具有可变桨距出口导叶的涡轮发动机的制作方法

本主题大体上涉及涡轮发动机，或者更具体地涉及用于涡轮发动机的可变桨距出口导叶的安装系统。

背景技术：

燃气涡轮发动机大体上包括芯部，其具有以串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作期间，发动机空气流提供至压缩机区段的入口，其中，一个或更多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到其到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩的空气混合并且焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送至涡轮区段。穿过燃烧区段的燃烧气体流驱动压缩机区段，并且接着发送穿过排气区段，例如，至大气。

在特定构造中，燃气涡轮发动机还包括机械地联接于芯部的风扇和多个出口导叶。例如，此类燃气涡轮发动机的风扇典型地包括由芯部的轴驱动的多个可旋转的叶片。多个叶片的旋转生成用于燃气涡轮发动机的推力。此外，多个出口导叶可从叶片引导空气流，以例如减小由燃气涡轮发动机生成的噪音的量，并且提高燃气涡轮发动机的性能。

在某些构造中，多个出口导叶能够围绕相应的桨距轴线旋转，以进一步提高燃气涡轮发动机的性能。各个相应的出口导叶的桨距轴线与由相应的出口导叶限定的压力中心对准。此类构造可在燃气涡轮发动机的操作期间减小相应的出口导叶上的旋转力的量。然而，在具有此类构造的硬件故障的情况中，出口导叶可缺省至变桨位置。此类构造可极大地降低燃气涡轮发动机的性能。补充的硬件可安装成防止出口导叶在故障的情况中缺省至变桨位置，但此类补充硬件可增加燃气涡轮发动机的成本和复杂性。因此，包括在硬件故障的情况中不缺省至变桨位置的可变桨距出口导叶的燃气涡轮发动机将是有益的。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述中为明显的，或者可通过实践本发明而学习。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种限定轴向方向和径向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括芯部发动机，其包括外壳，以及构造成与芯部发动机机械连通的风扇。燃气涡轮发动机还包括多个出口导叶，其沿轴向方向定位在风扇下游，并且从芯部发动机的外壳大体上沿径向方向向外延伸。各个出口导叶限定压力中心，以及大致平行于径向方向延伸的桨距轴线。各个出口导叶的桨距轴线定位在各个出口导叶的压力中心前方。

在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种限定轴向方向和径向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括芯部发动机，以及定位成与芯部发动机流动连通的风扇。燃气涡轮发动机还包括沿轴向方向定位在风扇下游的多个出口导叶，各个出口导叶限定压力中心和桨距变化轴线。燃气涡轮发动机还包括桨距变化机构，其构造成使一个或更多个出口导叶围绕它们的相应桨距轴线在桨距范围内旋转。各个相应的桨距轴线穿过桨距范围定位在相应的出口导叶的相应压力中心前方，使得出口导叶在燃气涡轮发动机的操作期间缺省至中性位置。

技术方案1. 一种燃气涡轮发动机，其限定轴向方向和径向方向，所述燃气涡轮发动机包括：

包括外壳的芯部发动机；

构造成与所述芯部发动机机械连通的风扇；以及

多个出口导叶，其沿所述轴向方向定位在所述风扇下游并且从所述芯部发动机的所述外壳大体上沿所述径向方向向外延伸，各个出口导叶限定压力中心和大致平行于所述径向方向延伸的桨距轴线，各个出口导叶的所述桨距轴线定位在各个出口导叶的所述压力中心前方。

技术方案2. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个出口导叶限定桨距角，并且其中所述多个出口导叶构造成围绕它们的相应桨距轴线旋转至至少大约加或减十度的桨距角。

技术方案3. 根据技术方案2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个出口导叶中的各个出口导叶的所述压力中心取决于相应的桨距角，并且其中当相应的出口导叶的所述桨距角在大约减十度至大约加十度之间时，各个出口导叶的所述桨距轴线定位在所述相应的出口导叶的所述压力中心前方。

技术方案4. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个出口导叶限定桨距角，并且其中所述多个出口导叶构造成围绕它们的相应桨距轴线旋转至至少大约加或减二十度的桨距角。

技术方案5. 根据技术方案4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个出口导叶中的各个出口导叶的所述压力中心取决于相应的桨距角而改变，并且其中当相应的出口导叶的所述桨距角在大约减二十度至大约加二十度之间时，各个出口导叶的所述桨距轴线定位在所述相应的出口导叶的所述压力中心前方。

技术方案6. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括：

附接机构，其将一个或更多个出口导叶附接于所述芯部发动机，并且构造成允许所述一个或更多个出口导叶围绕相应的桨距轴线的旋转。

技术方案7. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括：

桨距变化机构，其构造成使一个或更多个出口导叶围绕它们的相应桨距轴线旋转。

技术方案8. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇沿所述轴向方向定位在所述芯部发动机前方并且与所述芯部发动机流动连通。

技术方案9. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个出口导叶的所述桨距轴线穿过相应的出口导叶的桨距范围定位在所述相应的出口导叶的所述压力中心前方至少最少量，并且其中所述最少量为至少大约四英寸。

技术方案10. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机为无涵道单风扇燃气涡轮发动机。

技术方案11. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇为可变桨距风扇。

技术方案12. 一种燃气涡轮发动机，其限定轴向方向和径向方向，所述燃气涡轮发动机包括：

芯部发动机；

定位成与所述芯部发动机流动连通的风扇；

沿所述轴向方向定位在所述风扇下游的多个出口导叶，各个出口导叶限定压力中心和桨距变化轴线；以及

桨距变化机构，其构造成使一个或更多个出口导叶围绕它们的相应桨距轴线在桨距范围内旋转，各个相应的桨距轴线穿过所述桨距范围定位在相应出口导叶的相应压力中心前方，使得所述出口导叶在所述燃气涡轮发动机的操作期间缺省至中性位置。

技术方案13. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述桨距范围为至少大约二十度。

技术方案14. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述桨距范围为至少大约四十度。

技术方案15. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括：

附接机构，其将一个或更多个出口导叶附接于所述芯部发动机，并且构造成允许所述一个或更多个出口导叶围绕它们的相应桨距轴线旋转。

技术方案16. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇构造成与所述芯部发动机机械连通。

技术方案17. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇沿所述轴向方向定位在所述芯部发动机前方。

技术方案18. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个出口导叶的所述桨距轴线穿过所述相应出口导叶的所述桨距范围定位在所述相应出口导叶的所述压力中心前方至少最少量，并且其中所述最少量为至少大约四英寸。

技术方案19. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机为无涵道单风扇燃气涡轮发动机。

技术方案20. 根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述风扇为可变桨距风扇。

本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书的一部分中并且构成其的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：

图1为根据本主题的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。

图2为图1的示例性燃气涡轮发动机的前端的示意性截面视图。

图3为沿处于非变桨位置的图1的示例性燃气涡轮发动机的出口导叶的桨距轴线的截面视图。

图4为沿处于变桨位置的图1的示例性燃气涡轮发动机的出口导叶的桨距轴线的截面视图。

部件列表

10 涡扇喷气发动机

12 纵向或轴向中心线

14 风扇区段

16 芯部涡轮发动机

18 外机舱

20 入口

22 低压压缩机

24 高压压缩机

26 燃烧区段

28 高压涡轮

30 低压涡轮

32 喷气排气区段

34 高压轴/转轴

36 低压轴/转轴

38 风扇

40 叶片

42 盘

44 动力变速箱

46 可旋转的前毂

50 出口导叶

52 压力中心

56 空气

58 入口

60 空气的第一部分

62 空气的第二部分

64 发动机空气流动路径

74 燃烧气体

76 定子导叶

78 涡轮转子叶片

80 定子导叶

82 涡轮转子叶片

84 风扇喷嘴排气区段

86 热气体路径

88 附接机构

90 桨距改变机构

92 桨距角

94 弦线

96 参考平面

98 压力场。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标记来指示附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标记用于指示本发明的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"指示相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"指示流体流自的方向，并且"下游"指示流体流至的方向。

现在参照附图，其中相同的数字遍及附图指示相同元件，图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为本文中称为"涡扇发动机10"的高旁通涡扇喷气发动机10。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于出于参照提供的纵向中心线12延伸)，以及径向方向R。涡扇发动机10还限定周向方向(未绘出)。大体上，涡扇10包括风扇区段14和芯部发动机16，风扇区段14构造成与芯部发动机16机械连通并且定位成与其流动连通。

绘出的示例性芯部发动机16大体上包括大致管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18包封成串流关系的包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接于HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接于LP压缩机22。

此外，对于所绘实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接于盘42的多个风扇叶片40。如所绘，风扇叶片40从盘42大体上沿径向方向R向外延伸。风扇叶片40和盘42能够通过横跨动力变速箱44的LP轴36围绕纵向中心线12一起旋转。动力变速箱44包括多个齿轮，用于调整LP轴36的旋转速度。此外，对于所绘实施例，可变桨距风扇38的盘42由可旋转的前毂46覆盖，其空气动力地定轮廓成促进穿过多个风扇叶片40的空气流。

仍参照图1的示例性涡扇发动机10，示例性涡扇发动机10还包括多个沿周向间隔开的出口导叶50。多个出口导叶50沿轴向方向A定位在风扇38下游，并且从芯部发动机16的外壳18大体上沿径向方向R向外延伸。如将在下面参照图2更详细所论述，各个出口导叶50限定压力中心52和大体上平行于径向方向R延伸的桨距轴线P(图2)。值得注意地，对于所绘实施例，涡扇发动机10不包括包封风扇区段14和/或出口导叶50的任何外壳。因此，对于所绘实施例，涡扇发动机10可称为无涵道单风扇涡扇发动机10。

对于所绘示例性涡扇发动机10，风扇区段14或更具体地风扇区段14的风扇叶片40的旋转提供风扇发动机10的推进推力的大部分。此外，多个出口导叶50提供成提高风扇区段14的效率，以及提供其它益处，如例如，减小由风扇发动机10生成的噪音的量。

在涡扇发动机10的操作期间，一定体积的空气56越过风扇区段14的多个叶片40。一定体积的空气56的第一部分(即，空气的第一部分60)引导或发送到发动机空气流动路径64中，流动路径64延伸穿过压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和排气区段32。此外，一定体积的空气56的第二部分(即，空气的第二部分62)围绕芯部发动机16流动，绕过芯部发动机16。空气的第二部分62与空气的第一部分60之间的比率通常称为旁通比。

仍参照图1，空气的第一部分60的压力在其发送穿过LP压缩机22并且随后穿过HP压缩机24时增大。空气的压缩的第一部分60接着提供至燃烧区段26，其中，其与燃料混合并且焚烧来提供燃烧气体74。燃烧气体74发送穿过HP涡轮28，其中，来自燃烧气体74的热能和/或动能的一部分经由联接于外壳18的HP涡轮定子导叶76和联接于HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片78的连续级抽取，因此引起HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体74接着发送穿过LP涡轮30，其中，热能和动能的第二部分从燃烧气体74经由联接于外壳18的LP涡轮定子导叶80和联接于LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片82的连续级抽取，因此引起LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。燃烧气体74随后发送穿过芯部发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力来补充由风扇区段14提供的推进推力。

现在参照图2，提供了图1的示例性涡扇发动机10的前端的近视截面视图。如所示，涡扇发动机10还包括将出口导叶50中的一个或更多个附接于芯部发动机16的至少一个附接机构88。在某些示例性实施例中，涡扇发动机10可包括多个附接机构88，各个独立附接机构88将独立的出口导叶50附接于芯部发动机16。例如，涡扇发动机10可包括多个附接机构88，其以大体上环形的环构造成将多个独立的出口导叶50附接于芯部发动机16。然而，作为备选，在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可包括单个附接机构88，其构造成将多个出口导叶50中的各个附接于芯部发动机16。

此外，涡扇发动机10包括桨距变化机构90，其构造使出口导叶50中的一个或更多个围绕它们的相应桨距轴线P旋转。例如，在某些示例性实施例中，桨距变化机构90可包括齿条和小齿轮的齿轮系统，其构造成使多个出口导叶50围绕它们的相应桨距轴线P一齐旋转。然而，在其它示例性实施例中，可提供任何其它适合的桨距变化机构90。例如，在其它示例性实施例中，可提供多个专用的桨距变化机构90，其中各个专用桨距变化机构90构造成使独立的出口导叶50围绕它们的相应桨距轴线P旋转。桨距变化机构90可大体上构造成使一个或更多个出口导叶50在非变桨位置与变桨位置之间旋转，在该非变桨位置，出口导叶50限定大约零度的桨距角92(图3)，在该变桨位置，出口导叶50限定大于或小于大约零的桨距角92(例如，图4)。

如前文所述，出口导叶50中的各个还限定压力中心52。此外，如图2中所指示，各个出口导叶50的桨距轴线P定位在用于各个出口导叶50的压力中心52的前方。如本文中使用的，第一点在第一点沿轴向方向A比第二点更接近涡扇发动机10的前端时“定位在第二点的前方”。例如，燃烧区段定位在用于绘出的涡扇发动机10(图1)的涡轮区段的前方。此类构造可确保多个出口导叶50在涡扇发动机10的操作期间的机械故障的情况中缺省至中性位置(即，非变桨位置，图3)。值得注意地，如本文中使用的，由出口导叶50限定的压力中心52是指压力场的总和施加在出口导叶50上的点，例如，出口导叶50上的所有空气动力压力可由不具有力矩的单个空气动力力矢量表示的点。

现在参照图3和4，提供了如沿其桨距轴线P看到的图2的出口导叶50的截面视图。对于图3和4的实施例，出口导叶50构造为大体上具有"泪珠"形状的对称翼型件。然而，在其它示例性实施例中，出口导叶50可改为限定任何其它适合的对称或非对称形状或构造。如所述，出口导叶50构造成围绕它们的相应桨距轴线P旋转。图3绘出了处于非变桨位置的图2的出口导叶50，使得出口导叶50限定大约零度的桨距角92。如本文中使用的，桨距角92是指限定在出口导叶50的弦线94与大体上延伸穿过桨距轴线P且沿涡扇发动机10的轴向方向A延伸的参考平面96之间的角。出口导叶50的各个表面上的压力场98以影线绘出。在合计时，压力场98揭示如标记的出口导叶50的压力中心52。当出口导叶50处于非变桨位置时，出口导叶50的桨距轴线P定位在出口导叶50的压力中心52前方。

此外，现在具体参照图4，出口导叶50绘制在变桨位置。例如，如上文简要论述的，出口导叶50可构造成通过桨距变化机构90围绕它们的相应桨距轴线P旋转至桨距范围(即，出口导叶50的可能的桨距角92的范围)内的期望的桨距角92。在某些示例性实施例中，出口导叶50可构造成围绕它们的相应桨距轴线P旋转至至少大约加或减十度的桨距角92(即，至少大约二十度的桨距范围)、至至少大约加或减十五度的桨距角92(即，至少大约三十度的桨距范围)、至至少大约加或减二十度的桨距角92(即，至少大约四十度的桨距范围)，或至至少大约加或减二十五度的桨距角92(即，至少大约五十度的桨距范围)。对于图4的实施例，出口导叶50绘制为围绕其桨距轴线P旋转至至少大约加二十度的桨距角92。应当认识到的是，如本文中使用的，用语近似如"大约"或"近似"是指在百分之十(10%)的误差裕度内。

在图4中绘出的出口导叶50的各个表面上的压力场98又以影线示出。在合计时，压力场98又揭示如标记的出口导叶50的压力中心52。值得注意地，出口导叶50的压力中心52取决于桨距角92变化。更具体而言，出口导叶50的压力中心52大体上随桨距角92增大而向前移动—沿用于绘出的实施例的弦线94。然而，对于绘出的实施例，出口导叶50的桨距轴线P仍定位在压力中心52的前方，即使压力中心52沿出口导叶50的弦线94向前移动(由于桨距角92因将出口导叶50围绕其桨距轴线P旋转至变桨位置的增大)。更具体而言，各个相应的桨距轴线P穿过桨距范围定位在相应的出口导叶50的相应压力中心52前方，使得出口导叶50在涡扇发动机10的操作期间缺省至中性位置。

不论出口导叶在变桨位置或非变桨位置，具有限定压力中心52前方的桨距轴线P的多个出口导叶50的涡扇发动机10可提供较安全的发动机。更具体而言，在例如构造有多个出口导叶50中的一个或更多个的一个或更多个桨距变化机构90故障的情况中，受影响的出口导叶50将缺省至中性位置或非变桨位置(图3)，使得对涡扇发动机10的性能的影响将最小化。

此外，大体上参照图2至4，各个出口导叶50的桨距轴线P遍及相应的出口导叶50的桨距范围定位在相应的出口导叶50的压力中心52前方至少最少量。例如，在某些示例性实施例中，各个出口导叶50的桨距轴线P可穿过相应的出口导叶50的桨距范围定位在相应的出口导叶50的压力中心52前方至少大约四英寸。然而，在其它示例性实施例中，各个出口导叶50的桨距轴线P可穿过相应的出口导叶50的桨距范围定位在相应的出口导叶50的压力中心52前方至少大约八英寸、至少大约十二英寸或至少大约十六英寸。作为备选，在又一些示例性实施例中，各个出口导叶50的桨距轴线P可穿过相应的出口导叶50的桨距范围定位在相应的出口导叶50的压力中心52前方小于大约四英寸。此类构造可进一步确保在机械故障的情况中出口导叶50缺省至中性位置。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。