[发明专利]齿轮传动式涡轮风扇中的高负荷入口管道

说明书

本发明公开了一种气体涡轮引擎(10)，该气体涡轮引擎包括：入口管道(50)，该入口管道用于将核心引擎气流(A)引导至压缩机(14)；以及引擎区段定子(52)，该引擎区段定子被布置在该压缩机(14)的上游的该入口管道(50)中，该引擎区段定子包括多个轮叶(54)，该轮叶具有在该入口管道(50)中限定第一环带区域(A1)的相应前缘(64)，该引擎区段定子轮叶(54)的中间跨度前缘点(66)被布置在第一半径(R1)处。该压缩机(14)包括具有一排第一叶片(62)的第一转子(60)，该第一叶片具有限定第二环带区域(A2)的相应前缘(68)；该压缩机第一叶片(62)的中间跨度前缘点(70)被布置在第二半径(R2)处并且在距该引擎区段定子轮叶中间跨度前缘点(66)轴向距离(L)处。该第二环带区域(A2)与该第一环带区域(A1)的比率(A2/A1)等于或大于0.75，并且该第一半径(R1)与该第二半径(R2)之间的差值(ΔR)与该轴向距离(L)的比率(ΔR/L)等于或大于0.23。

技术领域

本公开整体涉及气体涡轮引擎，并且更具体地涉及齿轮传动式气体涡轮引擎。

背景技术

气体涡轮引擎用于为飞行器、船舶、发电机等提供动力。气体涡轮引擎通常包括以轴流式串联的进气口、围绕主旋转轴线旋转的风扇、一个或多个压缩机、燃烧器、一个或多个涡轮，以及排气喷嘴。进入进气口的空气被风扇加速以产生两股气流：进入核心中的第一气流(核心气流)和经过旁路管道以提供推进推力的第二气流(旁路气流)。

通过入口管道进入核心的空气由引擎区段定子(ESS)或核心入口定子朝向压缩机引导，在压缩机中被压缩、与燃料混合，然后被馈送到燃烧器中，在燃烧器中空气/燃料混合物发生燃烧。高温和高能排放流体继而被馈送到涡轮，在该涡轮处流体的能量被转化成机械能，以通过合适的互连轴驱动压缩机旋转。

旁路气流与核心气流之间的质量比被称为旁路比率。在亚音速飞行器速度下，为了获得高推进效率，需要大的旁路比率。

最近已提出了齿轮传动式涡轮风扇。在齿轮传动式涡轮风扇中，压缩机经由减速齿轮箱联接到风扇，这允许风扇旋转得比压缩机慢。当风扇旋转得较慢时，风扇直径可以增大，因此旁路比率也可以增大。

飞行器的气体涡轮引擎有许多相抵触的要求和参数。它们必须具有低燃料燃烧量，同时还必须重量轻并且尺寸小。

风扇速度与压缩机速度的这种脱节大幅度地开启了用于风扇和核心的设计空间。因此，在引入减速齿轮箱的情况下，常规的气体涡轮引擎核心和风扇的尺寸可能不是最佳的。

例如，当压缩机旋转得较快时，叶片速度可能超过最佳值，从而导致高马赫数、低效率和更大的噪声。因此，压缩机通常沿径向向内移动以减小叶片速度。

另外，在风扇后缘与ESS之间可能存在有限的半径变化。因为EES的径向位置主要由风扇尺寸确定，所以随着风扇直径增大，ESS沿径向向外移动以减小风扇后缘与ESS之间的半径变化。

换句话讲，压缩机与ESS之间的半径差值在齿轮传动式涡轮风扇中增大。为了应对半径的这种增大的差值，入口管道被制造得更长，这导致引擎较重、效率较低且更昂贵。

因此，需要具有改进的入口管道的齿轮传动式气体涡轮引擎，以便至少部分地克服上文提到的缺点。

发明内容