具有单独的核心和推进单元的燃气涡轮机发动的制造方法
【专利摘要】燃气涡轮机发动机包括被安装为绕第一轴线旋转的推进单元和被安装为绕第二轴线旋转的核心发动机，并且其中，第一和第二轴线不平行。燃气涡轮机包括推进单元，推进单元由与推进单元相邻的自由涡轮机和相关的风扇驱动的推进单元，并且具有包括压缩机、燃烧器和涡轮机部段的燃气发电机核心发动机。还公开了方法。
【专利说明】具有单独的核心和推进单元的燃气涡轮机发动机
【技术领域】
[0001]本申请涉及燃气涡轮机发动机，其中，核心发动机被安装为与推进单元分离。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮机发动机是已知的，并且通常包括将空气的第一部分传送到旁路管道并将空气的第二部分传送到通向压缩机部段的核心流的风扇。空气在压缩机中被压缩并且向下游被传送到燃烧部段中，在该处所述空气与燃料混合并点火。此燃烧的产物横穿涡轮机转子，涡轮机转子被驱动以旋转，并继而旋转压缩机和风扇部段。过去，一个涡轮机部段以相同速度驱动压缩机级和风扇。近来，已经提出包括齿轮减速器，诸如，风扇可以以比压缩机级更低的速度旋转。利用此布置，可增大风扇的外径，并且可减小涡轮机和压缩机部段的外径。
[0003]过去，风扇和压缩机共轴地安装，并且由位于发动机后端的涡轮机驱动，其中风扇和压缩机位于前端。通常在不移除作为组合单元的同心旋转涡轮机、压缩机和风扇的情况下不能检修发动机的任何部分。至少，检修由于这些部段之间的内部关系而变得复杂。
[0004]安装燃气涡轮机发动机的另一个挑战涉及所谓的“盘破裂区”。此区是来自核心发动机的破裂碎片可被驱动所在的区域。
[0005]盘破裂区围绕燃气涡轮机发动机的最后级延伸约30°。燃气涡轮机发动机通常通过塔架被安装在机翼上。机翼还包括燃料罐。存在对当前燃气涡轮机发动机的安装的限制，这是因为盘破裂区不能延伸通过燃料罐。因此燃气涡轮机发动机通常必要被安装在机翼稍微靠前的部位上。
【发明内容】
[0006]在一个特征实施例中，燃气涡轮机发动机具有推进单元，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇绕第一轴线旋转。核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机。所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机。所述压缩机和所述核心发动机涡轮机绕第二轴线旋转。第一轴线和第二轴线互相不平行。
[0007]在根据前述实施例的另一实施例中，齿轮减速装置位于自由涡轮机和风扇之间。
[0008]在根据前述实施例的另一实施例中，在第一轴线和第二轴线之间限定角度。所述角度具有沿将会接近供安装所述燃气涡轮机发动机的机翼的方向延伸的分量。
[0009]在根据前述实施例的另一实施例中，在第一轴线和第二轴线之间限定角度。所述角度的范围大于零并小于或等于约90°。
[0010]在根据前述实施例的另一实施例中，所述风扇将空气传送到主管道中。所述主管道具有将一部分空气从所述主管道导出到转向管道中的入口，所述转向管道将空气供给到所述压缩机中。
[0011]在根据前述实施例的另一实施例中，所述转向管道大致使空气流动方向反转而从所述主管道到达所述压缩机中。
[0012]在根据前述实施例的另一实施例中，所述自由涡轮机下游的气体出口延伸回到所述主管道中。
[0013]在根据前述实施例的另一实施例中，所述出口通过延伸跨过所述主管道的支杆延伸到所述主管道中。
[0014]在根据前述实施例的另一实施例中，所述支杆位于所述转向管道将空气从所述主管道导出所在的位置的上游。
[0015]在根据前述实施例的另一实施例中，具有在所述自由涡轮机下游的所述气体出口的所述支杆与进入所述转向管道的所述入口周向地间隔开。
[0016]在根据前述实施例的另一实施例中，连接管道将所述核心发动机涡轮机连接到所述自由涡轮机。
[0017]在根据前述实施例的另一实施例中，所述连接管道是用于将所述核心发动机安装到翼的安装位置。
[0018]在根据前述实施例的另一实施例中，在所述核心发动机中存在两个涡轮机级和两个压缩机级。
[0019]在根据前述实施例的另一实施例中，所述推动单元被定位成使其自由涡轮机和风扇位于所述燃气涡轮机发动机的前端。所述核心发动机从所述推进单元向后间隔开并与所述推进单元分离。
[0020]在另一特征实施例中，航空器具有翼和塔架，所述塔架将燃气涡轮机发动机安装到所述翼。所述燃气涡轮机发动机包括推进单元和核心发动机，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇绕第一轴线旋转，所述核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机。所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机，并且所述压缩机和所述核心发动机涡轮机绕第二轴线旋转。所述第一轴线和第二轴线互相不平行。
[0021]在根据前述实施例的另一实施例中，在所述第一轴线和所述第二轴线之间可限定角度。所述角度具有沿将会接近供安装所述燃气涡轮机发动机的机翼的方向延伸的分量。
[0022]在根据前述实施例的另一实施例中，连接管道将所述核心发动机涡轮机连接到所述自由涡轮机。
[0023]在根据前述实施例的另一实施例中，所述连接管道是用于将所述核心发动机安装到所述翼的安装位置。
[0024]在根据前述实施例的另一实施例中，支杆从所述塔架延伸以便被连接到所述连接管道。
[0025]在根据前述实施例的另一实施例中，在所述核心发动机中存在两个涡轮机级和两个压缩机级。
[0026]在另一特征实施例中，燃气涡轮机发动机具有推进单元，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇。核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机。所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机。所述压缩机和所述核心发动机涡轮机被定位成相对于所述推进单元朝向所述燃气涡轮机发动机的出口端。所述核心发动机与所述推进单元分离。
[0027]在根据前述实施例的另一实施例中，所述核心发动机压缩机从主空气管道接收空气。所述风扇将空气传送到所述主空气管道中。被传送到所述核心发动机压缩机中的所述空气被压缩、被传送到所述燃烧部段中，燃烧产物经过涡轮机转子从而沿朝向所述风扇往回的方向前进。所述自由涡轮机接收所述核心发动机涡轮机下游的燃烧产物。连接管道将所述核心发动机连接到所述自由涡轮机。
[0028]在根据前述实施例的另一实施例中，所述核心发动机绕与所述自由涡轮机和所述风扇的旋转轴线共线的轴线旋转。
[0029]在根据前述实施例的另一实施例中，所述风扇位于主空气管道的入口端处。所述自由涡轮机相对于沿所述风扇的旋转轴线并且从所述主管道的入口端朝向出口端延伸的轴向尺寸来说位于所述入口端和所述核心发动机之间。
[0030]在另一特征实施例中，将燃气涡轮机发动机安装到机翼的方法包括:提供推进单元，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇绕第一轴线旋转；以及将核心发动机连接到所述自由涡轮机。所述核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机。所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机。所述压缩机和所述核心发动机涡轮机绕第二轴线旋转。所述第一轴线和第二轴线互相不平行。所述第二轴线被选择成使得盘破裂区相对于机翼向前移动，从而使得包括所述推进单元和所述核心发动机的燃气涡轮机发动机能够在所述机翼上被安装得更靠后。
[0031 ] 在根据前述实施例的另一实施例中，所述第一轴线和第二轴线之间的角度被选择以控制所述盘破裂区的期望移动量。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1示意性地示出现有技术的燃气涡轮机发动机。
[0033]图2是本发明的燃气涡轮机发动机的剖视图。
[0034]图3是图2的发动机的一部分的局部视图；
图4是替代性实施例。
【具体实施方式】
[0035]图1示意性地图示已知的燃气涡轮机发动机20。燃气涡轮机发动机20在本文中被公开为通常包括风扇部段22、压缩机部段24、燃烧器部段26和涡轮机部段28的双轴涡轮风扇发动机。除其它系统或特征之外，替代性的发动机可包括推力增强装置部段(未示出)。风扇部段22沿旁路流路驱动空气；而压缩机部段24沿核心流路驱动空气，以便使得空气被压缩并传输到燃烧器部段26中、然后通过涡轮机部段28膨胀。尽管在所公开的非限制性实施例中被描述为涡轮风扇燃气涡轮机发动机，但是应该理解在此描述的构思不限于与涡轮风扇涡轮机发动机一起使用，因为本教导可应用于包括三轴架构的其它类型的涡轮机发动机。
[0036]发动机20通常包括被安装为绕发动机的中心纵向轴线C相对于发动机静止结构36旋转的低速轴30和高速轴32。
[0037]低速轴30通常包括使风扇42、低压压缩机44和低压涡轮机46互相连接的内轴40。内轴40通过齿轮连接架构48连接到风扇42，以用比低速轴30低的速度驱动风扇42。高速轴32包括使高压压缩机52和高压涡轮机54互相连接的外轴54。内轴40和外轴50是同心的，并且绕与它们的纵向轴线共线的发动机中心纵向轴线C旋转。
[0038]核心空气流被低压压缩机44然后被高压压缩机52压缩，在燃烧器56中与燃料混合并燃烧，然后在高压涡轮机54和低压涡轮机46上膨胀。涡轮机46、54响应于所述膨胀而旋转地驱动各个低速轴30和高速轴32。
[0039]机翼352被示出具有安装在发动机稍微靠前部位处的燃气涡轮机发动机20。塔架351将燃气涡轮机发动机安装到翼352。如图所示，盘破裂区A横跨燃气涡轮机发动机的出口点延伸约30°。这是这样的区域，在此区域中，燃气涡轮机发动机的可能破裂的部分(诸如转子盘的部分)例如可向外飞并损坏翼。在设计燃气涡轮机发动机的安装位置时的一个限制是盘破裂区A不能延伸穿过供安装燃料罐400 (示意性地示出)的区域。因此，在过去，这在某种程度上限制燃气涡轮机发动机的安装。
[0040]如图1所示，涡轮机、压缩机都在与延伸的轴30/32共同的轴线上相互关联和旋转。如图1所示，在一定程度上难以将涡轮机、压缩机或风扇彼此分开地移除，以便检修。
[0041]图2示出本发明的发动机100。空气(在114)接近风扇转子111，风扇转子111被驱动以与风扇轮毂I1 —起旋转。通过齿轮减速器118来驱动轴120，所述齿轮减速器继而由轴125驱动。通过自由涡轮机127驱动轴125。管道310传输来自核心发动机130的燃烧产物，核心发动机130包括低压涡轮机170、高压涡轮机160、燃烧器155和压缩机部段，压缩机部段包括高压压缩机150和低压压缩机145。轴165使得低压轴旋转，低压轴175使得高压轴旋转。
[0042]入口管道195将空气从转向管道185传输到低压压缩机145。开口 190从主管道105获取空气。塔架200将发动机100安装到机翼352。
[0043]包括压缩机部段145、150、燃烧器155和压缩机部段160、170的核心发动机130的中心线X从轴120/125的中心线C偏移角度B。因此，风扇转子111绕轴线C旋转，而核心发动机130绕偏移以角度B的轴线X旋转。角度B可以是某个非零角度，或者如下所述在至少一些实施例中可以为零。在偏移地定位核心发动机的实施例中，角度B可以大于零并小于或等于约90°。应该注意，可以采用其它角度。破裂区特征在此范围内最大化。
[0044]为了图2实施例的目的并且为了移动破裂区A，角度B应该大于零。
[0045]如进一步示出的，支杆210从塔架200延伸并安装到管道310。
[0046]在发动机100中，所有空气都被传送到管道105中，而不是将空气传送到在发动机的风扇侧的核心空气流中。包括自由涡轮机127、齿轮减速装置118和风扇转子111的推进单元将此空气传送越过支杆116并到达整流罩411的出口 410。这为发动机提供大量推力。进入转向管道185的入口 190获取一部分空气并将它传送到压缩机145的入口 195。空气被压缩、传送到较高压压缩机部段150、燃烧部段155中并横穿涡轮机160和170，所述涡轮机160和170继而驱动压缩机150和145。涡轮机部段170下游的空气穿过管道310，并且被驱动横穿自由涡轮机127。自由涡轮机127驱动齿轮减速装置118，以继而致使风扇叶片111旋转。
[0047]自由涡轮机部段127下游的空气向外回传并通过支杆116中的开口进入管道105中。
[0048]如图2所示，由于核心发动机130被安置在与轴线C不平行的轴线处，因此盘破裂区A远离翼352向前地移位或成角度。现在，相比现有技术情形，发动机可在翼下面被安装得更向后。实质上，只要轴线X被安装为朝向翼352延伸，被安装在不与推进单元的轴线C平行的轴线处的核心发动机就可获得此益处。就是说，如果角度B具有从推进单元驱动轴线C朝向翼352延伸的至少一个分量，则将实现盘破裂区A的这种向前移动。可通过改变角度B的大小来控制移动量。根据以上公开内容，选择角度B以将盘破裂区A定位成使得发动机可被安装得在翼下面更向后的方法也是显而易见的。
[0049]如图3所示，存在将空气传送回管道105的多个支杆116。通常，将空气传送到管道的支杆不与进入转向管道185的开口 190对齐。
[0050]图4示意性地示出实施例600。如图所示，核心发动机608可将气流从入口管道606传输通过如图2所示的压缩机和涡轮机部段。核心发动机608的涡轮机部段的下游的燃烧产物传入连接管道610，然后横穿自由涡轮机612。自由涡轮机612可驱动风扇转子602。来自自由涡轮机612的出口气体可被引导通过支杆614并进入主管道604。如图所示，存在包括自由涡轮机612和风扇转子602的单独的推进单元。在一些实施例中，单独的推进单元也可包括齿轮减速装置。单独的推进单元位于燃气涡轮机发动机600的入口前方或朝向该入口，而核心发动机从推进单元向后间隔开并且与推进单元分离。利用此实施例，相比于现有技术，简化了相对于推进单元来检修核心发动机。
[0051]风扇602位于主空气管道604的入口端处。自由涡轮机相对于沿风扇的旋转轴线并且从主管道的入口端朝向出口端延伸的轴向尺寸来说位于所述入口端和核心发动机608之间。
[0052]与本申请同日提交的名称为“Gas Turbine Engine With Modular Cores and
Propuls1n Unit”的共同在审美国专利申请序列号N0._中公开了在给定单独的推进单元和核心发动机下可流动(更具体地，提供模块化发动机的能力)的进一步修改。
[0053]尽管已经公开了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将明白，在本发明的范围内可进行某些修改。为此，应该研究以下权利要求以确定本发明的实质范围和内容。
【权利要求】
1.一种燃气润轮机发动机，包括: 推进单元，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇绕第一轴线旋转； 核心发动机，所述核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机，所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机，并且所述压缩机和所述核心发动机涡轮机绕第二轴线旋转；以及 所述第一轴线和第二轴线互相不平行。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机发动机，其中，齿轮减速装置被设置在所述自由涡轮机和所述风扇之间。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮机发动机，其中，在所述第一轴线和所述第二轴线之间限定角度，所述角度具有沿将会接近供安装所述燃气涡轮机发动机的机翼的方向延伸的分量。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮机发动机，其中，在所述第一轴线和所述第二轴线之间限定角度，所述角度的范围大于零并且小于或等于90°。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述风扇将空气传送到主管道中，所述主管道具有将一部分空气从所述主管道导出到转向管道中的入口，所述转向管道将空气供给到所述压缩机中。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述转向管道大致使空气流动方向反转而从所述主管道到达所述压缩机中。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述自由涡轮机下游的气体出口延伸回到所述主管道中。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述出口通过延伸跨过所述主管道的支杆延伸到所述主管道中。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述支杆位于所述转向管道将空气从所述主管道导出所在的位置的上游。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮机发动机，其中，具有在所述自由涡轮机下游的所述气体出口的所述支杆与进入所述转向管道的所述入口周向地间隔开。
11.根据权利要求1所述的燃气涡轮机发动机，其中，连接管道将所述核心发动机涡轮机连接到所述自由涡轮机。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述连接管道是用于将所述核心发动机安装到翼的安装位置。
13.根据权利要求1所述的燃气涡轮机发动机，其中，在所述核心发动机中存在两个涡轮机级和两个压缩机级。
14.根据权利要求1所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述推动单元被定位成使其自由涡轮机和风扇位于所述燃气涡轮机发动机的前端，并且所述核心发动机从所述推进单元向后间隔开并与所述推进单元分离。
15.—种航空器,包括: 翼和塔架，所述塔架将燃气涡轮机发动机安装到所述翼；以及 所述燃气涡轮机发动机，所述燃气涡轮机发动机包括推进单元和核心发动机，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇绕第一轴线旋转，所述核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机，所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机，并且所述压缩机和所述核心发动机涡轮机绕第二轴线旋转，所述第一轴线和第二轴线互相不平行。
16.根据权利要求15所述的航空器，其中，在所述第一轴线和所述第二轴线之间可限定角度，所述角度具有沿将会接近供安装所述燃气涡轮机发动机的机翼的方向延伸的分量。
17.根据权利要求15所述的航空器，其中，连接管道将所述核心发动机涡轮机连接到所述自由涡轮机。
18.根据权利要求15所述的航空器，其中，所述连接管道是用于将所述核心发动机安装到所述翼的安装位置。
19.根据权利要求18所述的航空器，其中，支杆从所述塔架延伸以便被连接到所述连接管道。
20.根据权利要求15所述的航空器，其中，在所述核心发动机中存在两个涡轮机级和两个压缩机级。
21.—种燃气润轮机发动机,包括: 推进单元，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇； 核心发动机，所述核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机，所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机，并且所述压缩机和所述核心发动机涡轮机被定位成相对于所述推进单元朝向所述燃气涡轮机发动机的出口端，并且所述核心发动机与所述推进单元分离。
22.根据权利要求21所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述核心发动机压缩机从主空气管道接收空气，所述风扇将空气传送到所述主空气管道中，并且被传送到所述核心发动机压缩机中的所述空气被压缩、被传送到所述燃烧部段中，燃烧产物经过涡轮机转子从而沿朝向所述风扇往回的方向前进，并且所述自由涡轮机接收所述核心发动机涡轮机下游的燃烧产物，并且连接管道将所述核心发动机连接到所述自由涡轮机。
23.根据权利要求21所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述核心发动机绕与所述自由涡轮机和所述风扇的旋转轴线共线的轴线旋转。
24.根据权利要求21所述的燃气涡轮机发动机，其中，所述风扇位于主空气管道的入口端处，并且所述自由涡轮机相对于沿所述风扇的旋转轴线并且从所述主管道的入口端朝向出口端延伸的轴向尺寸来说位于所述入口端和所述核心发动机之间。
25.—种将燃气润轮机发动机安装到机翼的方法,包括: 提供推进单元，所述推进单元包括风扇和自由涡轮机，所述自由涡轮机被连接成驱动所述风扇绕第一轴线旋转；以及将核心发动机连接到所述自由涡轮机，所述核心发动机至少包括压缩机、燃烧部段和涡轮机，所述核心发动机涡轮机被连接成驱动所述压缩机，并且所述压缩机和所述核心发动机涡轮机绕第二轴线旋转，其中，所述第一轴线和第二轴线互相不平行，并且所述第二轴线被选择成使得盘破裂区相对于机翼向前移动，从而使得包括所述推进单元和所述核心发动机的燃气涡轮机发动机能够在所述机翼上被安装得更靠后。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一轴线和第二轴线之间的角度被选择以控制所述盘破裂区的期望移动量。
【文档编号】F02C7/00GK104220738SQ201380008749
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年2月5日 优先权日:2012年2月10日
【发明者】G.L.苏丘, W.K.罗尔德, C.戴 申请人:联合工艺公司