渦輪發動機組件及制造其的方法
【專利說明】渦輪發動機組件及制造其的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]根據351].3.(:.§119(6)，本非臨時申請要求2014年11月21日提交的題為“1'1]1^1他ENGINE ASSEMBLY AND METHOD OF MANUFACTURING THERE0F(渦輪發動機組件及制造其的方法)”的美國臨時專利申請N0.62/082722的優先權的益處，其全部內容通過參考并入本文中。
技術領域
[0003]本公開大體涉及用于結合渦輪發動機使用的減速齒輪箱組件，并且更具體地涉及減少從齒輪箱組件引入發動機和機身中的至少一個的振動響應的系統和方法。
【背景技術】
[0004]至少一些已知的燃氣渦輪發動機(例如渦扇發動機)包括風扇、核心發動機、以及動力渦輪機。核心發動機包括以串聯流動關系聯接在一起的至少一個壓縮機、燃燒器、以及高壓渦輪機。更具體地，壓縮機和高壓渦輪機通過軸聯接以形成高壓轉子組件。進入核心發動機的空氣與燃料混合并被點燃，以形成高能氣流。高能氣流流過高壓渦輪機，以可旋轉地驅動高壓渦輪機使得軸可旋轉地驅動壓縮機。當氣流在它流過定位在高壓渦輪機后面的動力或低壓渦輪機時膨脹。低壓渦輪機包括具有聯接至驅動軸的風扇的轉子組件。低壓渦輪機通過驅動軸可旋轉地驅動風扇，并且當低壓渦輪機在相對高轉速下運行且風扇以低的壓力比在相對低轉速下運行時，渦輪發動機性能被增強。
[0005]很多現代商用渦扇發動機制造成不斷增大的涵道比以有利于提高發動機效率。但是，增大渦扇發動機的涵道比導致增大的風扇大小和風扇葉尖速度，這必需被控制以維持渦扇發動機的效率。所以，至少一些已知的渦扇發動機包括沿驅動軸聯接在低壓渦輪機和風扇之間的減速齒輪箱，使得風扇以不同于低壓渦輪機的速度旋轉。但是，減速齒輪箱通常會增加渦扇發動機的重量和復雜性，引起推進系統或相關飛行器的機身的振動，而且增大飛行器客艙的噪音。因此，期望的是具有對相關飛行器引發較少振動和噪音的渦扇發動機。
【發明內容】
[0006]在一個方面，提供了一種渦輪發動機組件。該組件包括固定構件、驅動軸、和沿驅動軸聯接的且聯接至固定構件的齒輪箱。該組件還包括聯接在固定構件和齒輪箱之間的減振機構。減振機構配置成將齒輪箱的振動響應與固定構件隔離。
[0007]在另一個方面，提供了一種飛行器組件。該組件包括掛架和聯接到掛架的渦輪發動機組件。渦輪發動機組件包括外殼、定位在外殼內的固定構件、以及聯接至所述固定構件的齒輪箱。齒輪箱配置成在一個頻率下振動。減振機構聯接在渦輪發動機組件和掛架之間，并且減振機構配置成在前述頻率的反共振頻率下振動。
[0008]在又另一方面，提供了制造包括固定構件和驅動軸的渦輪發動機組件的方法。該方法包括將齒輪箱沿著驅動軸聯接，將齒輪箱聯接到固定構件，以及將減振機構聯接在固定構件和齒輪箱之間。減振機構配置成將齒輪箱的振動響應與固定構件隔離。
【附圖說明】
[0009]當參考附圖閱讀下面的詳細描述時，本公開的這些和其他特征、方面以及優點將被更好地理解，貫穿附圖相同的標記代表相同的零件，其中:
[0010]圖1是示例性飛行器組件的示意圖。
[0011]圖2是圖1中所示的渦輪發動機組件的一部分的放大示意圖。
[0012]圖3是備選的飛行器組件的示意圖。
[0013]除非另有說明，本文中所提供的附圖意在示出本公開的實施例的特征。這些特征被認為能適用于多種包括本公開的一個或更多個實施例的系統。所以，附圖不意味著包括實踐本文所公開的實施例所需要的本領域技術人員已知的所有的常規特征。
[0014]零件列表
[0015]10飛行器組件
[0016]12 機翼
[0017]14 掛架
[0018]16渦輪發動機組件
[0019]18核心燃氣渦輪發動機
[0020]20高壓壓縮機
[0021]22燃燒器
[0022]24高壓渦輪機
[0023]26低壓渦輪機
[0024]28風扇組件
[0025]30增壓壓縮機
[0026]32第一驅動軸
[0027]34第二驅動軸
[0028]36核心整流罩
[0029]38 外殼
[0030]40旁路導管
[0031]42內表面
[0032]44環境空氣
[0033]46 入口
[0034]48 排氣口
[0035]50齒輪箱
[0036]52固定構件
[0037]53 支架
[0038]54支撐部件
[0039]55轉矩框架
[0040]56 框架
[0041 ]57柔性支撐件
[0042]58第一部分
[0043]59 遠端
[0044]60第二部分
[0045]62減振機構
[0046]100飛行器組件
[0047]102安裝位置
[0048]104第一安裝位置
[0049]106第二安裝位置
[0050]108第三安裝位置。
【具體實施方式】
[0051]本公開的實施例涉及包括齒輪箱和用于在隔離齒輪箱所生成的振動中使用的減振機構的渦輪發動機組件。更具體地，例如，減振機構定位在一個或更多個位置，使得振動被限制傳遞到飛行器的結構構件。在一個實施例中，減振機構聯接在齒輪箱和渦輪發動機的內部固定構件(例如風扇輪轂框架)之間。在另一個實施例中，減振機構聯接在渦輪發動機和飛行器結構構件(例如機翼或者機身)之間的安裝位置。所以，本文所描述的渦輪機組件有利于減少從包括齒輪箱的渦輪發動機引入飛行器機身的振動，并有利于減少客艙噪
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[0052]如本文中所使用的，用語“軸向的”和“軸向地”是指基本平行于渦輪發動機的中心線延伸的方向和定向。此外，用語“徑向的”和“徑向地”是指基本垂直于渦輪發動機的中心線延伸的方向和定向。另外，如在本文中所使用的，用語“周向的”和“周向地”是指圍繞渦輪發動機的中心線弧形延伸的方向和定向。應當認識到，本文中所使用的用語“流體”包括任何流動的介質或材料，包括但不限于空氣、氣體、液體和蒸汽。
[0053]圖1是示例性飛行器組件10的示意圖。在示例性實施例中，飛行器組件10包括結構構件，諸如機翼12、從機翼12延伸的掛架14、以及聯接至掛架14的渦輪發動機組件16。渦輪發動機組件16包括核心燃氣輪機發動機18，其包括高壓壓縮機20、燃燒器22、以及高壓渦輪機24。渦輪發動機組件16還包括聯接在核心燃氣輪機發動機18的下游的低壓渦輪機26、聯接在核心燃氣輪機發動機18的上游的風扇組件28、以及聯接在風扇組件28和核心燃氣輪機發動機18之間的增壓壓縮機30。低壓渦輪機26經由第一驅動軸32聯接到風扇組件28和增壓壓縮機30，并且高壓渦輪機24經由第二驅動軸34聯接到高壓壓縮機20。核心燃氣輪機發動機18被環形核心整流罩36包圍。外殼35從風扇組件28和核心整流罩36的一部分徑向向外地定位并圍繞風扇組件28和核心整流罩36的一部分周向地延伸。環形旁路導管40限定在核心整流罩36和外殼38的內表面42之間。在備選的實施例中，結構構件是飛行器機身(未不出)，且掛架14和渦輪發動機組件16直接聯接到機身。
[0054]在運行中，穿過入口46進入渦輪發動機組件16的環境空氣44朝著增壓壓縮機30被引導穿過風扇組件28。壓縮空氣朝著高壓壓縮機20從增壓壓縮機30排出。高度壓縮的空氣從高壓壓縮機20朝著燃燒器20引導，與燃料混合，并且混合物在燃燒器22內燃燒。燃燒器22生成的高溫燃氣被朝著渦輪機24和26引導。燃氣隨后經由排氣口 48從渦輪發動機組件16排出。
[0055]圖2是渦輪發動機組件16(圖1中所示)的一部分的放大示意圖。在示例性實施例中，渦輪發動機組件16包括沿第一驅動軸32聯接的齒輪箱50。在各種實施例中，齒輪箱50包括但不限于，星形行星齒輪箱組件。齒輪箱50聯接到渦輪發動機組件16的固定構件52。更具體地，齒輪箱50包括支架53、聯接到支架53的轉矩框架55、以及聯接到轉矩框架55的柔性支撐件57。支撐部件54聯接到柔性支撐件57，且朝著固定構件52延伸。例如，在一個實施例中，固定構件52以渦輪發動機組件16的框架56來實施。此外，齒輪箱50沿著第一驅動軸32聯接，由此限定了朝風扇組件28(圖1所示)延伸的第一部分58，還限定了朝低壓渦輪機26(圖1所示)延伸的第二部分60。所以，齒輪箱50有利于將風扇組件28的轉速和低壓渦輪機26的轉速分咼。
[0056]渦輪發動機組件16還包括聯接在框架56和齒輪箱50之間的減振機構62。更具體地，在一個實施例中，減振機構62聯接在框架56和支撐部件54的遠端59之間，并有利于在齒輪箱50運行時將齒輪箱50的振動響應與框架56隔尚。備選地，減振機構62聯接在支撐部件54和柔性支撐件57之間。框架56典型地直接地或間接地聯接到掛架14(圖1所示)。所以，減振機構62有利于減少從齒輪箱50引入掛架14和飛行器組件1的振動。
[0057]減振機構62是使飛行器組件10按照本文所述發揮作用的任意隔離器或阻尼機構。示例性的減振機構包括但不限于，摩擦阻尼裝置(即，Coulomb阻尼)，以及偏置裝置，諸如彈簧、金屬網隔離器、或由彈性材料制造的裝置。
[0058]此外，在運行中，齒輪箱50以由齒輪箱50內互連的齒輪齒(未示出)的齒輪嚙和振蕩(即，齒輪嚙合頻率)所限定的某個頻率或頻率范圍振動。減振機構62被調節以減少齒輪嚙合頻率，并確保框架56和飛行器組件10的其余部分與齒輪箱50的振動響應隔離。在一些實施例中，減振機構62被調節以在齒輪嚙合頻率的反共振頻率下振動。
[0059]圖3是備選飛行器組件100的示意圖。在示例性實施例中，飛行器組件100包括結構構件，諸如機翼12、從機翼12延伸的掛架14、以及聯接到掛架14的渦輪發動機組件16。更具體地，渦輪發動機組件16安裝到掛架14，且掛架14在一個或更多個安裝位置102安裝到機翼
12。例如，第一安裝位置104限定在外殼38和掛架14之間，第二安裝位置106限定在核心整流罩36和掛架14之間，以及第三安裝位置108限定在機翼12和掛架14之間。減振機構62定位在一個或更多個安裝位置102，以有利于在齒輪箱50運行時將渦輪發動機組件16(包括齒輪箱50(圖2所示))的振動響應與機翼12隔離。備選地，當掛架14和渦輪發動機組件16直接聯接到飛行器組件100的機身(未示出)時，一個或更多個安裝位置102位于掛架14和機身之間。
[0060]在示例性實施例中，齒輪箱50的支撐部件54(每個如圖2所示)直接聯接到框架56，而沒有減振機構62定位在它們之間。所以，在運行中，齒輪箱50以齒輪嚙合頻率振動，該振動經由框架56傳遞到渦輪發動機16。為了將渦輪發動機組件16的振動響應與機翼12隔離，在安裝位置102處的減振機構62被調節以減低齒輪嚙合頻率。在一些實施例中，減振機構62被調節至在齒輪嚙合頻率的反共振頻率下振動。所以，將減振機構62定位在安裝位置102處有利于限制振動被傳遞到機翼12。
[0061]本文中所述的渦輪發動機組件和方法涉及包括在有利于將振動源與機身隔離的預定位置的減振機構的渦輪發動機。在示例性實施例中，振動源是渦輪發動機，并且更具體地是定位在渦輪發動機內的減速齒輪箱。減振機構定位在渦輪發動機內，或在渦輪發動機與飛行器的結構構件之間。所以，本文所述的渦輪發動機組件有利于限制振動被傳遞給機身，這減少了客艙的噪音、體感振動以及在引發至機身的結構構件的疲勞損壞的可能性。
[0062]盡管本公開的各種實施例的特定特征可能在一些附圖中顯示，而在其他附圖中沒有顯示，但這只是為了方便。按照本公開的實施例的原則，附圖的任何特征可以組合任何其他附圖的任何特征被參考和/或被聲明。
[0063]該書面描述使用示例以公開包括最佳模型的本公開的實施例，并且還使本領域的任何技術人員能夠實踐本公開的實施例，包括制造和使用任意裝置或系統以及執行任意并入的方法。本文中描述的實施例的可獲得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其他示例。如果這樣的其他示例包括沒有不同于權利要求的文字表達的結構元件，或者如果它們包括帶有與權利要求的文字表達無實質區別的等同結構元件，則它們意圖在權利要求的范圍內。
【主權項】
1.一種渦輪發動機組件(16)，包括: 固定構件(52); 驅動軸(32); 齒輪箱(50)，其沿所述驅動軸(32)聯接且聯接至所述固定構件(52);以及 減振機構(62)，其聯接在所述固定構件(52)和所述齒輪箱(50)之間，所述減振機構(62)配置成將所述齒輪箱(50)的振動響應與所述固定構件(52)隔離。2.根據權利要求1的渦輪發動機組件(16)，其特征在于，還包括朝所述固定構件(52)延伸的支撐部件(54)，所述減振機構(62)聯接在所述固定構件(52)和所述支撐部件(54)之間。3.根據權利要求1的渦輪發動機組件(16)，其特征在于，所述固定構件(52)包括框架(56)。4.根據權利要求1的渦輪發動機組件(16)，其特征在于，所述驅動軸(32)包括朝風扇組件(28)延伸的第一部分(58)，以及朝低壓渦輪機(26)延伸的第二部分(60)。5.根據權利要求1的渦輪發動機組件(16)，其特征在于，所述齒輪箱(50)配置成在由齒輪嚙合振動限定的頻率下振動，且所述減振機構(62)配置成在所述頻率的反共振頻率下振動。6.—種飛行器組件(10)，包括: 掛架(14); 聯接至所述掛架(14)的渦輪發動機組件(16)，所述渦輪發動機組件(16)包括: 外殼(38); 固定構件(52)，其定位在所述外殼(38)內；以及 聯接至所述固定構件(52)的齒輪箱(50)，所述齒輪箱(50)配置成在一個頻率下振動；以及 減振機構(62)，其聯接在所述渦輪發動機組件(16)和所述掛架(14)之間，所述減振機構(62)配置成在所述頻率的反共振頻率下振動。7.根據權利要求8的飛行器組件(10)，其特征在于，所述齒輪箱(50)直接聯接至所述固定構件(52) ο8.根據權利要求8的飛行器組件(10)，其特征在于，所述渦輪發動機組件(16)在安裝位置(102)聯接至所述掛架(14)，所述減振機構(62)定位在所述安裝位置(102)。9.根據權利要求8的飛行器組件(10)，其特征在于，還包括定位在所述外殼(38)內的核心整流罩(36)，其中所述安裝位置(102)被限定在所述掛架(14)與所述外殼(38)和所述核心整流罩(36)中的至少一個之間。10.根據權利要求8的飛行器組件(10)，其特征在于，還包括結構構件(12，14，16)，所述掛架(14)在安裝位置(102)聯接至所述結構構件(12，14，16)，其中所述減振機構(62)定位在所述安裝位置(102)。
【專利摘要】提供了一種渦輪發動機組件(16)。該組件包括固定構件(52)、驅動軸(32)、以及沿驅動軸(32)聯接的且聯接至固定構件(52)的齒輪箱(50)。組件還包括聯接在固定構件(52)和齒輪箱(50)之間的減振機構(62)。減振機構(62)配置成將齒輪箱(50)的振動響應與固定構件(52)隔離。
【IPC分類】F02C7/36, F01D25/04
【公開號】CN105715383
【申請號】CN201511035946
【發明人】G·J·范德默維, C·S·奧爾基塞夫斯基
【申請人】通用電氣公司