用于直列式附件齿轮箱的集成偏置油箱的制作方法

本发明主题整体涉及一种用于小型商务飞机的直列式涡轮螺旋桨发动机，和/或更具体来说涉及一种用于直列式涡轮螺旋桨发动机的直列式附件齿轮箱。

背景技术

用于小型商务飞机的直列式涡轮螺旋桨发动机的部件的物理布置通常包括从发动机的前端开始接连布置的螺旋桨、发动机排气口、发动机核心、发动机的进气口、用于存储润滑油的油箱、附件齿轮箱和经由附件齿轮箱提供动力的辅助附件。因此，发动机核心安置在发动机排气口的后部，并且进气口安置在发动机核心的后部。

通过燃气涡轮发动机的气流从发动机的进气口行进，并且通常在下游朝发动机的排气口行进。燃气涡轮发动机通常以连续流顺序包括进气口、压缩机区段、燃烧区段、高压涡轮机区段、动力涡轮机区段和排气区段。空气被吸入进气口并在压缩机区段中被压缩机压缩。燃料被添加到燃烧区段中的压缩空气中，并且燃料-空气混合物在燃烧区段中燃烧以产生热燃烧气体，此热燃烧气体相继通过高压涡轮机区段和随后通过动力涡轮机区段膨胀并产生旋转机械能，这种旋转机械能可经利用以驱动联接到高压涡轮机和动力涡轮机的一个或多个轴。

许多辅助附件安装在发动机的后端，并且可包括诸如起动器、燃料泵和发电机之类的附件。驱动这些辅助附件的动力经由附件齿轮箱从压缩机轴的旋转中获取，附件齿轮箱从安置在发动机的进气口与附件齿轮箱之间的附件油箱接收润滑。附件油箱的尺寸通常也设计成容纳泵，所述泵将油从油箱传递到附件齿轮箱并传递到发动机内的其他润滑位置。套筒轴的前端花键连接到压缩机轴的后端，并且套筒轴轴向延伸穿过附件油箱并进入附件齿轮箱。套筒轴的后端具有小齿轮，此小齿轮与动力输出齿轮啮合，动力输出齿轮可旋转地安装在附件齿轮箱内，以分配驱动附件驱动轴的可旋转动力，所述附件驱动轴进而为安装在附件齿轮箱后端的辅助附件提供动力。套筒轴由至少两个轴承可旋转地支撑，并且在套筒轴延伸穿过附件油箱的每个前壁和后壁处具有密封件，附件油箱具有限定环形空间的内部，润滑油存储在所述环形空间中。螺旋桨、动力涡轮机轴、压缩机轴和套筒轴全部围绕相同的旋转轴线旋转，并且彼此端对端地连续直列式布置。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将部分地在以下说明中阐明，或根据所述说明可显而易见，或可以通过实施本发明了解到。

在本公开的一个示例性实施例中，涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的直列式螺旋桨齿轮箱的附件齿轮箱的润滑贮存器被重新定位到附件齿轮箱的一侧，而不是与发动机的进气歧管直列安置的传统定向。润滑剂贮存器与发动机的中心旋转轴线径向偏移间隔安置并相对于中心旋转轴线不对称地安置，使得中心旋转轴线不延伸穿过润滑剂贮存器。在示例性实施例中，润滑剂贮存器与进气歧管和/或附件齿轮箱一起呈现为整体结构。在示例性实施例中，润滑剂贮存器具有在辅助齿轮箱的后部延伸的形状，但是不延伸超过安装到附件齿轮箱的最长附件的突出部。在示例性实施例中，润滑剂贮存器的中间部分的内部的体积大于润滑剂贮存器的下部部分的内部的体积。

本公开的每个示例性实施例允许涡轮螺旋桨发动机减小发动机的轴向长度。本公开的每个示例性实施例允许涡轮螺旋桨发动机减少润滑附件齿轮箱所需的油量。本公开的每个示例性实施例允许现代油位传感器合并到涡轮螺旋桨发动机中以允许更精确地监测发动机的性能。本公开的每个示例性实施例允许涡轮螺旋桨发动机减少传递压缩机轴的旋转以向辅助附件提供动力所需的轴承的数量，从而减少发动机运转期间产生的热量。本公开的每个示例性实施例允许涡轮螺旋桨发动机减少隔离油润湿区域所需的密封件的数量，从而减少制造发动机的成本和一旦投入使用维护发动机的成本。在这样做时，发动机的成本、重量和空间要求显著小于具有用于附件齿轮箱的传统润滑组件的发动机的成本、重量和空间要求。

参考以下说明和所附权利要求书可以更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，所述附图图示了本发明的多个实施例，并与具体实施方式一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本说明书参考附图、针对所属领域中的普通技术人员以完整且可实现的方式公开本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中：

图1是根据本公开的多个实施例的示例性直列式涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的轴向截面示意图。

图2是根据本公开的多个实施例的示例性直列式涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的进气口和附件齿轮箱的横向截面示意图。

图3是根据本公开的多个实施例的示例性直列式涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的集成进气口、附件齿轮箱和侧装油箱的透视图。

图4是根据本公开的多个实施例的示例性直列式涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的集成进气口、附件齿轮箱和侧装油箱的透视图，是从图3透视图的相对端获取，并且盖子呈现为似乎透明的以使观察者能够看到齿轮箱内部。

图5是根据本公开的多个实施例的示例性直列式涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的集成进气口、附件齿轮箱和侧装油箱的透视图，是从图3透视图的相对端获取，并且盖子附接到附件齿轮箱的外壳的整体区段以及辅助附件中的两个安装到盖子上。

图6是安置在附件齿轮箱内的压缩机轴的后端的实施例的截面图，其中小齿轮与输出齿轮啮合。

图7是安置在附件齿轮箱内的压缩机轴的后端的实施例的部分透视图和部分截面图，其中小齿轮与输出齿轮啮合。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，附图中示出了本发明实施例的一个或多个实例。具体实施方式中使用数字和字母标识来指代附图中的特征。附图和说明中类似或相同的标号用于指代本发明的类似或相同的部分。本说明书中所用的术语“第一”、“第二”以及“第三”可以互换使用以区分不同部件，并且这些术语并不旨在表示各个部件的位置或相对重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流动的来向，并且“下游”是指流体流动的去向。如本说明书所用，流体可以是诸如空气的气体或诸如润滑剂的液体。

现参照附图，其中相同数字在所有附图中表示相同元件，图1是根据本发明的示例性实施例的直列式涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的原理图，并且总体上由元件符号10表示。传统的直列式涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机的配置和操作是众所周知的，因此在此无需再详细赘述。尽管如此，在解释本发明的环境上下文所必需的程度上，将提及其某些传统部件。

图1的示意图表示穿过发动机10的中心平面截取的纵向截面，所述纵向截面从发动机10的顶部切割到发动机10的底部，并且其中顶部位于图中6所在的部分中。如图1中示意性描绘的，发动机10通常展示出绕被提供用于参考的虚拟中心轴线对称的圆柱形状，并且轴向方向平行于虚拟中心轴线延伸，而径向方向是正交(即，横向)于轴向方向。

图2的示意图表示切穿图1视图的平面中的纵向截面，其中中心平面正交于图1所示的视图的平面定向，因此产生从发动机10上方向下看的视图。然而，图2仅包括发动机10的安置在发动机压缩机20后部的那部分。

如图1中示意性描绘的，发动机10在发动机10的前端处具有螺旋桨14，并且螺旋桨14包括从轮毂142径向延伸的多个叶片141。螺旋桨14可绕旋转轴线旋转，此旋转轴线限定为穿过轮毂中心并与虚拟中心轴线12共同延伸。

如传统的那样，排气歧管16安置在发动机10的前端，并且发动机10的进气歧管18安置在发动机10的后端附近。参照图1，在进入发动机的进气歧管18之后，空气向下游移动并进入发动机的压缩机20，在所述压缩机中附接到压缩机轴202的压缩机叶片201旋转以压缩空气，并迫使压缩空气向下游进入燃烧器22，在所述燃烧器中压缩空气与传统上从燃料供应装置(未示出)供应的燃料混合并被点燃。空气-燃料混合物的燃烧产生热气体，这些热气体迅速膨胀并向下游移动到高压涡轮机24中，所述高压涡轮机联接到压缩机轴202的前端并因此驱动压缩机20。在离开高压涡轮机24时，气体继续向下游移动以通过动力涡轮机26膨胀，所述动力涡轮机联接到动力涡轮轴261的后端，所述动力涡轮轴由动力涡轮机26可旋转地驱动。在已经完全向下游移动通过动力涡轮机26之后，离开动力涡轮机26的燃烧气体向下游移动到排气歧管16中，所述排气歧管将发动机废气排出发动机10并进入发动机10周围的环境大气中。如传统的那样，动力涡轮轴261的前端联接到螺旋桨14，所述螺旋桨相应地由动力涡轮机26驱动，通常通过动力齿轮箱262驱动，这在图1中示意性地示出。因此，前述部件中的每一个依次相继直列安置，并且可绕相同的虚拟旋转轴线12对称地旋转。

如图1中示意性所示，发动机10的进气口以进气歧管18的形式提供，所述进气歧管安置在压缩机20的后部并限定前壁181和后壁182，所述后壁安置在所述前壁181的后部。如图3、图4和图6所示，进气歧管18限定多个导向轮叶183，并且每个导向轮叶183在前壁181与后壁182之间延伸。个别导向轮叶183围绕进气歧管18沿周向彼此间隔开。

在发动机的最末端(其与安置螺旋桨14的端部轴向相对)处并且在进气歧管18的后部是发动机的后端，在所述后端处通常发现安置有用于发动机10的多个辅助附件，。这些辅助附件的数量和类型可以任何传统方式变化。为了提供本发明的上下文，在图5中示意性地示出了这些辅助附件的几个实例，例如起动器27和燃料计量单元28。然而，由于这些辅助附件的细节对于理解本发明不是必需的，因此此处将不再详细论述这些辅助附件。可以说这些辅助附件27、28中的每一者可联接到相应的附件驱动轴271、281，所述附件驱动轴可旋转以提供动力来操作所述相应的辅助附件27、28。

如图1和图2中示意性地示出并在下文根据本发明的方面更全面地说明，这些相应的附件驱动轴271、281中的每一者又可经由附件齿轮箱30供应旋转动力，所述附件齿轮箱本身具有从发动机的压缩机轴202获得的输入扭矩。提供润滑剂贮存器40，以保持用于安置在附件齿轮箱30内并连接到附件驱动轴271、281的传动装置以及用于发动机内的其他润滑位置的可靠的润滑液供应。在下文中更全面地描述的本发明的另一个方面涉及润滑剂贮存器40的配置以及润滑剂贮存器40相对于发动机的附件齿轮箱30和相对于发动机10的进气歧管18的布置。如传统的那样，发动机10带有润滑剂供应装置，所述润滑剂供应装置将润滑液提供到润滑剂贮存器40，然而，为了理解本发明，润滑剂供应装置的细节不必关注。

根据本发明，提供一种润滑组件以用于存储润滑液并将润滑液泵送到连接到辅助附件的附件齿轮箱。简而言之，润滑组件有利地包括：附件齿轮箱30；多个可旋转的驱动轴(例如，271、281)，至少部分地安置在附件齿轮箱30内；齿轮(例如，36、38)，安置在附件齿轮箱30内并连接到驱动轴(例如，271、281)；和润滑剂贮存器40，配置成经连接以从发动机10的润滑剂供应装置获得润滑液供应。

例如，如图1和图2中示意性所示，附件齿轮箱30有利地包括相对于轴向方向横向延伸的前壁31。附件齿轮箱的前壁31至少部分地限定发动机10的进气歧管18的后壁182。例如，如图1和图2中示意性所示，附件齿轮箱的后壁32沿轴向方向与前壁31间隔开并安置在前壁31的后部。例如如图1、图2、图4和图5中示意性所示，附件齿轮箱30包括至少第一侧壁33，所述第一侧壁沿轴向方向延伸以将前壁31连接到后壁32。有利地，附件齿轮箱30的第一侧壁33和后壁32形成为整体结构，以形成用于附件齿轮箱30的盖子，所述盖子可以选择性地移除以便对附件齿轮箱30的内容物进行维护。由附件齿轮箱30的后壁32和第一侧壁33形成的可移除盖可以任何传统方式(例如通过机械紧固件)与前壁31选择性地附接和拆卸，以便提供对限制在附件齿轮箱30内的内部空间的选择性出入。

例如，如图1和图2中示意性所示，提供了多个附件驱动轴271、281、34。这些附件驱动轴271、281、34中的每一个可旋转地支撑在附件齿轮箱30内并沿轴向方向延伸穿过附件齿轮箱30的后壁32。每个相应的可旋转驱动轴271、281、34安置成经连接以驱动发动机的辅助附件(例如，27、28)中的相应一个，所述辅助附件安装到附件齿轮箱30的后壁32的外部，如例如图5所示。例如，如图1、图2和图4所示，传动装置36、38安置在附件齿轮箱30内，并且一个或多个齿轮36、38连接到附件驱动轴271、281、34中的相应一个，使得它们驱动地互连以从由压缩机轴202的旋转供应的单个可旋转输入驱动离开。

例如，如图1、图2和图6所示，附件齿轮箱30的前壁31限定开口310，所述开口配置成用于接收穿过其中的压缩机轴202。例如，如图6和图7所示，压缩机轴202的后端安置在附件齿轮箱30内。例如，如图1和图2中示意性所示，润滑剂密封件35安置在通过附件齿轮箱30的前壁31限定的开口310内。润滑剂密封件35防止润滑液在压缩机轴202与附件齿轮箱30的前壁31中的开口310之间泄漏。

例如，如图7所示，轴颈23具有第一端，所述第一端配置成不可旋转地联接到压缩机轴202的后端。轴颈23具有与第一端轴向间隔开安置的第二端，并且小齿轮25不可旋转地联接到轴颈23的第二端。例如，如图1和图2中示意性所示，轴承29安置在附件齿轮箱30内。例如，如图7所示，轴承29具有不可旋转地联接到轴颈23的内座圈和不可旋转地联接到附件齿轮箱30的外座圈292。有利地，仅需要单个轴承29来可旋转地支撑轴颈23，并且轴承29有利地是球轴承，具有的内座圈291可相对于其外座圈292旋转。输出齿轮37可旋转地支撑在附件齿轮箱30内，并由小齿轮25驱动啮合以将驱动扭矩从压缩机轴202传递到输出齿轮37，以便驱动为辅助附件提供动力的附件驱动轴271、281、34。尽管未在附图中示出，但是替代布置可包括单独的套筒轴，其传递压缩机20的旋转以驱动小齿轮25。

本发明的润滑组件包括用于存储附件齿轮箱30的润滑剂的润滑剂贮存器40，并且润滑剂贮存器40被配置成经连接以从发动机10的润滑剂供应装置获得润滑剂供应。例如，如图2中示意性所示，用于容纳附件齿轮箱10的润滑剂的润滑剂贮存器40至少部分地由附件齿轮箱30的第一侧壁33限定，并且第一侧壁33安置成使润滑剂贮存器40与附件齿轮箱30分开。

例如，如图2中示意性所示，在本公开的一个示例性实施例中，润滑剂贮存器40包括前壁41，所述前壁形成进气歧管18的后壁182的一部分并使润滑剂贮存器40和进气歧管18成为整体结构。实际上，由于在本公开的一个示例性实施例中，进气歧管18的后壁182和润滑剂贮存器40的前壁41形成整体结构，所以润滑剂贮存器40、进气歧管18以及附件齿轮箱30的前壁31和第一侧壁33可模制成整体结构。

例如，如图2和图4示意性所示，润滑剂贮存器40与中心旋转轴线12径向偏移间隔安置并相对于中心旋转轴线12不对称地安置，使得中心旋转轴线12不延伸穿过润滑剂贮存器40。因此，本发明的润滑组件允许减小发动机10的轴向长度，例如可能提供超过3英寸的轴向长度减小，并因此减小经由附件齿轮箱30向发动机附件提供动力的旋转轴的长度。随着轴长度的这种减小，带来的是消除原本支撑旋转轴的长度所需的一个或多个轴承和轴颈的能力，从而消除了制造和维护成本以及提高了发动机10的操作可靠性。另外，与传统的直列式油箱不同，传统的直列式油箱在延伸穿过油箱并进入附件齿轮箱的驱动轴的每个端部处需要密封件，本发明的润滑组件消除了这种密封件，从而降低了制造发动机10的成本和在操作时维护发动机10的成本以及在飞机上使用时使发动机10的运行更可靠。

例如，如图1、图2、图3、图4和图5中示意性所示，润滑剂贮存器40限定后部腔室44。例如，如图1和图2中示意性所示，润滑剂贮存器40的后部腔室44是润滑剂贮存器40的沿向后方向轴向突出超过附件齿轮箱30的后壁32的部分。因此，润滑剂贮存器40配置成具有一形状，所述形状在后端处包封的内部体积小于其在与所述润滑剂贮存器40的所述后端相对安置的前端处包封的的内部体积。

例如，如图1、图3、图4和图5中示意性所示，润滑剂贮存器40限定上部部分46和下部部分48，所述下部部分与所述上部部分46间隔开安置。此外，润滑剂贮存器40限定安置在上部部分46和下部部分48中间的中间部分47。例如，如图1、图3、图4和图5中示意性所示，润滑剂贮存器40的中间部分47包括润滑剂贮存器40的后部腔室44。

图1、图2、图3、图4和图5向观察者显示：润滑剂贮存器40定向为发动机10以飞机和发动机10的正常操作定向安装在飞机上的情况。也就是说，在润滑剂贮存器40的上部部分46的顶部处具有油填充固定装置45，并且某种等级的润滑油作为润滑液将经由油填充固定装置45引入到润滑剂贮存器40中。此外，将润滑液从润滑剂贮存器40传递到附件齿轮箱30并传递到发动机10内的其他润滑位置的泵可容纳在润滑剂贮存器40的上部部分46内或安置在空间允许更有效利用发动机10所占据的空间的其他位置。

例如，如图3和图5的相对的透视图所示，润滑剂贮存器40的中间部分47的内部的体积大于润滑剂贮存器40的下部部分48的内部的体积。由于中间部分47中的润滑剂贮存器40所包围的体积相对于下部部分48所包围的体积集中，在飞机操作期间俯仰、滚转和偏航对发动机10中的润滑液水平的影响相对于具有用于附件齿轮箱的传统直列式油箱的传统发动机减少。因此，本发明的润滑剂贮存器40的独特形状使其比传统的直列式油箱更容易安装电子水平传感器。另外，本发明的润滑剂贮存器40的独特形状意味着在润滑剂贮存器40的任何姿态下取油器周围的油体积小于传统直列式油箱的取油器周围的油体积。因此，与传统的直列式油箱相比，本发明的润滑剂贮存器40的独特形状更容易在飞机操作期间能够在发动机10的俯仰、滚转和偏航期间维持可靠的润滑液供应。

根据本发明，润滑组件可与进气歧管18集成在一起，并且提供发动机10所占据的体积的更有效分配，使得与具有用于附件齿轮箱30的传统润滑组件的发动机的那些成本、重量和空间要求相比，发动机10的成本、重量和空间要求显著减少。本公开的每个上述示例性实施例允许涡轮螺旋桨发动机10减少需要携带以便为附件齿轮箱30提供适当润滑的润滑液的量。这种减少转化为发动机运转的重量减轻，并且这种重量减轻增强了飞机的操作能力。

本说明书使用多个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域中的技术人员得出的其他实例。如果此类其他实例所包括的结构要素与权利要求书的书面语言无不同，或者如果其包括与权利要求书的书面语言无实质不同的等效结构要素，则此类其他实例应被确定为在权利要求书的范围内。例如，可以将说明或描述为一个实施例中一部分的特征用到另一个实施例中，从而得到又一个实施例。

虽然已描述了本发明的特定实施例，但所属领域技术人员应了解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出对本发明的各种修改。因此，以上对本发明优选实施例和用于实施本发明最佳模式的说明仅用于说明而非限制。