至所述压缩机的核心轴，和围绕所述引擎核心的核心壳体，

风扇，所述风扇定位在所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片和围绕所述风扇的风扇壳体，

齿轮箱，其接收来自所述核心轴的输入并且将驱动输出至所述风扇以便以比所述核心轴低的旋转速度驱动所述风扇，所述齿轮箱定位在所述风扇与所述引擎核心之间，

单个平面支撑结构，其连接所述核心壳体和所述风扇壳体，所述单个平面支撑结构包括内环、外环和多个在圆周上间隔开的径向延伸的支柱，所述支柱连接所述内环和所述外环，所述内环包括扭矩箱，所述扭矩箱具有下游壁，

齿轮箱与风扇支撑结构，所述齿轮箱与风扇支撑结构连接至所述扭矩箱，

以及前部底座和后部底座，所述前部底座和后部底座被配置成将所述气体涡轮机引擎连接至所述飞机，并且

所述后部底座耦联至所述核心壳体；

其特征在于，所述前部底座耦联到所述扭矩箱的下游壁。

2.如在权利要求1中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述支柱是风扇排出口引导叶翼。

3.如在权利要求1中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述扭矩箱在包含所述引擎的轴线的平面中在横截面中是矩形的。

4.如在权利要求1中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述扭矩箱包括：具有上游端部和下游端部的外壁，所述外壁连接至所述支柱，具有上游端部和下游端部的内壁，上游壁和所述下游壁，所述上游壁连接所述内壁和所述外壁的上游端部并且所述下游壁连接所述内壁和所述外壁的下游端部。

5.如在权利要求1中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述扭矩箱在包含所述引擎的轴线的平面中在横截面中是三角形的。

6.如在权利要求5中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述扭矩箱包括：具有上游端部和下游端部的外壁，所述外壁连接至所述支柱，具有上游端部和下游端部的内壁和所述下游壁，所述内壁和所述外壁的上游端部连接并且所述下游壁连接所述内壁和所述外壁的下游端部。

7.如在权利要求4中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述内壁由所述核心壳体的部分限定。

8.如在权利要求4中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述外壁由核心舱的部分限定。

9.如在权利要求1至8中任一项所述的气体涡轮机引擎，其中，所述前部底座定位在与所述气体涡轮机引擎的重心大体上相同的轴向的位置处或所述气体涡轮机引擎的重心的前方。

10.如在权利要求1至8中任一项所述的气体涡轮机引擎，其中，所述单个平面支撑结构定位在与所述气体涡轮机引擎的重心大体上相同的轴向的位置处或所述气体涡轮机引擎的重心的前方。

11.如在权利要求1至8中任一项所述的气体涡轮机引擎，其中，所述后部底座连接至所述涡轮机的涡轮机排出口引导叶翼。

12.如在权利要求1至8中任一项所述的气体涡轮机引擎，其中，所述齿轮箱与风扇支撑结构包括引擎核心入口定子叶翼结构。

13.如在权利要求1至8中任一项所述的气体涡轮机引擎，其中，推力反向器固接至所述风扇壳体的下游端部并且从所述风扇壳体的下游端部外伸。

14.如在权利要求1至8中任一项所述的气体涡轮机引擎，其中，所述涡轮机是第一涡轮机，所述压缩机是第一压缩机，并且所述核心轴是第一核心轴；所述引擎核心进一步包括第二涡轮机、第二压缩机和将所述第二涡轮机连接至所述第二压缩机的第二核心轴；并且所述第二涡轮机、所述第二压缩机和所述第二核心轴布置成以比所述第一核心轴高的旋转速度旋转。

15.如在权利要求14中所述的气体涡轮机引擎，其中，压缩机间定子叶翼结构定位在所述第一压缩机与所述第二压缩机之间并且所述压缩机间叶翼结构连接至所述核心壳体。

16.如在权利要求14中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述扭矩箱定位在所述压缩机间叶翼结构的上游。

17.如在权利要求14中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述前部底座被提供在与所述第一压缩机相同的轴向的区域中。

18.如在权利要求14中所述的气体涡轮机引擎，其中，所述前部底座被提供在所述第一压缩机的后部端部处。

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