CN116635618A - 包括用于配件的支架的飞行器涡轮发动机组件 - Google Patents

Abstract

飞行器涡轮发动机组件(20)，包括中间壳体轮毂(30)、配件支架(40)以及分动箱(50)，所述分动箱包括动力传动轴(54)，所述动力传动轴(54)设置为将从涡轮发动机的驱动轴输出的机械功率传输到安装在配件支架(40)上的至少一个配件(46)，其中，分动箱(50)包括环绕动力传动轴(54)并且将配件的支架(40)刚性地附接到中间壳体轮毂(30)的结构元件。

Description

包括用于配件的支架的飞行器涡轮发动机组件

技术领域

本发明涉及涡轮发动机的通用领域，特别是航空涡轮发动机。本发明涉及在此类涡轮发动机中安装附件变速箱，更具体地说是涉及一种包括附件变速箱的飞行器涡轮发动机。

现有技术

在例如用于推进例如飞机或直升机等飞行器的涡轮发动机中，例如产生液压动力、燃料进给和润滑的泵，产生电功率的发电机等的设备和附件在通常称为辅助壳体或变速箱或附件变速箱(AGB)的附件变速箱上分组。此变速箱通常具有一个或多个齿轮系，所述齿轮系由来自涡轮发动机轴的功率输出装置驱动旋转，并且不同附件连接到所述齿轮系。

由于多种原因，附件变速箱可设置在涡轮发动机的压缩机周围。在这些情况下，很自然地将附件变速箱至少局部地附接到压缩机的机壳。然而，这可能导致壳体的扁化(ovalization)现象，其损害压缩机的性能。面对该问题，申请人的专利申请FR 2 952 672提出了在一种构造中，其中在发动机的中间机壳的轮毂处涡轮喷气发动机悬挂在该梁上，将附件变速箱悬挂在梁(也称为挂架)上，所述梁位于压缩机机壳以上，并且通过该梁将涡喷发动机悬垂在飞机的机翼上。尽管在某些情况下能够令人满意，但此类解决方案可能很难实施，特别是当涡轮喷气发动机由另一系统悬挂在飞行器上时，或当附件变速箱位于压缩机机壳以下且不在该机壳以上延伸时。此外，该解决方案需要进行可能很复杂或很麻烦的某些连接。

发明内容

本发明旨在至少局部地纠正这些缺点。

为此，本发明涉及一种飞行器涡轮发动机的组件，包括中间机壳轮毂、附件变速箱和分动箱，所述分动箱包括动力传动轴，所述动力传动轴被构造成将从涡轮发动机的发动机轴输出的机械功率传输到安装在附件变速箱上的至少一个附件，其中，分动箱包括环绕动力传动轴并且将附件变速箱刚性地附接到中间机壳轮毂的结构元件。

所谓涡轮发动机轴是指涡轮发动机的转子(例如压缩机转子)的旋转轴线。轴向方向对应于涡轮发动机的轴线方向，径向方向是垂直于该轴线并与该轴线相交的方向。同样，轴向平面是指包含涡轮发动机轴线的平面，径向平面是垂直于该轴线的平面。圆周像属于径向平面的圆一样延伸，其中心属于涡轮发动机的轴线。切向或圆周方向是与圆周相切的方向；它垂直于涡轮发动机的轴线，但不穿过该轴线。

除非另有说明，参考径向方向使用形容词“内”和“外”，使得元件的内部部分沿径向方向与同一元件的外部部分相比更接近于扩散器的轴线。

最后，除非另有说明，参考涡轮发动机中的整体流动方向(即从压缩机到涡轮机)使用术语上游和下游。

在涡轮发动机中，当涡轮发动机包括多个压缩机时，中间机壳位于压缩机机壳的上游，可能在高压压缩机机壳的上游(并且可选地在低压压缩机机壳的下游)。当涡轮发动机包括风扇时，中间机壳位于风扇的固定机壳下游，该固定机壳环形地定位在风扇周围。

内部机壳轮毂表示中间机壳的径向内部部件。在双流涡轮发动机中，中间机壳轮毂可以表示中间机壳的一部分，所述部分形成将主流与次级流分离的部分。中间机壳轮毂的作用是允许在主流和次级流之间具有连续结构，以朝涡轮发动机的上游悬架传递力。此外，中间机壳轮毂可用于附接推拉连杆的夹具、低压空气压缩机的排出口以及例如致动器、探针等不同附件。

通常称为TGB(“传动齿轮箱”)的分动箱至少局部地容纳也称为传动轴的动力传动轴，所述动力传动轴被构造成将从发动机轴(例如涡轮发动机的高压或低压转子的轴)输出的机械功率传输到附件变速箱。可以经由齿轮系或通过轴(特别地径向轴)进行动力传动轴和发动机轴之间的运动连接。因此，机械功率可传输到安装在附件变速箱上的至少一个附件，从而通常通过设置在动力传动轴和附件之间的齿轮系驱动附件的移动部件旋转。因此，分动箱在局部地容纳所述发动机轴以及可能地径向轴的中间机壳轮毂与附件变速箱之间延伸。

通过在分动箱中包括结构元件以便将附件变速箱刚性地附接到中间机壳轮毂，根据本发明的飞行器涡轮发动机的组件巧妙地使用分动箱，这使得无需将附件变速箱附接到压缩机机壳，以及附接到飞机机翼上的悬架梁。结构元件是被构造成发挥结构支撑和力传递作用的元件。在这种情况下，结构元件允许附件变速箱自主附接到中间机壳轮毂，即使，如稍后将看到的，其他元件可根据一定的自由度干预以传递力。换言之，结构元件使得在没有该元件的情况下，附件变速箱将不会刚性地附接到中间机壳轮毂。

由于分动箱包括将附件变速箱刚性地连接到中间机壳轮毂的结构元件，附件变速箱适用于任何类型的飞行器涡轮发动机，而无需添加梁，并且也简化了附件变速箱的附接，这为涡轮发动机的其它方面展开了设计自由度。

在一些实施例中，附件变速箱由壳体形成，所述壳体具有定位在中间机壳轮毂下游的上游表面，并且结构元件刚性地附接到所述上游表面。因此，经由结构元件的附接简单而牢固。

在一些实施例中，该组件还包括将附件变速箱连接到中间机壳轮毂的两个臂。这些臂允许绕三个正交轴线主要传递力矩，当附件变速箱的尺寸被设计成承载至少三个附件时，这些力矩能够变得很重要，而结构元件可被构造成沿所述三个轴线传递力。因此，适当地占据附件变速箱的六个自由度。

在一些实施例中，臂设置在结构元件的两侧上。这在两个臂之间分配力传递。

在一些实施例中，除了结构元件和所述两个臂之外，该组件在附件变速箱和中间机壳轮毂之间没有其他附接件。因此，使附件变速箱与中间机壳轮毂的附接件数量最小化，这为涡轮发动机的其他方面展开了进一步的设计自由度。

在一些实施例中，这两个臂的至少一个被构造成沿臂的轴线传递力(在拉伸和/或压缩时)。

更具体地说，在一些实施例中，这两个臂的至少一个以铰接方式附接到中间机壳轮毂和/或附件变速箱，以便仅沿臂的轴线(在拉伸和/或压缩时)传递力。铰接可包括相对于彼此进行机械运动的两个部件，在这种情况下，所提及的臂可以是连杆，例如旋转连杆，和/或包括弹性变形部件，以便允许臂相对于中间机壳轮毂和/或附件变速箱的某一运动，所述臂可以是简单的梁。

以铰接方式附接的结构元件和这两个臂为上述均衡(静定)附接件的示例，但也可考虑其他示例。例如，如果附加臂具有足够的自由度以不使连接超静定，则可以使用附加臂。

在一些实施例中，结构元件由分动箱的外壳(envelope)形成。外壳可以在所述动力传动轴的至少部分长度上环绕所述动力传动轴。外壳可以是管状元件，或者具有任意类型横截面的圆柱形，可选地圆形。外壳可以是分动箱的外部壳体，其被构造成容纳分动箱的其余部分。

在一些实施例中，动力传动轴基本垂直于附件变速箱的上游表面延伸。

在一些实施例中，附件变速箱的上游表面位于中间机壳轮毂的下游。特别地，附件变速箱的上游表面可以在中间机壳轮毂下游的一定距离处，以便释放用于在附件变速箱的上游表面上安装附件的位置。以这种方式，附件可以更好地分布在附件变速箱上。上游表面可以横向于涡轮发动机的轴线。

因此，在一些实施例中，飞行器涡轮发动机的组件包括安装在附件变速箱的上游表面上的至少一个附件。当然，所述附件与分动箱不同。

所述附件的轴向尺寸可小于在所述上游表面和中间机壳轮毂的下游环形凸缘之间的(特别地轴向的)距离。

此外，可安装附件变速箱，以在涡轮发动机中轴向地定位在压缩机机壳处。在这种情况下，尽管附接有变化，但运行员的可接近性和维护不变。

在一些实施例中，附件变速箱与中间机壳轮毂的附接为静定的。因此，便于确定组件的尺寸，并且在组件的组装过程中对附接不需要进行任何调节。

在一些实施例中，飞行器涡轮发动机包括压缩机机壳，压缩机壳体具有与风扇或螺旋桨的直径相比相对较小的直径。例如，压缩机机壳的直径可等于在其与中间机壳轮毂的附接处中间机壳轮毂的内径。与现有的飞行器涡轮发动机相比相对很小的这种类型的压缩机机壳特别容易出现扁化现象，并且在相应的涡轮发动机中体积是特别尖锐的问题。因此，本发明提出的附接模式在该背景下特别地有利。

在一些实施例中，附件变速箱附接到中间机壳轮毂，以便在运行位置主要位于中间机壳轮毂的轴线以下。

运行位置是涡轮发动机的组件集成到涡轮发动机内的位置，所述涡轮发动机本身组装到飞行器上。在该位置，附件变速箱的至少50％的体积位于中间机壳轮毂的轴线以下。例如，当附件变速箱被称为“安装在六点钟”(6h)时，就会遇到这种情况，参考假想时钟，其中12点钟–6点钟轴线与竖向对齐，12点钟在顶部并且6点钟在底部。附件变速箱也可以安装在5点钟、7点钟等。基准点可以是可能设置有其设备和附件的附件变速箱的重心。

在一些实施例中，附件变速箱沿环的一部分延伸。因此，附件变速箱可以在发动机舱周围尽可能接近主轴线设置，以保持紧凑的涡轮发动机。该环部可以是中心在或不在涡轮发动机的轴线上的圆弧。

在一些实施例中，中间机壳轮毂包括下游环形凸缘，结构元件附接到所述下游环形凸缘，并且分动箱包括在下游环形凸缘的上游布置在中间机壳轮毂中的角变速箱，所述角变速箱通过涡轮发动机的径向轴将动力传动轴连接到涡轮发动机的发动机轴。角变速箱可允许在径向轴和动力传动轴之间传输机械功率。下游环形凸缘可以与先前提到的相同。

在一些实施例中，环部覆盖小于180°的角扇区。

本发明还涉及一种飞行器涡轮发动机，包括根据先前限定的任一实施例的组件。特别地，该飞行器可以是飞机或直升机。涡轮发动机可以是涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、辅助动力装置(通常称为APU)等。

在一些实施例中，飞行器涡轮发动机在中间机壳的下游包括压缩机机壳和燃烧室机壳，并且先前描述的组件在附件变速箱和压缩机机壳之间没有附接，并且在附件变速箱和燃烧室机壳之间没有附接。因此，保持了涡轮发动机的性能。

附图简要说明

参考附图，将通过以非限制性示例的方式给出的实施例的以下描述揭示本发明目的的其他特征和优点。

图1是包括根据第一实施例的组件的飞行器涡轮发动机的示意性横截面。

图2是根据第一实施例的飞行器涡轮发动机的一部分的透视底视图。

图3是图2的涡轮发动机部分处于运行位置的侧视图。

具体实施方式

图1以简化的方式显示根据一个实施例的涡轮发动机10的横截面。图2和图3分别从下方和从侧面示出了涡轮发动机10的一部分的透视图。在这种情况下，涡轮发动机10是双转子、双流涡轮喷气发动机，但如前所述，本发明扩展到其他类型的涡轮发动机。涡轮发动机10，或其他类型的涡轮机，可以安装在飞行器机翼的下方，飞行器的机翼上或甚至在机身后部。

涡轮发动机10通常沿主轴线X延伸，所述主轴线X形成其转子的至少一部分的旋转轴线。涡轮发动机10从上游到下游可包括风扇固定机壳12、中间机壳14、压缩机机壳60、燃烧室机壳16和涡轮机壳18。如有必要，其中一些机壳可分成几个扇区；例如，涡轮机壳18可包括高压涡轮机壳、涡轮间机壳和低压涡轮机壳。

不同的外壳可以是环形，甚至轴对称，并且以轴线X为中心。

中间机壳14包括外壳15和中间机壳轮毂30。通过用于矫直源于风扇的次级流的矫直器15a(通常称为“出口导流叶片”的OGV)以及通过结构臂15b，中间机壳轮毂30可以连接到外壳15。

中间机壳轮毂30可以在称为主流的一种流体以及称为次级流的流体之间形成分离，所述主流被构造成引导穿过涡轮发动机的芯体并用于参与燃烧和驱动至少一个涡轮，所述次级流被构造成引导经过OGV 15a的次级流以产生涡轮发动机10的大部分推力。

在这种情况下，中间机壳轮毂30包括从截锥形部分34的下游部分朝内部径向地延伸的下游环形凸缘32。截锥形部分34至少在其下游部分可以与外壳15基本同心，并且在特定情况下关于主轴线X轴对称。

中间机壳轮毂30也可(此处在下游凸缘32中)包括用于压缩机，特别地低压压缩机的排出口通过的一个或多个开口36。这些出口通常称为VBV(“可变排出阀”)出口。在这种情况下，开口36为椭圆形。开口36可以沿圆周彼此并排地布置。

中间机壳轮毂30可以由金属制成，例如钛、钢、铝或包括这些金属的一种或多种的合金。

中间机壳轮毂30还可包括上游凸缘31。在这种情况下，环形上游凸缘31从截锥形部分34的上游部分朝内部径向地延伸。位于上游凸缘31和下游凸缘32之间的是一个或多个中空结构，其例如在穿过主流的臂的连续性中延伸，可选地在结构臂15b的连续性中延伸，如图所示。这些中空结构允许公用设施通过，例如润滑回路、用于测量速度的装置等，还允许径向轴38通过，其作用将在下文中描述。

在涡轮发动机10内，飞行器涡轮发动机的组件20包括先前提到的中间机壳轮毂30，而且包括附件变速箱40。

图2和3显示附件变速箱40沿环的一部分延伸，此处绕主轴线X延伸。在本实施例中，该环部覆盖小于180°的角扇区，在此情况下小于120°。

附件变速箱40可由壳体形成，所述壳体具有朝中间机壳轮毂30转动的上游表面42和朝涡轮发动机的下游侧(例如朝涡轮壳体18)转动的被称为下游表面44的相对表面。上游表面42和/或下游表面44可基本平坦，和/或横向于主轴线X延伸，如图所示。

应立即注意到的是，由于下文将详细描述的布置，上游表面42在中间机壳轮毂30的下游。

而且，如前所述，附件变速箱40可封闭一个或多个齿轮系(未示出)，所述齿轮系由从涡轮发动机10的发动机轴17(例如高压转子的轴)的动力输出驱动旋转。一个或多个附件可安装在附件变速箱40上，并且每个都可以具有连接到附件变速箱的一个齿轮系的驱动轴。图中未示出的这些驱动轴可以沿基本平行于主轴线X的方向延伸。在这些附件中，可以

以一个或多个副本提供以下中的一个或多个元件：用于对飞行器供电的发电机、用于对涡轮发动机的电气附件供给电流的交流发电机、用于启动涡轮发动机的起动器、用于对飞行器供给液压功率的液压泵、燃料泵和润滑泵。当然，除了此处提到的这些以外的其他附件也可以安装在附件变速箱40上。

经由示例，示出了附件46，所述附件46在此处安装在附件变速箱40的上游表面42上。然而，此类附件也可以安装在下游表面44上。

此外，飞行器涡轮发动机的组件20包括分动箱50，所述分动箱50包括动力传动轴54，所述动力传动轴54被构造成将从涡轮发动机的发动机轴17输出的机械功率传输到安装在附件变速箱上的至少一个附件，可能经由先前提到的齿轮系。

动力传动轴54可通过称为径向轴38的中间轴从发动机轴17输出机械功率，因为其通常定位在涡轮发动机10的径向方向中。如果需要，分动箱50可包括角变速箱56，所述角变速箱在径向轴38和动力传动轴54之间形成运动连接。例如，角变速箱56可包括锥齿轮的联接器。如图1所示，角变速箱56可位于中间机壳轮毂30的上游凸缘31和下游凸缘32之间。

此外，如前所述，分动箱50包括结构元件52，所述结构元件将附件变速箱40刚性地附接到中间机壳轮毂30。在这种情况下，结构元件52由分动箱50的外壳(以下也称为“外壳52”)形成，所述外壳52环绕动力传动轴54，如图2和3所示。

因此，在本实施例中，加固了分动箱50的外壳52，以便能够支撑附件变速箱40及其承载的附件46的重量，并且能够保持刚性地连接到中间支撑机壳30的附件变速箱。

外壳52主要由壁形成，所述壁可以是具有圆形、椭圆形、椭球形、正方形、矩形、多边形或其他横截面的圆柱形。如果需要，外壳52可包括纵向和/或周向加强件，以使其具有期望刚度。加强件可以设置在外壳52的壁的内部，或者优选地设置在外壳的壁的外部。外壳可以是金属，例如由钢、钛、铝或包括这些金属的至少一种的合金制成，或者由金属基质复合物或有机基质复合物制成。

外壳52可附接到附件变速箱40的圆周中心部件，或者更通常地附接到一个部件，使得附件变速箱40和附件的重量在该部件的两侧上彼此平衡。

外壳52可通过螺栓连接、V带型支架或任何其他足够牢固以允许附件变速箱40刚性附接到中间机壳轮毂30的附接方式连接到附件变速箱。

可抵靠附件变速箱的上游表面42安装分动箱50。更具体地，结构元件52，此处为外壳，例如经由螺栓结合凸缘附接到附件变速箱40的上游表面42。

由于这些布置，虽然附接到中间机壳轮毂30的附件变速箱40可被定位在中间机壳30的下游。因此，在本实施例中，附件变速箱40可轴向地定位在压缩机机壳60处，更具体地定位在高压压缩机机壳处，但不附接到该压缩机机壳60。因此，避免了扁化现象，特别是当压缩机机壳具有与风扇或螺旋桨的尺寸相比较小的尺寸时。

此外，飞行器涡轮发动机的组件20可包括至少一个臂70，也许至少两个臂70(在这种情况下正好两个臂)。除非另有说明，以下将描述其中一个臂70，另一个可能等同或具有特别是在所提及的这些特征中的其他特征。

臂70将附件变速箱40连接到中间机壳轮毂30，以提供力传递，例如在拉伸时的轴向力传递。在这种情况下，这两个臂70设置在外壳52的两侧上，以便限制在外壳52与附件变速箱的附接区域周围的附件变速箱40的振荡。

臂70通过第一连接件72附接到附件变速箱40，通过第二连接74附接到中间机壳轮毂30。第一连接72和第二连接74的一个和/或另一个可以铰接，使得力仅沿臂的轴线传递(在拉伸或压缩时)。

例如，第一连接72可以是球窝连接。

例如，第二连接74可包括柔性螺柱，所述柔性螺柱例如包括连续的金属层和预应力弹性体层。

这些连接可以互换或彼此等同地制成，或者仍可以使用其他连接，例如螺栓连接，特别是与调节臂安装的手段相关联的连接，以补偿连接的超静定性质。

如图2所示，连接72可以设置在附件变速箱40的外周表面上，或者更通常地设置在与上游表面42和下游表面44不同的表面上，这使所述表面可用于附件的安装。

在这些连接之间，臂70可以是通常金属或复合材料的梁或连杆。此类梁或连杆的横截面可以由本领域技术人员确定尺寸，例如具有H形横截面或中空横截面，特别地具有圆形、椭圆形、正方形或多边形。

如图所示，飞行器涡轮发动机的组件20在附件变速箱40和中间机壳轮毂30之间没有除先前描述的结构元件52以外的其他附接，即先前描述的外壳和两个臂70。由于此类安装，附件变速箱40与中间机壳轮毂30的附接是静定的。然而，也可以考虑其他的静定安装。

此外，如图2所示出的，连接74可以设置在连续的开口36之间，使得臂70不干扰压缩机的排出口。

显示处于运行位置的涡轮发动机10的图3示出了附件变速箱40附接到中间机壳轮毂30，以便主要位于中间机壳轮毂30的主轴线X以下。在这种情况下，附件变速箱40安装在6点钟位置，在所述位置附件变速箱40悬挂在中间机壳轮毂30上。该位置使不将附件变速箱40附接到压缩机壳体60的事实更加有利，所述位置有助于在运行过程中和在发动机停止时进行机翼下维护和回收流体，并将火灾风险降至最低，因为通过重力(如果必要通过机舱)移除了可能的泄漏。

尽管本说明书参考了特定的示例性实施例，但在不脱离由权利要求限定的本发明通用范围的情况下，可以对这些实施例进行修改。此外，图示或提及的不同实施例的各个特征可以组合到额外实施例内。因此，说明书和附图应当认为是说明性而非限制性的。

Claims (12)

1.一种飞行器涡轮发动机的组件(20)，包括中间机壳轮毂(30)、附件变速箱(40)和分动箱(50)，所述分动箱(50)包括动力传动轴(54)，所述动力传动轴(54)设置为将从涡轮发动机的发动机轴(17)输出的机械功率传输到安装在附件变速箱(40)上的至少一个附件(46)，其中，分动箱(50)包括环绕动力传动轴(54)并且将所述附件变速箱(40)刚性地附接到所述中间机壳轮毂(30)的结构元件(52)，

该组件还包括将所述附件变速箱(40)连接到所述中间机壳轮毂(30)的两个臂(70)，所述臂(70)设置在所述结构元件(52)的两侧上。

2.根据权利要求1所述的飞行器涡轮发动机的组件，其中，所述附件变速箱(40)由一壳体形成，所述壳体具有位于所述中间机壳轮毂(30)下游的上游表面(42)，所述结构元件(52)刚性地附接到所述上游表面(42)。

3.根据权利要求1或2所述的飞行器涡轮发动机的组件，该组件在所述附件变速箱(40)与所述中间机壳轮毂(30)之间没有除所述结构元件(52)和所述两个臂(70)以外的其他附接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的飞行器涡轮发动机的组件，其中，所述两个臂(70)中的至少一个以铰接方式附接到所述中间机壳轮毂(30)和/或所述附件变速箱(40)，以仅在承受拉力时传递力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的飞行器涡轮发动机的组件，其中，所述结构元件(52)由所述分动箱(50)的外壳形成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的飞行器涡轮发动机的组件，其中，所述动力传动轴(54)大致垂直于所述附件变速箱(40)的上游表面(42)延伸。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的飞行器涡轮发动机的组件，包括安装在所述附件变速箱(40)的上游表面(42)上的至少一个附件(46)，所述附件(46)的轴向尺寸小于在所述上游表面(42)与所述中间机壳轮毂(30)的下游环形凸缘(32)之间的距离。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的飞行器涡轮发动机的组件，其中，所述附件变速箱(40)与所述中间机壳轮毂(30)的附接是静定的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的飞行器涡轮发动机的组件，其中，所述中间机壳轮毂(30)包括下游环形凸缘(32)，所述结构元件(52)附接到所述下游环形凸缘(32)，所述分动箱(50)包括在下游环形凸缘(32)的上游位于所述中间机壳轮毂(30)中的角变速箱(56)，所述角变速箱(56)通过涡轮发动机的径向轴(38)将动力传动轴(54)连接到涡轮发动机的发动机轴。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的飞行器涡轮发动机的组件，其中，所述附件变速箱(40)附接到所述中间机壳轮毂(30)，以便在运行位置通常定位在所述中间机壳轮毂(30)的轴线(X)以下。

11.一种飞行器涡轮发动机(10)，包括根据权利要求1-10中任一项所述的组件(20)。

12.根据权利要求11所述的飞行器涡轮发动机(10)，在中间机壳(14)的下游包括压缩机机壳(60)和燃烧室机壳(16)，该组件在所述附件变速箱(40)与压缩机机壳(60)以及燃烧室机壳(16)之间没有附接。