CN115853666A - 具有可变桨距风扇的涡轮发动机 - Google Patents

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CN115853666A CN202210873644.6A CN202210873644A CN115853666A CN 115853666 A CN115853666 A CN 115853666A CN 202210873644 A CN202210873644 A CN 202210873644A CN 115853666 A CN115853666 A CN 115853666A
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Abstract

燃气涡轮发动机包括具有风扇叶片的风扇。在正向操作模式下，风扇叶片具有正向桨距并生成正向推力，而在反向操作模式下，风扇叶片具有反向桨距并生成反向推力。风扇驱动轴驱动风扇并且电机连接到风扇驱动轴。在反向操作模式下，电机作为电动机操作以将储存的电能转换成风扇驱动轴的旋转。

Description

具有可变桨距风扇的涡轮发动机
技术领域
本公开涉及具有可变桨距风扇的涡轮发动机。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括涡轮机和转子组件。燃气涡轮发动机(例如涡轮风扇发动机)可用于飞行器推进。某些涡轮风扇发动机包括风扇，风扇被构造为在飞行操作期间生成正向推力。在其他操作期间，风扇可以被构造为生成反向推力，以例如在着陆操作期间使结合有涡轮风扇发动机的飞行器减速。改进涡轮风扇发动机的风扇以促进反向推力将在本领域中受到欢迎。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且使能的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面视图。
图2是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的示意图。
图3是根据本公开的示例性方面的方法的图示。
图4是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的示意图。
图5是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。
本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“纵向”及其派生词应与示例性实施例相关，因为它们在附图中被定向。然而，应当理解，实施例可以假定各种替代变型，除非明确指明相反。还应理解，附图中示出的以及在以下说明书中描述的具体装置仅是本公开的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为限制性的。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“向前”和“向后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，向前是指更靠近发动机入口的位置，而向后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点、和/或端点之间的范围的裕度。
在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
术语“涡轮机”或“涡轮机械”是指包括一个或多个压缩机、发热区段(例如，燃烧区段)和一起生成扭矩输出的一个或多个涡轮的机器。
术语“燃气涡轮发动机”是指具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等。
术语“燃烧区段”是指用于涡轮机的任何热添加系统。例如，术语燃烧区段可以指包括爆燃燃烧组件、旋转爆震燃烧组件、脉冲爆震燃烧组件或其他适当的热添加组件中的一个或多个的区段。在某些示例性实施例中，燃烧区段可以包括环形燃烧器、罐形燃烧器、管状燃烧器、驻涡燃烧器(TVC)或其他合适的燃烧系统，或其组合。
当与压缩机、涡轮、轴或线轴部件等一起使用时，除非另有说明，否则术语“低”和“高”，或它们各自的比较级(例如，更“低”和更“高”，在适用的情况下)均指发动机内的相对速度。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定被构造为以低于发动机处的“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度(例如最大可允许旋转速度)操作的部件。
本公开大体涉及对具有可变桨距风扇叶片的涡轮发动机的控制。通常，当发动机的风扇以反向桨距放置时，涡轮机驱动风扇并且风扇引导气流远离涡轮机的核心。在此，核心可能缺乏气流并且可能发生废气再吸入，这两者都使得涡轮机在反向推力操作期间难以驱动风扇。例如，涡轮机可能会停转。
本公开包括在反向推力操作期间控制涡轮发动机以用电机驱动风扇。用电机驱动风扇消除或减少涡轮机(例如低压轴)对驱动风扇的贡献。随着涡轮机的贡献减少或消除，涡轮机输出的速度或动力可以降低，从而需要更少的气流通过核心来操作涡轮机。在此，降低了核心缺乏气流的风险。特别地，涡轮机可以在怠速或怠速附近操作，或更慢(例如，可以停机)。
为了促进低压轴和风扇驱动轴之间的速度差异，可以将涡轮机(例如，低压轴)与风扇驱动轴断开，或者可以使用齿轮箱来导致(account for)速度差异。例如，如果涡轮机不能有助于驱动风扇，则可能存在速度差异。
现在参考附图，其中相同的数字在所有附图中指示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意横截面视图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮喷气发动机是航空涡轮风扇发动机10，其被构造为例如以翼下构造或尾部安装构造安装到飞行器。
如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于以供参考的纵向中心线轴线12延伸)、径向方向R和周向方向(即，绕轴向方向A延伸的方向；未示出)。
通常，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的涡轮机16。涡轮机16有时也称为或替代地称为“核心涡轮发动机”。
示例性涡轮机16包括外壳体18，外壳体18是基本上管状的并且限定环形入口20。外壳体18以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括第一增压或低压(LP)压缩机22和第二高压(HP)压缩机24；燃烧区段，其包括燃烧器26；涡轮区段，其包括第一高压(HP)涡轮28和第二低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。
高压(HP)轴34或线轴将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴36或线轴将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和喷射排气喷嘴区段32以串行流动顺序布置，并且一起限定通过涡轮机16的核心空气流动路径37。
风扇区段14包括可变桨距单级风扇38。风扇38包括以间隔开的方式联接到盘42的多个可旋转风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40通常沿径向方向R从盘42向外延伸。
风扇叶片40可操作地联接到一个或多个合适的致动构件44。例如，致动构件44可以被构造为共同地或独立地改变风扇叶片40相对于桨距轴P的桨距。如下文进一步详细描述的，风扇叶片40可以具有正向桨距以产生正向推力，或可以具有反向桨距以产生反向推力。
风扇驱动轴45可操作地连接到风扇38并驱动风扇38。风扇叶片40、盘42和致动构件44可通过风扇驱动轴45一起绕纵向中心线轴线12旋转。风扇区段14在正向推力操作期间连接到涡轮机16。特别地，风扇驱动轴45连接到LP轴36。
盘42被可旋转前机舱48覆盖，可旋转前机舱48在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其至少部分地并且对于所描绘的实施例周向地围绕风扇38和涡轮机16的至少一部分。
此外，对于所描绘的实施例，机舱50由多个周向间隔的出口导向轮叶52相对于涡轮机16被支撑。机舱50的下游区段54在涡轮机16的外部分上方延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的正向推力操作期间，一定量空气58通过机舱50的相关入口60和/或风扇区段14进入涡轮风扇发动机10。当一定量空气58穿过风扇叶片40时，如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导向到旁通气流通道56中，而如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导向到核心空气流动路径37中。
随着第二部分空气64被导向通过LP压缩机22和HP压缩机24并进入燃烧器26时，第二部分空气64的压力增加。更具体地，包括LP压缩机22和HP压缩机24的压缩机区段在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间限定总压力比。总压力比是指压缩机区段的出口压力(即，在压缩机区段的后端处的第二部分空气64的压力)与压缩机区段的入口压力(即，在压缩机区段的入口20处的第二部分空气64的压力)之比。
来自压缩机区段的压缩的第二部分空气64与燃料混合并在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体66。燃烧气体66从燃烧器26被导向通过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴34或线轴的多个HP涡轮转子叶片70的顺序级提取，因此使HP轴34或线轴旋转，从而支持HP压缩机24的操作。
燃烧气体66然后被导向通过LP涡轮30，其中来自燃烧气体66中的第二部分热能和动能经由联接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴36或线轴的多个LP涡轮转子叶片74的顺序级提取，因此使LP轴36或线轴旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导向通过涡轮机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，随着第一部分空气62在从涡轮风扇发动机10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导向通过旁通气流通道56，第一部分空气62的压力显着增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，用于将燃烧气体66导向通过涡轮机16。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，风扇38限定风扇压力比。如本文所用，术语“风扇压力比”是指紧邻风扇下游的空气压力与紧邻风扇上游的空气压力之比。
现在还参考图2，提供了涡轮风扇发动机10的示意图，涡轮风扇发动机10还包括联接到风扇驱动轴45的电机80。电机80被构造成作为发电机操作以将风扇驱动轴45的旋转转换成电能。电机80还被构造成作为电动机操作以将电能转换成风扇驱动轴45的旋转。
电机80通常可以包括定子和转子，转子可相对于定子旋转。此外，电机80可以以任何合适的方式构造，用于将机械动力转换成电能并且将电能转换成机械动力。例如，电机可以被构造成作为异步或感应电机，其可操作以生成或利用交流(AC)电力。替代地，电机可以被构造成作为同步电机，其可操作以生成或利用AC电力或直流(DC)电力。以这种方式，将理解定子、转子或两者通常可以包括以任何合适数量的相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。也可以使用其他示例性电机80。
此外，应当理解，对于所示的示例性实施例，电机80通常被构造为与涡轮风扇发动机10的中心线轴线12同轴，这对于所示的实施例意味着电机80也被构造为与风扇驱动轴45和LP轴36同轴。通过这样的构造，电机80可以被称为“嵌入式”电机。然而，在其他实施例中，电机80可以不与涡轮风扇发动机10的中心线轴线12同轴，而是可以通过例如合适的齿轮系偏移和连接。
暂时参考图2，能量储存装置82被构造为储存由电机80生成的电能。当电机80作为电动机操作时，能量储存装置82向电机80提供储存的电能。动力调节和分配装置81可以将电机80连接到能量储存装置82。动力调节和分配装置81可以包括用于例如在AC电力和DC电力之间转换电力的电力电子设备或类似结构。
然而，应当理解，在其他示例性实施例中，电机80可以附加地或替代地与任何其他合适的电源和/或电力储存组件电连通。
再次参考图1-2，LP轴36通过离合器84连接到风扇驱动轴45，离合器84被构造为选择性地将LP轴36(例如，涡轮机)连接到风扇驱动轴45。电机80和LP轴36在离合器84的相对侧。因此，离合器84被构造为将风扇驱动轴45与LP轴36断开，同时电机80保持连接到风扇驱动轴45。或者，离合器84将LP轴36连接到风扇驱动轴45，并且LP轴36和电机80都连接到风扇驱动轴45。这种构造实现了多种操作模式，如下面更详细描述的。如将理解的，当离合器84将风扇驱动轴45与LP轴36断开时，风扇驱动轴45可以独立于LP轴36旋转。相反，当离合器84将风扇驱动轴45与LP轴36连接时，风扇驱动轴45和LP轴36可旋转地彼此固定，使得风扇驱动轴45和LP轴36以相同速度旋转，或者例如如果减速齿轮箱将LP轴36连接到风扇驱动轴45，则以其他相关速度旋转。
在替代实施例中，风扇驱动轴45固定地连接到LP轴36。例如，可以省略离合器84。在这样的实施例中，风扇驱动轴45可以通过齿轮箱连接到LP轴36，如进一步详细描述的。
参考图2，控制器90可以控制致动构件44，从而控制风扇叶片40的桨距具有正向桨距并生成正向推力，或具有反向桨距并生成反向推力。
控制器90可以控制电机80作为发电机操作，该发电机由风扇驱动轴45驱动并对能量储存装置82充电。控制器90可以控制电机80作为电动机操作，该电动机由能量储存装置82供电并驱动风扇驱动轴45。
此外，控制器90可以控制离合器84以将LP轴36连接到风扇驱动轴45，或将LP轴36与风扇驱动轴45断开。
通常，图2中描绘的示例性控制器90被构造为接收从一个或多个传感器感测到的数据或从一个或多个系统接收的命令(例如，模式命令)，并且例如基于接收到的数据做出控制决定。
在一个或多个示例性实施例中，图2中描绘的控制器90可以是独立控制器，或者替代地，可以集成到用于涡轮风扇发动机10的控制器、包括涡扇发动机10的用于飞行器的控制器等中的一个或多个中。
特别参考控制器90的操作，在至少某些实施例中，控制器90可以包括一个或多个计算装置144。计算装置144可以包括一个或多个处理器144A和一个或多个存储器装置144B。一个或多个处理器144A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置144B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。
一个或多个存储器装置144B可以储存可由一个或多个处理器144A访问的信息，包括可由一个或多个处理器144A执行的计算机可读指令144C。指令144C可以是当由一个或多个处理器144A执行时，使一个或多个处理器144A进行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令144C可以由一个或多个处理器144A执行，以使一个或多个处理器144A执行操作，例如控制器90和/或计算装置144被构造用于的任何操作和功能、如本文所述的操作涡轮风扇发动机10的操作(例如方法300)、和/或一个或多个计算装置144的任何其他操作或功能。
指令144C可以是用任何合适的编程语言编写或者可以用硬件实施的软件。附加地和/或替代地，指令144C可以在处理器144A上的逻辑和/或虚拟分离的线程中执行。
一个或多个存储器装置144B可以进一步储存可由处理器144A访问的数据144D。例如，数据144D可以包括指示动力流的数据、指示发动机/飞行器操作条件的数据、和/或本文描述的任何其他数据和/或信息。
计算装置144还可以包括网络接口144E，其用于例如与涡轮风扇发动机10的其他部件、结合有燃气涡轮发动机的飞行器等进行通信。例如，在所描绘的实施例中，涡轮风扇发动机10可以以多种操作模式操作。控制器90通过例如网络接口可操作地联接到一个或多个飞行器系统(例如，飞行管理系统或其他飞行器控制系统)，使得控制器90可以接收指示各种模式的数据或命令。
网络接口144E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线和/或其他合适的部件。
本文所讨论的技术参考了基于计算机的系统、由基于计算机的系统采取的动作、发送到基于计算机的系统的信息、以及来自基于计算机的系统的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在部件之间和部件之中对任务和功能进行多种可能的构造、组合和划分。例如，本文讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实施，也可以分布在多个系统上。分布式部件可以按顺序或并行操作。
参考图3，控制器90可以根据方法300控制风扇叶片40的桨距、电机80的操作模式以及离合器84。方法300包括第一正向操作模式310、反向操作模式320和第二正向操作模式330。第一正向操作模式310可以是任何飞行操作，包括起飞、爬升、巡航、下降(dissent)等。反向操作模式320可以是在结合有涡轮风扇发动机10的飞行器着陆时或着陆之后不久启动的反向推力操作，以使飞行器减速并缩短飞行器的减速时间。第二正向操作模式330可以是在结合有涡轮风扇发动机10的飞行器着陆之后以及在反向操作模式320之后的滑行操作。
根据第一正向操作模式310的第一步骤340，控制器90控制致动构件44以正向桨距定位风扇叶片40，从而生成正向推力。根据第一正向操作模式310的第二步骤342，控制器90控制电机80作为发电机操作，以将风扇驱动轴45的旋转转换成电能。在第二步骤342处，控制电机80作为发电机操作以将风扇驱动轴45的旋转转换成电能，该电能的量与飞行器和/或推进发动机的尺寸和要求相称。根据第三步骤344，能量存储装置82接收并储存由电机80生成的电能(例如，存储的能量)。根据第一正向操作模式310的第四步骤346，控制器90控制离合器84以将LP轴36连接到风扇驱动轴45。在346处控制离合器84连接LP轴36可以包括保持LP轴36连接到风扇驱动轴45。
在第一正向操作模式310中，LP轴36驱动风扇驱动轴45，使得风扇38提供正向推力，并且风扇驱动轴45驱动电机80以生成储存在能量储存装置82的能量。
根据反向操作模式320的第一步骤350，控制器90控制致动构件44以反向桨距定位风扇叶片40，从而生成反向推力。根据反向操作模式320的第二步骤352，控制器90控制电机80作为电动机操作，以将电能转换成风扇驱动轴45的旋转。
根据第三步骤354，能量储存装置82向电机80提供能量以驱动电动机。可以选择电机80的尺寸以与飞行器和/或推进发动机的尺寸和要求相称。例如，向电机80提供能量可以包括提供至少约50kW兆瓦(MW)的电力(例如，用于公务机或小型通勤飞行器)，以及高达约10MW的电力(例如，用于宽体飞行器)。根据反向操作模式320的第四步骤356，控制器90控制离合器84以将LP轴36与风扇驱动轴45断开。
在反向操作模式320中，当LP轴36断开时，涡轮机16可以在怠速或怠速附近操作、或更慢(例如，可以停机)，以避免核心缺乏气流并防止废气再吸入。电机80驱动风扇驱动轴45，使得风扇38提供反向推力。电机80由例如来自能量储存装置82的电能供电。
应当理解，如本文所用，术语“怠速”是指对应于最低旋转速度的操作条件，由此涡轮风扇发动机10可以利用仅通过燃烧区段内的燃料燃烧添加的动力继续操作。术语“怠速附近”是指对应于怠速操作条件加上15％的旋转速度。在怠速附近操作可有助于从涡轮机16提取一些动力来驱动各种附件系统。
根据第二正向操作模式330的第一步骤360，控制器90控制致动构件44以正向桨距定位风扇叶片40，从而生成正向推力。根据第二正向操作模式330的第二步骤362，控制器90控制或操作电机80作为电动机，以将电能转换成风扇驱动轴45的旋转。根据第三步骤364，能量储存装置82向电机80提供能量以驱动电动机。根据第二正向操作模式330的第四步骤366，控制器90控制离合器84以将LP轴36连接到风扇驱动轴45。
在第二正向操作模式330中，风扇38提供正向推力，并且电机80驱动风扇驱动轴45。控制器90可以进一步控制离合器84，使得LP轴36连接到风扇驱动轴45。在此，电机80和LP轴36一起驱动风扇驱动轴45。
然而，应当理解，在其他示例性方面，由电机80在第一正向操作模式310中生成的电能可以附加地或替代地提供给任何其他合适的动力接收器，例如提供给结合有涡轮风扇发动机10的飞行器、提供给可与不同推进装置(例如，单独的涡轮风扇发动机、电风扇等)一起操作的电机、或提供给远程能量储存组件。类似地，应当理解，在其他示例性方面，在反向操作模式320、第二正向操作模式330或两者期间，提供给电机80的电力可以从任何合适的电源(例如远程能量储存组件、可与不同发动机一起操作的电机(例如，由单独的涡轮风扇发动机、辅助动力单元等驱动的电机))提供。
在上述方法中，控制器结合正向操作模式和反向操作模式在正向桨距和反向桨距之间移动风扇叶片。此外，风扇38在正向操作模式和反向操作模式中都在第一旋转方向上旋转。
参考图4-5，减速装置400(例如，动力齿轮箱)可以将风扇驱动轴45连接到LP轴36。减速装置400包括多个齿轮，用于将LP轴36的旋转速度降低到更有效的旋转风扇速度。因此，对于所描绘的实施例，涡轮机16(图1所示)通过减速装置400可操作地联接到风扇38。
参考图4，减速装置400可以将LP轴36和电机80连接到风扇38。例如，减速装置400可以将风扇38的速度与LP涡轮30的速度和电机80的速度分离。
参考图5，减速装置400可以将LP轴36连接到风扇38。例如，减速装置400可以将风扇38的速度与LP涡轮30的速度分离。在此，LP轴36的速度在其到达电机80之前被降低。
减速装置400可以由控制器90控制，以使风扇38的速度相对于LP涡轮30的速度分离。
应当理解，图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以具有任何其他合适的构造。例如，本公开的方面可以与任何其他合适的航空燃气涡轮发动机(例如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等)一起使用。此外，本公开的方面还可以用于任何航改燃气涡轮发动机，例如航海燃气涡轮发动机。
可以应用本公开的其他燃气涡轮发动机可以具有替代构造。作为示例，这样的发动机可以具有替代数量的互连轴(例如，两个)和/或替代数量的压缩机和/或涡轮。此外，发动机可以不包括设置在从涡轮到压缩机和/或风扇的传动系中的齿轮箱，可以被构造为非管道式燃气涡轮发动机(例如，不包括外机舱50)等。
该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开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想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
进一步方面由以下条项的主题提供：
一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机具有处于串行流动顺序的压缩机、燃烧器和涡轮；风扇，所述风扇包括风扇叶片，其中，在正向操作模式下，所述风扇叶片具有正向桨距并生成正向推力，而在反向操作模式下，所述风扇叶片具有反向桨距并生成反向推力；控制器，所述控制器被构造为结合所述正向操作模式和所述反向操作模式在所述正向桨距和所述反向桨距之间移动所述风扇叶片；风扇驱动轴，所述风扇驱动轴被构造为驱动所述风扇，其中，所述涡轮机被构造为驱动所述风扇驱动轴；电机，所述电机连接到所述风扇驱动轴，其中，所述电机被构造为在所述反向操作模式下作为电动机操作，以将电能转换成所述风扇驱动轴的旋转；并且其中，所述控制器可操作地连接到所述电机，其中，所述控制器进一步被构造为控制所述电机在所述反向操作模式下作为所述电动机操作。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电机被构造为在所述正向操作模式下作为发电机操作，以将所述风扇驱动轴的旋转转换成电能，其中，所述控制器被构造为控制所述电机在所述正向操作模式下作为所述发电机操作。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，包括能量储存装置，所述能量储存装置被构造为：在所述正向操作模式下从所述电机接收电能；并且在所述反向操作模式下将电能传输到所述电机。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述涡轮机包括涡轮机轴，并且其中，所述燃气涡轮发动机包括离合器，所述离合器被构造为将所述涡轮机轴选择性地连接到所述风扇驱动轴。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制器可操作地连接到所述离合器，其中，所述控制器进一步被构造为控制所述离合器，以在所述反向操作模式下将所述涡轮机与所述风扇驱动轴断开。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制器进一步被构造为控制所述离合器，以在所述正向操作模式下将所述涡轮机连接到所述风扇驱动轴。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，进一步包括减速装置，其中，所述涡轮机包括涡轮机轴，其被构造为驱动所述风扇驱动轴，并且其中，所述减速装置被构造为降低所述涡轮机轴相对于所述风扇驱动轴的速度。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述减速装置在所述风扇和所述电机之间。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述减速装置在LP涡轮和所述电机之间。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，包括离合器，该离合器在所述电机和LP涡轮之间。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述风扇在所述正向操作模式和所述反向操作模式下在第一旋转方向上旋转。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述涡轮机在所述反向操作模式下不快于怠速地操作。
根据这些条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述电机进一步被构造为在所述正向操作模式下将储存的能量转换成所述风扇驱动轴的旋转。
一种操作燃气涡轮发动机的方法，所述燃气涡轮发动机具有选择性地或固定地联接到风扇的涡轮机，所述方法包括：在正向操作模式下操作所述燃气涡轮发动机，其中，在所述正向操作模式下操作所述燃气涡轮发动机包括以正向桨距定位所述风扇的多个风扇叶片，从而生成正向推力；以及在反向操作模式下操作所述燃气涡轮发动机，其中在所述反向操作模式下操作所述燃气涡轮发动机包括：以反向桨距定位所述风扇的所述多个风扇叶片，从而生成反向推力；以及将电机作为电动机操作，以将电能转换成风扇驱动轴的旋转。
根据这些条项中的一个或多个所述的方法，其中，在所述正向操作模式下操作所述燃气涡轮发动机包括将所述电机作为发电机操作，以将联接到所述多个风扇叶片的风扇驱动轴的旋转转换成电能。
根据这些条项中的一个或多个所述的方法，进一步包括：在所述正向操作模式下，在连接到所述电机的能量储存装置处接收来自所述电机的电力；以及在所述反向操作模式下，将能量从所述能量储存装置传输到所述电机。
根据这些条项中的一个或多个所述的方法，包括：操作离合器，其中，所述离合器被构造为选择性地将所述涡轮机的涡轮机轴连接到所述风扇驱动轴，其中，操作所述离合器包括：在所述正向操作模式下操作所述离合器，以将所述涡轮机轴连接到所述风扇驱动轴；以及在所述反向操作模式下操作所述离合器，以将所述涡轮机轴与所述风扇驱动轴断开。
根据这些条项中的一个或多个所述的方法，包括在所述反向操作模式下不快于怠速地操作所述涡轮机。
根据这些条项中的一个或多个所述的方法，其中，在所述正向操作模式下操作所述燃气涡轮发动机包括将所述电机作为电动机操作，以将电能转换成所述风扇驱动轴的旋转。
根据这些条项中的一个或多个所述的方法，包括降低所述风扇驱动轴相对于所述涡轮机的涡轮机轴的速度。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：
涡轮机，所述涡轮机具有处于串行流动顺序的压缩机、燃烧器和涡轮；
风扇，所述风扇包括风扇叶片，其中，在正向操作模式下，所述风扇叶片具有正向桨距并生成正向推力，而在反向操作模式下，所述风扇叶片具有反向桨距并生成反向推力；
控制器，所述控制器被构造为结合所述正向操作模式和所述反向操作模式在所述正向桨距和所述反向桨距之间移动所述风扇叶片；
风扇驱动轴，所述风扇驱动轴被构造为驱动所述风扇，其中，所述涡轮机被构造为驱动所述风扇驱动轴；
电机，所述电机连接到所述风扇驱动轴，其中，所述电机被构造为在所述反向操作模式下作为电动机操作，以将电能转换成所述风扇驱动轴的旋转；并且
其中，所述控制器可操作地连接到所述电机，其中，所述控制器进一步被构造为控制所述电机在所述反向操作模式下作为所述电动机操作。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述电机被构造为在所述正向操作模式下作为发电机操作，以将所述风扇驱动轴的旋转转换成电能，其中，所述控制器被构造为控制所述电机在所述正向操作模式下作为所述发电机操作。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，包括能量储存装置，所述能量储存装置被构造为：
在所述正向操作模式下从所述电机接收电能；并且
在所述反向操作模式下将电能传输到所述电机。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述涡轮机包括涡轮机轴，并且其中，所述燃气涡轮发动机包括离合器，所述离合器被构造为将所述涡轮机轴选择性地连接到所述风扇驱动轴。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述控制器可操作地连接到所述离合器，其中，所述控制器进一步被构造为控制所述离合器，以在所述反向操作模式下将所述涡轮机与所述风扇驱动轴断开。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述控制器进一步被构造为控制所述离合器，以在所述正向操作模式下将所述涡轮机连接到所述风扇驱动轴。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括减速装置，其中，所述涡轮机包括涡轮机轴，所述涡轮机轴被构造为驱动所述风扇驱动轴，并且其中，所述减速装置被构造为降低所述涡轮机轴相对于所述风扇驱动轴的速度。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述减速装置在所述风扇和所述电机之间。
9.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述减速装置在LP涡轮和所述电机之间。
10.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，包括离合器，所述离合器在所述电机和LP涡轮之间。
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