CN111219254A - 防风罩 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于气体涡轮引擎(10)的风扇转子模块，该风扇转子模块包括驱动臂、风扇盘状部(100”)和在一个或多个点处附接到所述风扇盘状部(100”)的后部的防风罩(115”)，其中该风扇转子模块包括设置在该防风罩(115”)附接到该风扇盘状部(100”)的后部的点中的一个或多个点处的至少一个配重。

Description

防风罩
技术领域
本公开涉及用于安装在气体涡轮引擎的风扇的转子盘状部上的防风罩，气体涡轮引擎的风扇和气体涡轮引擎。
背景技术
气体涡轮引擎包括位于引擎前面的风扇。风扇包括安装在绕轴线旋转的转子盘状部上的多个径向延伸叶片。风扇用作传递到燃烧器的空气的第一压缩级，并用于引导空气经过旁路以提供推力。提供给燃烧器的空气的其他压缩级也可以使用旋转压缩机，其具有从毂部延伸的多个叶片。
风扇的旋转导致在环填料和转子盘状部之间的空间中产生压差，其中高压空气位于离旋转轴线径向最远的位置，低压空气位于离旋转轴线径向最近的位置。根据引擎中相邻硬件的具体构型，风扇后方的空气会保持静止，因此压力会低于环填料下方的空气。在径向向外的位置处，高压空气从环填料下方移动到环填料后方的低压区。为了替换该空气，将新的空气在径向向内区吸取到环填料下方的区域。这建立起了一种再循环，可降低引擎效率。
为了避免再循环，已知的办法是提供径向延伸的罩，它被称为防风罩。防风罩安装在转子盘状部上并从转子盘状部延伸，而且设置于转子盘状部和环填料后方。防风罩还可包括封盖，该封盖有助于形成平滑的内部径向气流表面并抵抗径向(离心)力保持环填料。
发明内容
根据第一方面，提供了用于气体涡轮引擎的风扇转子模块，该风扇转子模块具有驱动臂、风扇盘状部和在一个或多个点处附接到风扇盘状部的后部的防风罩，其中该风扇转子模块包括设置在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中的一个或多个点处的至少一个配重。
将配重设置在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中的一个或多个点处提供了方便，并且/或者在气体涡轮引擎的操作期间提供了风扇盘状部的有效平衡。
可将一个或多个配重设置在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点的每一个点处。
这些配重可各自包括一个或多个分立主体。每个分立主体可具有已知质量。因此，可以通过改变分立主体的数量来改变配重。
风扇盘状部的旋转轴线周围不均匀的质量分配会导致有害的失衡振动效应(即非平衡风扇)。在气体涡轮引擎操作期间发生的风扇转子模块不平衡和/或风扇盘状部不平衡可通过适当选择配重来修正、减少或最小化。对于给定的气体涡轮引擎，配重的适当选择取决于例如风扇的尺寸、风扇盘状部的尺寸和/或防风罩附接到风扇盘状部的后部的点的径向位置(即到风扇的旋转轴线的距离)。配重的适当选择还取决于例如散在风扇叶片质量(即附接到风扇盘状部的风扇叶片的质量之间的变化)。风扇叶片质量分散可影响包含任何材料的风扇叶片，并且可能例如在包含复合材料(例如，碳纤维复合材料)的风扇叶片中普遍存在。
防风罩可由至少一个机械固定装置附接到风扇盘状部的后部。机械固定装置中的一个或多个机械固定装置可包括螺母和螺栓。配重可包括设置在螺栓上的一个或多个垫圈，例如杯形垫圈。
驱动臂可以是前向驱动臂或后向驱动臂。
在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中的一个或多个点处施加一个或多个配重利用现有附接点来将配重附接到风扇盘状部。该布置结构可在没有用于附接配重来实现风扇盘状部的后平面平衡的现有方便位置的情况下尤其有效。该布置结构可对于包括前向驱动臂的风扇转子模块有效。
将配重设置在防风罩附接到风扇盘状部的后部的一个或多个点处还意味着配重比在风扇转子模块的常规布置结构中进一步径向向外定位。配重与风扇转子模块的旋转轴线之间较大的径向距离还意味着，提供与常规布置结构相同的平衡效果需要更少的配重(在常规布置结构中，配重和风扇转子模块的旋转轴线之间的径向距离较小)。
第二方面提供了一种气体涡轮引擎，其包括根据第一方面的风扇转子模块。
气体涡轮引擎可以是飞行器气体涡轮引擎。
第三方面提供了一种包括根据第二方面的气体涡轮引擎的飞行器。
第四方面提供了一种用于气体涡轮引擎的风扇转子模块的后平面平衡的方法，该风扇转子模块具有驱动臂、风扇盘状部和在一个或多个点处附接到风扇盘状部的后部的防风罩，该方法包括：
在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中的一个或多个点处施加至少一个配重。
施加配重可包括在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中的每一个点处施加一个或多个配重。
这些配重可各自包括一个或多个分立主体。每个分立主体可具有已知质量。因此，可以通过改变分立主体的数量来改变配重。
防风罩可由至少一个机械固定装置附接到风扇盘状部的后部。机械固定装置中的一个或多个机械固定装置可包括螺母和螺栓。配重可包括设置在螺栓上的一个或多个垫圈，例如杯形垫圈。
驱动臂可以是前向驱动臂或后向驱动臂。
在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中的一个或多个点处施加一个或多个配重利用现有附接点来将配重附接到风扇盘状部。该布置结构可在没有用于附接配重来实现风扇盘状部的后平面平衡的现有方便位置的情况下尤其有效。该布置结构可对于包括前向驱动臂的风扇转子模块有效。
将配重设置在防风罩附接到风扇盘状部的后部的一个或多个点处还意味着配重比在风扇转子模块的常规布置结构中进一步径向向外定位。配重与风扇转子模块的旋转轴线之间较大的径向距离还意味着，提供与常规布置结构相同的平衡效果需要更少的配重(在常规布置结构中，配重和风扇转子模块的旋转轴线之间的径向距离较小)。
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。
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)。
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示出了包括风扇转子模块的气体涡轮引擎的一部分的布置结构；
图5示出了安装在风扇盘状部上的防风罩的示例；并且
图6示出了安装在风扇盘状部上的防风罩的另一个示例。
具体实施方式
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。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，其中环形齿轮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20、18，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴，该喷嘴与核心排气喷嘴20分开并径向地在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。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示出了包括风扇转子模块的气体涡轮引擎的一部分的常规布置结构。该风扇转子模块包括风扇盘状部100、多个风扇叶片105、多个环填料110、防风罩115、支撑环120，以及驱动臂125，该驱动臂在第一端部处连接到风扇盘状部100并且在第二端部处连接到弯曲接头130。防风罩115安装在风扇盘状部100的后部，设置在环填料110的轴向后方。防风罩115经由螺母135和螺栓140连接到风扇盘状部100。在所示的布置结构中，驱动臂125为后向的。风扇盘状部100在两个平面中实现平衡(即风扇盘状部100的前平面以及风扇盘状部100的后平面)。风扇盘状部100通过附接到支撑环120内径的第一一个或多个配重在前平面实现平衡，该第一配重由虚线圆A勾勒。风扇盘状部100通过附接到弯曲接头130内径的第二一个或多个配重在后平面实现平衡，该第二配重由虚线圆B勾勒。配重(即第一配重和第二配重)同时施加在气体涡轮引擎10(图1和图2)的风扇23(图1和图2)的前向位置和后向位置(即前平面和后平面)，以使风扇转子模块的质量(包括风扇盘状部100、风扇叶片105、环填料110、防风罩115、支撑环120以及与风扇转子模块相关联的其他相关部件)围绕风扇盘状部100的旋转轴线9(图1和图2)均匀地分配，这种操作通常被称为实现风扇转子模块“平衡”。平衡风扇转子模块是为了修正、减少或最小化任何可能由于风扇盘状部100的旋转轴线9周围不均匀的质量分配(即非平衡风扇转子模块)所导致的有害的失衡振动效应。
图5示出了安装在风扇盘状部100’上的防风罩115’的常规布置结构。防风罩115'安装在风扇盘状部100'的后部。防风罩115'的阻挡部分115A’从风扇盘状部100’轴向向后并径向向外延伸。风扇盘状部100'包括径向向外延伸的盘状部柱形件145'。尽管图5中未显示，但相邻盘状部柱形件145'之间设有空间或间隙。盘状部柱形件145'的作用是在将风扇叶片安装在风扇盘状部100'上时将风扇叶片正确地定位在相邻盘状部柱形件145’对之间的空间中。附接凸缘150'在风扇盘状部100'的后部处从盘状部柱形件145'径向向外延伸。防风罩115’使用螺母135'和螺栓140’在附接凸缘150’处连接到风扇盘状部100'。螺栓140'的头部155'埋入防风罩115'的后平面。
图6示出了根据本公开实施方案的防风罩115”，其安装在风扇盘100”上。防风罩115”安装在风扇盘状部100”的后部。防风罩115”的阻挡部分115A”从风扇盘状部100”轴向向后并径向向外延伸。风扇盘状部100”包括盘状部柱形件145”。附接凸缘150”在风扇盘状部100”的后部从盘状部柱形件145”径向向外延伸。
防风罩115”使用螺母135”和螺栓140”在附接凸缘150”处连接到风扇盘状部100”。杯形垫圈160”形式的配重定位在螺栓140”上，并牢固地保持在附接凸缘150”和螺母135”之间。螺栓140”的头部155”埋入防风罩115”的后平面。
在防风罩115”附接到风扇盘状部100”的后部的附接凸缘150”处附接配重十分方便，因为这样做利用了气体涡轮引擎中的现有附接点。因此，不必仅为了附接配重来修正、减少或最小化风扇盘状部100”的不平衡的目的而在气体涡轮引擎上设计、制造或结合新的附接点。在防风罩附接到风扇盘状部的后部的一个或多个点处附接配重可对于具有后向驱动臂的气体涡轮引擎是有效的，因为没有用于实现风扇盘状部的后平面平衡的方便位置。
在常规布置结构(如图4所示)中，后平面配重定位在弯曲接头130的内径上，与之相比，在防风罩附接在风扇盘状部的后部的一个或多个点处附接配重意味着配重还进一步从风扇盘状部的旋转轴线径向向外延伸。因此，使用位于距风扇盘状部旋转轴线较大径向距离处的较低质量的配重(与常规布置结构相比)，可实现与常规布置结构中同等的平衡效果。
在另选的布置结构中，可将一个或多个配重设置在当防风罩附接到风扇盘状部的后部时所在的任何位置处。例如，对于防风罩在多个点处附接到风扇盘状部的后部的布置结构，可将一个或多个配重设置在多个点中的一个或多个点处。
防风罩可由至少一个机械固定装置附接到风扇盘状部的后部。在图6的实施方案中，该机械固定装置包括螺母135”和螺栓140”。在另选的布置结构中，该机械固定装置可为一个或多个铆钉。因此，防风罩可由任何合适的装置附接到风扇盘状部的后部。
在图6的实施方案中，配重是杯形垫圈160”，其经由螺母135”和螺栓140”附接到风扇盘状部100”，其中该螺栓穿过防风罩115”和附接凸缘150”。在另选的布置结构中，配重可包括一个或多个不同类型的垫圈，例如杯形垫圈或者盘形垫圈。配重可另选地由一个或多个紧固到螺栓的重压螺母提供。
更一般地，可将配重作为具有已知质量的一个或多个分立主体提供。该一个或多个分立主体可包括适于经由防风罩附接点简单方便地进行附接的形状或形式。例如，配重不需要包括用于定位在将防风罩固定到风扇盘状部的后部的螺栓上的孔，而是可以通过附接凸缘和紧固到螺栓的螺母之间的压缩力而牢固地保持。
包括一个或多个分立主体的配重可允许通过改变使用的分立主体的数量来改变配重的质量。配重的适当选择取决于许多因素，包括例如风扇的尺寸、风扇盘状部的尺寸，和防风罩附接到风扇盘状部的后部的点的径向位置(即到风扇旋转轴线的距离)。通过利用一个或多个分立主体，配重可更易于改变以提供所需的配重来修正气体涡轮引擎的特定风扇转子模块的风扇盘状部的不平衡。分立主体的数量可在防风罩附接到风扇盘状部的后部之前或之后改变。
用于气体涡轮引擎的风扇转子模块的后平面平衡的方法可包括在防风罩附接到风扇盘状部的后部的一个或多个点处施加至少一个配重，该风扇转子模块包括驱动臂、风扇盘状部和在一个或多个点处附接到风扇盘状部的后部的防风罩。
通过在防风罩附接到风扇盘状部的后部的位置附接配重，可利用现有的附接位置。风扇转子模块的设计和/或制造不必改变为仅为了附接配重来实现风扇盘状部的后平面平衡的目的而包括附加的附接点。此外，在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中的一个或多个点处附接的配重可意味着该配重定位成比常规布置结构(例如，其中配重定位在附接到驱动臂的弯曲接头的内径上，该驱动臂将弯曲接头与风扇盘状部连接)的配重进一步径向向外定位。配重与风扇转子模块的旋转轴线之间较好的径向距离意味着可将质量较小的配重用于提供与常规布置结构相同的平衡效果。
此方法还可包括在防风罩附接到风扇盘状部的后部的点中每一个点处施加一个或多个配重。该配重可包括一个或多个分立主体。因此，可通过改变每一个配重中分立主体的数量来改变配重。所需的配重可取决于风扇转子模块的具体布置结构。因此，能够通过利用可变数量的分立主体来改变配重，可实现对特定情况所需配重的快速和/或简单调节。
防风罩可由至少一个机械固定装置附接到后部。机械固定装置中的一个或多个机械固定装置可包括螺母和螺栓。配重可包括设置在螺栓上的一个或多个垫圈。垫圈可为杯形垫圈，或者可为盘形垫圈。
风扇转子模块的驱动臂可为前向驱动臂，或者可为后向驱动臂。
上述方法可对于包括前向驱动臂的风扇转子模块有效，其中没有用于实现风扇转子模块的后平面平衡的现有方便位置。
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 (15)

1.一种用于气体涡轮引擎的风扇转子模块，所述风扇转子模块包括驱动臂、风扇盘状部(100”)和在一个或多个点处附接到所述风扇盘状部(100”)的后部的防风罩(115”)，其中所述风扇转子模块包括设置在所述防风罩(115”)附接到所述风扇盘状部(100”)的后部的所述点中的一个或多个点处的至少一个配重。
2.根据权利要求1中所述的风扇转子模块，其中在所述防风罩(115”)附接到所述风扇盘状部(100”)的所述后部的所述点中的每一个点处设置一个或多个配重。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的风扇转子模块，其中所述配重各自包括一个或多个分立主体。
4.根据权利要求1所述的风扇转子模块，其中所述防风罩(115”)由至少一个机械固定装置附接到所述风扇盘状部(100”)的所述后部。
5.根据权利要求4所述的风扇转子模块，其中所述机械固定装置中的一个或多个机械固定装置包括螺母(135”)和螺栓(140”)。
6.根据权利要求5所述的风扇转子模块，其中一个或多个配重各自包括设置在所述螺栓(140”)上的一个或多个垫圈(160”)。
7.根据权利要求1所述的风扇转子模块，其中所述驱动臂是前向驱动臂或后向驱动臂。
8.一种包括根据权利要求1至7所述的风扇转子模块的气体涡轮引擎。
9.一种包括根据权利要求8所述的气体涡轮引擎的飞行器。
10.一种用于气体涡轮引擎的风扇转子模块的后平面平衡的方法，所述风扇转子模块具有驱动臂、风扇盘状部(100”)和在一个或多个点处附接到所述风扇盘状部(100”)的后部的防风罩(115”)，所述方法包括：
在防风罩(115”)附接到所述风扇盘状部(100”)的所述后部的所述点中的一个或多个点处施加至少一个配重。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述防风罩(115”)附接到所述风扇盘状部(100”)的所述后部的所述点中的每一个点处施加一个或多个配重。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其中所述配重各自包括一个或多个分立主体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中通过改变所述分立主体的数量来改变所述配重。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述防风罩(115”)由至少一个机械固定装置附接到所述风扇盘状部(100”)的所述后部。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述机械固定装置中的一个或多个机械固定装置包括螺母(135”)和螺栓(140”)，并且其中一个或多个配重各自包括设置在所述螺栓(140”)上的一个或多个垫圈(160”)。
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