[发明专利]在风扇和风扇壳体之间具有最小公差的燃气涡轮发动机

说明书

本发明涉及一种涡轮风扇发动机(1)，该涡轮风扇发动机具有至少为10的涵道比并包括：风扇(2)，该风扇具有盘(20)，该盘在其周缘设置有扇叶(22)，该扇叶(22)的头部(22a)与风扇的外壳(24)之间的距离(H)小于或等于十毫米；同心的主流空间和次级流空间；涡轮(6)，该涡轮容纳在主流空间中并与风扇(2)流体连通；和减速机构(10)，该减速机构联接涡轮(6)和风扇(2)。

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，更具体地涉及具有高的或甚至非常高的涵道比的双涵道式燃气涡轮发动机。

背景技术

如附图4和图5所示，双涵道式燃气涡轮发动机1通常沿气体流动方向从上游到下游包括容纳在风扇壳体24中的风扇2。风扇2包括风扇盘20(或转子)，风扇盘在其周缘设置有扇叶22，扇叶在进入旋转时在燃气涡轮发动机1中产生空气流。因此，由风扇2抽吸的空气质量被分成主流和次级流，该主流在主流空间中流通，次级流与主流同心并在次级流空间中流通。

主流空间穿过主体，该主体包括一个或多个压缩机级(例如低压压缩机4和高压压缩机3)、燃烧室、一个或多个涡轮机级(例如高压涡轮5和低压涡轮6)和气体排出喷管7。

双涵道式涡轮喷气发动机通常沿气体流动方向从上游到下游包括容纳在风扇壳体中的管道式风扇、主环形流空间和次级环形流空间。因此，由风扇2抽吸的空气质量被分成主流和次级流，该主流在主流空间中流通，该次级流与主流同心并在次级流空间中流通。

通常，高压涡轮5借助于称为高压轴5a的第一轴驱动高压压缩机3旋转，而低压涡轮6借助于称为低压轴6a的第二轴驱动低压压缩机4和风扇2旋转。低压轴6a通常容纳在高压轴5a中，所述轴5a、6a借助于轴承固定到燃气轮发动机1的结构部件(包括输入壳体，该输入壳体包括固定扇叶的对风扇壳体进行支撑的轮子)，该轴承通常在分离喷口8的下游，分离喷口被构造成使主流和次级流分离。

在风扇2的扇叶22例如在异物的冲击下断裂(“风扇扇叶脱离(fan blade out)”或“FBO”)期间，风扇2经历显著的失衡。可以参考图1，图1尤其例示出了风扇2对由于扇叶22的损失导致的失衡的响应，该损失是低压轴6a的旋转速度(单位为每分钟转数)的函数。因为风扇轴2的弯曲变形模式M位于燃气涡轮发动机1的工作范围内，所以存在损坏燃气涡轮发动机的高风险。

因此，已经提出将分离器9放置在风扇2和输入壳体毂部之间，通常在分离喷口8的区域中，以尽管存在显著的失衡也允许风扇2在降级模式下工作。为此，当由于风扇扇叶的损失而达到分离器9的破坏负荷时，轴承连杆26中的一个连杆断裂(通常是支撑风扇2的轴2a的前轴承26的连杆)，这改变了风扇2的动态情况并且使风扇轴2的弯曲变形模式下降到低频。在该连杆断裂之后，风扇2的转子20可以绕其新的惯性轴线重新定心，导致传递到结构的力减小。风扇2的扇叶22与风扇2的壳体之间的距离H在风扇2的扇叶22的顶端22a和风扇壳体24之间必须足够(大约40毫米)，以允许转子20自由旋转并且防止风扇2的扇叶22与风扇壳体24发生接触(见图2a)。因此，可以制造质量减小的风扇壳体2，因为该风扇壳体在FBO的情况下不必承受与扇叶的接触力。但是，风扇壳体24的直径的这种增加涉及舱室的尺寸的增加，这对燃气涡轮发动机1的阻力、其质量和其比耗量具有负面影响。

还存在没有分离器9的发动机，其中风扇在扇叶损失期间自由转动并且仅通过空气流的流动驱动(自转现象或风力转动)。在这种类型的发动机中，在FBO的情况下，风扇2的扇叶的顶端22a实现置靠在与风扇2的壳体相对的部分上(由于失衡)。然而，接触区域布置成支撑接触力和摩擦力(参见图2b)，达到发动机将更多力传递到航空器结构的程度。通过这种方式，风扇可以在降级模式下自由转动，直到飞机降落。为了保证风扇壳体24在降级模式下对与风扇2的扇叶22的接触力的承受，风扇壳体24的外表面在结构上借助于增强件28增强，该增强件通常包括连接并固定到其外部面上的金属环形凸缘。但是这种增强件28结果增加了风扇壳体24的质量并因此增加了燃气涡轮发动机1的质量，还增加了燃气涡轮发动机1的比耗量。