本发明涉及航空领域，更具体地涉及一种航空燃气涡轮发动机。
背景技术：
传统的双轴直驱涡轮风扇发动机转子主要由风扇、低压压气机、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮组成，其中高压压气机和高压涡轮连接成高压转子，风扇、低压压气机和低压涡轮连接形成低压转子。在大推力高涵道比大客发动机中，风扇和低压压气机共同由低压涡轮直接驱动，风扇转子后设计有3～5级低压压气机，是为了提高发动机的总压比和空气流量。由于受到风扇切线速度的限制，低压压气机和低压涡轮只能和风扇转子一起工作在较低的转速下。这样，低压压气机和涡轮并非在最佳转速下运转，限制了低压压气机的工作能力，以及使得低压涡轮的级数较多，低压涡轮级数的增多，意味着发动机重量的增加。然而，发动机重量问题也是目前发动机发展的一大制约因素。
对于航空发动机，高总压比、高涵道比和低耗油率是发动机高性能的重要指标。提高总压比和降低低压涡轮级数是未来发动机发展的瓶颈。如果能在不颠覆传统结构的前提下，通过改变局部结构达到提高发动机总压比，甚至降低发动机重量，这将给航空业带来很好的前景。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种航空燃气涡轮发动机，该航空燃气涡轮发动机的风扇和低压压气机通过齿轮箱从高压涡轮提取功率，从而可以取消航空燃气涡轮发动机的低压涡轮。
为实现所述目的的航空燃气涡轮发动机，包括高压转子、风扇转子、低压压气机和齿轮箱，所述齿轮箱包括太阳轮、行星轮、行星架和外齿圈，所述行星轮围绕所述太阳轮设置并且与所述太阳轮啮合，所述外齿圈围绕所述行星轮设置并且与所述行星轮啮合，所述行星轮安装在所述行星架上且相对于所述行星架保持固定；所述太阳轮的齿数少于所述外齿圈的齿数；
所述高压转子与所述太阳轮连接，所述风扇转子与所述行星架连接，所述低压压气机与所述外齿圈连接；
所述风扇转子的转速与所述行星架转速的大小和方向相同，所述低压压气机的转速与所述外齿圈转速的大小和方向相同；
所述高压转子能够驱动所述太阳轮自转，所述太阳轮能够驱动所述行星轮围绕所述太阳轮公转，所述行星轮公转的方向与所述太阳轮自转的方向相反；
所述行星架能够跟随所述行星轮围绕所述太阳轮进行转动，并且所述行星架转速的大小和方向与所述行星轮公转速度的大小和方向相同；
所述行星轮能够驱动所述外齿圈进行转动，并且所述外齿圈转速的大小大于所述行星轮公转的速度大小，所述外齿圈转动的方向与所述行星轮公转的方向相同。
所述的航空燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述航空燃气涡轮发动机还包括高压涡轮和高压压气机，所述高压涡轮和所述高压压气机连接形成所述高压转子。
所述的航空燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述航空燃气涡轮发动机还包括高压涡轮和高压压气机，所述高压涡轮和所述高压压气机连接形成所述高压转子。
所述的航空燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述行星轮的数量为五个，并且沿所述太阳轮的周向均匀分布。
所述的航空燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述行星轮与所述行星架为一体成型制造。
所述的航空燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述行星架与所述风扇转子通过轴承连接。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的航空燃气涡轮发动机，其风扇和低压压气机可以通过齿轮箱从高压涡轮提取功率，从而可以取消航空燃气涡轮发动机的低压涡轮，从而可以减轻发动机重量，缩短发动机总长，减小发动机体积。风扇转子和低压压气机转子转速分别由高压转子控制，转子间的相互转速比由齿轮箱传动比控制。风扇转子可以在较低转速下独立运转，保证风扇的切线速度。风扇增压级转子可以在较高的最佳转速下独立运转，可以提高低压压气机传动比，进一步提高发动机总压比。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为比较例中航空燃气涡轮发动机的示意图；
图2为本发明中航空燃气涡轮发动机的示意图；
图3为图2中a处的放大图；
图4为本发明中齿轮箱的啮合原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
需要注意的是，图1至图4均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
如图1所示，在一个比较例中，航空燃气涡轮发动机100由风扇101、低压压气机102、中介机匣103、高压压气机104、燃烧室105、高压涡轮106、涡轮级间机匣107、低压涡轮108和涡轮后机匣109这几大部件组成。其中，风扇101、低压压气机102和低压涡轮108连接形成低压转子110，风扇101和低压压气机转子从低压涡轮108提取功率转动，高压压气机104和高压涡轮106连接形成高压转子111，高压压气机104从高压涡轮106提取功率转动。
继续参考图1，风扇101与低压压气机102连接成一体并具有相同的转速，由于受到风扇101切线速度的限制，低压压气机102和低压涡轮108只能和风扇101一起工作在较低的转速下。这样，低压压气机102并非在最佳转速下运转，限制了低压压气机102的工作能力，同时使得低压涡轮108的级数较多，低压涡轮108的级数的增多，意味着发动机重量的增加。
为解决上述问题，本发明的一个实施例中，提供如下的一种航空燃气涡轮发动机200。航空燃气涡轮发动机200取消了低压涡轮。
具体地，航空燃气涡轮发动机200包括高压转子218、风扇转子219、低压压气机202和齿轮箱208，齿轮箱208包括太阳轮209、行星轮210、行星架212和外齿圈211，行星轮210围绕太阳轮209设置并且与太阳轮209啮合，外齿圈211围绕行星轮210设置并且与行星轮210啮合，行星轮210安装在行星架212上且相对于行星架212保持固定；太阳轮209的齿数少于外齿圈211的齿数；行星轮210与行星架212可通过一体成型制造，使得行星轮210相对于行星架212不发生转动，从而避免行星轮210发生自转。行星轮210与行星架212之间也可以设置锁定机构，使得行星轮210相对于行星架212不发生转动，从而避免行星轮210发生自转。
高压转子218与太阳轮209连接，风扇转子219与行星架212连接，低压压气机202与外齿圈211连接；可选地，行星架212与风扇转子219通过轴承220连接。
风扇转子219的转速与行星架212转速的大小和方向相同，低压压气机202的转速与外齿圈211转速的大小和方向相同；
高压转子218能够驱动太阳轮209自转，太阳轮209能够驱动行星轮210围绕太阳轮209公转，行星轮210公转的方向与太阳轮209自转的方向相反；
行星架212能够跟随行星轮210围绕太阳轮209进行转动，并且行星架212转速的大小和方向与行星轮210公转速度的大小和方向相同；
行星轮210能够驱动外齿圈211进行转动，并且外齿圈211转速的大小大于行星轮210公转的速度大小，外齿圈211转动的方向与行星轮210公转的方向相同。
航空燃气涡轮发动机还包括高压涡轮206和高压压气机204，高压涡轮206和高压压气机204连接形成高压转子218。可选地，行星轮210的数量为五个，并且沿太阳轮209的周向均匀分布。
继续参考图2，航空燃气涡轮发动机还包括中介机匣203、燃烧室205和涡轮后机匣207。齿轮箱208布置在风扇201和高压压气机204之间，高压压气机204与高压涡轮206形成高压转子218，高压转子218支承在轴承215和轴承216上，高压转子218与太阳轮209连接，作为齿轮箱的动力输入；风扇转子219悬臂支承在轴承213和轴承217上，风扇转子219与低压压气机202支承在轴承213和轴承214上，风扇转子与行星架连接；低压压气机202前端支承在轴承213上、后端支承在轴承214上，低压压气机202与外齿圈211连接。高压转子218支承在轴承215和轴承216上。
本发明齿轮箱的传动关系及原理如下，如图3所示，在行星轮系中，高压转子218驱动太阳轮209自转，太阳轮209能够驱动行星轮210围绕太阳轮209公转，行星轮210公转的方向与太阳轮209自转的方向相反；行星架212能够跟随行星轮210围绕太阳轮209进行转动，并且行星架212转速的大小和方向与行星轮210公转速度的大小和方向相同；行星轮210能够驱动外齿圈211进行转动，并且外齿圈211转速的大小大于行星轮210公转的速度大小，外齿圈211转动的方向与行星轮210公转的方向相同。
因为行星轮210始终作为中间齿轮，它们的齿数与齿轮箱208的传动比无关。行星轮210只进行公转，不进行自转。因此，齿轮箱208的传动比取决于行星架212、外齿圈211和太阳轮209的齿数，因为行星架212没有齿，在计算传动比时对行星架212指定一个虚拟的齿数。在本发明中，行星架212的齿数等于太阳轮209的齿数和外齿圈211的齿数之和。因为传动比等于从动部件齿数与主动部件齿数的比值，因此在该行星轮系中，太阳轮209、外齿圈211、行星架212之间齿数依次增加，转速依次降低。风扇转子219的转速与行星架212转速的大小和方向相同，由于低压压气机202的转速与外齿圈211转速的大小和方向相同，因此低压压气机202的转速大于风扇转子219的转速。
根据这个关系，调节外齿圈211和太阳轮209的齿数，相当于同时调节行星架212的齿数，从而调节了齿轮箱208的传动比。这样可以保证风扇转子219在较低的最佳转速下运转，低压压气机202在较高的最佳转速下运转。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的航空燃气涡轮发动机，其风扇和低压压气机可以通过齿轮箱从高压涡轮提取功率，从而可以取消航空燃气涡轮发动机的低压涡轮，以减轻发动机重量，缩短发动机总长，减小发动机体积。风扇转子和低压压气机转子转速分别由高压转子控制，转子间的相互转速比由齿轮箱传动比控制。风扇转子可以在较低转速下独立运转，保证风扇的切线速度。风扇增压级转子可以在较高的最佳转速下独立运转，可以提高低压压气机传动比，进一步提高发动机总压比。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。