CN111351455A - 轴监测系统 - Google Patents

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B.彼得森
P.哈肯伯格
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Abstract

本公开题为“轴监测系统”，提供了一种用于监测旋转轴的轴向位置的监测系统。该系统包括音轮（56），该音轮与轴（54,62）同轴安装以随该轴旋转。音轮包括周向齿排。该系统还包括传感器（60），该传感器被配置为通过生成交替测量信号来检测齿排的通过。齿围绕排配置，使得齿对该交替测量信号贡献分量。齿沿轮（56）的轴向方向渐缩，并且传感器（60）相对于音轮被定位成使得在使用中轴（54,62）的轴向位移导致由传感器生成的信号改变分量的振幅和脉冲宽度中的一者或两者，从而可监测轴的该轴向位置。

Description

轴监测系统
相关申请的交叉引用
本说明书基于并要求2018年12月20日提交的英国专利申请号GB1820826.4的优先权的权益，其全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及轴监测系统，并且具体地涉及用于监测旋转轴的轴向位置的监测系统。
背景技术
相关技术的描述
在气体涡轮引擎中，轴或轴的轴向位置轴承的即将或实际失效可伴随轴的轴向移动。因此，希望监测此类轴的轴向位置，以便能够执行合适的自动或由机组启动的校正动作，例如关闭引擎以防止失效的发生。另外，监测轴的轴向位置可在进一步的失效发生之前显示轴承的机械磨损。
常规上，音轮和相关联的传感器用于测量轴速。例如，图10示意性地示出了具有周向齿排的音轮1和可变磁阻传感器2，该可变磁阻传感器通过生成交替测量信号来检测齿排的通过。当音轮的每个齿靠近传感器的极片的正面时，围绕极片缠绕的导线所经历的磁通量发生变化，这是由于磁路的磁阻的变化，该磁路由极片、音轮和两者之间的气隙组成。
本发明至少部分地基于以下认识：此类布置可适于监测轴的轴向位置。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于监测旋转轴的轴向位置的监测系统，该系统包括：音轮，该音轮与轴同轴安装以随其旋转，该音轮包括周向齿排；以及传感器，该传感器被配置为通过生成交替测量信号来检测齿排的通过；其中，齿围绕排配置，使得齿对交替测量信号贡献分量；和
其中，齿沿轮的轴向方向渐缩，使得齿的相对比例随跨音轮的轴向距离而变化，并且传感器相对于音轮被定位成使得在使用中轴的轴向位移导致由传感器生成的信号由于相对比例的变化而改变分量的振幅和脉冲宽度中的一者或两者，从而可监测轴的轴向位置。因此，轴的轴向位移导致由传感器生成的信号改变信号分量的信号峰值的振幅和持续时间中的一者或两者，从而可监测轴的轴向位置。
因此，有利地，相对于音轮适当定位的单个传感器可提供用于检测轴的轴向位移的单个信号。此外，传感器可用于基于交替测量信号来测量轴速。
现在将阐述本公开的可选特征部。这些特征部可单独地或以与本公开的任何方面的任意组合应用。
通常，齿在轴向范围上可基本上相同，并且可沿其轴向中点对齐，使得每个相应的齿对齿的整个轴向范围上的信号做贡献。
第一部分的齿可沿轮的轴向方向平滑地渐缩以产生相对比例的变化。
例如，齿在高度上可以是渐缩的，使得齿在音轮的一侧比在音轮的轴向间隔的另一侧径向更高。因此，齿的一侧（高侧）可比另一侧更靠近传感器，以产生随轴向位置的振幅、脉冲宽度或信号的变化。
齿在宽度上可以是渐缩的，使得齿在音轮的一侧比在音轮的轴向间隔的另一侧轴向更宽。这样，齿的一侧（较宽侧）可比另一侧更宽，以产生随轴向位置的脉冲宽度（即信号峰值的持续时间）的变化。因此，齿可保持与传感器基本上等距。
渐缩的量可随跨音轮的轴向距离线性地变化。另选地，渐缩的量可随跨音轮的轴向距离非线性地（例如，指数地）变化。这样，监测系统的灵敏度可随轴向位置而变化。
方便地，传感器可以是电磁传感器或磁性传感器。电磁传感器或磁性传感器可检测由齿排的通过引起的变化距离。
在一些示例中，传感器可检测传感器与齿之间的绝对磁场强度。在使用中，传感器与齿之间的绝对磁场强度可随齿排的通过而变化。因此，传感器可通过将绝对磁场强度和传感器与齿之间的距离相关联来检测传感器与齿之间的距离。
在另外的示例中，传感器可以是激光传感器。激光传感器可检测传感器与齿之间的距离。激光传感器可包括光发射器和光接收器。在一些示例中，激光传感器可通过使用例如三角测量、飞行时间或光选择方法中的任一者或多者来检测传感器与齿之间的距离。在使用中，传感器与齿之间的距离可随齿排的通过而变化。
方便地，在轴的正常操作模式下，分量的振幅可基本上相等。在另外的示例中，该分量可在一个或多个或相邻的齿之间变化。周向齿排可包括一个或多个第一齿和一个或多个第二齿。在轴的正常操作模式下，第一齿的振幅和脉冲宽度中的一者或两者可与第二齿的振幅和脉冲宽度中的一者或两者基本上不同。
周向齿排可被特殊齿中断，传感器从该特殊齿生成每转一次信号，该特殊齿被配置成使得每转一次信号的振幅和脉冲宽度中的一者或两者与该排的整个轴向范围上的其他齿的测量信号的振幅和脉冲宽度中的一者或两者均不相同。此类每转一次信号对于引擎健康监测目的可能是有用的。
根据第二方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴；以及根据第一方面的用于监测芯轴的轴向位置的监测系统，音轮与芯轴同轴安装以随其旋转。
根据第三方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：引擎核心机，该引擎核心包括涡轮机、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴；风扇，该风扇位于引擎核心的上游，该风扇包括多个风扇叶片；以及齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并经由输出轴将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度驱动风扇；推力轴，该推力轴延伸穿过齿轮箱，以将风扇连接到安装在芯轴上的轴向位置轴承，从而减轻输出轴使风扇相对于芯轴轴向定位的责任；以及根据第一方面的用于监测推力轴的轴向位置的监测系统，音轮与推力轴同轴安装以随其旋转。
第二方面或第三方面的气体涡轮引擎可还包括引擎电子控制器，该引擎电子控制器可操作地连接到监测系统以接收总信号并且被配置为从中监测安装有音轮的轴的轴向位置。该引擎电子控制器还可基于信号的频率将信号转换为轴速。
根据第四方面，提供了第一方面的用于监测安装有音轮的旋转轴（例如第二方面的芯轴或第三方面的推力轴）的轴向位置的监测系统的用途。一个相关方面提供了一种监测旋转轴的轴向位置的方法，该方法包括：提供第一方面的监测系统，将音轮安装到旋转轴上；以及使用监测系统生成的信号来监测轴的轴向位置。
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配置成（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配置成（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。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，齿轮齿数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到3.8的范围内的齿轮齿数比。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顶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）。巡航条件下的风扇顶端负载可大于（或大约为）以下中的任何一者：0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（所有值都是无量纲的）。风扇顶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12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。该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），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）。仅以举例的方式，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。此类布置结构可以称为叶片盘状部或叶片环。可以使用任何合适的方法来制造此类叶片盘状部或叶片环。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，巡航条件具有常规含义并且将易于被技术人员理解。因此，对于飞行器的给定气体涡轮引擎，技术人员将立即识别巡航条件是指该气体涡轮引擎被设计用于附接到飞行器的引擎在给定任务（其在行业中可被称为“经济任务”）的中间巡航的操作点。就这一点而言，中间巡航是飞行器飞行周期中的关键点，在该点处，在上升最高点和开始降落之间燃烧的总燃料的50%已燃烧（其在时间和/或距离方面可近似于上升最高点和开始降落之间的中点)。因此，巡航条件定义气体涡轮引擎的操作点，该操作点在考虑提供给该飞行器的引擎数量的情况下，提供将确保气体涡轮引擎被设计用于附接到的飞行器在中间巡航时的稳态操作(即，保持恒定的高度和恒定的马赫数)的推力。例如，如果引擎被设计为附接到具有两个相同类型的引擎的飞行器上，则在巡航条件下，引擎提供该飞行器在中间巡航时稳态运行所需的总推力的一半。
换句话讲，对于飞行器的给定气体涡轮引擎，巡航条件被定义为在中间巡航大气条件（在中间巡航高度下由根据ISO 2533的国际标准大气定义）下提供指定推力的引擎的操作点（需要在给定中间巡航马赫数下，与飞行器上的任何其他引擎相结合，提供气体涡轮引擎被设计用于附接到的飞行器的稳态操作）。对于飞行器的任何给定气体涡轮引擎而言，中间巡航推力、大气条件和马赫数是已知的，因此在巡航条件下，引擎的操作点是明确定义的。
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的一部分。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（根据国际标准大气ISA）：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，巡航条件可对应于提供在前向马赫数0.8下的已知的所需推力水平（例如，在30kN到35kN范围内的值）和在38000ft(11582m)的高度下的标准大气条件（根据国际标准大气）的引擎的操作点。仅以另一个示例的方式，巡航条件可对应于提供在前向马赫数0.85下的已知的所需推力水平（例如，在50kN到65kN范围内的值）和在35000ft(10668m)的高度下的标准大气条件（根据国际标准大气）的引擎的操作点。
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。
根据一个方面，提供了一种飞行器，该飞行器包括如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮引擎。根据该方面的飞行器为气体涡轮引擎已被设计用于附接到的飞行器。因此，根据该方面的巡航条件对应于飞行器的中间巡航，如本文其他部分所定义的。
根据一个方面，提供了一种操作如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮引擎的方法。该操作可在如本文其他部分所定义的巡航条件（例如，就推力、大气条件和马赫数而言）下进行。
根据一个方面，提供了一种操作包括如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮引擎的飞行器的方法。根据该方面的操作可包括（或可以是）在飞行器的中间巡航处的操作，如本文其他部分所定义的。
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是轴监测系统的音轮的一个示例的透视图；
图5是轴监测系统的音轮的另一示例的透视图；
图6示意性地示出了轴监测系统的音轮的不同周向视图A-C和G以及径向透视图E-F；
图7示出了当位于标称轴向位置时由监测系统的探头生成的输出信号；
图8示出了当位于标称轴向位置时由监测系统的探头生成的输出信号；
图9示意性地示出了将低压涡轮与非齿轮传动涡轮风扇的风扇连接的互连轴的前端；并且，
图10示意性地示出了具有周向齿排的常规音轮和可变磁阻传感器。
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喷嘴20排出之前通过高压涡轮和低压涡轮17、19膨胀，从而驱动高压涡轮和低压涡轮17、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。
在如图2所示的齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构中，来自周转齿轮布置结构30的输出轴50通过各组滚柱轴承组52径向定位在每个端部。这些允许轴向风扇23传递扭矩，但不提供显著的轴向保持功能。为了轴向地保持输出轴50和风扇23，单独的推力轴54从附接到互连轴26的一组滚珠轴承56延伸穿过太阳齿轮28的中心，以接合至输出轴50。因此，将扭矩传递和轴向保持责任在输出轴50和推力轴54之间分配。
推力轴54或滚珠轴承56的失效可危及引擎，因此期望及早检测轴54的任何轴向位移。因此，引擎还具有用于监测轴的轴向位置的监测系统。该系统包括音轮56。方便地，其可与推力轴54同轴安装在输出轴50的前部。在该位置，其与风扇23、输出轴50和推力轴54的整个组件共同旋转。
图4和图5示出了轴监测系统的音轮56的相应示例，每个音轮包括相应的周向齿排。图4示出了音轮56的示例，该音轮包括周向齿排，这些齿沿轴向方向平滑地渐缩以便以相对比例变化。在图4的具体示例中，周向齿排沿轴向方向平滑地渐缩，以便在径向厚度上变化。图6的实施例(A)示出了图4的齿的示意图。图5示出了音轮56的示例，该音轮包括周向齿排，这些齿沿轴向方向平滑地渐缩以便以相对比例变化。在图5的具体示例中，周向齿排沿轴向方向平滑地渐缩，以便在周向厚度上变化。图6的实施例(E)示出了图5的齿的示意图。具体地讲，音轮56包括周向齿排，通过安装在引擎的固定结构上的可变磁阻或距离速度探头的信号变化来检测其通过。具体地讲，可通过可变磁阻或距离速度探头的信号中的振幅、峰值持续时间或脉冲宽度中的一者或多者的变化来检测此类齿的通过。
图6示意性地示出了轮56的周向上的以下视图：(A)来自周向齿排的齿的第一示例、(B)来自周向齿排的齿的第二示例，以及(C)来自周向齿排的齿的第三示例。此外，图6示意性地示出了以下径向平面图：(D)来自周向齿排的齿的第一示例、(E)来自周向齿排的齿的第二示例，以及(F)来自周向齿排的齿的第三示例。最后，图6在(G)中示意性地示出了当轮56位于第一轴向位置57时轮和速度探头60的周向视图。如第一示例(A)所示，齿沿轴向方向渐缩，使得它们从轮的轴向前侧到轴向后侧在径向高度上减小。如第二示例(B)所示，齿沿轴向方向反向地渐缩，使得它们从轮的轴向前侧到轴向后侧在径向高度上增大。在第一示例和第二示例（A和B）中，齿沿周向方向不是渐缩的。在示例(D)中，齿从轮的前侧到后侧在宽度上没有变化。
如第三示例(C)所示，与(A)和(B)所示的示例不同，齿沿轴向方向不是渐缩的。因此，它们从轮的前侧到后侧在高度上没有变化。在此类示例中，如示例(E)和(F)所示，齿沿周向方向渐缩。如示例(E)所示，齿沿周向方向渐缩，使得它们从轮的轴向前侧到轴向后侧在周向宽度上减小。如示例(F)所示，齿沿周向方向反向地渐缩，使得它们从轮的轴向前侧到轴向后侧在周向宽度上增大。
应当理解，在另外的示例（未示出）中，齿沿径向方向和周向方向均可以是渐缩的。因此，在一些示例中，从轮的前侧到后侧，齿的径向高度和周向宽度均可变化。应当理解，在此类示例中，可组合选自(A-F)中所示示例的周向宽度和径向高度的任何此类排列或组合，以构造沿径向和周向方向均渐缩的齿。在此类示例中，齿被配置成围绕排，使得探头穿过齿以提供信号的分量。这样，齿对由探头生成的总交替测量信号贡献分量。
在使用中，轴54的轴向移位使探头60监测齿的第二截面，称为第二轴向位置58。实施例(A)至(F)示出了轮56上的第一轴向位置57和第二轴向位置58的一些示例。因此，在轴的轴向移位之后，应当理解，探头60在第二轴向位置58而不是第一轴向位置57处监测齿。在一些示例诸如实施例(A)至(F)中所示的示例中，轮56的第一轴向位置57可在轮56的中点位置处（即，在轮56的前侧和轴向后侧之间）。在另外的示例中，轮56的第一轴向位置57可相对于轮56的中点位置轴向位移。在一些示例诸如实施例(A)至(F)中所示的那些中，第二轴向位置58可相对于第一轴向位置57朝轮56的轴向后侧轴向位移。在一些示例（未示出）中，第二轴向位置58可相对于第一轴向位置57朝轮56的轴向前侧轴向位移。然而，在每种情况下，应当理解，第二轴向位置58相对于第一轴向位置57轴向位移。此类轴向移位使得探头60在第二轴向位置58而不是第一轴向位置57处监测齿的效果在下文中进一步详细说明。
在另外的示例中，周向齿排可包括具有第一轮廓的第一齿和具有与第一轮廓不同的第二轮廓的第二齿。因此，在一些示例中，周向齿排可包括交替的齿。在另外的示例中，周向齿排可包括第三或另外的齿，该第三或另外的齿具有第三或另外的轮廓。在一些示例中，第一和第二（或另外的）齿可围绕排交替，使得探头交替地穿过第一和第二（或另外的）齿。这样，第一和第二（或另外的）齿对由探头生成的总交替测量信号贡献相应的第一和第二（或另外的）分量。在又一示例中，周向齿排可包括具有独特轴向和/或周向比例的另一齿（未示出），以便识别轮的完整旋转。因此，独特齿可被配置成使得每转一次信号的振幅、峰值持续时间或脉冲宽度中的一者或多者不同于该排的整个轴向范围上剩余齿的交替测量信号的振幅、峰值持续时间或脉冲宽度中的一者或多者。
图7示出了当在轮56的第一轴向位置57处监测一个或多个齿时由可变磁阻速度探头60生成的标准电压信号。在所示的具体示例中，齿包括图6的示例(C)中所示类型的轴向轮廓和示例(D)中所示类型的周向轮廓。因此，当在相对于轮56的第一轴向位置57的第二轴向位移位置58处监测一个或多个齿时，电压信号将没有可观察到的差异。
在另外的示例中，齿可包括图6的示例(A)或(B)中所示的轴向轮廓以及示例(D)、(E)或(F)中所示类型的周向/径向轮廓中的任一者。具体地讲，图7示出了第一电压信号71和第二电压信号73的示意性示例，它们均覆盖在标准电压信号之上并指示信号在其相应的轴向位置（57, 58）处的相对振幅。当齿进入探头测量区域时，电压信号包含一个负峰值，而当齿离开探头测量区域时，电压信号包含一个正峰值，从而形成信号的脉冲宽度。脉冲宽度也可被称为相位宽度。因此，振幅可取决于若干因素，包括例如探头60相对于轮56的齿的接近度。
在所示的示例中，齿的轴向轮廓是变化的，即径向高度或周向宽度中的一者或两者均变化，如示例(A)至(F)所示并且结合图6进行描述。在图6的(A)和(B)中所示的具体示例中，在轴54的轴向移位之后，探头60在第二轴向位置58而不是第一轴向位置57处监测齿，这使得探头60在相对于第一轴向位置57轴向位移的第二轴向位置58处监测齿的截面。因此，通过探头60在第二轴向位置58而不是第一轴向位置57处监测齿，探头60与齿之间的气隙被改变。在图6的示例(A)和(B)中所示的具体示例中，这使得第二轴向位置58（即轮56的第二轴向位置58）处的信号的振幅分量与第一轴向位置57（即轮56的第一轴向位置57）处的信号的振幅分量相对不同。
在图7所示的具体示例中，为了提供第一电压信号71和第二电压信号73，齿包括例如图6的示例(A)中所示类型的轴向轮廓和图6的示例(D)中所示类型的周向轮廓，如图4示意性所示。当在轮56的第一轴向位置57处监测齿时，探头60生成第一电压信号71。当在轮56的第二轴向位置58处监测齿时，探头60生成第二电压信号73。因此，第一电压信号71和第二电压信号73在振幅上显示出随轮轴向位置变化的相对变化。
如图7所示，以图6的示例(A)所示的方式从第一轴向位置57朝第二轴向位置58的此类移位导致气隙增加，并且从第一电压信号71到第二电压信号73振幅减小。在另外的示例中，以图6的示例(B)所示的方式从第一轴向位置57朝第二轴向位置58的移位导致气隙减小，并且振幅相应地增大。因此，借助于从第一轴向位置57朝第二轴向位置58的移位，生成了具有改变的振幅的信号，该信号指示已存在相对于轮56的第一轴向位置57的位移。利用齿轮廓定义，可确定相对于速度探头60的轴向移位的大小。这样，可监测信号的一个或多个分量中的可识别变化并将其用于确定位移的大小。因此，可确定音轮56相对于速度探头60的轴向移位的大小。因此，可确定音轮56的轴向位置。
图8示出了先前在图7中示出并且当在轮56的第一轴向位置57处监测一个或多个齿时由可变磁阻速度探头60生成的标准电压信号。如结合图7所述的，对标准信号做贡献的齿包括图6的示例(C)中所示类型的轴向轮廓和示例(D)中所示类型的周向轮廓。因此，当在相对于轮56的第一轴向位置57的第二轴向位移位置58处监测一个或多个齿时，电压信号将没有可观察到的差异。
在另外的示例中，齿可包括图6的示例(A)、(B)或(C)中所示的轴向轮廓和示例(E)或(F)中所示类型的周向/径向轮廓中的任一者。具体地讲，图7示出了第一电压信号71和第二电压信号73的示意性示例，它们均覆盖在标准电压信号之上并指示信号在其相应的轴向位置（57, 58）处的相对振幅。当齿进入探头测量区域时，电压信号包含一个负峰值，而当齿离开探头测量区域时，电压信号包含一个正峰值，从而形成信号的脉冲宽度。脉冲宽度也可被称为相位宽度。因此，脉冲宽度可取决于若干因素，包括例如在测量点（即第一轴向位置57和第二轴向位置58处）齿的具体宽度。
在所示的示例中，齿的轴向轮廓是变化的，即径向高度或周向宽度中的一者或两者均变化，如示例(A)至(F)所示并且结合图6进行描述。在图6的(E)和(F)所示的具体示例中，在轴54的轴向移位之后，探头60在第二轴向位置58而不是第一轴向位置57处监测齿，这使得探头60在相对于第一轴向位置57轴向位移的第二轴向位置58处监测齿的截面。因此，通过探头60在第二轴向位置58而不是第一轴向位置57处监测齿，齿的具体宽度发生改变，从而提供脉冲宽度的对应变化。在图6的示例(E)和(F)所示的具体示例中，这使得第二轴向位置58（即轮56的第二轴向位置58）处的信号的脉冲宽度分量与第一轴向位置57（即轮56的第一轴向位置57）处的信号的脉冲宽度分量相对不同。
在图8所示的具体示例中，为了提供第一电压信号81和第二电压信号83，齿包括例如图6的示例(C)中所示类型的轴向轮廓和图6的示例(E)中所示类型的周向轮廓，如图5示意性所示。当在轮56的第一轴向位置57处监测齿时，探头60生成第一电压信号81。当在轮56的第二轴向位置58处监测齿时，探头60生成第二电压信号83。因此，第一电压信号81和第二电压信号83在脉冲宽度上显示出随轮轴向位置变化的相对变化。
如图8所示，以图6的示例(E)所示的方式从第一轴向位置57朝第二轴向位置58的此类移位导致齿的比宽度减小，并且从第一电压信号81到第二电压信号83脉冲宽度减小。在另外的示例中，以图6的示例(F)中所示的方式从第一轴向位置57朝第二轴向位置58的移位导致的结果是齿的比宽度增加，并且脉冲宽度相应地增大。因此，借助于从第一轴向位置57朝第二轴向位置58的移位，生成了具有改变的脉冲宽度的信号，该信号指示已存在相对于轮56的第一轴向位置57的位移。利用齿轮廓定义，可确定相对于速度探头60的轴向移位的大小。这样，可监测信号的一个或多个分量中的可识别变化并将其用于确定位移的大小。因此，可确定音轮56相对于速度探头60的轴向移位的大小。因此，可确定音轮56的轴向位置。
在另外的示例中，应当理解，可根据所使用的任何此类具体的齿几何形状来组合结合图7和图8描述的效果（即，将示例(A)和(B)中的任一者与示例(D)、(E)或(F)中的任一者组合；或将示例(C)与示例(E)或(F)中的任一者组合）。因此，此类组合确保了至少在第一轴向位置57和第二轴向位置58之间齿的轮廓的一个方面在齿的轴向长度的至少一部分上发生变化。
在图7和图8中突出显示的具体示例中，由探头60生成的输出信号的变化如图7或图8中的箭头所示，其中在正常使用期间，探头位于轮56的第一轴向位置57处。在实践中，组件公差可导致探头偏离中心。然而，可监测和规格化此类偏离中心位置产生的交替振幅信号的高/低振幅比。仍可检测该比率的显著变化并用于指示探头相对于轮56的轴向位移。
该信号通常由引擎的引擎电子控制器(EEC)接收，该引擎电子控制器比较交替振幅的高度和/或脉冲宽度以确定推力轴54是否已发生轴向移位以及移位的大小。EEC对此类事件的检测可用于提醒机组人员推力轴失效或启动自动响应，以便采取适当的引擎管理措施。EEC还可使用该信号作为风扇23、输出轴50和轴54的组件的旋转速度的量度。
在图6的(A-G)中，齿被示出为具有随轴向距离线性变化的特定高度或特定宽度。然而，非线性变化也是可能的。例如，指数变化的特定高度和/或特定宽度可允许系统的位移检测灵敏度随轴向位置而变化。应当理解，当安装在引擎内时，在所述示例中提及的高度涉及齿相对于气体涡轮引擎10的旋转轴线9的径向高度。
如前所述，周向齿排可被特殊齿中断，传感器从该特殊齿生成每转一次信号，该信号可例如用于引擎健康监测目的。对于探头60相对于轮56的所有位置，该信号的振幅或脉冲宽度中的一者或两者应与由上述齿产生的分量的交替测量信号的振幅不同或脉冲宽度不同。例如，特殊齿可以是具有倒“V”形高度轮廓的“短齿”。因此，倒“V”的峰可与轮的中点位置重合，其中齿具有等高高度，但峰小于该等高高度，并且然后在轮的轴向前侧和后侧两者上短齿可在高度上减小，该高度始终小于齿下部的高度。
尽管如上所述用于监测风扇23、输出轴50和推力轴54的组件的轴向位置，但该监测系统在气体涡轮引擎中具有更广泛的适用性，并且不限于用于齿轮传动风扇气体涡轮引擎。例如，其可用于监测涡轮借以驱动压缩机的任何互连轴（例如，图1中的互连轴26、27）的轴向位置。通常，这些互连轴具有一组滚珠轴承和一组滚柱轴承。图9示意性地示出了将低压涡轮与非齿轮传动涡轮风扇的风扇连接的互连轴62的前端。前组滚柱轴承64径向地定位轴，而后组滚珠轴承（在右侧并因此未在图9中示出）轴向地定位轴。监测系统的音轮56延伸到滚柱轴承的内壳与轴同轴安装，并且磁阻探头60在轮56上方安装到引擎的固定结构上。取决于引擎设计，滚珠轴承上的推力负荷可向后或向前，并且轴承的失效或磨损会导致轴62沿该推力的方向移动。因此，磁阻探头60的输出信号的变化被引擎的EEC检测到。
也可使用适当适配的监测系统来检测互连轴62的失效，但如果引擎具有用于检测轴中的扭矩传递能力损失的其他系统，则这可能不是必需的。
尽管上文是结合监测推力轴（图1至图8）和互连轴的风扇/压缩机端（图9）进行描述的，但该监测系统也可用于引擎中的其他位置，例如用于监测在其涡轮区段端部处的互连轴的轴向位置。
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 (20)

1. 一种用于监测旋转轴的轴向位置的监测系统，所述系统包括：
音轮，所述音轮与所述轴同轴安装以随所述轴旋转，所述音轮包括周向齿排；和
传感器，所述传感器被配置为通过生成交替测量信号来检测所述齿排的通过；
其中所述齿围绕所述排配置，使得所述齿对所述交替测量信号贡献分量；并且，
其中所述齿沿所述轮的轴向方向渐缩，使得所述齿的所述相对比例随跨所述音轮的轴向距离而变化，并且所述传感器相对于所述音轮被定位成使得在使用中所述轴的轴向位移导致由所述传感器生成的信号由于所述相对比例的所述变化而改变所述分量的振幅和脉冲宽度中的一者或两者，从而可监测所述轴的所述轴向位置。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述齿沿所述轮的所述轴向方向平滑地渐缩。
3.根据权利要求2所述的监测系统，其中所述齿在高度上是渐缩的，使得它们在所述音轮的一侧比在所述音轮的轴向间隔的另一侧径向更高。
4.根据权利要求2所述的监测系统，其中所述齿在宽度上是渐缩的，使得它们在所述音轮的一侧比在所述音轮的轴向间隔的另一侧周向更宽。
5.根据权利要求2所述的监测系统，其中所述渐缩的量随跨所述音轮的轴向距离线性地变化。
6.根据权利要求2所述的监测系统，其中所述渐缩的量随跨所述音轮的轴向距离非线性地变化。
7.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述传感器是检测由所述齿排的通过引起的变化距离的电磁或磁性传感器。
8.根据权利要求7所述的监测系统，其中所述传感器检测所述传感器与所述齿之间的绝对磁场强度，或者其中所述传感器是检测所述传感器与所述齿之间的距离的激光传感器。
9.根据权利要求1所述的监测系统，其中在所述轴的正常操作模式下，所述分量的所述振幅基本上相等。
10.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述周向齿排包括一个或多个第一齿和一个或多个第二齿。
11.根据权利要求10所述的监测系统，其中在所述轴的正常操作模式下，所述第一齿的所述振幅和所述脉冲宽度中的一者或两者与所述第二齿的所述振幅和所述脉冲宽度中的一者或两者基本上不同。
12.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述周向齿排被特殊齿中断，所述传感器从所述特殊齿生成每转一次信号，所述特殊齿被配置成使得所述每转一次信号的所述振幅和所述脉冲宽度中的一者或两者与所述排的整个轴向范围上的其他齿的所述测量信号的所述振幅和所述脉冲宽度中的一者或两者均不相同。
13. 一种用于飞行器的气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎包括：
引擎核心，所述引擎核心包括涡轮、压缩机和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴；和
根据权利要求1所述的监测系统，所述监测系统用于监测所述芯轴的轴向位置，所述音轮与所述芯轴同轴安装以随所述芯轴旋转。
14.根据权利要求13所述的气体涡轮引擎，其中：
所述涡轮是第一涡轮，所述压缩机是第一压缩机，并且所述芯轴是第一芯轴；
所述引擎核心还包括第二涡轮、第二压缩机和将所述第二涡轮连接到所述第二压缩机的第二芯轴；并且
所述第二涡轮、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。
15.根据权利要求13所述的气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎还包括：
引擎电子控制器，所述引擎电子控制器可操作地连接到所述监测系统以接收所述总信号并且被配置为从所述监测系统监测安装有所述音轮的所述轴的所述轴向位置。
16.根据权利要求15所述的气体涡轮引擎，其中所述引擎电子控制器基于所述信号的频率将所述信号转换为轴速。
17.一种用于飞行器的气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎包括：
引擎核心，所述引擎核心包括涡轮、压缩机和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴；
风扇，所述风扇位于引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；和
齿轮箱，所述齿轮箱接收来自所述芯轴的输入并经由输出轴将驱动输出至所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度驱动所述风扇；
推力轴，所述推力轴延伸穿过所述齿轮箱，以将所述风扇连接到安装在所述芯轴上的轴向位置轴承，从而减轻所述输出轴使所述风扇相对于所述芯轴轴向定位的责任；以及
根据权利要求1所述的监测系统，所述监测系统用于监测所述推力轴的轴向位置，所述音轮与所述推力轴同轴安装以随所述推力轴旋转。
18.根据权利要求17所述的气体涡轮引擎，其中：
所述涡轮是第一涡轮，所述压缩机是第一压缩机，并且所述芯轴是第一芯轴；
所述引擎核心还包括第二涡轮、第二压缩机和将所述第二涡轮连接到所述第二压缩机的第二芯轴；并且
所述第二涡轮、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。
19.根据权利要求17所述的气体涡轮引擎，所述气体涡轮引擎还包括：
引擎电子控制器，所述引擎电子控制器可操作地连接到所述监测系统以接收所述总信号并且被配置为从所述监测系统监测安装有所述音轮的所述轴的所述轴向位置。
20.根据权利要求19所述的气体涡轮引擎，其中所述引擎电子控制器基于所述信号的频率将所述信号转换为轴速。
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