CN111963318B - 气体涡轮引擎 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎。所述用于飞行器的气体涡轮引擎包括：引擎核心，所述引擎核心包括环形气体通道、涡轮、压缩机和将所述涡轮连接至所述压缩机的芯轴；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；以及动力齿轮箱，所述动力齿轮箱接收来自所述芯轴的输入并且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。所述引擎还具有再循环润滑剂系统，所述再循环润滑剂系统将润滑剂进给至所述动力齿轮箱并且从所述动力齿轮箱清除润滑剂。所述引擎还具有一排周向的入口导向轮叶，所述入口导向轮叶在所述环形气体通道的进气口处位于所述风扇的下游。所述再循环润滑剂系统包括用于从所述动力齿轮箱清除的润滑剂的一个或多个返回通道，所述返回通道穿过所述入口导向轮叶中的一个或多个入口导向轮叶与所述环形气体通道交叉。

Description

气体涡轮引擎
技术领域
本公开涉及一种气体涡轮引擎，尤其涉及具有再循环润滑剂系统的气体涡轮引擎，该再循环润滑剂系统将润滑剂进给至动力齿轮箱并且从动力齿轮箱清除润滑剂。
背景技术
本公开提供了一种如所附权利要求中所述的气体涡轮引擎和飞行器。
大多数气体涡轮引擎利用滚动元件型轴承来将转子定位在气体涡轮引擎的总体结构内。特别是在大型民用飞行器引擎中，在飞行中的风车期间，可能无法获得对此类轴承的积极润滑。这是由于引擎油系统泵由引擎的高压转轴驱动，并且在飞行中的风车期间，高压转轴速度低于可以保证向轴承供油的水平。然而，在该应用中，已经发现滚动元件型轴承在飞行中的引擎停机以及随后的没有任何积极(即，主动)润滑的引擎风车状态中不受影响。
然而，其他类型的轴承并非如此。例如，轴颈轴承在正常条件和风车条件下都需要向其提供稳定的润滑剂。如果没有该供应，则轴颈轴承可能会损坏甚至被卡住。
轴颈轴承可以在飞行器的气体涡轮引擎的动力齿轮箱中存在，该动力齿轮箱将驱动从通常为引擎的低压转轴的连接轴传输至引擎的推进式风扇。因此，需要配置引擎的润滑剂系统，使得总是将润滑剂提供给动力齿轮箱，特别是提供给轴颈轴承。
发明内容
根据第一方面，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，该引擎核心包括环形气体通道、涡轮、压缩机和将涡轮连接至压缩机的芯轴；
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；并且
动力齿轮箱，该动力齿轮箱接收来自芯轴的输入并且将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇；
其中：
引擎还具有再循环润滑剂系统，该再循环润滑剂系统将润滑剂进给至动力齿轮箱并且从动力齿轮箱清除润滑剂；
引擎还具有一排周向的入口导向轮叶，这些入口导向轮叶在环形核心气体通道的进气口处位于风扇的下游；
再循环润滑剂系统包括用于从动力齿轮箱清除的润滑剂的一个或多个返回通道，该返回通道穿过入口导向轮叶中的一个或多个入口导向轮叶与环形气体通道交叉；并且
再循环润滑剂系统包括初级回路和次级回路，该初级回路将润滑剂进给至动力齿轮箱的轴颈轴承和齿轮，并且该次级回路仅将润滑剂进给至动力齿轮箱的轴颈轴承。
有利的是，使用于从动力齿轮箱清除的润滑剂(例如，油)的返回通道通过入口导向轮叶有利于在该位置处引入特征，该特征可以将润滑剂转向例如动力齿轮箱的轴颈轴承，而不是动力齿轮箱的齿轮，从而确保向轴颈轴承提供足够的润滑剂，例如在飞行中的风车期间。
再循环润滑剂系统包括将润滑剂进给至动力齿轮箱的轴颈轴承和齿轮(以及可选地，上述驱动轴的轴轴承)的初级回路，以及将润滑剂仅进给至动力齿轮箱的轴颈轴承的次级回路。然后，例如在飞行中的风车期间，再循环润滑剂系统可以使润滑剂优先流动至次级回路，而不是使润滑剂流动至初级回路。
根据第二方面，提供了一种飞行器，该飞行器包括第一方面的一个或多个气体涡轮引擎。
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。
动力齿轮箱可以经由驱动轴将驱动输出至风扇，该驱动轴通过相应的轴轴承定位于引擎中。在这种情况下，再循环润滑剂系统还可以将润滑剂进给至轴轴承并且从轴轴承清除润滑剂。
通常，动力齿轮箱包括通过再循环润滑剂系统润滑的一个或多个轴颈轴承和齿轮。
引擎可以具有多个返回通道，这些多个返回通道穿过入口导向轮叶中的一个或多个入口导向轮叶与环形气体通道交叉。
因此，当再循环润滑剂系统包括初级回路和独立的次级回路时，返回通道中的一个或多个返回通道可以是将润滑剂返回至初级回路的第一返回通道，并且返回通道中的一个或多个返回通道可以是将润滑剂返回至次级回路的第二返回通道。
在这种情况下，引擎还可以包括在入口导向轮叶的径向内端处的润滑剂流道，该润滑剂流道被构造成接收从动力齿轮箱(以及可选地，轴轴承)清除的润滑剂并且将所接收的润滑剂引导到返回通道中。该润滑剂流道可以方便地用于将润滑剂转向动力齿轮箱轴颈轴承，而不是动力齿轮箱(和轴轴承)的其他部件。特别地，润滑剂流道可以进一步被构造成使得第二返回通道优先于第一返回通道接收润滑剂。
例如，通往第二返回通道的相应的出口可以在润滑剂流道的下止点位置处或附近，并且通往第一返回通道的相应的出口可以离下止点位置更远。这样，例如当润滑剂流道完全由重力驱动时，润滑剂可以优选地被进给至第二返回通道。又如，润滑剂流道可以包括凹穴，该凹穴被构造成将润滑剂流道中的润滑剂引向润滑剂流道中的预先确定的周向位置。在这种情况下，通往第二返回通道的相应的出口可以在流道的预先确定的周向位置处或附近，并且通往第一返回通道的相应的出口可以离预先确定的周向位置更远。
附加地或另选地，润滑剂流道可以包括环绕从润滑剂流道到一个或多个第一返回通道的相应的出口的壁，该壁在径向向内的方向上突出到润滑剂流道中，使得润滑剂在润滑剂流道中的润滑剂水平超过壁的突出高度时仅能够进入第一返回通道。这样，润滑剂流入第二返回通道可以优先于润滑剂流入第一返回通道，例如因为流入第二返回通道所需的润滑剂流道中的润滑剂水平低于壁的突出高度。因此，通常，第二返回通道没有对应的突出壁。
一种选项是壁被设置作为通往第一返回通道的出口的相应且独立的环绕壁。然而，另一种选项是壁被设置作为托盘，该托盘在通往第一返回通道的出口、形成在托盘的基部中的通往第一返回通道的出口之上延伸。
润滑剂流道还可以包括位于通往第一返回通道的出口上方的覆盖件结构。该覆盖件结构可以防止旨在用于第二返回通道的润滑剂在重力作用下落入第一返回通道中。例如，当壁被设置作为相应且独立的环绕壁时，每个环绕壁可以具有定位在其上方的相应的覆盖件。又如，当壁被设置作为托盘时，单个覆盖件可以被定位在托盘上方。覆盖件可以引导在环绕壁周围落在覆盖件的顶部上的润滑剂，使得润滑剂进入第二返回通道。
所述涡轮可以是第一涡轮，所述压缩机可以是第一压缩机，并且所述芯轴可以是第一芯轴；
引擎还可以包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接至第二压缩机的第二芯轴；并且
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。
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导管)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。
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轮叶，该排定子轮叶可为可变定子轮叶(因为该排定子轮叶的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。
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轮叶。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。
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导管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)。该旁路导管可以是基本上环形的。该旁路导管可位于核心引擎的径向外侧。旁路导管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，例如刚好在自身可被称为喷嘴导向轮叶的第一涡轮轮叶的上游。在巡航时，该TET可至少为(或大约为)以下中的任何一个：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)以下中的任何一个：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在径向上延伸。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导管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的范围内。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是变型气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；
图5是用于气体涡轮引擎的局部油系统示意图；
图6是多个入口导向轮叶的局部剖视图；
图7是多个入口导向轮叶的部分切除之后的透视图；并且
图8是多个入口导向轮叶的部分切除之后的透视图。
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，该推进式风扇生成两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括将核心气流A接收到环形气体通道中的核心11。引擎核心机11以轴流式串联方式包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮机17、低压涡轮机19和核心机排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路导管22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路导管22。风扇23经由轴26(也称为芯轴)和周转圆齿轮箱30附接到低压涡轮19并且由该低压涡轮驱动。
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经由驱动轴36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9旋转。齿圈或环形齿轮38从行星齿轮32径向向外并且与之相互啮合，该齿圈或环形齿轮经由连杆40联接到由引擎核心11的环形气体通道的入口处的一排周向的入口导向轮叶24形成的固定的支撑结构。
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经由驱动轴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。行星齿轮32通常通过相应的轴颈轴承安装到行星架34，使得当行星架驱动驱动轴36时，行星齿轮围绕其轴线相对于行星架旋转。经由下面讨论的油系统400为这些轴承提供油。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是恒星布置结构，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、输出轴和入口导向轮叶24)之间的连接件(诸如图2示例中的驱动轴36或连杆40)可以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具有恒星布置结构(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。
从图2中可以更容易地看到，但在图1中也可以看到，驱动轴36通过滚柱轴承50和滚珠轴承51定位在引擎中。还经由下面讨论的油系统400为这些轴承提供油。
因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型(例如恒星或行星齿轮)、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。以另外示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴20、22，这意味着穿过旁路导管22的流具有自己的喷嘴，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，穿过旁路导管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示出了变型齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的上游部分的特写截面侧视图。与图2中所示的布置结构相反，来自周转齿轮布置结构30的输出的驱动轴36通过两组滚柱轴承52径向地定位在两端处。这些滚柱轴承允许轴向风扇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36和风扇23，独立的推力轴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的中心以接合到驱动轴36。因此，扭矩传递和轴向保持责任在驱动轴36和推力轴54之间被分离。
气体涡轮引擎10的润滑剂系统为齿轮、轴承和联轴器提供润滑、冷却和腐蚀保护。该系统的一部分(如图5中示意性地示出的)包括初级回路和次级回路。初级回路可以将油提供给驱动轴36的轴承(例如，轴承50、51和/或52)和动力齿轮箱30的所有元件(例如，轴颈轴承和齿轮)，而次级回路可以将油仅提供给动力齿轮箱的轴颈轴承。在飞行中的风车期间，当高压转轴速度可能低于可以保证向引擎的所有轴承供油的水平时，次级回路可以帮助确定润滑剂流向动力齿轮箱轴颈轴承的优先次序。
初级回路的进油口801和802将来自中央油罐(未示出)的油通过引擎区段定子(ESS)810提供给许多元件，例如：输油单元820，该输油单元向动力齿轮箱30的轴颈轴承830和齿轮840提供油；射流槽850，该射流槽是至动力齿轮箱30的轴颈轴承的第二进给装置；驱动轴36的轴承50、51、52。
油一旦通过这些元件，就被清除到贮槽880中，该贮槽包含将所清除的油流分流的油道，如下面更详细地讨论的那样，并且使其通过在ESS 810中形成的第一返回通道803和第二返回通道804(选择入口导向轮叶24-也在下面更详细地讨论)。更具体地，油的一部分通过第一返回通道803，以在中央油罐中进行过滤、脱气和储存。油的另一部分进入供应辅助油罐860的第二返回通道804。该辅助油罐连接至电驱动辅助油泵870，并且将次级回路的油进给至动力齿轮箱30的轴颈轴承。
图6示出了通过成排的入口导向轮叶24的下半部的横截面，这些成排的入口导向轮叶的中心区域提供上述的贮槽880。设置在入口导向轮叶的径向内端处的周向油道506聚集已通过各自的回路提供给动力齿轮箱30和驱动轴轴承50、51、52的油。相邻于入口导向轮叶的径向内部环形端壁是油道506的外部油道表面504。与之相对并且径向隔开的是油道506的内部油道表面505。这些表面仅部分地围绕圆周延伸，但是这些表面的周向范围越大，油流将起作用的姿势角就越大。所聚集的油进入内部油道表面和外部油道表面之间的空间，如图6中的实心黑色箭头所示，并且通过重力朝向油道底部积聚。
朝向油道底部定位的许多入口导向轮叶24a为来自油道506的油提供第一返回通道803。特别地，所聚集的油流动(以虚线指示)通过每个入口导向轮叶24a的中空体积，以便被清除到初级回路中。
与这些轮叶不同，定位在油道的下止点处的入口导向轮叶24b为来自油道506的油提供第二返回通道804。在这种情况下，油流动通过轮叶24b的中空体积，以被清除到次级回路中。
油道506还具有呈托盘601形式的壁，该壁在飞行中的风车期间当高压转轴速度可能低于可以保证向所有轴承供油的水平时，可以帮助确定润滑剂流向次级回路的优先次序。在图7中更详细地示出了托盘，该托盘示出了图6的入口导向轮叶和油道506的部分切除之后的透视图。特别地，托盘601被定位在外部油道表面504上，使得托盘的底座在外部油道表面的径向内侧，并且在它们之间具有间隙。托盘为每个入口导向轮叶24a提供壁，该壁环绕从油道进入入口导向轮叶24a的出口，并且在相应的孔口602处连接至托盘601的底座。此外，唇部606环绕托盘底座的边缘。因此，托盘用作进入每个入口导向轮叶24a的第一返回通道803的漏斗，因此，只有在油道中的油位超过唇部606的高度时，润滑剂才可以通过孔口602离开油道进入第一返回通道803。唇部606的高度可以被设置为使得在引擎的正常操作期间将油完全供应给初级回路和次级回路。
相反，油可以无阻碍地沿托盘601的底座与外部油道表面504之间的间隙流动，并且进入由入口导向轮叶24b提供的第二返回通道804。因此，在使用中，油优选地流动通过入口导向轮叶24b的第二返回通道804。仅当油倒流并且流过托盘601的唇部606时，才向第一返回通道803提供油。
如先前所讨论的，这可以允许油优先被次级回路接收而不是初级回路。虽然在该示例中使用了托盘，但是在其他示例中不存在托盘，并且优选地通过其他方式将油接收在入口导向轮叶24b的第二返回通道804中。
例如，一种选项(未示出)是从润滑剂流道506移除出口处的所有形式的壁，而仅依赖于入口导向轮叶24b的下部位置。然后可以通过例如增加在下止点位置处或附近的入口导向轮叶24b的数量(从而提供更多的第二返回通道804)，以及/或者通过增加入口导向轮叶24a(提供第一返回通道803)与油道的下止点位置的间距，使得油道506的曲线自然需要油进一步倒退然后才能进入入口导向轮叶24a的第一返回通道803来增加润滑剂优先流向次级回路的量。
图8示出了根据另一种选项的多个入口导向轮叶的部分切除之后的透视图。一些特征部与图6和图7中所示的布置结构共享，并且此类特征部由类似的参考标号指示。
在图8的示例中，润滑剂流道被构造成使得提供用于初级回路的第一返回通道803的每个入口导向轮叶24a具有从外部油道表面504径向向内突出的相应且独立的环绕壁701。因此，在油位上升至相应壁的高度之前，不能经由第一返回通道803将油清除到初级回路中。相反，在通往入口导向轮叶24b的第二返回通道804的出口周围没有此类壁，因此，油优选地经由第二返回通道804被清除到次级回路中。
在进一步的增强中，通往入口导向轮叶24a的第一返回通道803的出口具有相应的覆盖件702(图8中仅示出了一个此类覆盖件)。这些覆盖件位于相应的出口之上，在每个覆盖件702和对应的环绕壁701之间留有间隙，使得油可以在它们之间流动。覆盖件有助于防止油从内部油道表面滴入第一返回通道803。在图6和图7的示例中，单个覆盖件或顶盖可以在托盘601之上延伸以达到类似的效果。
上面所讨论的示例利用重力控制的贮槽。即，油因重力而沿油道流动，并且在油道的最低点，即在入口导向轮叶24b上方的下止点处聚集，从而提供用于次级回路的第二返回通道804。然而，在其他示例中，油道可以是动态贮槽，其中所聚集的油具有切向动量。在这些示例中，室可以包括凹穴或类似的特征部，该凹穴或类似的特征部将油引向提供一个或多个第二返回通道804的一个或多个入口导向轮叶，并且/或者这些入口导向轮叶可以不被定位在下止点位置处或附近。
在另一个示例中，用于次级回路的入口导向轮叶可以偏离中心定位(例如，横向地相邻或横向地相邻但距下止点一个单位)。下止点处的轮叶可以相反地包括初级回路的一部分。初级回路的一个或多个轮叶可以包括壁，这些壁在下止点处从全部或大部分体积中排除油，并且可以延伸至至少与润滑剂至次级回路的一个或多个轮叶的最低入口点相当的高度。这样，即使次级回路轮叶不在下止点处，也可以优先将油引入次级回路。
应当理解，本公开不限于上述实施方案，并且在不脱离本文所述的概念的情况下可以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 (9)

1.一种用于飞行器的气体涡轮引擎(10)，包括：
引擎核心(11)，所述引擎核心包括环形气体通道、涡轮、压缩机和将所述涡轮连接至所述压缩机的芯轴；
风扇(23)，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；和
动力齿轮箱(30)，所述动力齿轮箱接收来自所述芯轴的输入并且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，
其中：所述引擎还具有再循环润滑剂系统，所述再循环润滑剂系统将润滑剂进给至所述动力齿轮箱(30)并且从所述动力齿轮箱(30)清除润滑剂；
所述引擎还具有一排周向的入口导向轮叶(24)，所述入口导向轮叶在所述环形气体通道的进气口处位于所述风扇的下游；并且
所述再循环润滑剂系统包括用于从所述动力齿轮箱清除的润滑剂的一个或多个返回通道(803，804)，所述返回通道穿过所述入口导向轮叶(24a，24b)中的一个或多个入口导向轮叶与所述环形气体通道交叉；
其中所述再循环润滑剂系统包括初级回路和次级回路，所述初级回路将润滑剂进给至所述动力齿轮箱(30)的轴颈轴承和齿轮，并且所述次级回路仅将润滑剂进给至所述动力齿轮箱的所述轴颈轴承；
其中所述引擎具有多个所述返回通道(803，804)，所述多个返回通道穿过所述入口导向轮叶中的所述一个或多个入口导向轮叶与所述环形气体通道交叉；
其中所述返回通道中的一个或多个返回通道是将润滑剂返回至所述初级回路的第一返回通道(803)，并且所述返回通道中的一个或多个返回通道是将润滑剂返回至所述次级回路的第二返回通道(804)；
其中所述引擎还包括在所述入口导向轮叶的径向内端处的润滑剂流道(506)，所述润滑剂流道被构造成接收从所述动力齿轮箱(30)清除的润滑剂，并且将所接收的润滑剂引导至所述返回通道(803，804)中；
其中所述润滑剂流道(506)进一步被构造成使得所述第二返回通道(804)优先于所述第一返回通道接收润滑剂；并且
其中所述润滑剂流道(506)包括壁，所述壁环绕从所述润滑剂流道到所述一个或多个第一返回通道的相应的出口，所述壁在径向向内的方向上突出到所述润滑剂流道中，使得当所述润滑剂流道中的润滑剂水平超过所述壁的突出高度时，所述润滑剂仅能够进入所述第一返回通道(803)。
2.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述动力齿轮箱(30)经由驱动轴(36)将驱动输出至所述风扇(23)，所述驱动轴通过相应的轴轴承定位于所述引擎中，所述再循环润滑剂系统还将润滑剂进给至所述轴轴承以及从所述轴轴承清除润滑剂。
3.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中通往所述第二返回通道(804)的相应的出口在所述润滑剂流道(506)的下止点位置处或附近，并且通往所述第一返回通道(803)的相应的出口离所述下止点位置更远。
4.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述润滑剂流道(506)包括凹穴，所述凹穴被构造成将所述润滑剂流道中的润滑剂引向所述润滑剂流道中的预先确定的周向位置。
5.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述壁被设置作为通往所述第一返回通道(803)的所述出口的相应且独立的环绕壁。
6.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述壁被设置作为托盘(601)，所述托盘在通往所述第一返回通道(803)的所述出口之上延伸，通往所述第一返回通道的所述出口形成在所述托盘的基部中。
7.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎，其中所述润滑剂流道还包括定位在通往所述第一返回通道(803)的所述出口上方的覆盖件结构(702)。
8.根据权利要求1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。
9.一种飞行器，所述飞行器包括一个或多个根据权利要求1所述的气体涡轮引擎。
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