CN111075572A - 气体涡轮引擎 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体涡轮引擎，其包括：内部核心短舱；外部风扇短舱；位于内部核心短舱和外部风扇短舱之间的旁路管道；在内部核心短舱和外部风扇短舱之间延伸的至少一个分叉；以及冷却系统，其中该冷却系统包括用于输送待冷却流体的至少一个管，该至少一个管形成引擎的流体系统的一部分，其中该至少一个管穿过该至少一个分叉，并且其中该管中的一个或多个管的至少一部分被布置成使待冷却流体与在旁路管道中流动的流体例如空气形成热交换关系。

Description

气体涡轮引擎
技术领域
本公开涉及气体涡轮引擎，具体地涉及飞行器气体涡轮引擎。
背景技术
当前的气体涡轮引擎通常包括用于一种或多种流体的冷却系统，其中待冷却的一种或多种流体用于各种引擎系统中。气体涡轮引擎的多个部件产生热量，并且通常使用流体将该热量从部件转移。
换热器通常在气体涡轮引擎内用作冷却流体的装置。换热器通常需要较大的表面积，以便使从待冷却流体到周围环境的热传递最大化。气体涡轮引擎内通常少量的可用空间意味着换热器的包装可能会存在问题，并且在此类换热器上方的有限气流可导致较差的冷却速率。
美国专利申请US 2016/369697 A1公开了用于涡轮风扇引擎的冷却的冷却空气系统。
提供用于冷却气体涡轮引擎内的一种或多种流体的改进装置将是有益的。
发明内容
根据第一方面，提供了一种气体涡轮引擎，其包括：内部核心短舱；外部风扇短舱；旁路管道，其至少部分地由内部核心短舱和外部风扇短舱限定；至少一个分叉，其在内部核心短舱和外部风扇短舱之间延伸；以及冷却系统，其中冷却系统包括用于输送待冷却流体的至少一个管，该至少一个管形成引擎的流体系统的一部分，其中该至少一个管穿过该至少一个分叉，并且其中该管中的一个或多个管的至少一部分被布置成使待冷却流体与在旁路管道中流动的流体例如空气形成热交换关系。
“热交换关系”可以是指待冷却流体和在旁路管道中流动的流体仅由导热壁分隔。因此，可在待冷却流体与在旁路管道中流动的流体之间穿过导热壁交换热量。在旁路管道中流动的流体通常可比待冷却流体显著更冷。
“管”是指横截面可变化或不变化并且横截面可为圆形或可不为圆形的导管。在一些实施方案中，一个或多个管的横截面可被成形为使与导热壁的接触最大化。
导热壁可包括或基本上由一个或多个管的一部分组成。导热壁可包括或基本上由一个或多个分叉的外表面的一部分组成。导热壁可包括或基本上由导热材料组成。导热壁可包括或基本上由金属或合金组成。金属或合金可包括铜、铝、镍或黄铜。
导热材料可具有至少10W/mK、至少50W/mK或至少100W/mK的热导率。
包含待冷却流体的至少一个管可包括任何合适的材料或任何合适材料的任何组合。一个或多个管可包括或基本上由例如金属、合金、聚合物或橡胶组成。被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的一个或多个管的一个或多个部分可包括或基本上由导热材料组成。导热材料的热导率可为至少10W/mK、至少50W/mK或至少100W/mK。
被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的一个或多个管的一个或多个部分可至少部分地设置在旁路管道内。包含待冷却流体的一个或多个管可从分叉突出，和/或可从分叉延伸到旁路管道中，然后返回分叉。
被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的例如可从分叉突出和/或延伸到旁路管道中的一个或多个管的一个或多个部分可至少部分地基本上平行于、基本上垂直于旁路管道中的流体（例如空气）流的主要方向或与旁路管道中的流体（例如空气）流的主要方向成一角度。
被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的例如可从分叉突出和/或延伸到旁路管道中的一个或多个管的一个或多个部分可包括一个或多个弯曲部。例如，被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的例如可从分叉突出和/或延伸到旁路管道中的一个或多个管的一个或多个部分可包括环、螺线、螺旋部分或任何其他合适的构造。
延伸到旁路管道中的一个或多个管的一个或多个部分的至少一部分可设置成与分叉的外表面相距一定距离。因此，分叉的外表面和延伸到旁路管道中的一个或多个管的一个或多个部分之间可能存在间隙。延伸到旁路管道中的一个或多个管的一个或多个部分中的该一个或多个部分可被描述为悬挂在旁路管道中。提供延伸到旁路管道中的悬挂在旁路管道中的一个或多个管的一个或多个部分可有利于待冷却流体与旁路管道中流动的流体之间的热交换，因为在所有(径向)方向上可存在热交换。
被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的一个或多个管的一个或多个部分可不设置在旁路管道内。包含待冷却流体的一个或多个管可不从分叉延伸到旁路管道中。例如，被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的一个或多个管的一个或多个部分可与分叉的外表面热接触。被布置成将待冷却流体与在旁路管道中流动的流体形成热交换关系的一个或多个管的一个或多个部分可设置为与分叉的外表面齐平。因此，实际上，一个或多个管的一个或多个部分可形成分叉的外表面的一部分。通过一个或多个管的一个或多个部分未从分叉的外表面显著突出和/或延伸到旁路管道中，可最小化流经旁路管道的流体例如空气的扰动。一个或多个分叉的空气动力可能不会受到不利影响。
一个或多个分叉可例如为下分叉和/或上分叉。下分叉和上分叉中的任一者或两者可具有形成供引擎的流体系统的一部分穿过的至少一个管，其中一个或多个管的至少一部分被布置成使待冷却流体与在旁路管道中流动的流体例如空气形成热交换关系。
待冷却流体可包括油。
待冷却流体可包括气体，例如空气。
待冷却流体可包括燃料。
至少一个管可包含待冷却流体。
被布置用于使待冷却流体与在旁路管道中流动的流体热交换关系的一个或多个管的一个或多个部分可被布置成在与旁路管道中的流体流的主流方向大致相对或相反的方向上输送待冷却流体。
用于输送待冷却流体的一个或多个管可包括一个或多个歧管或接合点，例如以将待冷却流体的流分成多个较小的流，然后可使其与旁路管道中流动的流体形成热交换关系。
气体涡轮引擎可以是飞行器气体涡轮引擎。气体涡轮引擎可以是涡轮风扇气体涡轮引擎。气体涡轮引擎可以是超高旁路比率(UHBR)飞行器引擎。
气体涡轮引擎可包括：
引擎核心，该引擎核心包括涡轮、压缩机和将该涡轮连接到该压缩的芯轴；
风扇，该风扇位于该引擎核心的上游，该风扇包括多个风扇叶片；和，任选地，
齿轮箱，该齿轮箱接收来自该芯轴的输入并将驱动输出至该风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度来驱动该风扇。
涡轮可以是第一涡轮，压缩机可以是第一压缩机，和/或芯轴可以是第一芯轴。
该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。
该第二涡轮、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。
气体涡轮引擎可通过制造全新的气体涡轮引擎或通过修改现有的气体涡轮引擎来形成。
第二方面提供了用于气体涡轮引擎的冷却系统，该气体涡轮引擎包括内部核心短舱、外部风扇短舱、至少部分地由内部核心短舱和外部风扇短舱限定的旁路通道、和在内部核心短舱和外部风扇短舱之间延伸的至少一个分叉，其中冷却系统包括用于输送待冷却流体的至少一个管，该至少一个管形成引擎的流体系统的一部分，其中该至少一个管被布置成穿过至少一个分叉，并且其中一个或多个管的至少一部分被布置成使待冷却流体与在旁路管道中流动的流体例如空气形成热交换关系。
冷却系统可在制造或组装全新的气体涡轮引擎期间安装。冷却系统可在现有的气体涡轮引擎的维护和/或翻新期间安装。
第三方面提供了一种冷却气体涡轮引擎中的流体的方法，该方法包括：
沿着至少一个管输送待冷却流体，该至少一个管形成引擎的流体系统的一部分，其中至少一个管的至少一部分穿过在内部核心短舱和外部风扇短舱之间延伸的分叉，旁路管道至少部分地由内部核心短舱和外部风扇短舱限定，并且其中一个或多个管的至少一部分被布置成使待冷却流体与在旁路管道中流动的流体例如空气形成热交换关系。
如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、燃烧器、压缩机和将该涡轮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。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮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，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，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、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、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（例如直接接收，例如经由大致环形的管道）从第一压缩机接收流。
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。
该齿轮箱为减速齿轮箱（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。该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至4.2的范围内，例如，大约或至少为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，齿轮齿数比可以介于前一句中的任何两个值之间。较高的齿轮齿数比可能更适合“行星”式齿轮箱。在一些布置结构中，该齿轮齿数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）。以另一个示例的方式，在提供第二涡轮的情况下，可将燃烧器出口处的流提供至第二涡轮的入口。该燃烧器可设置在一个或多个涡轮的上游。
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。
该涡轮或每个涡轮（例如，如上所述的第一涡轮和第二涡轮）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）。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。该旁路管道可位于引擎核心的径向外侧。旁路管道的径向外表面可由外部风扇短舱和/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）。
引擎的比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比推力可小于（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。比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/或受权利要求书保护的气体涡轮可产生至少为（或大约为）以下中的任何一者的最大推力：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意两个值界定的包含范围内（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，该金属为诸如基于钛的金属或铝基材料（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、冰或其他材料的）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23000Pa；以及温度为-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。
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。
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是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；并且
图5是气体涡轮引擎的分叉的特写截面前视图。
具体实施方式
现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案。
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17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。外部风扇短舱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19并由该低压涡轮驱动。
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中以进行进一步的压缩。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核心排气喷嘴20排出之前通过高压涡轮17和低压涡轮19膨胀，从而驱动该高压涡轮17和该低压涡轮19以提供一些推进推力。高压涡轮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19（参见图1）驱动轴26，该轴26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齿圈或环形齿轮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”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮级和最低压力压缩机级（即，不包括风扇23），和/或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）连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，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和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图3中仅示出了齿的示例性部分。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，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，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，允许环形齿轮（或齿圈）38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。
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，可使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，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。以另一个示例的方式，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）的轴承的任何合适的布置结构，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涡轮风扇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，该喷嘴与核心排气喷嘴20分开并沿径向位于该核心排气喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于如下引擎，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。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（与旋转轴线9对准）、径向（在图1中从下到上的方向）和周向（垂直于图1视图中的页面）。轴向、径向和周向相互垂直。
图4是图1中所示的气体涡轮引擎10的上游部分的特写截面侧视图。分叉50在核心短舱54和外部风扇短舱21之间延伸。分叉50横跨旁路管道22延伸，并且因此在气体涡轮引擎10的操作期间暴露于旁路气流B。分叉50可例如为下分叉和/或上分叉。
用于将待冷却流体从引擎核心11输送的管52从核心短舱54延伸到分叉50中并返回到核心短舱54中。管52的一部分从分叉50穿出进入旁路管道22中，从而使待冷却流体与旁路气流B形成热交换关系。
图5是气体涡轮引擎10的分叉50的特写截面前视图。分叉横跨旁路管道22从核心短舱54延伸至外部风扇短舱21。分叉50包括由壁50a和50b包封的腔体。管52从核心短舱54延伸到分叉50中。管52随后穿过分叉壁50a中的第一孔进入旁路管道22，在分叉50外延伸一定距离，然后穿过分叉壁50a中的第二孔。管52随后延伸回到核心短舱54中。因此，管52的一部分设置在旁路管道22内，从而使待冷却流体与在旁路管道22中流动的流体形成热交换关系。
在气体涡轮引擎10的操作期间，待冷却流体将从引擎核心11流过管52。流体随后将流过管52的布置在旁路管道22内的部分。旁路气流B将流过并直接接触管52的布置在旁路管道22内的部分。旁路气流B将处于比待冷却流体显著更低的温度。来自流经管52的待冷却流体的热量将传导通过管52的壁并被输送到与管52接触的旁路气流B。然后在管52中流动的流体在较低的温度下重新进入分叉50。冷却的流体随后返回至核心11，在该核心中可将该冷却的流体用于引擎系统中。
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 (13)

1.一种气体涡轮引擎，包括：内部核心短舱；外部风扇短舱；旁路管道，所述旁路管道至少部分地由所述内部核心短舱和所述外部风扇短舱限定；至少一个分叉，所述至少一个分叉在所述内部核心短舱和所述外部风扇短舱之间延伸；以及冷却系统，其中所述冷却系统包括用于输送待冷却流体的至少一个管，所述至少一个管形成所述引擎的流体系统的一部分，其中所述至少一个管穿过所述至少一个分叉，并且其中所述管中的一个或多个管的至少一部分被布置成使所述待冷却流体与在所述旁路管道中流动的流体形成热交换关系。
2.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中，当处于所述热交换关系时，所述待冷却流体和在所述旁路管道中流动的所述流体仅由导热壁分隔。
3.根据权利要求2所述的气体涡轮引擎，其中所述导热壁包括或基本上由所述管中的一个或多个管的一部分组成。
4.根据权利要求2所述的气体涡轮引擎，其中所述导热壁包括或基本上由所述分叉中的一个或多个分叉的外表面的一部分组成。
5.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中被布置成使所述待冷却流体与在所述旁路管道中流动的所述流体形成热交换关系的所述一个或多个管的所述部分中的一个或多个部分可至少部分地设置在所述旁路管道内。
6.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中被布置成使所述待冷却流体与在所述旁路管道中流动的所述流体形成热交换关系的所述一个或多个管的所述一个或多个部分被布置成至少部分地基本上平行于、基本上垂直于所述旁路管道中的流体流的主要方向或与所述旁路管道中的流体流的主要方向成一角度。
7.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中被布置成使所述待冷却流体与在所述旁路管道中流动的所述流体形成热交换关系的所述一个或多个管的所述一个或多个部分包括一个或多个弯曲部。
8.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述一个或多个管的至少一个或多个部分延伸到所述旁路管道中。
9.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中被布置成使所述待冷却流体与在所述旁路管道中流动的所述流体形成热交换关系的所述一个或多个管的所述部分中的一个或多个部分不设置在所述旁路管道内。
10. 根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，还包括：
引擎核心，所述引擎核心包括涡轮、压缩机和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴；和
风扇，所述风扇位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片。
11.根据权利要求10所述的气体涡轮引擎，还包括齿轮箱，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。
12.一种用于气体涡轮引擎的冷却系统，所述气体涡轮引擎包括内部核心短舱、外部风扇短舱、至少部分地由所述内部核心短舱和所述外部风扇短舱限定的旁路通道、以及在所述内部核心短舱和所述外部风扇短舱之间延伸的至少一个分叉，其中所述冷却系统包括用于输送待冷却流体的至少一个管，所述至少一个管形成所述引擎的流体系统的一部分，其中所述至少一个管被布置成穿过所述至少一个分叉，并且其中所述管中的一个或多个管的至少一部分被布置成使所述待冷却流体与在所述旁路管道中流动的流体形成热交换关系。
13.一种冷却气体涡轮引擎中的流体的方法，包括：
沿着至少一个管输送待冷却流体，所述至少一个管形成所述引擎的流体系统的一部分，其中所述至少一个管的至少一部分穿过在内部核心短舱和外部风扇短舱之间延伸的分叉，至少部分地由所述内部核心短舱和所述外部风扇短舱限定旁路管道，并且其中所述管中的一个或多个管的至少一部分被布置成使所述待冷却流体与在所述旁路管道中流动的流体形成热交换关系。
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