CN112431674A - 具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮 - Google Patents

具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮。本公开涉及一种燃气涡轮发动机，其限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿纵向方向的上游端和下游端。燃气涡轮发动机包括涡轮区段、靠近于涡轮区段的齿轮箱以及驱动轴。涡轮区段包括沿纵向方向与第二旋转构件交错的第一旋转构件。第一旋转构件包括外护罩和将外护罩联接到径向延伸的转子的一个或多个连接翼型件，外护罩限定沿径向方向在外护罩内侧延伸的多个外护罩翼型件。第二旋转构件包括内护罩，其限定沿径向方向在内护罩外侧延伸的多个内护罩翼型件。第二旋转构件联接到输入轴，输入轴连接到齿轮箱的输入齿轮。驱动轴在纵向方向上延伸并连接到齿轮箱的输出齿轮。第一旋转构件联接到驱动轴。

Description

具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮
技术领域
本主题大体上涉及燃气涡轮发动机架构。更特别地，本主题涉及用于燃气涡轮发动机的减速齿轮箱和涡轮区段布置。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括在燃烧区段的下游的涡轮区段，该涡轮区段能够与压缩机区段一起旋转，以旋转并操作燃气涡轮发动机来产生功率，诸如推进推力。通用的燃气涡轮发动机设计标准通常包括必须平衡或折衷的冲突标准，包括增加燃料效率、操作效率和/或功率输出，同时保持或减小重量、零件数量和/或包装(即发动机的轴向和/或径向尺寸)。
常规的燃气涡轮发动机大体上包括涡轮区段，该涡轮区段限定与中压涡轮和/或低压涡轮成串联流动布置的高压涡轮。另外，常规的燃气涡轮发动机涡轮区段大体上包括连续排或级的固定和旋转翼型件(例如静叶和叶片)。固定翼型件或静叶通常用于在燃烧气体流穿过旋转翼型件或叶片之前引导或以其它方式调节燃烧气体流。固定翼型件通常需要从燃气涡轮发动机的其它区域(诸如压缩机区段)导送的冷却空气，以减轻来自燃烧气体的损害。然而，将空气从压缩机区段导送至涡轮区段从而绕过燃烧区段大体上会移除用于燃烧的能量，并因此降低燃气涡轮发动机的效率。
此外，常规的低压涡轮通常需要多个级来分配能量或功，以操作低压涡轮所驱动的风扇组件和/或压缩机。然而，多个级对燃气涡轮发动机的轴向和径向尺寸有贡献，这从而对总体发动机及其所附接到的飞行器的重量有贡献，并因此不利地影响燃料效率、发动机性能以及发动机和飞行器效率。
已知的解决方案包括在风扇组件和发动机核心之间增加减速齿轮箱，这可减少对于操作风扇组件及其所附接到的压缩机来说必要的涡轮区段的多个级的数量，并且大体上可提供发动机效率的一定的净增加和燃料消耗的改进。然而，增加减速齿轮箱向涡轮发动机的设计和操作引入了新的复杂性和限制。例如，已知的减速齿轮箱具有从低压涡轮通过齿轮箱连续地导送以驱动风扇组件的扭矩或功率的量的近似100%。在这样的已知的布置中，从低压涡轮通过齿轮箱向风扇组件导送近似全部量的扭矩或功率需要复杂的齿轮箱设计、增加的齿轮箱重量以用于来自涡轮区段的基本上全部负荷的应力和负荷以及大体上较大的齿轮箱直径，从而保持或增加发动机的径向尺寸。
更进一步，包括减速齿轮箱的已知的解决方案(其中来自低压涡轮的近似100%的扭矩或功率通过齿轮箱被引导至风扇组件)使得齿轮箱的系统失效成为单点失效。在这样的布置中，齿轮箱操作的损失造成从低压涡轮递送到风扇组件的基本上所有功率的损失，从而将发动机推力或功率输出减小到仅由发动机核心通过核心流动路径产生的量(例如，总推力的近似10%)。
因此，需要如下的发动机：其可结合减速齿轮箱，同时减小或消除齿轮箱放置的不利影响，诸如增加的涡轮发动机包装(诸如增加的直径、轴向长度或两者)和/或到风扇组件的低压涡轮功率的单点系统失效。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
本公开涉及一种燃气涡轮发动机，其限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着纵向方向的上游端和下游端。燃气涡轮发动机包括涡轮区段、靠近于涡轮区段的齿轮箱以及驱动轴。涡轮区段包括沿着纵向方向与第二旋转构件交错(interdigitate)的第一旋转构件。第一旋转构件包括外护罩和一个或多个连接翼型件，外护罩限定沿着径向方向在外护罩的内侧延伸的多个外护罩翼型件，连接翼型件将外护罩联接到径向延伸的转子。第二旋转构件包括内护罩，内护罩限定沿着径向方向在内护罩的外侧延伸的多个内护罩翼型件。第二旋转构件联接到输入轴，输入轴连接到齿轮箱的输入齿轮。驱动轴在纵向方向上延伸，并连接到齿轮箱的输出齿轮。第一旋转构件联接到驱动轴。
在一个实施例中，齿轮箱在下游端处联接到驱动轴，并且第一旋转构件在上游端和下游端之间联接到驱动轴。
在另一个实施例中，发动机限定从第一旋转构件到驱动轴再到风扇组件的风扇转子、和从第二旋转构件到输入轴再到齿轮箱、以及从齿轮箱到驱动轴再到风扇转子的扭矩路径。
在又一个实施例中，发动机进一步包括排气框架，排气框架限定设置在第一旋转构件和第二旋转构件的下游的一个或多个排气静叶。齿轮箱联接到排气框架。
在多种实施例中，发动机进一步包括限定一个或多个可旋转风扇级的风扇组件。风扇组件和涡轮区段成串联布置，其中第一旋转构件和第二旋转构件一起限定低压涡轮转子，并且低压涡轮转子经由驱动轴与风扇组件连接并且能够与其一起旋转。在一个实施例中，第一旋转构件向风扇组件提供近似25%至约75%之间的扭矩。在另一个实施例中，第二旋转构件向风扇组件提供近似30%至约60%之间的扭矩。
在另外的多种实施例中，齿轮箱限定约-1.5:1至约-3:1的齿轮比。在一个实施例中，齿轮箱限定约-1.8:1至约-2.8:1的齿轮比范围。
在另一个实施例中，第二旋转构件以比第一旋转构件更大的速度旋转。
在再一个实施例中，第一旋转构件在第一方向上旋转，并且第二旋转构件在与第一方向相反的第二方向上旋转。在一个实施例中，齿轮箱构造为换向齿轮箱，其中输入轴和输入齿轮在第二方向上旋转。在另一个实施例中，齿轮箱的输出齿轮在第一方向上旋转。
在一个实施例中，第二旋转构件设置在第一旋转构件的连接翼型件的下游，并且第一旋转构件的外护罩在连接翼型件的下游延伸。
在多种实施例中，涡轮区段以沿着纵向方向从上游端到下游端的串联布置限定第一旋转构件、第二旋转构件和第一旋转构件。
在另外的多种实施例中，涡轮区段进一步包括第三旋转构件，第三旋转构件限定沿着径向方向向外延伸的多个第三翼型件，其中第三旋转构件设置在第一旋转构件的连接翼型件的上游。在一个实施例中，第一旋转构件的外护罩进一步在连接翼型件的上游延伸，并且外护罩进一步限定多个外护罩翼型件，外护罩翼型件沿着径向方向向内延伸并且在第三旋转构件的多个第三翼型件之中交错。在另一个实施例中，第三旋转构件限定高压涡轮转子或中压涡轮转子。在再一个实施例中，涡轮区段以沿着纵向方向从上游端到下游端的串联布置限定：第三旋转构件，其限定第一级；第一旋转构件，其限定第二级；第三旋转构件，其限定第三级；以及第一旋转构件的连接翼型件，其限定第四级。
在另一个实施例中，一起限定低压涡轮转子的第一旋转构件和第二旋转构件一起限定在约3级和10级之间的旋转翼型件。
技术方案1. 一种燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着所述纵向方向的前端和后端，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮区段，其包括转子以及沿着所述纵向方向的第一旋转构件和第二旋转构件，其中，所述第一旋转构件包括第一护罩和沿着所述径向方向从所述第一护罩延伸的多个第一护罩翼型件以及将所述第一护罩联接到所述转子的一个或多个连接翼型件，并且其中，所述第二旋转构件包括第二护罩和沿着所述径向方向从所述护罩延伸的多个第二护罩翼型件；
齿轮箱，其包括输入齿轮和输出齿轮，其中，所述第二旋转构件联接到所述齿轮箱的所述输入齿轮；
驱动轴，其在所述纵向方向上延伸，其中，所述驱动轴连接到所述齿轮箱的所述输出齿轮，并且其中，所述转子联接到所述驱动轴；
其中，所述第一旋转构件的所述第一护罩翼型件与所述第二旋转构件的所述第二护罩翼型件交错，以减小所述涡轮区段的出口环面面积与所述第一旋转构件、所述第二旋转构件或两者的额定旋转速度的平方的乘积。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
电机，其包括EM转子，所述EM转子联接到所述第一旋转构件或所述第二旋转构件。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述电机的所述EM转子通过所述驱动轴联接到所述第一旋转构件。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
EM齿轮箱，其中，所述电机的所述EM转子通过所述EM齿轮箱联接到所述驱动轴。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
框架，其中，所述电机进一步包括能够与所述电机的所述EM转子一起操作的EM定子，其中，所述EM定子联接到所述框架。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
风扇区段，其包括风扇，其中，所述第一旋转构件和所述第二旋转构件一起形成涡轮，并且其中，所述涡轮与所述风扇能够旋转地分离。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
风扇区段，其包括风扇，其中，所述第一旋转构件和所述第二旋转构件一起形成涡轮，并且其中，所述涡轮通过所述驱动轴能够旋转地联接到所述风扇，使得所述涡轮物理地旋转所述风扇。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述EM转子是第一EM转子，其中，所述电机进一步包括第二EM转子和EM定子，其中，所述第一EM转子能够与所述第一旋转构件一起旋转，其中，所述第二EM转子能够与所述第二旋转构件一起旋转，并且其中，所述第一EM转子和所述第二EM转子各自能够与所述EM定子一起操作。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第二旋转构件联接到输入轴，并且其中，所述电机的所述EM转子通过所述输入轴联接到所述第二旋转构件。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一护罩、所述第二护罩或两者构造为限定外表面的外护罩，并且其中，所述燃气涡轮发动机进一步包括：
主动间隙控制系统，其能够与所述外护罩的所述外表面一起操作。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述主动间隙控制系统包括与冷却空气源和冷却空气歧管成空气流连通的冷却空气导管，其中，所述冷却空气歧管构造成从所述冷却空气导管接收冷却空气流并将所述冷却空气流提供到所述外护罩的所述外表面上。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述冷却空气歧管大体上沿着所述纵向方向延伸，并且限定沿着所述纵向方向隔开的多个冷却空气出口。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述歧管沿着所述周向方向少于完全地围绕所述外护罩而延伸。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一护罩、所述第二护罩或两者构造为限定外表面的外护罩，并且其中，所述燃气涡轮发动机进一步包括：
壳体，其环绕涡轮区段的至少部分；以及
吸气面密封件，其位于所述外护罩的至少部分和所述壳体的至少部分之间，以用于形成空气流密封件。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述吸气面密封件包括在所述外护罩的可旋转表面和所述壳体的固定表面之间的气体轴承。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一旋转构件和所述第二旋转构件一起形成涡轮，其中，所述涡轮包括在约3级和10级之间的旋转翼型件。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一旋转构件和所述第二旋转构件一起形成包括多个旋转翼型件的涡轮，其中，所述多个旋转翼型件包括最前面的旋转翼型件和最后面的旋转翼型件，其中，所述涡轮限定从所述最前面的旋转翼型件的前缘到所述最后面的旋转翼型件的后缘的轴向长度，其中，所述涡轮进一步限定在所述多个旋转翼型件中的各个轴向相邻的旋转翼型件对之间限定的总轴向间距，并且其中，所述总轴向间距小于所述涡轮的所述轴向长度的约30%。
技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述总轴向间距小于所述涡轮的所述轴向长度的约25%，并且大于所述涡轮的所述轴向长度的约2%。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述总轴向间距小于所述涡轮的所述轴向长度的约20%。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
位于所述涡轮区段附近的推力轴承，其支承所述第一旋转构件和所述第二旋转构件。
技术方案21. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述推力轴承是滚珠轴承。
技术方案22. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
位于所述涡轮区段附近的推力轴承，其支承所述第一旋转构件和所述第二旋转构件。
技术方案23. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一旋转构件和所述第二旋转构件一起形成包括多个旋转翼型件的涡轮，其中，所述多个旋转翼型件包括最后面的高速旋转翼型件，其中，所述出口环面面积是在所述最后面的高速旋转翼型件处限定的以平方英寸为单位的值(A)，并且所述额定旋转速度是以每分钟转数为单位的所述最后面的高速旋转翼型件的额定旋转速度(N)，其中，所述出口环面面积和所述第一旋转构件的所述额定旋转速度的平方的所述乘积(AN2)大于约27×109英寸×RPM2，并且小于约77×109英寸×RPM2。
技术方案24. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述出口环面面积和所述第一旋转构件的所述额定旋转速度的平方的所述乘积(AN2)大于约32×109英寸×RPM2，并且小于约64×109英寸×RPM2。
技术方案25. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述出口环面面积和所述第一旋转构件的所述额定旋转速度的平方的所述乘积(AN2)大于约38×109英寸×RPM2，并且小于约54×109英寸×RPM2。
技术方案26. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述齿轮箱包括复合阶梯式行星齿轮组件，其中，所述复合行星齿轮组件包括沿着所述纵向方向隔开的第一行星齿轮和第二行星齿轮，并且其中，所述第二行星齿轮相对于所述第一行星齿轮在尺寸上逐步减小。
技术方案27. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
发动机框架，所述发动机框架包括固定齿轮，其中，所述第二行星齿轮与所述发动机框架的所述固定齿轮啮合。
技术方案28. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述发动机框架是排气框架。
技术方案29. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述齿轮箱包括行星齿轮托架，并且其中，所述转子通过所述行星齿轮托架联接到所述驱动轴。
技术方案30. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
燃烧区段，其中，所述齿轮箱位于所述燃烧区段的前方。
技术方案31. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述齿轮箱位于所述燃气涡轮发动机的所述涡轮区段附近。
技术方案32. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一护罩是外护罩，其中，所述多个第一护罩翼型件沿着所述径向方向从所述第一护罩向内延伸，其中，所述第二护罩是内护罩，其中，所述多个第二护罩翼型件沿着所述径向方向从所述第二护罩向外延伸。
技术方案33. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一旋转构件是低速旋转构件，并且所述第二旋转构件是高速旋转构件。
技术方案34. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述驱动轴通过柔性连接器连接到所述齿轮箱。
技术方案35. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一旋转构件的所述第一护罩翼型件与所述第二旋转构件的所述第二护罩翼型件交错，以减小所述涡轮区段的所述出口环面面积与所述第二旋转构件的额定旋转速度的平方的所述乘积。
技术方案36. 一种燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着所述纵向方向的前端和后端，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮区段，其包括第一转子和第二转子以及沿着所述纵向方向的第一旋转构件和第二旋转构件；
其中，所述第一旋转构件连接到所述第一转子，所述第一旋转构件包括第一护罩和一个或多个连接翼型件，所述第一护罩包括沿着所述径向方向从所述第一护罩延伸的多个第一护罩翼型件；并且
其中，所述第二旋转构件连接到所述第二转子，所述第二旋转构件包括第二护罩，所述第二护罩限定沿着所述径向方向从所述第二护罩延伸的多个第二护罩翼型件；
齿轮箱，其包括输入齿轮和输出齿轮，其中，所述第二转子联接到所述齿轮箱的所述输入齿轮；
驱动轴，其在所述纵向方向上延伸，其中，所述驱动轴连接到所述齿轮箱的所述输出齿轮，并且其中，所述第一转子联接到所述驱动轴；以及
油供应源，其包括用于向所述齿轮箱提供供油流的一个或多个供应管线和用于从所述齿轮箱移除回油流的一个或多个回油管线，
其中，所述一个或多个供应管线限定在约0.2平方英寸和1.4平方英寸之间的总内部横截面面积；并且
其中，所述一个或多个回油管线限定在约0.9平方英寸和6平方英寸之间的总内部横截面面积。
技术方案37. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述一个或多个供应管线向所述齿轮箱提供基本上所有的所述供油流，并且其中，所述一个或多个回油管线从所述齿轮箱移除基本上所有的所述回油流。
技术方案38. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
燃烧区段，其中，所述齿轮箱位于所述燃烧区段的前方。
技术方案39. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
压缩机，其中，所述第一旋转构件通过限定扭矩路径的轴联接到所述齿轮箱，并且其中，所述轴进一步在沿着所述第一旋转构件和所述齿轮箱之间的所述扭矩路径的位置处联接到所述压缩机。
技术方案40. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述压缩机是低压压缩机。
技术方案41. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述发动机限定从所述第一旋转构件到驱动轴再到风扇组件的风扇转子、和从所述第二旋转构件到所述输入轴再到所述齿轮箱以及从所述齿轮箱到所述驱动轴再到所述风扇转子的扭矩路径。
技术方案42. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述齿轮箱限定约-1.5:1至约-3:1的齿轮比。
技术方案43. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第二旋转构件以比所述第一旋转构件更大的速度旋转。
技术方案44. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一旋转构件在第一方向上旋转，并且所述第二旋转构件在与所述第一方向相反的第二方向上旋转。
技术方案45. 一种燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着所述纵向方向的前端和后端，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮区段，其包括第一转子和第二转子以及一起至少部分地形成所述涡轮区段的涡轮的沿着所述纵向方向的第一旋转构件和第二旋转构件；
其中，所述第一旋转构件连接到所述第一转子，所述第一旋转构件包括第一护罩和一个或多个连接翼型件，所述第一护罩包括沿着所述径向方向从所述第一护罩延伸的多个第一护罩翼型件；
其中，所述第二旋转构件连接到所述第二转子，所述第二旋转构件包括第二护罩，所述第二护罩限定沿着所述径向方向从所述第二护罩延伸的多个第二护罩翼型件；并且
其中，所述涡轮具有轴向长度L和级数N，其中，将多个相邻的第一护罩翼型件和第二护罩翼型件中的各个分开的轴向间距dx的总和与N和L的关系为L(A/(N-1)) < dx < L(B/(N-1))，其中，A在0.05和0.15之间，并且B在0.25和0.40之间；
齿轮箱，其包括输入齿轮和输出齿轮，其中，所述第二转子联接到所述齿轮箱的所述输入齿轮；以及
驱动轴，其在所述纵向方向上延伸，其中，所述驱动轴连接到所述齿轮箱的所述输出齿轮，并且其中，所述第一转子联接到所述驱动轴。
技术方案46. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，A为0.15，并且B为0.25。
技术方案47. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴向间距的所述总和在所述总轴向长度L的约5%和40%之间。
技术方案48. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴向间距的所述总和在所述总轴向长度L的约10%和30%之间。
技术方案49. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴向间距的所述总和在所述总轴向长度L的约15%和25%之间。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图图示了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：
图1是根据本公开的方面的结合涡轮区段和减速齿轮箱的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图2是图1中所示出的涡轮区段和减速齿轮箱的实施例的示意性横截面视图；
图3是图1中所示出的涡轮区段和减速齿轮箱的另一个实施例的示意性横截面视图；
图4是图1中所示出的涡轮区段和减速齿轮箱的又一个实施例的示意性横截面视图；
图5是根据本公开的示例性实施例的包括减速齿轮箱和电机的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图6是根据本公开的另一个示例性实施例的包括减速齿轮箱和电机的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图7是根据本公开的又一个示例性实施例的包括减速齿轮箱和电机的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图8是根据本公开的再一个示例性实施例的包括减速齿轮箱和电机的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图9是根据本公开的示例性实施例的结合涡轮区段和减速齿轮箱的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图10是图9的示例性燃气涡轮发动机的涡轮区段的示意性横截面近视图；
图11是图9的示例性燃气涡轮发动机的主动间隙控制系统的示意性横截面近视图；
图12是如沿着纵向方向观察的图11的主动间隙控制系统的示意性横截面近视图；
图13是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示例性涡轮区段以及减速齿轮箱的示意性横截面视图；
图14是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的示例性涡轮区段以及减速齿轮箱的示意性横截面视图；
图15是根据本公开的又一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的示例性涡轮区段以及减速齿轮箱的示意性横截面视图；以及
图16是根据本公开的再一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的示例性涡轮区段以及减速齿轮箱的示意性横截面视图。
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。各个示例作为本发明的解释而非本发明的限制来提供。实际上，对于本领域技术人员来说将为明显的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用以产生另外的其它实施例。因此，本发明旨在涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可能够互换地使用，以将一个构件与另一个构件区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
用语“上游”和“下游”指代相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”指代流体所流自的方向，且“下游”指代流体所流至的方向。除非另外陈述，否则“下游”和“上游”指代从压缩机区段中的入口通过涡轮区段的出口而通过发动机的核心流动路径的空气或所得燃烧气体的流体流的大体方向。
除非在本文中另外指定，否则用语“联接”、“固定”、“附接到”等指代直接的联接、固定或附接以及通过一个或多个中间构件或特征的间接的联接、固定或附接两者。
如在本文中遍及说明书和权利要求书而使用的近似语言适用于修饰可容许变化的任何定量表示，而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“约”、“近似地”和“基本上”的一个或多个用语修饰的值将不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指代处于百分之10的裕度内。
在此且遍及说明书和权利要求书，范围限制组合且互换，除非上下文或语言另外指示，否则这样的范围被标识且包括包含在其中的所有子范围。例如，本文中所公开的所有范围都包括端点，且端点能够彼此独立地组合。
大体上提供了一种具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮。具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮将减速齿轮箱结合到燃气涡轮发动机，同时减小或消除齿轮箱放置的不利影响，诸如增加的涡轮发动机包装(诸如直径或轴向长度或两者)，和/或减少或消除到风扇组件的低压涡轮功率的单点系统失效。
具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮发动机大体上包括：涡轮区段，其包括沿着纵向方向与第二旋转构件交错的第一旋转构件；齿轮箱，其靠近于涡轮区段(即在涡轮区段内或涡轮区段的下游)并在输入齿轮处连接到输入轴，输入轴连接到第二旋转构件；以及驱动轴，其连接到第一旋转构件和齿轮箱的输出齿轮。第一旋转构件包括外护罩，外护罩限定沿着径向方向在外护罩的内侧延伸的多个外护罩翼型件。第一旋转构件进一步包括一个或多个连接翼型件，连接翼型件将外护罩联接到径向延伸的转子。第二旋转构件包括内护罩，内护罩限定沿着径向方向在内护罩的外侧延伸的多个内护罩翼型件。
在多种实施例中，涡轮区段的第一旋转构件和第二旋转构件一起限定低压涡轮转子。具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮发动机大体上限定从第一旋转构件到驱动轴再到风扇组件的风扇转子、和从第二旋转构件到输入轴再到齿轮箱、以及从齿轮箱到驱动轴再到风扇转子的扭矩路径。因此，扭矩路径从低压涡轮转子限定从低压涡轮到风扇组件的基本上平行的扭矩路径。在多种实施例中，低压涡轮转子可将来自低压涡轮转子的近似50%的扭矩经由第二旋转构件通过齿轮箱分配到风扇组件，而剩余的扭矩经由第一旋转构件从低压涡轮转子直接通过风扇组件所联接到的驱动轴分配到风扇组件。
具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮可大体上向发动机提供减速齿轮箱的益处，诸如降低的风扇转子旋转速度、增加的旁通比、降低的风扇压力比、降低的风扇组件噪音、降低的燃料消耗和/或增加的发动机效率，同时进一步减小或减轻减速齿轮箱的有害影响，诸如由于通过齿轮箱导送的扭矩或功率的大小而增加的齿轮箱直径和/或重量。
另外，具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮可通过提供涡轮和齿轮箱布置来进一步提高发动机效率和性能，该涡轮和齿轮箱布置允许三转轴式发动机构造具有与相当的两转轴式齿轮传动构造基本上相同的轴向长度。因此，通过以更加合乎期望的操作速度操作低压涡轮转子，通过以更加合乎期望的操作速度操作风扇组件，并且以基本上独立于低压涡轮转子(诸如与低压涡轮转子不成比例)的速度操作增压或中压压缩机，具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮可进一步提高发动机效率和性能。
反向旋转涡轮发动机的交错型涡轮区段可提高燃料效率、操作效率和/或功率输出，同时减小重量、零件数量和/或包装(例如径向和/或轴向尺寸)。例如，交错型涡轮区段可使得风扇组件能够以增加的旁通比操作和/或使得燃气涡轮发动机能够以增加的总体压力比操作，从而相对于具有类似功率输出和/或包装的其它发动机而提高燃料效率、操作效率和/或功率输出。交错型涡轮区段可进一步减少固定和/或旋转翼型件的数量，并且从而减小发动机的包装和/或重量，同时保持或提高效率、性能或功率输出。更进一步，相对于结合减速齿轮箱的发动机，交错型涡轮区段可减小轴向流动面积和旋转速度的平方的乘积(该乘积被称为“AN2”)，同时另外减小涡轮区段的每级的平均作功系数。
现在参考附图，图1是根据本公开的方面的结合涡轮区段90的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机10(在本文中被称为“发动机10”)的示意性横截面视图，示例性燃气涡轮发动机10示出为高旁通涡轮风扇发动机。尽管下文参考涡轮风扇发动机进一步描述，但是本公开也可大体上适用于涡轮机，其包括螺旋桨风扇燃气涡轮发动机、涡轮喷气燃气涡轮发动机、涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机，包括船用和工业涡轮发动机以及辅助功率单元。如图1中所示出的，发动机10具有延伸通过其中以用于参考目的的纵向或轴向中心线轴线12。发动机10限定纵向方向L、径向方向R以及沿着纵向方向L的上游端99和下游端98。
大体上，发动机10可包括限定环形入口20的基本上管状的外壳体18。外壳体18以串联流动布置包封压缩机区段21、燃烧区段26和交错型涡轮区段90(在本文中被称为“涡轮区段90”)或至少部分地使它们流通。在图1中所示出的实施例中，压缩机区段21限定成串联布置的高压压缩机(HPC) 24和中压压缩机(IPC) 22。
风扇组件14设置在压缩机区段21的前方或上游99。风扇组件14包括风扇转子15。风扇转子15包括一个或多个风扇级41，其中各个风扇级41限定多个叶片42，叶片42联接到风扇转子15并在径向方向R上从风扇转子15向外延伸。在如图1中所示出的一个实施例中，风扇转子15限定多个叶片42的单个风扇级或单个周向相邻布置。在多种其它实施例中，风扇组件14可进一步限定多个级41，诸如包括低压压缩机(LPC)。风扇转子15和在多种实施例中进一步限定的LPC能够一起围绕轴向中心线12旋转。环形风扇壳体或机舱44周向地环绕风扇组件14的至少部分和/或外壳体18的至少部分。在一个实施例中，机舱44可由多个周向隔开的出口导向静叶或支柱46相对于外壳体18支承。机舱44的至少部分可在外壳体18的外部部分上(在径向方向R上)延伸，以便在它们之间限定旁通空气流通道48。
在发动机10的操作期间，如图1至图4中共同示出的，如由箭头74示意性地指示的一定体积的空气通过机舱和/或风扇组件14的相关联的入口76进入发动机10。当空气74横穿风扇组件14的叶片42时，如由箭头78示意性地指示的空气的部分被引导或导送到旁通空气流通道48中，而如由箭头80示意性地指示的空气的另一部分被引导或通过风扇组件14。当空气80通过压缩机区段21朝向燃烧区段26流动时，空气80被逐渐压缩。
如由箭头82示意性地指示的现在压缩的空气流入燃烧区段26，在燃烧区段26中，燃料被引入，与压缩空气82的至少部分混合，并被点燃以形成燃烧气体86。燃烧气体86流入涡轮区段90，从而使涡轮区段90的旋转部件旋转，并支持压缩机区段21和/或风扇组件14中的分别联接的旋转部件的操作。
现在参考图2，大体上提供了发动机10的涡轮区段90的示例性实施例。涡轮区段90包括沿着纵向方向L与第二旋转构件120交错的第一旋转构件110。第一旋转构件110包括外护罩114，外护罩114限定沿着径向方向R在外护罩114的内侧延伸的多个外护罩翼型件118。第一旋转构件110进一步包括一个或多个连接翼型件116，连接翼型件116将外护罩114联接到大体上径向延伸的转子113。第二旋转构件120包括内护罩112，内护罩112限定多个内护罩翼型件119，内护罩翼型件119沿着径向方向R在内护罩112的外侧延伸。在多种实施例中，第二旋转构件120进一步包括大体上径向延伸的转子115，内护罩112附接到转子115。第二旋转构件120的径向延伸的转子115可进一步附接到大体上沿着纵向方向L延伸的输入轴121。在多种实施例中，内护罩112和/或外护罩114由限定轴向或纵向流动路径(诸如从上游端99到下游端98通过发动机10的压缩空气82和燃烧气体86的核心流动路径70的部分)的多个毂、盘或鼓形成或限定。
在如图2中所示出的一个实施例中，第二旋转构件120设置在第一旋转构件110的连接翼型件116的后方或下游98。第一旋转构件110的外护罩114在连接翼型件116的后方或下游98延伸。多个外护罩翼型件118沿着径向方向R向内延伸，并且在从内护罩112沿着径向方向R向外延伸的多个内护罩翼型件119之中交错。
在图2中所示出的实施例中，涡轮区段90以沿着纵向方向从上游99到下游98的串联流动布置限定第一旋转构件110的连接翼型件116、第二旋转构件120和第一旋转构件110。在多种实施例中，第一旋转构件110和第二旋转构件120可从第一旋转构件110到第二旋转构件120继续交错。例如，在一个实施例中，第一旋转构件110和第二旋转构件120可一起限定至少三级旋转翼型件。在另一个实施例中，第一旋转构件110和第二旋转构件120一起限定三级或三排和十级或十排之间的旋转翼型件。如本文中在交错型涡轮的背景下所使用的，将认识到，用语“级”指代单排旋转翼型件(使得图2中所示出的实施例是具有五个级的涡轮)。
发动机10进一步包括靠近于涡轮区段90的齿轮箱45。齿轮箱45包括输入齿轮47和输出齿轮49。输入轴121连接到输入齿轮47，并向齿轮箱45中提供功率。第二旋转构件120联接到输入轴121，并向齿轮箱45中提供功率。在一个实施例中，齿轮箱45沿着径向方向R设置在涡轮区段90内。在另一个实施例中，齿轮箱45朝向发动机10的下游端98设置。例如，齿轮箱45可朝向涡轮区段90的下游端98设置。作为另一个示例，齿轮箱45在排气框架150内设置在涡轮区段90的下游。
参考图1和图2，发动机10进一步包括在纵向方向L上延伸的驱动轴36。驱动轴36连接到齿轮箱45的输出齿轮49。第一旋转构件110的转子113联接到驱动轴36。如图2中所示出的，齿轮箱45在下游端98处联接到驱动轴36。第一旋转构件110在驱动轴36的上游端99和下游端98之间联接到驱动轴36。
在一个实施例中，驱动轴36限定在发动机10的下游端98处附接到齿轮箱45的柔性联接件37。柔性联接件37可被限定为从驱动轴36的轴向延伸部分基本上在径向方向R上延伸。在多种实施例中，柔性联接件37可限定弹性性质，以吸收从齿轮箱45到风扇组件14或从风扇组件14到齿轮箱45的功率或扭矩的间歇改变。在一个实施例中，柔性联接件37进一步限定相对于齿轮箱45和/或驱动轴36的轴向延伸部分的可剪切材料。例如，柔性联接件37可限定驱动轴36的部分，该部分被设计成在临界负荷下或高于临界负荷时使驱动轴36从齿轮箱45断裂、剪切或以其它方式释放。临界负荷可对应于在失效事件(例如，外来物体碎屑撞击、风扇叶片脱落、风扇转子失效等)之后由风扇组件14施加到驱动轴36上的负荷。备选地或另外，临界负荷可对应于在齿轮箱45旋转失效之后由齿轮箱45施加到驱动轴36上的负荷。例如，临界负荷可对应于当齿轮箱45和/或第二旋转构件120未能旋转时从第一旋转构件110施加到驱动轴36的负荷。在多种实施例中，第二旋转构件120和/或齿轮箱45未能旋转可造成驱动轴36在柔性联接件37处从齿轮箱45释放，从而使得风扇组件14能够仅经由第一旋转构件110旋转。
关于图1和图2而示出和描述的发动机10可限定从第一旋转构件110到驱动轴36以及从驱动轴36到风扇组件14的风扇转子15的扭矩路径。更进一步，发动机10可限定从第二旋转构件120到输入轴121、和从输入轴121到齿轮箱45以及从齿轮箱45到驱动轴36到风扇转子15的扭矩路径。
在多种实施例中，第一旋转构件110在第一方向161上旋转，并且第二旋转构件120在与第一方向161相反的第二方向162上旋转。当经由输入轴121联接到齿轮箱45的输入齿轮47的第二旋转构件120在第二方向162上旋转时，第一旋转构件110以及第一旋转构件110经由驱动轴36所联接到的齿轮箱45的输出齿轮49在第一方向161上旋转。照此，在图2中所示出的实施例中，齿轮箱45构造为换向减速齿轮箱。
在多种实施例中，齿轮箱45限定多个齿轮，其中输入齿轮47和/或输入齿轮47所附接到的输入轴121以比从齿轮箱45接收功率的驱动轴36或输出齿轮49更大的速度旋转。照此，第二旋转构件120以比第一旋转构件110更大的速度旋转。另外，第二旋转构件120以比第一旋转构件110更大的速度在与第一旋转构件110相反的方向上旋转。
在发动机10的多种实施例中，齿轮箱45限定约-1.5:1至约-3:1的齿轮比范围。例如，在一个实施例中，齿轮箱45限定换向减速齿轮箱，其中对于输出齿轮49在与输入齿轮47相反的方向上的每次旋转，输入齿轮47旋转近似1.5次。
在其它实施例中，齿轮箱45限定约-1.8:1至约-2.8:1的齿轮比范围。例如，在一个实施例中，齿轮箱45限定换向减速齿轮箱，其中对于输出齿轮49在与输入齿轮47相反的方向上的每次旋转，输入齿轮47旋转近似2.8次。然而，将认识到，在另外的其它示例性实施例中，齿轮箱的齿轮比甚至可更大，诸如-3.5:1、-4:1、-4.5:1等，以便例如以甚至更低的旋转速度驱动风扇组件14。
仍然参考图2，发动机10可进一步包括设置在第一旋转构件110和第二旋转构件120的后方或下游98的排气框架150。排气框架150限定在径向方向R上延伸的一个或多个排气静叶152。排气框架150进一步限定沿着径向方向R向内延伸的支承结构154。支承结构154大体上限定环形壳体，该环形壳体限定一个或多个紧固位置。后部安装式齿轮箱45在支承结构154处静态地联接到排气框架。
在多种实施例中，排气框架150进一步包括帽156，帽156将齿轮箱45相对于外部视野和环境条件而覆盖或隐藏在排气框架150内。与其中风扇组件大体上被移除以接近齿轮箱的前部安装式齿轮箱构造(例如，在风扇组件或LPC内)对比，对于在发动机10的不受阻碍的后外部部分附近的后部安装式齿轮箱45，帽156可被移除，以使得能够相对快速地接近齿轮箱45、驱动轴36或发动机10的其它构件。
返回参考图1和图2，在多种实施例中，第一旋转构件110和第二旋转构件120一起限定低压涡轮(LPT)转子。在这样的实施例中，驱动轴36限定与风扇组件14的风扇转子15连接并且能够与其一起旋转的低压(LP)轴。风扇组件14由第一旋转构件110和第二旋转构件120共同驱动。通过将发动机10布置成使得第一旋转构件110直接联接到联接到风扇转子15的驱动轴36，并且通过将第二旋转构件120布置为联接到在输出齿轮49处联接到驱动轴36的齿轮箱45，在一个实施例中，第一旋转构件110传递用于风扇组件14的旋转的功率或扭矩的近似25%至约75%。在另一个实施例中，第二旋转构件120传递用于风扇组件14的旋转的功率或扭矩的近似30%至约60%，其中第二旋转构件120通过齿轮箱45将功率或扭矩传递到驱动轴36再到风扇组件14。另外，由于相对低的流动路径速度、减少的翼型件数量(即，移除在旋转构件之间的固定静叶)和/或相对于前部安装式减速齿轮箱燃气涡轮发动机(例如，齿轮箱安装在风扇组件处或风扇组件内)而减小的LPT转子的纵向尺寸，故将第一旋转构件110和第二旋转构件120交错以限定LPT转子造成效率和性能益处。
仍然参考图3，涡轮区段90进一步包括第三旋转构件130，其设置在第一旋转构件110的一个或多个连接翼型件116的前方或上游99。第三旋转构件130包括沿着径向方向R向外延伸的多个第三翼型件132。在一个实施例中，第三旋转构件130设置在第一旋转构件110和第二旋转构件120的前方或上游99。在多种实施例中，第三旋转构件130沿着第一旋转构件110的连接翼型件116的纵向方向L设置在前方或上游99。
现在参考图3和图4中所示出的涡轮区段90的示例性实施例，第一旋转构件110的外护罩114进一步沿着纵向方向L在连接翼型件116的前方或上游99延伸。外护罩114进一步包括多个外护罩翼型件118，其沿着径向方向R向内延伸并在第三旋转构件130(诸如从第三旋转构件130沿着径向方向R向外延伸的多个第三旋转翼型件132)之中交错。
参考图3中所示出的实施例，涡轮区段90可将第三旋转构件130限定为单级，其中第一旋转构件110的外护罩114在第三旋转构件130的前方或上游99延伸。在这样的实施例中，涡轮区段90以沿着纵向方向L从上游99到下游98的串联流动布置限定限定第一旋转构件110的第一级、限定第三旋转构件130的第二级和限定第一旋转构件110的连接翼型件116的第三级。在多种实施例中，第三旋转构件130可限定高压涡轮(HPT)转子或中压涡轮(IPT)转子。
参考图3，第三旋转构件130可限定HPT组件的HPT转子，其中作为HPT转子的第三旋转构件130与高压(HP)轴34驱动地连接并且能够与其一起旋转。HP轴34连接到HPC 24，HPC24由涡轮区段90的第三旋转构件130驱动旋转。
在另一个实施例中，第三旋转构件130可限定IPT组件的IPT转子，其中作为IPT转子的第三旋转构件130与中压(IP)轴35驱动地连接并且能够与其一起旋转。IP轴35连接到IPC 22，IPC 22由涡轮区段90的第三旋转构件130驱动旋转。
在图4中所示出的实施例中，第一旋转构件110在第三旋转构件130的两个旋转级之间交错。照此，在图4中所示出的示例性实施例中，涡轮区段90以沿着纵向方向L从上游99到下游98的串联流动布置限定限定第三旋转构件130的第一级、限定第一旋转构件110的第二级、限定第三旋转构件130的第三级以及限定第一旋转构件110的连接翼型件116的第四级。
在图4中所示出的实施例中，发动机10和涡轮区段90可进一步包括设置在第一旋转构件110、第二旋转构件120和第三旋转构件130的前方或上游99的第四旋转构件135。在多种实施例中，第四旋转构件135可限定HPT转子。此外，第三旋转构件130可限定IPT转子。
仍然参考图4，涡轮区段90可进一步包括设置在一个或多个连接翼型件116的前方或上游99的涡轮静叶组件140。涡轮静叶组件140可限定成周向布置的多个固定翼型件(即静叶)。在一个实施例中，涡轮静叶组件140沿着纵向方向L设置在多个外护罩翼型件118的前方或上游99。例如，涡轮静叶组件140可限定朝向燃烧区段26的下游端98的第一涡轮静叶或喷嘴68。在其它实施例中，涡轮静叶组件140设置在第四旋转构件135与诸如第一旋转构件110、第二旋转构件120或第三旋转构件130的其它旋转构件之间。在另外的其它实施例中，涡轮静叶组件140可沿着纵向方向L限定在第三旋转构件130之间。例如，代替在连接翼型件116前方或上游延伸的第一旋转构件110，涡轮静叶组件140可设置在两个第三旋转构件130级之间。
参考图2至图4，在多种实施例中，第三旋转构件130可在与第一旋转构件110相反的方向上旋转(即反向旋转)。例如，第一旋转构件110可构造成在第一方向161上旋转，并且第二旋转构件120和第三旋转构件130可构造成在与第一方向161相反的第二方向162上旋转。在多种实施例中，第四旋转构件135可构造成在第一方向161或第二方向162上旋转，与第一旋转构件110同向旋转或反向旋转。
通过提供提高的燃料效率、操作效率和/或功率输出，同时保持或减小重量、零件数量和/或包装，本文中所示出并描述的发动机10和涡轮区段90可对现有的涡轮区段进行改进。在第二旋转构件120和/或第三旋转构件130之中交错的第一旋转构件110的多个外护罩翼型件118可通过移除各个旋转构件之间的固定翼型件的级来减小包装并减少零件数量。另外，涡轮区段90可提供与减速齿轮箱相当的效率益处，而不会增加发动机10的重量或尺寸(例如轴向长度)。此外，涡轮区段90可通过减少对冷却空气的需求来提高发动机10的效率，该冷却空气大体上从压缩机区段21提取，并且通常被认为从发动机10移除潜在的推进能量。
现在参考关于图1至图4而示出并描述的实施例，涡轮区段90的各个级可构造为安装到鼓或毂中的单独的叶片、或一体叶片转子(IBR)或叶片盘、或它们的组合。叶片、毂或叶片盘可由陶瓷基体复合(CMC)材料和/或适合于燃气涡轮发动机热区段的金属形成，所述金属诸如但不限于镍基合金、钴基合金、铁基合金或钛基合金，其中的各个可包括但不限于铬、钴、钨、钽、钼和/或铼。例如，在一个实施例中，多个外护罩翼型件118的至少部分限定陶瓷或CMC材料。
涡轮区段90或其部分或部分的组合(包括内护罩112、外护罩114、(一个或多个)连接翼型件116、多个外护罩翼型件118和/或多个内护罩翼型件119)可使用增材制造或3D打印、或铸造、锻造、机加工、或由3D打印模具形成的铸件、或它们的组合来形成。涡轮区段90或其部分(诸如转子110、120、130、135的级、外护罩114、内护罩112和其它部分)可使用诸如螺母、螺栓、螺钉、销或铆钉的紧固件或者使用诸如焊接、结合、摩擦或扩散结合等的接合方法、或紧固件和/或接合方法的组合来机械接合。
图1至图4中所示出且本文中所描述的系统和方法可降低燃料消耗、提高可操作性、提高发动机性能和/或功率输出，同时保持或减小重量、零件数量和/或包装(例如径向和/或轴向尺寸)。本文中所提供的系统和方法可允许相对于诸如涡轮风扇发动机的现有燃气涡轮发动机构造而增加高旁通比和/或总体压力比，同时相对于类似功率输出的其它燃气涡轮发动机而保持或减小包装。本文中所描述的系统和方法可提高旁通比和/或总体压力比，并且从而提高燃气涡轮发动机的总体效率。本文中所提供的系统可通过减少或消除需要冷却空气的固定翼型件(例如HPT或IPT静叶)来提高燃气涡轮发动机的总体效率。另外，本文中所提供的系统可通过将旋转和/或固定翼型件数量(例如，叶片和/或静叶)相对于类似功率输出的燃气涡轮发动机而减少近似40%或更多来减小燃气涡轮发动机的包装和重量，因此提高效率。
具有换向减速齿轮箱45的反向旋转涡轮发动机10大体上限定从第一旋转构件110到驱动轴36再到风扇组件14的风扇转子15、和从第二旋转构件120到输入轴121再到齿轮箱45以及从齿轮箱45到驱动轴36再到风扇转子15的扭矩路径。在多种实施例中，扭矩路径被限定为从第一旋转构件110经由大体上沿着径向方向R延伸的转子113到驱动轴36。在另外的多种实施例中，扭矩路径被限定为从第二旋转构件120经由大体上沿着径向方向R延伸的转子115到输入轴121。因此，扭矩路径从低压涡轮转子限定从低压涡轮(共同地，第一旋转构件110和第二旋转构件120)到风扇组件14的基本上平行的扭矩路径。在多种实施例中，低压涡轮转子可将来自低压涡轮转子的近似50%的扭矩经由第二旋转构件120通过齿轮箱45分配到风扇组件14，而剩余的扭矩经由第一旋转构件110从低压涡轮转子直接通过风扇组件14所联接到的驱动轴36分配到风扇组件14。
本文中所描述且示出的发动机10(其中近似50%的功率或扭矩通过齿轮箱45传递)因此可将齿轮箱45限定为与已知的一体驱动涡轮风扇构造对比而更小，在该一体驱动涡轮风扇构造中，基本上100%的LPT转子功率和扭矩从LPT转子连续地传递到包括一级或多级风扇或LPC转子的风扇组件。更进一步，与具有类似推力输出和/或尺寸、旁通比、总体压力比或风扇压力比的齿轮传动发动机构造相比，由于齿轮箱45传递更少的功率或扭矩，故齿轮箱45受到更小的磨损和应力，并且因此可降低与齿轮传动涡轮风扇发动机构造相关联的失效风险。更进一步，由于齿轮箱45传递更少的功率或扭矩，故齿轮箱45尺寸的减小实现齿轮传动发动机构造的益处，而不会增加发动机直径。
另外，由于发动机10限定从第一旋转构件110和第二旋转构件120到风扇组件14的至少平行的扭矩路径，故齿轮箱45失效模式相对于已知的齿轮传动发动机构造而减轻。例如，造成齿轮箱45操作损失的事件(诸如但不限于到齿轮箱45的油流或压力损失)可造成齿轮箱45和第二旋转构件120失去旋转(即变成静态的)，从而将驱动轴36从齿轮箱45剪切或以其它方式释放，并使得功率或扭矩的至少部分能够从第一旋转构件110传递到风扇组件14。
具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮可大体上向发动机提供减速齿轮箱的益处，诸如降低的风扇转子旋转速度、增加的旁通比、降低的风扇压力比、降低的风扇组件噪音、降低的燃料消耗和/或增加的发动机效率，同时进一步减小或减轻减速齿轮箱的有害影响，诸如由于通过齿轮箱导送的扭矩或功率的大小而增加的齿轮箱直径和/或重量。
另外，具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮可通过提供涡轮和齿轮箱布置来进一步提高发动机效率和性能，该涡轮和齿轮箱布置允许三转轴式发动机构造具有与相当的两转轴式齿轮传动构造基本上相同的轴向长度。因此，通过以更加合乎期望的操作速度操作低压涡轮转子，通过以更加合乎期望的操作速度操作风扇组件，并且以基本上独立于低压涡轮转子(诸如与低压涡轮转子不成比例)的速度操作增压或中压压缩机，具有换向减速齿轮箱的反向旋转涡轮可进一步提高发动机效率和性能。
更进一步，相对于结合前部安装式齿轮箱(例如，在风扇组件附近或其内)的燃气涡轮发动机，图1至图4中所示出且本文中所描述的系统可减小燃气涡轮发动机的流动面积和旋转速度的平方的乘积(该乘积在本文中被称为“AN2”)。大体上，减小AN2(诸如通过减小旋转速度和/或流动面积)增加所需的平均级作功系数(即旋转翼型件的各个级上的平均所需负荷)。然而，本文中所描述的系统和方法可通过将第一旋转构件110在第二旋转构件120的一个或多个级之中交错来减小AN2，同时还减小平均级作功系数并保持涡轮区段90的轴向长度(与具有类似推力输出和包装的发动机相比)。因此，第一旋转构件110可增加翼型件的旋转级的数量，同时减小平均级作功系数，并因此减小AN2，同时减轻用以产生类似的AN2值的轴向长度的增加。第一旋转构件110可进一步减小AN2，同时相对于具有类似功率输出和/或包装的燃气涡轮发动机的涡轮区段而另外减少涡轮区段90中的旋转和固定的翼型件的总体数量。
然而，将认识到，在本公开的其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机10可具有另外的其它合适的构造。例如，在其它示例性实施例中，第一旋转构件110的外护罩114可改为构造为内护罩，并且第二旋转构件120的内护罩112可改为构造为外护罩(即，内护罩112和外护罩114可颠倒)。此外，尽管对于图1至图4中所描绘的实施例，齿轮箱45位于涡轮区段附近，但是在其它实施例中，齿轮箱45可改为定位在任何其它合适的位置处。下文描述这些示例性实施例中的某些实施例以及其它示例性实施例。
现在参考图5，描绘了根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机10的区段。图5的示例性燃气涡轮发动机10可以以与图2的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造。例如，燃气涡轮发动机10可大体上包括涡轮区段，该涡轮区段具有沿着纵向方向L布置的第一旋转构件110和第二旋转构件120，以及第一转子113。第一旋转构件110可包括第一护罩和从第一护罩沿着径向方向R延伸的多个第一护罩翼型件，以及将第一护罩联接到第一转子113的一个或多个连接翼型件116。此外，第二旋转构件120可类似地包括第二护罩和从第二护罩沿着径向方向R延伸的多个第二护罩翼型件。对于所示出的实施例，第一护罩是外护罩114(参见图2)，并且第一护罩翼型件是外护罩翼型件118。此外，对于所描绘的实施例，第二护罩是内护罩112，并且第二护罩翼型件是内护罩翼型件117。
此外，对于所示出的实施例，燃气涡轮发动机10包括齿轮箱45和驱动轴36，齿轮箱45包括输入齿轮47和输出齿轮49。第二旋转构件120联接到齿轮箱45的输入齿轮47。更具体地，燃气涡轮发动机10的涡轮区段进一步包括第二转子115和轴121。第二旋转构件120通过第二转子115和轴121联接到齿轮箱45的输入齿轮47，对于所示出的实施例，轴121是输入轴121。此外，驱动轴36大体上沿着纵向方向L延伸，并连接到齿轮箱45的输出齿轮49。对于所示出的实施例，联接到第一旋转构件110的第一转子113进一步连接到驱动轴36。
此外，如将认识到的，第一旋转构件110的第一护罩翼型件与第二旋转构件120的第二护罩翼型件交错。
然而，对于所描绘的实施例，将认识到，燃气涡轮发动机10构造为包括电机300的混合电动燃气涡轮发动机。电机300大体上包括EM转子302和EM定子304。EM转子302联接到第一旋转构件110或第二旋转构件120，使得EM转子302能够分别与第一旋转构件110或第二旋转构件120一起旋转。
电机300可以以任何合适的方式构造，以用于将机械功率转换成电功率，或将电功率转换成机械功率。例如，电机300可构造为异步或感应电机，其能够操作以产生或利用交流(AC)电功率。备选地，电机300可构造为同步电机，其能够操作以产生或利用AC电功率或直流(DC)电功率。以这样的方式，将认识到，EM定子304、EM转子302或两者可大体上包括以任何合适的相数布置的多个线圈或绕组、一个或多个永磁体、一个或多个电磁体等中的一个或多个。
具体地，对于图5的实施例，电机300的EM转子302联接到第一旋转构件110，并且更具体地，电机300的EM转子302通过驱动轴36联接到第一旋转构件110。以这样的方式，并且将使用电机300从涡轮提取的功率可不通过齿轮箱45引导。
如将从上文的描述中认识到的，在某些示例性实施例中，第一旋转构件110可比第二旋转构件120旋转得更慢。为了提高电机300的效率，燃气涡轮发动机10进一步包括EM齿轮箱306。电机300的EM转子302通过EM齿轮箱306联接到驱动轴36。对于所示出的实施例，EM齿轮箱306构造为行星齿轮箱，其具有太阳齿轮308、多个行星齿轮310和环形齿轮312。然而，在其它实施例中，EM齿轮箱306可以以任何其它合适的方式构造，和/或可利用任何其它合适的变速机构(诸如液压变速器、可变变速器或齿轮箱、两级式齿轮箱等)。以这样的方式，电机300的EM转子302可被设计成在燃气涡轮发动机10的某些操作条件期间以期望的旋转速度旋转，该旋转速度高于或低于第一旋转构件110的旋转速度。
此外，对于图5的实施例，EM定子304安装到燃气涡轮发动机10的固定构件。具体地，对于所示出的实施例，EM定子304包括排气框架152，并且EM定子304通过在电机300和支承结构154之间延伸的EM安装件314联接到排气框架152。
包括根据图5的示例性实施例的电机300可允许在燃气涡轮发动机10的操作期间从涡轮提取至少一定量的功率并将其转换成电功率。另外或备选地，包括根据图5的示例性实施例的电机300可允许电机300向燃气涡轮发动机10增加机械功率，并且更具体地，向燃气涡轮发动机10的驱动轴36增加机械功率。
然而，将认识到，在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机10可具有任何其它合适的构造。例如，现在参考图6，描绘了以与图5的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造的燃气涡轮发动机10。如同图5的示例性燃气涡轮发动机10一样，图6的示例性燃气涡轮发动机10包括电机300，电机300具有联接到第一旋转构件110或第二旋转构件120的EM转子302。此外，尽管未描绘，但是将从上文所讨论的示例性实施例(诸如图1的示例性实施例)中认识到，燃气涡轮发动机10可进一步包括具有风扇叶片42的级41的风扇组件14。第一旋转构件110和第二旋转构件120一起形成燃气涡轮发动机10的涡轮，并且更具体地，对于所示出的实施例，形成燃气涡轮发动机10的低压涡轮。包括示例性电机300可促进使涡轮与风扇能够旋转地分离。
将认识到，如本文中所使用的，用语“能够旋转地分离”指代如下的两个构件：这两个构件不是直接地或通过一个或多个中间构件(诸如齿轮箱)机械连结的，使得一个构件的旋转不会物理地旋转另一个构件。
例如，对于所示出的实施例，电机300可构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间从第一旋转构件110和第二旋转构件120(通过齿轮箱45)接收机械功率并将这样的机械功率转换成电功率。电功率可通过具有一个或多个电线、功率电子器件等的电气总线(未示出)提供给机械联接到风扇组件14的单独的电机。单独的电机300然后可将接收到的这样的电功率转换成机械功率以驱动风扇组件14。另外或备选地，单独的电机可提供给燃气涡轮发动机10的任何其它合适的构件，诸如低压或增压压缩机、高压压缩机等。另外或备选地，此外，在其它实施例中，电功率可提供给任何其它合适的位置。
将认识到，在另外的其它示例性实施例中，还可提供具有其它合适构造的燃气涡轮发动机10。例如，参考图7和图8，燃气涡轮发动机10可包括具有多个EM转子的电机300。
具体地参考图7，燃气涡轮发动机10的电机300包括第一EM转子302A和第二EM转子302B，它们各自能够与EM定子304一起操作。第一EM转子302A能够直接与燃气涡轮发动机10的齿轮箱45的输出齿轮49并与燃气涡轮发动机10的驱动轴36一起旋转。第二EM转子302B能够直接与齿轮箱45的输入齿轮47并因此与第二旋转构件120一起旋转。值得注意的是，电机300进一步包括EM定子304，EM定子304联接到燃气涡轮发动机10的固定构件，并且更特别地，对于所示出的实施例，联接到齿轮箱45的固定构件。例如，EM定子304可联接到齿轮箱45的行星齿轮托架或壳体360。
对于图7的实施例，第一EM转子302A、第二EM转子302B和EM定子304各自定位在齿轮箱45的后方，其中第一EM转子302A沿着径向方向位于EM定子304的外侧，并且第二EM转子302B沿着径向方向位于EM定子304的内侧。这可为例如维护、更换等提供更容易的接近。
然而，在其它实施例中，电机300的某些方面可以以其它合适的构造定位。例如，参考图8，电机300的第一EM转子302A、第二EM转子302B和EM定子304改为定位在齿轮箱45的前方。这样的构造可提供例如在涡轮区段内的电机300的更加合乎期望的包装。
包括具有能够直接与第一旋转构件110一起旋转的第一EM转子302A和能够直接与第二旋转构件120一起旋转的第二EM转子302B的电机300可提供能够从燃气涡轮发动机10的涡轮提取增加的功率量的电机300。
现在参考图9，提供了根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机10。图9的示例性燃气涡轮发动机10可以以与上文参考图1而描述的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造。例如，图9的示例性燃气涡轮发动机10大体上限定纵向或中心线轴线12，并且包括风扇组件14和涡轮机。如下文将更详细地解释的，涡轮机大体上包括具有第一压缩机22和第二压缩机24的压缩机区段、燃烧区段26以及具有第一涡轮、第二涡轮和第三涡轮的涡轮区段。
简而言之，将认识到，涡轮区段包括第一旋转构件110和第二旋转构件120。第一旋转构件110和第二旋转构件120包括彼此交错并反向旋转的相应翼型件。第一旋转构件110联接到第一轴/驱动轴36，并且第二旋转构件120联接到第二轴121。燃气涡轮发动机10进一步包括换向齿轮箱45，其类似于上文参考例如图1和图2而描述的示例性齿轮箱45。然而，对于所示出的实施例，换向齿轮箱45不定位在涡轮区段附近，而是改为定位在燃烧区段26的前方。特别地，对于所示出的实施例，换向齿轮箱45沿着纵向方向L与第一压缩机22对齐，或者定位在第一压缩机22的前方。以这样的方式，第一轴36和第二轴121从涡轮区段向前延伸到压缩机区段内的换向齿轮箱45。照此，将认识到，在至少某些示例性实施例中，第一轴36和第二轴121中的一者或两者可另外将功率递送到例如位于压缩机区段内的燃气涡轮发动机10的其它构件，诸如第一压缩机22。例如，在某些示例性实施例中，如以虚线示意性地描绘的，驱动轴36可限定第一旋转构件110和齿轮箱45之间的扭矩路径，并且驱动轴36进一步在沿着第一旋转构件110和齿轮箱45之间的扭矩路径的位置处联接到压缩机22。
然而，将认识到，图9中的齿轮箱45的放置仅作为示例，并且在其它示例性实施例中，齿轮箱45可备选地定位在任何合适的位置处。
燃气涡轮发动机10进一步包括外机舱44，外机舱44与涡轮机的外壳体360限定旁通空气流通道48。
如将认识到的，在燃气涡轮发动机10的操作期间，某些构件可暴露在相对高的温度下，从而引起例如热膨胀。热膨胀可使得难以在涡轮区段内的多种旋转翼型件和相应的径向相邻构件之间保持期望的末梢间隙。
因此，图9的示例性燃气涡轮发动机10进一步包括主动间隙控制系统320。主动间隙控制系统320大体上包括与冷却空气源成空气流连通的冷却空气导管322。具体地，对于所示出的实施例，冷却空气导管322包括：第一区段324，其与压缩机区段成空气流连通，以用于接收来自压缩机区段的压缩冷却空气流的流；以及第二区段326，其与旁通空气流通道48成空气流连通，以用于接收来自旁通空气流通道48的冷却空气流的流。
此外，对于所示出的实施例，主动间隙控制系统320进一步包括附属系统328，其用于促进从冷却空气导管322向涡轮区段内的一个或多个构件提供冷却空气流。具体地，附属系统328可包括例如空气流泵或压缩机、用于从来自或通过冷却空气导管322的冷却空气流中移除热的热交换器等。
现在参考图10，提供了图9的主动间隙控制系统320和燃气涡轮发动机10的区段的近视图。对于所示出的实施例，第一旋转构件110包括外护罩114和沿着径向方向R从外护罩114向内延伸的多个外护罩翼型件118。另外，第二旋转构件120包括内护罩112和沿着径向方向R从内护罩112向外延伸的多个内护罩翼型件117。多个内护罩翼型件117中的各个与外护罩114限定末梢间隙330(参见图11)。主动间隙控制系统320构造成保持外护罩114的温度，使得防止外护罩114在操作期间由于例如热膨胀而相对于内护罩翼型件117膨胀超过期望的量，以便保持期望的末梢间隙330。
具体地，对于所描绘的示例性实施例，还参考图11，将认识到，主动间隙控制系统320进一步包括冷却空气歧管332。冷却空气歧管332构造成接收由箭头334指示的来自冷却空气导管322的冷却空气流并将冷却空气流提供到外护罩114的外表面335上。特别地，对于所描绘的实施例，冷却空气歧管332联接到冷却空气导管322，以用于接收冷却空气流。
此外，特别地参考图11，冷却空气歧管332大体上沿着纵向方向L延伸，并且限定沿着纵向方向L隔开的多个冷却空气出口336。对于所示出的实施例，冷却空气歧管332包括四个冷却空气出口336，然而，在其它实施例中，冷却空气歧管332可包括任何其它合适数量的冷却空气出口336。以这样的方式，主动间隙控制系统320可将外护罩114的温度保持在期望的温度范围内，以相应地保持多个内护罩翼型件117和外护罩114之间的末梢间隙330。
值得注意的是，将认识到，对于所示出的实施例，外护罩114构造成在操作期间在周向方向C(即，围绕纵向方向L延伸的方向，参见图12)上旋转。照此，冷却空气歧管332可沿着周向方向C少于完全地围绕外护罩114延伸，同时仍然向外护罩114的基本上整个圆周提供冷却空气流。
例如，简要参考提供沿着周向方向C的横截面视图的图12，将认识到，在至少某些示例性实施例中，主动间隙控制系统320的冷却空气歧管332可构造/定位成向外护罩114的少于一半的周向部分(诸如外护罩114的少于百分之二十五的周向部分)提供冷却空气流。更具体地，对于图12的实施例，冷却空气歧管332是围绕外护罩114在周向方向C上布置的唯一的冷却空气歧管332。值得注意的是，将进一步认识到，对于所示出的实施例，冷却空气歧管332构造为大体上沿着纵向方向L延伸的单个导管。
值得注意的是，然而，在其它实施例中，燃气涡轮发动机10可包括任何其它合适的主动间隙控制系统320，以用于将涡轮区段内的一个或多个翼型件的末梢间隙330保持在期望的范围内。另外或备选地，燃气涡轮发动机10可不包括主动间隙控制系统，而是改为可利用被动措施。此外，尽管这些图中所描绘的主动间隙控制系统320仅能够直接与外护罩114的外表面335一起操作，但是在其它实施例中，间隙控制系统可进一步能够直接与涡轮的额外的构件或方面一起操作。
现在参考图13，描绘并描述了根据本公开的另一个实施例的燃气涡轮发动机10的某些示例性方面。具体地，图13描绘了包括涡轮的燃气涡轮发动机10的区段。图13中所描绘的示例性燃气涡轮发动机10可以以与图2中所描绘的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造。
例如，燃气涡轮发动机10可大体上包括涡轮区段，该涡轮区段具有沿着纵向方向L布置的第一旋转构件110和第二旋转构件120，以及第一转子113。第一旋转构件110可包括第一护罩和从第一护罩沿着径向方向R延伸的多个第一护罩翼型件，以及将第一护罩联接到第一转子113的一个或多个连接翼型件116。此外，第二旋转构件120可类似地包括第二护罩和从第二护罩沿着径向方向R延伸的多个第二护罩翼型件。对于所示出的实施例，第一护罩是外护罩114，并且第一护罩翼型件是外护罩翼型件118。此外，对于所描绘的实施例，第二护罩是内护罩112，并且第二护罩翼型件是内护罩翼型件117。
此外，对于所示出的实施例，燃气涡轮发动机10包括齿轮箱45和驱动轴36，其中齿轮箱45包括输入齿轮47和输出齿轮49。第二旋转构件120联接到齿轮箱45的输入齿轮47，并且更具体地通过轴或转轴121联接到齿轮箱45的输入齿轮47。此外，驱动轴36大体上沿着纵向方向L延伸，并连接到齿轮箱45的输出齿轮49。对于所示出的实施例，联接到第一旋转构件110的第一转子113进一步连接到驱动轴36。
此外，如将认识到的，第一旋转构件110的第一护罩翼型件与第二旋转构件120的第二护罩翼型件交错。
此外，将认识到，对于所描绘的示例性实施例，第一旋转构件110和第二旋转构件120一起形成具有多个旋转翼型件(即，第一护罩翼型件和第二护罩翼型件，或者更确切地说，外护罩翼型件118、(一个或多个)连接翼型件116和内护罩翼型件117)的涡轮。多个旋转翼型件包括最前面的旋转翼型件340和最后面的旋转翼型件342。对于所示出的实施例，最前面的旋转翼型件340是第一旋转构件110的连接翼型件116，并且最后面的旋转翼型件342是第一旋转构件110的多个第一护罩翼型件中的一个。此外，对于所示出的实施例，最前面的旋转翼型件340限定前缘344，并且最后面的旋转翼型件342限定后缘346。涡轮限定从最前面的旋转翼型件340的前缘344到最后面的旋转翼型件342的后缘346的轴向长度348。对于所示出的实施例，轴向长度348更具体地是最前面的旋转翼型件340的前缘344的最前面的点到最后面的旋转翼型件342的后缘346的最后面的点之间沿着轴向/纵向方向L的长度。
此外，对于所示出的实施例，涡轮限定在涡轮的多个旋转翼型件(再次，对于所示出的实施例，该旋转翼型件包括第一护罩翼型件和第二护罩翼型件，或者更确切地说，外护罩翼型件118、(一个或多个)连接翼型件116和内护罩翼型件117)的各个轴向相邻的旋转翼型件对之间限定的总轴向间距。具体地，对于所示出的实施例，总轴向间距是限定在多个旋转翼型件中的第一和第二旋转翼型件之间的第一轴向间距350、限定在多个旋转翼型件中的第二和第三旋转翼型件之间的第二轴向间距352、限定在多个旋转翼型件中的第三和第四旋转翼型件之间的第三轴向间距354以及限定在第四旋转翼型件和第五旋转翼型件之间的第四轴向间距356的总和。将认识到，如本文中所使用的，参考轴向相邻的旋转翼型件对的用语“轴向间距”指代轴向相邻的旋转翼型件对的相邻前缘和后缘之间的平均轴向长度(即，沿着翼展的平均值)。更具体地，轴向相邻的旋转翼型件对的相邻前缘和后缘之间的平均轴向长度指代从最大轴向间距(例如，在末梢处)到最小轴向间距(例如，在根部处)得到的间隙/轴向间距的平均值。
对于所描绘的示例性燃气涡轮发动机10，并且更具体地，对于所描绘的示例性燃气涡轮发动机10的示例性涡轮，多个旋转翼型件定位成使得总轴向间距与涡轮的轴向长度348相比而相对小。具体地，对于所描绘的示例性实施例，总轴向间距小于涡轮的轴向长度348的约百分之三十(30%)，诸如小于涡轮的轴向长度348的约百分之二十五(25%)，诸如小于涡轮的轴向长度348的约百分之二十(20%)。在至少某些示例性方面，总轴向间距可为涡轮的轴向长度348的至少约百分之五(5%)。
仅作为示例，在至少一个示例性实施例中，轴向长度348可为约十五(15)英寸，并且如所示出的，涡轮可包括五(5)级或五排旋转翼型件。涡轮中的轴向相邻的旋转翼型件之间的平均轴向间距可小于或等于约0.75英寸。
然而，在其它示例性实施例中，涡轮可包括任何其它合适数量的级以适应特定的设计目标。例如，在其它示例性实施例中，涡轮可限定十(10)英寸的轴向长度348，并包括四(4)级旋转翼型件。在这样的构造的情况下，涡轮中的轴向相邻的旋转翼型件之间的平均轴向间距可小于或等于约0.67英寸。在另外的其它示例性实施例中，涡轮可更长，限定二十(20)英寸的轴向长度348，并且包括十(10)级旋转翼型件。在这样的构造的情况下，涡轮中的轴向相邻的旋转翼型件之间的平均轴向间距可小于或等于约0.69英寸。注意，在上述示例中的各个的情况下，总轴向间距等于涡轮的轴向长度348的约百分之二十(20%)。
在一个或多个实施例中，涡轮中的轴向相邻的旋转翼型件之间的平均轴向间距可在所描述的值的预确定范围内，诸如在该值的5%内、该值的10%内或该值的20%内。照此，在其它示例性实施例中，诸如当轴向长度348为15英寸并且涡轮包括五级时，涡轮中的轴向相邻的旋转翼型件之间的平均轴向间距可在0.75英寸的5%内、0.75英寸的10%内或0.75英寸的20%内。另外或备选地，涡轮中的轴向相邻的旋转翼型件之间的平均轴向间距可在相对于表示均值的数字的2或3个标准偏差内。
将进一步认识到，如本文中所使用的，如上文所注意到的，用语“平均轴向间距”指代总轴向间距除以相邻旋转翼型件之间的间隙数(例如，如果存在5个翼型件，则存在4个间隙，并且总轴向间距除以4以确定平均轴向间距)。
上文所提到的平均轴向间距尺寸的示例反映了在从交错翼型件实现期望的空气动力学性能同时考虑与操作环境和相对旋转速率相关联的热和机械效应之间的平衡。从空气动力学的观点来看，大体上合乎期望的是，使翼型件更紧密地隔开，以实现在将移动气团中的动能转换成机械功率过程中的提高的效率。然而，由于机械振动可产生翼型件之间的相对轴向移动以及叶片和护罩的热膨胀，故轴向间距不可太小。如果相邻的翼型件隔开得太紧密，则相对轴向移动和热膨胀中的两者或任一者可使相邻的翼型件彼此碰撞。因此，为了避免翼型件之间的碰撞，轴向间距必须足够大。考虑到这些竞争的设计目标，发明人已发现一系列轴向间距尺寸，这些尺寸反映了空气动力学性能需求和碰撞避免(以及相关的机械可靠性问题)之间的可接受的平衡，这可通过本公开的构造来实现。式1中的关系提供了对于具有N个级的涡轮的给定轴向长度348 (L)来说涡轮内的平均轴向间距(dx)的值的范围：
式1：0.05 L / (N-1) < dx < 0.4 L / (N-1)。
因此，在式1中，平均轴向间距dx可位于0.05 L /(N-1)和0.4 L /(N-1)之间。
然而，在其它实施例中，对于具有N个级的涡轮的给定轴向长度348 (L)，涡轮内的平均轴向间距(dx)的值的范围可改为使用式2或式3中的一者或两者来关联，如下所示：
式2：0.1 L / (N-1) < dx < 0.3 L / (N-1)。
式3：0.15 L / (N-1) < dx < 0.25 L / (N-1)。
取决于发动机要求，涡轮的轴向长度可为例如10英寸、13英寸或20英寸。对于各个轴向长度，级数可相应地变化。例如，对于10英寸的轴向长度，可存在4个级，对于13英寸的轴向长度，可存在6个级，并且对于20英寸的轴向长度，可存在10个级。大体上，级数可在3和10之间变化(图2示出了5个级)。表1示出了使用式1–3中的各个的平均轴向间距尺寸范围。
Figure 408581DEST_PATH_IMAGE002
。
在具有6个级的组装涡轮的具体示例中，横跨5个间隙的平均轴向间距为0.5英寸，其中单个轴向间距尺寸在0.4英寸和0.6英寸之间的范围内。这与表1中所给出的近似范围吻合。
这样的构造可至少部分地通过包括在涡轮区段附近支承第一旋转构件110和第二旋转构件120的推力轴承358来实现。包括在涡轮区段附近的推力轴承358可确保第一旋转构件110和第二旋转构件120之间沿着纵向方向L的相对热膨胀最小。相比之下，如果第一旋转构件110和第二旋转构件120之间的推力轴承358定位在例如燃烧区段26的前方，则驱动轴36的任何热膨胀将造成第一旋转构件110相对于第二旋转构件120的相对大的位移，从而增加涡轮内的多个旋转翼型件的总轴向间距，这对于避免在燃气涡轮发动机10的操作期间的碰撞来说将是必要的。
对于所示出的实施例，推力轴承358构造为滚珠轴承。然而，在其它实施例中，推力轴承358可以以任何其它合适的方式构造。例如，在其它实施例中，推力轴承358可为成对的锥形滚子轴承、空气推力轴承等。
仍然参考图13，并且如先前所注意到的，对于所描绘的示例性燃气涡轮发动机10，第一旋转构件110的第一护罩翼型件与第二旋转构件120的第二护罩翼型件交错，以减小涡轮区段的出口环面面积与第一旋转构件的额定旋转速度的平方的乘积，该乘积在本文中被称为“AN2”。AN2是在燃气涡轮发动机的操作期间由于离心负荷而引起的翼型件应力的熟知的指示参数。
大体上，减小AN2(诸如通过降低旋转速度和/或流动面积)增加所需的平均级作功系数(即旋转翼型件的各个级上的平均所需负荷)。然而，本文中所描述的系统和方法可通过将第一旋转构件110在第二旋转构件120的一个或多个级之中交错来减小AN2，同时还减小平均级作功系数并保持或减小涡轮区段90的轴向长度(与具有类似推力输出和包装的发动机相比)。
特别地，对于所描绘的示例性实施例，并且对于本文中的讨论，我们指的是针对所描绘的涡轮的最大AN2。照此，出口环面面积限定在多个旋转翼型件中的最后面的高速翼型件处，对于所示出的实施例，该翼型件是涡轮的第二多个翼型件中的最后面的旋转翼型件(在图13中标记为117A)。这是由于以下事实：在所示出的实施例中，第二旋转构件120以比第一旋转构件110更高的旋转速度旋转，使得当基于该旋转值计算时，AN2值更高。出口环面面积可使用以下式子计算：π×(RO 2-RI 2)，其中，RO是在最后面的高速翼型件处的叶片出口的外半径，并且RI是在最后面的高速翼型件处的出口的内半径。更具体地，RO是在第二多个翼型件中的最后面的旋转翼型件117A处的叶片出口的外半径，并且RI是在第二多个翼型件中的最后面的翼型件117A处的出口空气流通道的内半径。此外，额定旋转速度指代当燃气涡轮发动机10以最大额定或认证速度操作(即，以红线速度操作)时第二多个翼型件中的最后面的翼型件117A的旋转速度。
然而，值得注意的是，在其它示例性实施例中，如果第一旋转构件110以比第二旋转构件120更高的旋转速度旋转，则最大AN2值将基于在第一旋转构件的最后面的翼型件处的出口环面面积和第一旋转构件的最后面的翼型件的旋转速度来计算。
对于图13中所描绘的示例性涡轮，最大AN2值(即出口环面面积与第一旋转构件的额定旋转速度的平方的乘积)可大于约27×109英寸×RPM2，并且小于约77×109英寸×RPM2。例如，在某些示例性实施例中，出口环面面积和第一旋转构件的额定旋转速度的平方的乘积(AN2)可大于约32×109英寸×RPM2，并且小于约64×109英寸×RPM2，诸如大于约38×109英寸×RPM2并且小于约54×109英寸×RPM2。
现在参考图14，提供了根据本公开的又一个示例性实施例的燃气涡轮发动机10。图14的示例性燃气涡轮发动机10可以以与上文所讨论的图2的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造。照此，将认识到，燃气涡轮发动机10包括第一旋转构件110和第二旋转构件120，其中第一旋转构件110和第二旋转构件120一起至少部分地形成涡轮。第一旋转构件110包括第一护罩，并且第二旋转构件120包括第二护罩。第一护罩、第二护罩或两者构造为限定外表面335的外护罩114。特别地，对于所示出的实施例，第一护罩构造为限定外表面335的外护罩114。然而，在其它实施例中，第二护罩可另外或备选地形成外护罩114。
燃气涡轮发动机10进一步包括壳体360，壳体360环绕涡轮区段的至少部分，并且特别地环绕由第一旋转构件110和第二旋转构件120形成的涡轮的至少部分。对于所示出的实施例，环形涡轮腔体362沿着径向方向R限定在外护罩114的外表面335的外侧并且沿着径向方向R限定在壳体360的内侧。前密封件364定位在环形涡轮腔体362的前端附近，并且后密封件366定位在环形涡轮腔体362的后端附近。前密封件364和后密封件366各自旋转至位于外护罩114的至少部分和壳体360的至少部分之间的固定空气流密封件。
对于所示出的实施例，前密封件364、后密封件366或两者更具体地构造为吸气面密封件(有时也被称为“混合径向密封件”)。例如，吸气面密封件可包括在外护罩114的可旋转表面和壳体360的固定表面之间的气体轴承，以及用以提供期望的密封的额外的结构。如可结合到图14中所描绘的实施例中的吸气面密封件的示例性实施例在下者中进行描述：2018年11月2日提交的美国专利申请公布No. 2019/0093496(转让给通用电气公司)；2017年9月6日提交的美国专利申请公布No. 2019/0072186(转让给通用电气公司)；以及2019年3月8日提交的美国专利申请公布No. 2019/0203842(转让给通用电气公司)。
包括作为前密封件364、后密封件366或两者的吸气面密封件可促进针对环形涡轮腔体362的有效密封(尽管例如密封件具有相对高的旋转速度和相对径向向外的定位)。
现在参考图15，提供了根据本公开的又一个示例性实施例的燃气涡轮发动机10。图15的示例性燃气涡轮发动机10可以以与上文所讨论的图2的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造。照此，将认识到，燃气涡轮发动机10包括第一旋转构件110和第二旋转构件120，其中第一旋转构件110和第二旋转构件120一起至少部分地形成涡轮。第一旋转构件110包括第一护罩和从第一护罩延伸的第一多个翼型件，并且第二旋转构件120包括第二护罩和从第一护罩延伸的第二多个翼型件。特别地，对于所示出的实施例，第一护罩构造为外护罩114，多个第一护罩翼型件构造为多个外护罩翼型件118，第二护罩构造为内护罩112，并且多个第二护罩翼型件构造为多个内护罩翼型件117。
此外，对于图15中所描绘的实施例，燃气涡轮发动机包括驱动轴36和齿轮箱45，齿轮箱45具有输入齿轮47和输出端。第二旋转构件联接到齿轮箱45的输入齿轮47，并且驱动轴36联接到齿轮箱45的输出端。
然而，对于所示出的实施例，第一旋转构件110通过齿轮箱45联接到驱动轴36，而不是直接连接。更具体地，对于所示出的实施例，齿轮箱45构造为结合复合行星齿轮370的行星齿轮箱。复合行星齿轮370更特别地包括沿着纵向方向L隔开的第一行星齿轮370A和第二行星齿轮370B。对于所示出的实施例，第一行星齿轮370A定位在第二行星齿轮370B的前方。第一行星齿轮370A和第二行星齿轮370B联接到行星齿轮托架372。行星齿轮托架372构造成将第一旋转构件110联接到驱动轴36，使得第一旋转构件110与驱动轴36一起旋转。
更具体地，此外，对于所示出的实施例，第二行星齿轮370B联接到第二旋转构件120，并且更具体地联接到轴121，其中轴121继而通过转子115联接到第二旋转构件120。燃气涡轮发动机10进一步包括发动机框架，对于所示出的实施例，该发动机框架构造为排气框架150。排气框架150包括固定就位的固定齿轮374。第二行星齿轮370B与发动机框架的固定齿轮374啮合。以这样的方式，齿轮箱45可允许第一旋转构件110和第二旋转构件120之间反向旋转，同时从第一旋转构件110和第二旋转构件120两者向驱动轴36提供功率。
将认识到，在这样的构造的情况下，连接翼型件116位于涡轮的后级处，并且更具体地位于涡轮的最后级处。图15的齿轮箱45构造可允许有这样的构造。
现在参考图16，提供了根据本公开的再一个示例性实施例的燃气涡轮发动机10。图16的示例性燃气涡轮发动机10可以以与上文所讨论的图2的示例性燃气涡轮发动机10基本上相同的方式构造。照此，将认识到，燃气涡轮发动机10包括第一旋转构件110和第二旋转构件120，其中第一旋转构件110和第二旋转构件120一起至少部分地形成涡轮。此外，对于图16中所描绘的实施例，燃气涡轮发动机包括驱动轴36和齿轮箱45，齿轮箱45具有输入齿轮47和输出齿轮49。第二旋转构件联接到齿轮箱45的输入齿轮47，并且驱动轴36联接到齿轮箱45的输出端。
此外，对于所描绘的示例性实施例，燃气涡轮发动机10包括油系统380，其用于向齿轮箱45提供油流和从齿轮箱45提供油流。具体地，对于所示出的实施例，油系统380通过用于向齿轮箱45提供润滑油的油供应管线382和用于从组齿轮箱45接收润滑油的回油管线384来流体联接到齿轮箱45。值得注意的是，尽管在图16中描绘了单个油供应管线382和单个回油管线384，但是在其它实施例中，可提供任何其它合适数量的润滑油供应管线382和/或润滑油回油管线384。
此外，油系统380包括附属系统386。附属系统286可包括一个或多个供油泵、回油泵、热交换器、供油箱等。油系统380可为独立的系统，或者备选地可结合到燃气涡轮发动机10或结合燃气涡轮发动机10的运载工具的一个或多个其它油系统中，或者构造为该一个或多个其它油系统的部分。
如上文更详细地描述的，在图16中所描绘的示例性涡轮构造的情况下，并非所有的通过驱动轴36提供的功率都流过齿轮箱45。照此，油系统380可被设计成在操作期间向齿轮箱45提供较少的油和从齿轮箱45提供较少的油，因为对于充分润滑齿轮箱45和保持齿轮箱45的温度来说较少的油可为必要的。
特别地，参考所示出的实施例，供应管线382和回油管线384的尺寸可减小。例如，如图16的标注圆388更清楚地描绘的，供应管线382可限定内径390且因此限定内部横截面面积。类似地，回油管线384可限定内径和内部横截面面积。对于所描绘的实施例，供应管线382的内部横截面面积并且更具体地向齿轮箱45提供油的所有供应管线382的总内部横截面面积(例如，对于其中油系统380包括向齿轮箱45提供油的多个供应管线382的实施例)在约0.2平方英寸和约1.4平方英寸之间。类似地，回油管线384的横截面面积并且更具体地从齿轮箱45提取油的所有回油管线384的总横截面面积在约0.9平方英寸和约6平方英寸之间。
通过根据这样的构造设计油供应源，可降低油供应源的重量、成本和复杂性。
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：
一种燃气涡轮发动机，其中，燃气涡轮发动机限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着纵向方向的前端和后端，燃气涡轮发动机包括：涡轮区段，其包括转子以及沿着纵向方向的第一旋转构件和第二旋转构件，其中，第一旋转构件包括第一护罩和沿着径向方向从第一护罩延伸的多个第一护罩翼型件以及将第一护罩联接到转子的一个或多个连接翼型件，并且其中，第二旋转构件包括第二护罩和沿着径向方向从护罩延伸的多个第二护罩翼型件；齿轮箱，其包括输入齿轮和输出齿轮，其中，第二旋转构件联接到齿轮箱的输入齿轮；驱动轴，其在纵向方向上延伸，其中，驱动轴连接到齿轮箱的输出齿轮，并且其中，转子联接到驱动轴；其中，第一旋转构件的第一护罩翼型件与第二旋转构件的第二护罩翼型件交错，以减小涡轮区段的出口环面面积与第一旋转构件、第二旋转构件或两者的额定旋转速度的平方的乘积。
根据前述条款的燃气涡轮发动机，进一步包括：电机，其包括EM转子，EM转子联接到第一旋转构件或第二旋转构件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，电机的EM转子通过驱动轴联接到第一旋转构件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：EM齿轮箱，其中，电机的EM转子通过EM齿轮箱联接到驱动轴。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：框架，其中，电机进一步包括能够与电机的EM转子一起操作的EM定子，其中，EM定子联接到框架。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：风扇区段，其包括风扇，其中，第一旋转构件和第二旋转构件一起形成涡轮，并且其中，涡轮与风扇能够旋转地分离。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：风扇区段，其包括风扇，其中，第一旋转构件和第二旋转构件一起形成涡轮，并且其中，涡轮通过驱动轴能够旋转地联接到风扇，使得涡轮物理地旋转风扇。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，EM转子是第一EM转子，其中，电机进一步包括第二EM转子和EM定子，其中，第一EM转子能够与第一旋转构件一起旋转，其中，第二EM转子能够与第二旋转构件一起旋转，并且其中，第一EM转子和第二EM转子各自能够与EM定子一起操作。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第二旋转构件联接到输入轴，并且其中，电机的EM转子通过输入轴联接到第二旋转构件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一护罩、第二护罩或两者构造为限定外表面的外护罩，并且其中，燃气涡轮发动机进一步包括：主动间隙控制系统，其能够与外护罩的外表面一起操作。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，主动间隙控制系统包括与冷却空气源和冷却空气歧管成空气流连通的冷却空气导管，其中，冷却空气歧管构造成从冷却空气导管接收冷却空气流并将冷却空气流提供到外护罩的外表面上。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，冷却空气歧管大体上沿着纵向方向延伸，并且限定沿着纵向方向隔开的多个冷却空气出口。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，歧管沿着周向方向少于完全地围绕外护罩而延伸。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一护罩、第二护罩或两者构造为限定外表面的外护罩，并且其中，燃气涡轮发动机进一步包括：壳体，其环绕涡轮区段的至少部分；以及吸气面密封件，其位于外护罩的至少部分和壳体的至少部分之间，以用于形成空气流密封件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，吸气面密封件包括在外护罩的可旋转表面和壳体的固定表面之间的气体轴承。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一旋转构件和第二旋转构件一起形成涡轮，其中，涡轮包括在约3级和10级之间的旋转翼型件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一旋转构件和第二旋转构件一起形成包括多个旋转翼型件的涡轮，其中，多个旋转翼型件包括最前面的旋转翼型件和最后面的旋转翼型件，其中，涡轮限定从最前面的旋转翼型件的前缘到最后面的旋转翼型件的后缘的轴向长度，其中，涡轮进一步限定在多个旋转翼型件中的各个轴向相邻的旋转翼型件对之间限定的总轴向间距，并且其中，总轴向间距小于涡轮的轴向长度的约30%。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，总轴向间距小于涡轮的轴向长度的约25%，并且大于涡轮的轴向长度的约2%。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，总轴向间距小于涡轮的轴向长度的约20%。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：位于涡轮区段附近的推力轴承，其支承第一旋转构件和第二旋转构件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，推力轴承是滚珠轴承。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：位于涡轮区段附近的推力轴承，其支承第一旋转构件和第二旋转构件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一旋转构件和第二旋转构件一起形成包括多个旋转翼型件的涡轮，其中，多个旋转翼型件包括最后面的高速旋转翼型件，其中，出口环面面积是在最后面的高速旋转翼型件处限定的以平方英寸为单位的值(A)，并且额定旋转速度是以每分钟转数为单位的最后面的高速旋转翼型件的额定旋转速度(N)，其中，出口环面面积和第一旋转构件的额定旋转速度的平方的乘积(AN2)大于约27×109英寸×RPM2，并且小于约77×109英寸×RPM2。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，出口环面面积和第一旋转构件的额定旋转速度的平方的乘积(AN2)大于约32×109英寸×RPM2，并且小于约64×109英寸×RPM2。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，出口环面面积和第一旋转构件的额定旋转速度的平方的乘积(AN2)大于约38×109英寸×RPM2，并且小于约54×109英寸×RPM2。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，齿轮箱包括复合阶梯式行星齿轮组件，其中，复合行星齿轮组件包括沿着纵向方向隔开的第一行星齿轮和第二行星齿轮，并且其中，第二行星齿轮相对于第一行星齿轮在尺寸上逐步减小。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：发动机框架，发动机框架包括固定齿轮，其中，第二行星齿轮与发动机框架的固定齿轮啮合。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，发动机框架是排气框架。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，齿轮箱包括行星齿轮托架，并且其中，转子通过行星齿轮托架联接到驱动轴。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：燃烧区段，其中，齿轮箱位于燃烧区段的前方。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，齿轮箱位于燃气涡轮发动机的涡轮区段附近。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一护罩是外护罩，其中，多个第一护罩翼型件沿着径向方向从第一护罩向内延伸，其中，第二护罩是内护罩，其中，多个第二护罩翼型件沿着径向方向从第二护罩向外延伸。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一旋转构件是低速旋转构件，并且第二旋转构件是高速旋转构件。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，驱动轴通过柔性连接器连接到齿轮箱。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一旋转构件的第一护罩翼型件与第二旋转构件的第二护罩翼型件交错，以减小涡轮区段的出口环面面积与第二旋转构件的额定旋转速度的平方的乘积。
一种燃气涡轮发动机，其中，燃气涡轮发动机限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着纵向方向的前端和后端，燃气涡轮发动机包括：涡轮区段，其包括第一转子和第二转子以及沿着纵向方向的第一旋转构件和第二旋转构件；其中，第一旋转构件连接到第一转子，第一旋转构件包括第一护罩和一个或多个连接翼型件，第一护罩包括沿着径向方向从第一护罩延伸的多个第一护罩翼型件；并且其中，第二旋转构件连接到第二转子，第二旋转构件包括第二护罩，第二护罩限定沿着径向方向从第二护罩延伸的多个第二护罩翼型件；齿轮箱，其包括输入齿轮和输出齿轮，其中，第二转子联接到齿轮箱的输入齿轮；驱动轴，其在纵向方向上延伸，其中，驱动轴连接到齿轮箱的输出齿轮，并且其中，第一转子联接到驱动轴；以及油供应源，其包括用于向齿轮箱提供供油流的一个或多个供应管线和用于从齿轮箱移除回油流的一个或多个回油管线，其中，一个或多个供应管线限定在约0.2平方英寸和1.4平方英寸之间的总内部横截面面积；并且其中，一个或多个回油管线限定在约0.9平方英寸和6平方英寸之间的总内部横截面面积。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，一个或多个供应管线向齿轮箱提供基本上所有的供油流，并且其中，一个或多个回油管线从齿轮箱移除基本上所有的回油流。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：燃烧区段，其中，齿轮箱位于燃烧区段的前方。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，进一步包括：压缩机，其中，第一旋转构件通过限定扭矩路径的轴联接到齿轮箱，并且其中，轴进一步在沿着第一旋转构件和齿轮箱之间的扭矩路径的位置处联接到压缩机。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，压缩机是低压压缩机。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，发动机限定从第一旋转构件到驱动轴再到风扇组件的风扇转子、和从第二旋转构件到输入轴再到齿轮箱以及从齿轮箱到驱动轴再到风扇转子的扭矩路径。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，齿轮箱限定约-1.5:1至约-3:1的齿轮比。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第二旋转构件以比第一旋转构件更大的速度旋转。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，第一旋转构件在第一方向上旋转，并且第二旋转构件在与第一方向相反的第二方向上旋转。
一种燃气涡轮发动机，其中，燃气涡轮发动机限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着纵向方向的前端和后端，燃气涡轮发动机包括：涡轮区段，其包括第一转子和第二转子以及一起至少部分地形成涡轮区段的涡轮的沿着纵向方向的第一旋转构件和第二旋转构件；其中，第一旋转构件连接到第一转子，第一旋转构件包括第一护罩和一个或多个连接翼型件，第一护罩包括沿着径向方向从第一护罩延伸的多个第一护罩翼型件；其中，第二旋转构件连接到第二转子，第二旋转构件包括第二护罩，第二护罩限定沿着径向方向从第二护罩延伸的多个第二护罩翼型件；并且其中，涡轮具有轴向长度L和级数N，其中，将多个相邻的第一护罩翼型件和第二护罩翼型件中的各个分开的轴向间距dx的总和与N和L的关系为L(A/(N-1)) < dx < L(B/(N-1))，其中，A在0.05和0.15之间，并且B在0.25和0.40之间；齿轮箱，其包括输入齿轮和输出齿轮，其中，第二转子联接到齿轮箱的输入齿轮；以及驱动轴，其在纵向方向上延伸，其中，驱动轴连接到齿轮箱的输出齿轮，并且其中，第一转子联接到驱动轴。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，A为0.15，并且B为0.25。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，轴向间距的总和在总长度L的约5%和40%之间。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，轴向间距的总和在总长度L的约10%和30%之间。
根据前述条款中的任一项的燃气涡轮发动机，其中，轴向间距的总和在总长度L的约15%和25%之间。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机限定纵向方向、径向方向和周向方向以及沿着所述纵向方向的前端和后端，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮区段，其包括转子以及沿着所述纵向方向的第一旋转构件和第二旋转构件，其中，所述第一旋转构件包括第一护罩和沿着所述径向方向从所述第一护罩延伸的多个第一护罩翼型件以及将所述第一护罩联接到所述转子的一个或多个连接翼型件，并且其中，所述第二旋转构件包括第二护罩和沿着所述径向方向从所述护罩延伸的多个第二护罩翼型件；
齿轮箱，其包括输入齿轮和输出齿轮，其中，所述第二旋转构件联接到所述齿轮箱的所述输入齿轮；
驱动轴，其在所述纵向方向上延伸，其中，所述驱动轴连接到所述齿轮箱的所述输出齿轮，并且其中，所述转子联接到所述驱动轴；
其中，所述第一旋转构件的所述第一护罩翼型件与所述第二旋转构件的所述第二护罩翼型件交错，以减小所述涡轮区段的出口环面面积与所述第一旋转构件、所述第二旋转构件或两者的额定旋转速度的平方的乘积。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
电机，其包括EM转子，所述EM转子联接到所述第一旋转构件或所述第二旋转构件。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述电机的所述EM转子通过所述驱动轴联接到所述第一旋转构件。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
EM齿轮箱，其中，所述电机的所述EM转子通过所述EM齿轮箱联接到所述驱动轴。
5.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
框架，其中，所述电机进一步包括能够与所述电机的所述EM转子一起操作的EM定子，其中，所述EM定子联接到所述框架。
6.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
风扇区段，其包括风扇，其中，所述第一旋转构件和所述第二旋转构件一起形成涡轮，并且其中，所述涡轮与所述风扇能够旋转地分离。
7.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
风扇区段，其包括风扇，其中，所述第一旋转构件和所述第二旋转构件一起形成涡轮，并且其中，所述涡轮通过所述驱动轴能够旋转地联接到所述风扇，使得所述涡轮物理地旋转所述风扇。
8.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述EM转子是第一EM转子，其中，所述电机进一步包括第二EM转子和EM定子，其中，所述第一EM转子能够与所述第一旋转构件一起旋转，其中，所述第二EM转子能够与所述第二旋转构件一起旋转，并且其中，所述第一EM转子和所述第二EM转子各自能够与所述EM定子一起操作。
9.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第二旋转构件联接到输入轴，并且其中，所述电机的所述EM转子通过所述输入轴联接到所述第二旋转构件。
10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一护罩、所述第二护罩或两者构造为限定外表面的外护罩，并且其中，所述燃气涡轮发动机进一步包括：
主动间隙控制系统，其能够与所述外护罩的所述外表面一起操作。
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