CN111120101A - 燃气涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

一种燃气涡轮发动机包括核心涡轮发动机(16)和机械地联接至核心涡轮发动机(16)的风扇(38)。风扇(38)包括多个风扇叶片(40)，各风扇叶片(40)沿着燃气涡轮发动机的径向方向(R)限定底座(80)和内端。风扇(38)还包括覆盖多个风扇叶片(40)中的每一个的底座(80)的毂(48)。而且，风扇(38)包括用于支持多个风扇叶片(40)的旋转的一个或更多个轴承。一个或更多个轴承沿着燃气涡轮发动机的径向方向(R)限定风扇轴承半径(R1)。类似地，毂(48)沿着燃气涡轮发动机的径向方向(R)限定毂半径(R2)。毂半径(R2)与风扇轴承半径(R1)的比小于大约三，从而为各种构件在燃气涡轮发动机的风扇(38)内的期望的封装作准备。

Description

燃气涡轮发动机
技术领域
本主题大体上涉及用于燃气涡轮发动机的风扇。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。按照串联流动的顺序，燃气涡轮发动机的核心大体上包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。在多轴燃气涡轮发动机的情况下，压缩机区段能够包括高压压缩机(HP压缩机)和低压压缩机(LP压缩机)，并且，涡轮区段能够类似地包括高压涡轮(HP涡轮)和低压涡轮(LP涡轮)。在这样的配置的情况下，HP压缩机经由高压轴(HP轴)而与HP涡轮联接，并且，LP压缩机经由低压轴(LP轴)而与LP涡轮联接。
在运行中，将越过风扇的空气的至少一部分提供给核心的入口。这样的空气的部分由LP压缩机和HP压缩机逐步地压缩，直到它到达燃烧区段为止。在燃烧区段内，使燃料与压缩后的空气混合而焚烧，以提供燃气。将燃气从燃烧区段发送穿过HP涡轮和LP涡轮。穿过涡轮区段的燃气流驱动HP涡轮和LP涡轮，HP涡轮和LP涡轮中的每个继而经由HP轴和LP轴而驱动HP压缩机和LP压缩机中的相应的一个。然后，将燃气穿过排气区段而发送至例如大气。
除了驱动LP压缩机之外，LP轴能够另外通过风扇齿轮箱而驱动风扇。齿轮箱允许LP轴以相对于风扇更高的速度而旋转，以便实现更高的效率。某些燃气涡轮发动机另外包括致动组件，致动组件可与风扇的多个风扇叶片一起操作，以改变多个风扇叶片中的每个的节距，来进一步提高风扇的效率。
由于例如促进多个风扇叶片的旋转的一个或更多个轴承的定位而导致可能难以将致动组件封装于风扇中。一个或更多个轴承沿着径向方向向内定位，以使轴承所受到的转速最小化。因此，允许将节距改变机构封装于风扇内的用于燃气涡轮发动机的风扇将是有用的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可通过该描述显而易见，或者可通过实践本发明而认识到。
在本公开的一个示范性的实施例中，提供了一种限定径向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括核心涡轮发动机和与核心涡轮发动机机械地联接的风扇。风扇包括多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定于沿着径向方向的内端。风扇还包括毂，毂覆盖多个风扇叶片中的每个的底座，并且，沿着径向方向限定毂半径。风扇还包括用于支持多个风扇叶片的旋转的一个或更多个轴承。一个或更多个轴承沿着径向方向限定风扇轴承半径。毂半径与风扇轴承半径的比小于1.75。
在本公开的另一示范性的实施例中，提供了一种限定径向方向和轴向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括核心涡轮发动机和与涡轮发动机机械地联接的风扇。风扇包括多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定于沿着径向方向的内端。在风扇的运行的期间，多个风扇叶片是围绕轴向方向以最大转速可旋转的。风扇还包括用于支持多个风扇叶片的旋转的一个或更多个轴承，一个或更多个轴承限定多个风扇叶片围绕轴向方向以至少大约0.6百万的最大转速旋转的期间的DN值。
在本公开的又一示范性的实施例中，提供了一种限定径向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括核心涡轮发动机和与核心涡轮发动机机械地联接的风扇。风扇包括多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定于沿着径向方向的内端。风扇还包括毂，毂覆盖多个风扇叶片中的每个的底座，并且，沿着径向方向限定毂半径。风扇还包括用于支持多个风扇叶片的旋转的一个或更多个轴承。一个或更多个轴承沿着径向方向限定风扇轴承半径。毂半径与风扇轴承半径的比小于2.75。另外，燃气涡轮发动机配置成生成最大起飞推力，最大起飞推力小于30000磅。
本发明的第一技术方案提供了一种燃气涡轮发动机，限定径向方向，并且包括：核心涡轮发动机；以及风扇，其机械地联接至所述核心涡轮发动机，所述风扇包括：多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定在沿着所述径向方向的内端处；毂，其覆盖所述多个风扇叶片中的每个的所述底座，并且，沿着所述径向方向限定毂半径；以及一个或更多个轴承，其用于支持所述多个风扇叶片的旋转，所述一个或更多个轴承沿着所述径向方向限定风扇轴承半径，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比小于1.75。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比大于或等于一且小于或等于大约1.5。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述燃气涡轮发动机配置成生成最大起飞推力，并且其中所述最大起飞推力小于60000磅。
本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述一个或更多个轴承包括两个滚子轴承和一个球轴承。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述风扇进一步包括动力齿轮箱，并且其中所述风扇通过所述动力齿轮箱而由所述核心涡轮发动机驱动。
本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述风扇进一步包括用于改变所述多个风扇叶片中的每个的节距的致动组件，并且其中所述一个或更多个轴承沿着所述径向方向位于从所述节距改变机构向外的部位。
本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述风扇进一步包括一个或更多个风扇配重，并且其中所述一个或更多个轴承沿着所述径向方向位于从所述一个或更多个风扇配重向外的部位。
本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述一个或更多个轴承包括多个轴承，并且其中所述风扇轴承半径是沿着所述径向方向的最内侧的轴承的半径。
本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，沿着所述径向方向的所述风扇轴承半径是从所述燃气涡轮发动机的纵向中心线至所述一个或更多个轴承的中心轴线或中心点的距离。
本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，在所述风扇的运行的期间，所述多个风扇叶片是围绕轴向方向以最大转速可旋转的，并且其中所述一个或更多个轴承限定所述多个风扇叶片以至少大约0.6百万的最大转速旋转的期间的DN值。
本发明的第十一技术方案是在第一技术方案中，在所述风扇的运行的期间，所述多个风扇叶片是围绕轴向方向以最大转速可旋转的，并且其中所述一个或更多个轴承限定所述多个风扇叶片以至少大约0.8百万的最大转速旋转的期间的DN值。
本发明的第十二技术方案提供了一种燃气涡轮发动机，限定了径向方向和轴向方向，所述燃气涡轮发动机包括：核心涡轮发动机；以及 风扇，其机械地联接至所述核心涡轮发动机，所述风扇包括：多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定在沿着所述径向方向的内端处，在所述风扇的运行的期间，所述多个风扇叶片是围绕所述轴向方向以小于大约8500转每分钟(RPM)的最大转速可旋转的；以及一个或更多个轴承，其用于支持所述多个风扇叶片的旋转，所述一个或更多个轴承限定所述多个风扇叶片围绕所述轴向方向以至少大约0.6百万的所述最大转速旋转的期间的DN值。
本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，所述一个或更多个轴承限定所述风扇以至少大约0.8百万的最大转速运行的期间的DN值。
本发明的第十四技术方案是在第十二技术方案中，所述风扇进一步包括毂，该毂覆盖所述多个风扇叶片中的每个的所述底座，其中所述毂沿着所述径向方向限定毂半径，其中所述一个或更多个轴承沿着所述径向方向限定风扇轴承半径，并且其中所述毂半径与所述风扇轴承半径的比小于1.75。
本发明的第十五技术方案是在第十二技术方案中，所述风扇进一步包括动力齿轮箱，并且其中所述风扇通过所述动力齿轮箱而由所述核心涡轮发动机驱动。
本发明的第十六技术方案是在第十二技术方案中，所述风扇进一步包括用于改变所述多个风扇叶片中的每个的节距的致动组件，并且其中所述一个或更多个轴承沿着所述径向方向位于从所述节距改变机构向外的部位。
本发明的第十七技术方案是在第十二技术方案中，所述一个或更多个轴承包括多个轴承，并且其中所述风扇轴承半径是沿着所述径向方向的最内侧的轴承的半径。
本发明的第十八技术方案提供了一种燃气涡轮发动机，限定径向方向，并且包括：核心涡轮发动机；以及风扇，其机械地联接至所述核心涡轮发动机，所述风扇包括：多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定在沿着所述径向方向的内端处；毂，其覆盖所述多个风扇叶片中的每个的所述底座，并且沿着所述径向方向限定毂半径；以及一个或更多个轴承，其用于支持所述多个风扇叶片的旋转，所述一个或更多个轴承沿着所述径向方向限定风扇轴承半径，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比小于2.75；其中，所述燃气涡轮发动机配置成生成最大起飞推力，并且其中所述最大起飞推力小于30000磅。
本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，所述风扇进一步包括动力齿轮箱，并且其中所述风扇通过所述动力齿轮箱而由所述核心涡轮发动机驱动。
本发明的第二十技术方案是在第十八技术方案中，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比大于或等于一且小于或等于大约1.5，并且其中最大起飞推力大于大约14000磅且小于大约25000磅。
参考下文的描述和所附权利要求，将更清楚地理解本发明的这些及其他特征、方面以及优点。合并于本说明书中且组成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且，附图连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域的技术人员的本发明的完整且开放的公开内容(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐释，在附图中：
图1是根据本主题的各种实施例的示范性的燃气涡轮发动机的示意横截面图。
图2是按照本公开的另一示范性的实施例的燃气涡轮发动机的风扇的前端的示意横截面图。
零件列表
10 涡扇发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 核心涡轮发动机
18 外壳
20 入口
22 低压压缩机
24 高压压缩机
26 燃烧区段
28 高压涡轮
30 低压涡轮
32 喷气排气喷嘴区段
34 高压轴/转轴
36 低压轴/转轴
37 核心空气流路
38 风扇
40 叶片
42 盘
44 节距改变机构
46 动力齿轮箱
48 毂
50 风扇壳体或机舱
52 出口导向导叶
54 下游区段
56 旁通空气流通道
58 空气
60 入口
62 空气的第一部分
64 空气的第二部分
66 燃烧气体
68 定子导叶
70 涡轮转子叶片
72 定子导叶
74 涡轮转子叶片
76 风扇喷嘴排气区段
78 热气路径
80 风扇叶片的底座
82 耳轴机构
83 配重
84 风扇转子
86 结构部件
88 风扇框架
90 前部导叶
92 支柱
94 入口导向导叶
96 一个或更多个风扇轴承
98 前部球轴承
100 滚子轴承
102 中心点
104 中心轴线
R1 风扇轴承半径
R2 毂半径
A 轴向方向
R 径向方向。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。该详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，且“下游”是指流体流至的方向。
现在参考附图，其中，在所有的附图中，同一数字指示相同的元件，图1是按照本公开的示范性的实施例的燃气涡轮发动机的示意横截面图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是在本文中被称为“涡扇发动机10”的高旁通涡扇喷气发动机10。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(与供参考而设置的纵向中心线12平行地延伸)和径向方向R。通常，涡扇发动机10包括风扇区段14和安置于风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
所描绘的示范性的核心涡轮发动机16通常包括基本上管状的外壳18，外壳18限定环形入口20。按照顺序流动的关系，外壳18包覆：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28驱动地连接至HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30驱动地连接至LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段以及喷气排气喷嘴区段32一起限定核心空气流路37。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变节距风扇38，可变节距风扇38以间隔开的方式具有与盘42联接的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外地延伸。借助于风扇叶片40可操作地联接至配置成共同地使风扇叶片40的节距一致地变化的合适的节距改变机构44，各风扇叶片40相对于盘42而围绕节距轴线(pitch axis)P是可旋转的。风扇叶片40、盘42以及节距改变机构44通过横过动力齿轮箱46的LP轴36而围绕纵向轴线12是一起可旋转的。动力齿轮箱46包括多个齿轮，这些齿轮用于将风扇38相对于LP轴36的转速调整至更高效的风扇转速。
仍然参考图1的示范性的实施例，盘42被可旋转的前毂48覆盖，前毂48空气动力学地异型成促进空气流穿过多个风扇叶片40。另外，示范性的风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，环形风扇壳体或外机舱50周向地环绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当意识到，机舱50可以配置成相对于核心涡轮发动机16而由多个周向地隔开的出口导向导叶52支撑。此外，机舱50的下游区段54可以在核心涡轮发动机16的外部部分上延伸，以便在其间限定旁通空气流通道56。
在涡扇发动机10的运行的期间，大量空气58穿过机舱50的相关联的入口60和/或风扇区段14而进入涡扇10。随着大量空气58横穿风扇叶片40，如62所指示的空气58的第一部分被指引或发送至旁通空气流通道56中，并且，如64所指示的空气58的第二部分被指引或发送至核心空气流路37中，或更具体地，被指引或发送至LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比一般被称为旁通比。然后，空气的第二部分64的压力在空气的第二部分64被发送穿过高压(HP)压缩机24而到达燃烧区段26中时增加，在燃烧区段26中，使空气的第二部分64与燃料混合且焚烧，以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被发送穿过HP涡轮28，此处来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳18的HP涡轮定子导叶68和联接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级而被提取，因此促使HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的运行。燃烧气体66然后被发送穿过LP涡轮30，此处热能和动能的第二部分经由联接到外壳18的LP涡轮定子导叶72和联接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级而从燃烧气体66中提取，因此促使LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的运行和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被发送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，空气的第一部分62的压力随着空气的第一部分62在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出(也提供推进的推力)之前被发送穿过旁通空气流通路56而显著升高。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，热气路径78用于将燃烧气体66发送穿过核心涡轮发动机16。
然而，应当意识到，图1中所描绘的示范性的涡扇发动机10仅经由示例，并且，在其他示范性的实施例中，涡扇发动机10可以具有任何其他合适的配置。还应当意识到，在还有其他一些示范性的实施例中，本公开的方面可以合并至任何其他合适的燃气涡轮发动机中。例如，在其他示范性的实施例中，本公开的方面可以合并至例如涡轮螺旋桨发动机中。
现在参考图2，提供按照本公开的示范性的实施例的涡扇发动机10的前端的示意横截面图。具体地，图2提供涡扇发动机10的风扇区段14的示意横截面图。在某些示范性的实施例中，图2的示范性的涡扇发动机10可以按基本上与图1的示范性的涡扇发动机10相同的方式配置。因此，相同或类似的编号可以指相同或类似的零件。
图2中所描绘的示范性的涡扇发动机10配置为中等范围(middle range)推力等级的发动机。具体地，示范性的涡扇发动机10配置成生成标准日条件(例如，海平面和 60华氏度)下的最大起飞推力。例如，涡扇发动机10可以配置成在标准日条件下生成大约10000磅(lbs.)与大约60000磅之间的最大起飞推力。备选地，在其他示范性的实施例中，涡扇发动机10可以配置成在标准日条件下生成大约10000磅与大约50000磅之间的最大起飞推力，诸如大约12000磅与大约40000磅之间，诸如大约13000磅与大约30000磅之间，诸如大约14000磅与大约25000磅之间。
如图2中所描绘的，风扇区段14大体上包括可变节距风扇38，可变节距风扇38具有与盘42联接的多个风扇叶片40。更具体地，各风扇叶片40在沿着径向方向R的内端限定底座80。经由相应的耳轴机构82而在底座80将各风扇叶片40与盘42联接。对于所描绘的实施例，底座80配置为容纳于耳轴机构82的对应地成形的燕尾槽内的燕尾榫。然而，在其他示范性的实施例中，可以将底座80以任何其他合适的方式附接到耳轴机构82。例如，可以使用销轴连接或任何其他合适的连接来将底座80附接到耳轴机构82。在还有其他一些示范性的实施例中，可以将底座80与耳轴机构82整体地形成。显而易见，耳轴机构82促进相应的风扇叶片40围绕相应的风扇叶片40的节距轴线P的旋转。
另外，涡扇发动机10的示范性的风扇38包括节距改变机构44，节距改变机构44用于使多个风扇叶片40中的每个围绕其相应的节距轴线P旋转(例如，一致地)。节距改变机构44通常可以包括一个或更多个旋转式致动器、同步环等，以促进多个风扇叶片40围绕其相应的节距轴线P的旋转。此外，示范性的风扇38包括多个配重83，例如，以确保在运行的期间使风扇38平衡。然而，应当意识到，在其他示范性的实施例中，示范性的风扇38可以包括用于改变多个风扇叶片40的节距的任何其他合适的配置/节距改变机构44。例如，虽然所描绘的示范性的节距改变机构44包括一个或更多个旋转式致动器，但在其他示范性的实施例中，节距改变机构44可改为包括一个或更多个线性致动器或任何其他合适的机构。
而且，正如图1的示范性的涡扇发动机10那样，图2中所描绘的示范性的涡扇发动机10的风扇38与核心涡轮发动机16机械地联接。更具体地，图2的涡扇发动机10的示范性的可变节距风扇38通过横过动力齿轮箱46的LP轴36而围绕纵向轴线12是可旋转的(同样地参见图1的实施例)。具体地，盘42通过风扇转子84而附接到动力齿轮箱46，对于所描绘的实施例，风扇转子84包括一个或更多个单独的结构部件86。动力齿轮箱46继而附接到LP轴36，使得LP轴的旋转使风扇转子84和多个风扇叶片40对应地旋转。显而易见，如同样地描绘的，风扇区段14另外包括前毂48(前毂48可与例如盘42和多个风扇叶片40一起旋转)。
此外，风扇38另外包括固定式风扇框架88。风扇框架88通过核心空气流路37而与核心涡轮发动机16连接，或更具体地，与核心涡轮发动机16的外壳18连接。对于所描绘的实施例，核心涡轮发动机16包括前部导叶90和支柱92，各自提供核心涡轮发动机16的外壳18与风扇框架88之间的结构支撑。另外，LP压缩机22包括入口导向导叶94。前部导叶90、支柱92以及入口导向导叶94可以另外配置成调节并指引越过风扇38而提供至核心空气流路37的空气流的部分，例如，以提高压缩机区段的效率。
此外，风扇38包括一个或更多个风扇轴承96，风扇轴承96用于支持风扇38的诸如多个风扇叶片40的各种旋转构件的旋转。更具体地，风扇框架88通过一个或更多个风扇轴承96而支撑风扇38的各种旋转构件。对于所描绘的实施例，一个或更多个风扇轴承96包括前部球轴承98和位于前部球轴承98的后部的两个滚子轴承100。然而，在其他示范性的实施例中，可以设置任何其他合适的数量和/或类型的轴承，以便支持多个风扇叶片40的旋转。例如，在其他示范性的实施例中，一个或更多个风扇轴承96可以包括一对(两个)锥形滚子轴承或任何其他合适的轴承。另外，在某些示范性的实施例中，一个或更多个风扇轴承96可以由任何合适的材料形成。例如，在至少某些示范性的实施例中，一个或更多个风扇轴承96可以由诸如不锈钢的合适的金属材料形成。然而，备选地，在其他示范性的实施例中，一个或更多个风扇轴承96可以包括由合适的陶瓷材料形成的一个或更多个构件。
仍然参考图2，一个或更多个风扇轴承96位于盘42和多个耳轴机构82的后部，并且，位于风扇38内的各种构件中的至少某些构件的径向地向外的部位。更具体地，对于所描绘的实施例，一个或更多个风扇轴承96定位于盘42的后部，并且，沿着径向方向R定位于节距改变机构44的向外的部位，且同样地沿着径向方向R定位于一个或更多个风扇配重83的向外的部位。因此，这样的配置允许节距改变机构44沿着轴向方向A与盘42和多个耳轴机构82同轴地布置，并且，沿着径向方向R布置于盘42和多个耳轴机构82的向内的部位。此外，这样的配置允许将一个或更多个风扇配重83定位成与节距改变机构44相邻。
而且，对于所描绘的示范性的实施例，一个或更多个风扇轴承96沿着径向方向R限定风扇轴承半径R1。如本文中所使用的，术语风扇轴承半径R1是指从涡扇发动机10的纵向轴线12至一个或更多个风扇轴承96的中心轴线或中心点的沿着径向方向R的距离。更具体地，对于所描绘的实施例，前部球轴承98和一对滚子轴承100中的每个都对准，使得前部球轴承98的中心点102和一对滚子轴承100的中心轴线104各自定位于与涡扇发动机10的纵向轴线12相距相同的距离处。然而，在其他示范性的实施例中，风扇轴承96中的一个或更多个可以步进或以另外的方式定位于沿着径向方向R与纵向轴线12相距不同的距离处。因此，风扇轴承半径R1可以是指沿着径向方向R的最内侧的轴承的半径(即，沿着径向方向R的最内侧的轴承的中心轴线或中心点与纵向轴线12的距离)。
此外，如在图2中同样地描绘的，毂48另外沿着径向方向R限定毂半径R2。如所指示的，毂半径R2是指沿着径向方向R的毂48的最外侧的点至涡扇发动机10的纵向轴线12的距离。更具体地，对于所描绘的实施例，毂半径R2是指沿着径向方向R从涡扇发动机10的纵向轴线12至风扇叶片40的前缘108的最内侧的点106的距离。如文所述，风扇38的一个或更多个风扇轴承96与先前的配置相比而沿着径向方向R大体上定位于向外的位置。另外，毂半径R2指示风扇38的核心部分的总体尺寸。因此，所描绘的涡扇发动机10的风扇38限定小于或等于大约2.75的毂半径与风扇轴承半径的比R2:R1(即，毂半径R2与风扇轴承半径R1的比)，诸如小于或等于大约2.5，诸如小于或等于大约2，诸如小于或等于大约1.75。更具体地，对于所描绘的实施例，毂半径与风扇轴承半径的比R2:R1大于或等于大约一(1)且小于或等于大约1.5。应当意识到，如本文中所使用的，诸如“大约”或“近似地”的近似的术语是指属于百分之十的误差界限内。
显而易见，在涡扇发动机10的风扇38的运行的期间，多个风扇叶片40围绕轴向方向A以最大转速可旋转的。最大转速是指风扇叶片40配置成在涡扇发动机10的全功率状况的期间，诸如在涡扇发动机10生成最大起飞推力时旋转的最大速度。关于上文的实施例中的一个或更多个，支持多个风扇叶片40的旋转的一个或更多个风扇轴承96可以限定风扇38的运行和处于最大转速的多个风扇叶片40的旋转的期间的至少大约0.6百万的DN值。例如，在某些示范性的实施例中，支持多个风扇叶片40的旋转的一个或更多个风扇轴承96可以限定多个风扇叶片40的旋转的期间的至少大约0.7百万、至少大约0.8百万、至少大约1百万或至少大约1.5百万的DN值。如本文中所使用的，术语“DN值”是指通过将按毫米计量的轴承的孔径乘以按每分钟转动次数(RPM)计量的转速而计算出的风扇38的轴承速度量词。支持风扇38的多个风扇叶片40的旋转的一个或更多个风扇轴承96的孔径是指从涡扇发动机10的纵向轴线12至一个或更多个风扇轴承96的内圈的距离。
因此，为了将支持多个风扇叶片40的旋转的一个或更多个风扇轴承96的DN值维持为低于上述的DN值中的一个或更多个，风扇38可以限定运行期间的相对低的最大转速。例如，在某些示范性的实施例中，风扇38可以限定在运行期间小于大约8500 RPM的最大转速。更具体地，在某些示范性的实施例中，风扇38可以限定在运行期间小于大约8000 RPM、在运行期间小于大约7500 rpm、在运行期间小于大约7000 RPM、在运行期间小于大约6500 rpm或在运行期间小于大约6000 RPM的最大转速。
如上文所讨论的，包括相对于风扇毂半径而相对高的风扇轴承半径的结构可以允许例如将节距改变机构和一个或更多个风扇配重于涡扇发动机的风扇中的期望的封装。此外，其中，涡扇发动机作为齿轮传动式涡扇发动机(即，包括齿轮箱，齿轮箱在降低风扇轴相对于驱动轴的转速的同时，将驱动轴与风扇轴连接)，增大的风扇轴承半径可以另外为运行期间的更稳定的风扇作准备。具体地，关于非齿轮传动式涡扇发动机，在运行期间由风扇生成的正推力载荷可以被由涡扇发动机的涡轮区段生成的反推力载荷抵销(在这样的配置中，涡轮区段经由轴而直接地与风扇连接)。对比之下，在诸如图2中所描绘的示范性的齿轮传动式涡扇发动机的齿轮传动式涡扇发动机内，由于动力齿轮箱防止LP轴以涡轮区段的反推力载荷补偿风扇的这样的正推力载荷，因而要求前部球轴承承载在运行期间由风扇生成的正推力的基本上全部的量。因此，在一个或更多个风扇轴承上的正推力载荷的分布发生变化的事件中，增大的风扇轴承半径允许一个或更多个风扇轴承承载正推力载荷，同时例如使这样的一个或更多个风扇轴承上的任何矩最小化。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且，还允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例包括并非与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向，并且包括：
涡轮机；
齿轮箱；以及
风扇，其通过所述齿轮箱机械地联接至所述涡轮机，所述风扇包括：
多个风扇叶片，所述多个风扇叶片中的第一风扇叶片将底座限定在沿着所述径向方向的内端处；
毂，其覆盖所述第一风扇叶片的所述底座，并且，沿着所述径向方向限定毂半径；以及
轴承，其用于支持所述第一风扇叶片的旋转，所述轴承沿着所述径向方向限定风扇轴承半径，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比小于2.75。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴承是球轴承。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴承是多个轴承中的第一轴承，并且其中所述风扇轴承半径是沿着所述径向方向的多个轴承中最内侧的轴承的半径。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比大于或等于一且小于或等于大约1.75。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比大于或等于一且小于或等于大约1.5。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机配置成生成最大起飞推力，并且其中所述最大起飞推力小于60000磅。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇进一步包括用于改变所述多个风扇叶片中的每个的节距的致动组件，并且其中所述轴承沿着所述径向方向位于从所述节距改变机构向外的部位。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇进一步包括一个或多个风扇配重，并且其中所述轴承沿着所述径向方向定位于从所述一个或多个风扇配重的向外的部位。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，沿着所述径向方向的所述风扇轴承半径是从所述燃气涡轮发动机的纵向中心线至所述轴承的中心轴线或中心点的距离。
10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，在所述风扇的运行的期间，所述多个风扇叶片是围绕轴向方向以最大转速可旋转的，并且其中所述一个或更多个轴承限定所述多个风扇叶片以最大转速旋转的期间的至少大约0.6百万的DN值。
11.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，在所述风扇的运行的期间，所述多个风扇叶片是围绕轴向方向以最大转速可旋转的，并且其中所述轴承限定所述多个风扇叶片以最大转速旋转的期间的至少大约0.8百万的DN值。
12.一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向和轴向方向，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮机；
齿轮箱；以及
风扇，其跨所述齿轮箱机械地联接至所述涡轮机，所述风扇包括
多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定在沿着所述径向方向的内端处，在所述风扇的运行的期间，所述多个风扇叶片是围绕所述轴向方向以小于大约8500转每分钟(RPM)的最大转速可旋转的；和
毂，其覆盖所述第一风扇叶片的所述底座，并且，沿着所述径向方向限定毂半径；以及
轴承，其用于支持所述第一风扇叶片的旋转，所述轴承限定所述多个风扇叶片围绕所述轴向方向以最大转速旋转的期间的至少大约0.6百万的DN值，所述轴承进一步沿着所述径向方向限定风扇轴承半径，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比小于2.75。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴承限定所述风扇以最大转速运行的期间的至少大约0.8百万的DN值。
14.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比小于1.75。
15.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇进一步包括用于改变所述多个风扇叶片中的每个的节距的致动组件，并且其中所述轴承沿着所述径向方向位于从所述节距改变机构向外的部位。
16.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇轴承半径是沿着所述径向方向的最内侧的轴承的半径。
17.一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向和纵向轴线，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮机；以及
风扇，其机械地联接至所述核心涡轮发动机，所述风扇包括
多个风扇叶片，各风扇叶片将底座限定在沿着所述径向方向的内端处；
毂，其覆盖所述多个风扇叶片中的每个的所述底座，并且沿着所述径向方向限定毂半径；以及
一个或更多个轴承，其用于支持所述多个风扇叶片围绕所述纵向轴线的旋转，所述一个或更多个轴承包括沿着所述径向方向限定风扇轴承半径的球轴承，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比小于2.75；并且
其中，所述燃气涡轮发动机配置成生成最大起飞推力，并且其中所述最大起飞推力小于30000磅。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机进一步包括动力齿轮箱，并且其中所述风扇通过所述动力齿轮箱由所述涡轮机驱动。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴承是球轴承。
20.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述毂半径与所述风扇轴承半径的比大于或等于一且小于或等于大约1.75，并且其中最大起飞推力大于大约14000磅且小于大约25000磅。
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