涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的制作方法

1.本公开大体涉及包括齿轮箱的涡轮机，并且具体地，涉及齿轮传动涡轮风扇发动机。
2.感谢政府支持
3.导致本技术的项目已根据第945541号赠款协议从clean sky 2joint undertaking(ju)获得资金。ju得到了欧盟horizon 2020研究和创新计划以及联盟以外的clean sky 2ju成员的支持。


背景技术：

4.涡轮风扇发动机包括驱动旁通风扇的核心发动机。旁通风扇生成涡轮风扇发动机的大部分推力。生成的推力可用于移动有效载荷(例如，飞行器)。
5.在一些情况下，涡轮风扇发动机被构造为直接驱动发动机。直接驱动发动机被构造成使得核心发动机的动力涡轮(例如，低压涡轮)直接联接到旁通风扇。这样，动力涡轮和旁通风扇以相同的转速(即，相同的rpm)旋转。
6.在其他情况下，涡轮风扇发动机可以被构造为齿轮传动发动机。齿轮传动发动机包括设置在旁通风扇和核心发动机的动力涡轮之间并将其互连的齿轮箱。例如，齿轮箱允许核心发动机的动力涡轮以不同于旁通风扇的速度旋转。因此，齿轮箱可以例如允许核心发动机的动力涡轮和旁通风扇以它们各自的转速操作，从而获得最大效率和/或动力产生。
7.尽管有某些优点，但齿轮传动涡轮风扇发动机可能具有一个或多个缺点。例如，在涡轮风扇发动机中包括齿轮箱会给发动机带来额外的复杂性。例如，这会使发动机开发和/或制造变得更加困难。因此，需要改进的齿轮传动涡轮风扇发动机。还需要可用于更高效和/或更精确地开发和制造齿轮传动涡轮风扇发动机的装置和方法。


技术实现要素：

8.所公开技术的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践描述中公开的技术而获知。
9.本文公开了各种涡轮机发动机和齿轮组件。所公开的涡轮机发动机包括齿轮箱。所公开的涡轮机发动机的特征在于总体发动机效率额定值(rating)或由总体发动机效率额定值限定。总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且n是低压涡轮的旋转叶片级数。总体发动机效率额定值的值识别了影响总体架构的关键发动机要求。至少部分地基于该值的发动机架构可以实现主要发动机部件的早期优化，从而使总体架构受益。因此，总体发动机效率额定值也可以用于例如帮助开发与其他发动机参数相关的风扇、齿轮箱和/或低压涡轮。因此，总体发动机效率额定值提供了改进的涡轮机发动机
和/或可以帮助简化齿轮传动涡轮机发动机开发的一种或多种复杂性。
10.在一个示例中，一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，轮叶组件包括设置在多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，齿轮箱包括输入和输出，其中齿轮箱的输入联接到核心发动机的低压涡轮并且包括第一转速，其中齿轮箱的输出联接到风扇组件并且具有第二转速，并且其中，第一转速与第二转速的传动比在3.2-4.0的范围内；以及0.57-8.0的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，其中t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且其中n是低压涡轮的旋转叶片级数。
11.在另一个示例中，一种涡轮机发动机，包括：风扇壳体；风扇组件，风扇组件设置在风扇壳体内并且包括多个风扇叶片；轮叶组件，轮叶组件设置在风扇壳体内并且包括设置在多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，核心发动机包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧器、高压涡轮和低压涡轮，其中高压涡轮经由高速轴联接到高压压缩机，并且其中低压涡轮经由低速轴联接到低速压缩机；齿轮箱，齿轮箱包括输入和输出，其中齿轮箱的输入联接到低速轴并且包括第一转速，其中齿轮箱的输出联接到风扇组件并且具有第二转速，并且其中，第一转速与第二转速的传动比在3.25-3.75的范围内；以及0.59-7.3的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，其中t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且其中n是低压涡轮的转子级数。
12.在另一个示例中，一种涡轮机发动机，包括：管道式风扇组件，管道式风扇组件包括多个风扇叶片；管道式轮叶组件，管道式轮叶组件包括多个轮叶，其中多个轮叶被构造成接收来自多个风扇叶片的气流的第一部分；核心发动机，核心发动机被构造成接收来自多个风扇叶片的气流的第二部分，其中核心发动机包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧器、高压涡轮和低压涡轮；齿轮箱，齿轮箱包括3.2-4.0范围内的传动比；以及0.8-3.0的总体发动机效率额定值。
13.在另一个示例中，一种涡轮机发动机，包括：机舱；风扇组件，风扇组件设置在机舱内并且包括布置在单个叶片排中的多个风扇叶片；轮叶组件，轮叶组件设置在机舱内并且包括布置在单个轮叶排中并设置在多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，核心发动机包括第一压缩机区段、第二压缩机区段、第一涡轮区段和第二涡轮区段；第一轴，第一轴将第一涡轮区段联接到第一压缩机区段；第二轴，第二轴将第二涡轮区段联接到第二压缩机区段；齿轮箱，齿轮箱包括输入和输出，其中齿轮箱的输入联接到第一轴并且包括第一转速，其中齿轮箱的输出联接到风扇组件并且具有第二转速，第二转速小于第一转速，并且其中齿轮箱的传动比在3.2-4.0的范围内；以及0.57-8.0的总体发动机效率额定值，其中齿轮箱效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的
齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，其中t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且其中n是第一涡轮区段的旋转叶片级数并且等于4。
14.在另一个示例中，一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，轮叶组件包括设置在多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，齿轮箱包括输入和输出，其中齿轮箱的输入联接到核心发动机的低压涡轮并且包括第一转速，其中齿轮箱的输出联接到风扇组件并且具有第二转速，并且其中第一转速与第二转速的传动比(gr)在3.2-4.0的范围内；以及总体发动机效率额定值，总体发动机效率额定值大于0.1gr
1.5
且小于gr
1.5
，其中总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，其中t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且其中n是低压涡轮的旋转叶片级数。
15.在另一个示例中，一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，轮叶组件包括设置在多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，齿轮箱包括输入和输出，其中齿轮箱的输入联接到核心发动机的低压涡轮并且包括第一转速，其中齿轮箱的输出联接到风扇组件并且具有第二转速，并且其中第一转速与第二转速的传动比(gr)在2.0-2.9的范围内；以及总体发动机效率额定值，总体发动机效率额定值大于0.1gr
1.5
且小于gr
1.5
，其中总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，其中t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且其中n是低压涡轮的旋转叶片级数。
16.在另一个示例中，一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，轮叶组件包括设置在多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，齿轮箱包括输入和输出，其中齿轮箱的输入联接到核心发动机的低压涡轮并且包括第一转速，其中齿轮箱的输出联接到风扇组件并且具有第二转速，并且其中第一转速与第二转速的传动比(gr)在2.0-4.0的范围内；以及总体发动机效率额定值，总体发动机效率额定值大于0.35gr
1.5
且小于0.7gr
1.5
，其中总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，其中t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且其中n是低压涡轮的旋转叶片级数。
17.参考以下描述和权利要求，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和/或优点。包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了所公开技术的示例，并且与描述一起用于解释本公开的原理。
附图说明
18.图1是构造有开式转子推进系统的涡轮机发动机的示例的横截面示意图。
19.图2是构造有开式转子推进系统的涡轮机发动机的示例的横截面示意图。
20.图3是构造有管道式推进系统的涡轮机发动机的示例的横截面示意图。
21.图4是构造有管道式推进系统的涡轮机发动机的示例的横截面示意图。
22.图5是涡轮机发动机的反向旋转低压涡轮的示例的横截面示意图，该低压涡轮具有3x3构造。
23.图6是涡轮机发动机的反向旋转低压涡轮的示例的横截面示意图，该低压涡轮具有4x3构造。
24.图7a是描绘涡轮机发动机的齿轮箱效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
25.图7b是描绘涡轮机发动机的齿轮箱效率额定值的另一个示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
26.图7c是描绘涡轮机发动机的齿轮箱效率额定值的另一个示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
27.图8是描绘若干示例性涡轮机发动机的各种发动机参数的图表，包括齿轮箱效率额定值。
28.图9是用于涡轮机发动机的齿轮箱构造的示例的横截面示意图。
29.图10是用于涡轮机发动机的齿轮箱构造的示例的横截面示意图。
30.图11是用于涡轮机发动机的齿轮箱构造的示例的横截面示意图。
31.图12是用于涡轮机发动机的齿轮箱构造的示例的横截面示意图。
32.图13是用于涡轮机发动机的齿轮箱构造的示例的横截面示意图。
33.图14是向发动机部件供应润滑剂的示例性润滑剂系统的示意图。
34.图15是构造成向齿轮箱供应润滑剂的润滑剂系统的示意图。
35.图16a是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
36.图16b是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
37.图16c是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
38.图16d是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
39.图17a是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。。
40.图17b是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
41.图17c是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
42.图18a是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
43.图18b是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比
的示例性范围的曲线图。
44.图19a是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
45.图19b是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
46.图19c是描绘涡轮机发动机的总体发动机效率额定值的示例性范围相对于传动比的示例性范围的曲线图。
47.图20是描绘若干示例性涡轮机发动机的各种发动机参数的图表，包括总体发动机效率额定值。
具体实施方式
48.现在将详细参考所公开技术的示例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是作为对所公开技术的解释，而不是限制本公开。事实上，对本领域的技术人员来说，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以在本公开中进行各种修改和变化是显而易见的。例如，作为一个示例的一部分示出或描述的特征可以与另一个示例一起使用，以产生又一个示例。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物范围内的这些修改和变化。
49.本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。
50.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
51.术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
52.术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
53.除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
54.除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
55.如本文在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在单个值、值范围和/或限定值范围的端点的1％、2％、4％、5％、10％、15％或20％的裕度内。
56.在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
57.下文描述的涡轮机发动机或齿轮组件的一个或多个部件可以使用任何合适的处理(例如增材制造处理，例如3-d打印处理)制造或形成。使用这样的处理可以允许这样的部
件一体形成为单个整体部件，或者一体形成为任何合适数量的子部件。特别地，增材制造处理可以允许这样的部件一体形成并且包括在使用现有制造方法时不可能的各种特征。例如，本文描述的增材制造方法能够制造具有独特特征、构造、厚度、材料、密度、流体通路、集管和安装结构的热交换器，这些独特特征、构造、厚度、材料、密度、流体通路、集管和安装结构使用现有制造方法可能是不可能的或不实用的。本文描述了这些特征中的一些。
58.现在参考附图，图1是根据本公开的方面的包括齿轮组件102的发动机100的示例。发动机100包括由核心发动机106驱动的风扇组件104。在各种示例中，核心发动机106是构造成驱动风扇组件104的布雷顿循环系统。核心发动机106至少部分地被外壳114覆盖。风扇组件104包括多个风扇叶片108。轮叶组件110以悬臂方式从外壳114延伸。因此，轮叶组件110也可以被称为非管道式轮叶组件。包括多个轮叶112的轮叶组件110定位成与风扇叶片108可操作地布置，以提供推力、控制推力矢量、减弱或重引导不期望的声学噪声，和/或以其他方式期望地改变空气相对于风扇叶片108的流动。
59.在一些示例中，风扇组件104包括八(8)到二十(20)个风扇叶片108。在特定示例中，风扇组件104包括十(10)到十八(18)个风扇叶片108。在某些示例中，风扇组件104包括十二(12)到十六(16)个风扇叶片108。在一些示例中，轮叶组件110包括三(3)到三十(30)个轮叶112。在某些示例中，轮叶组件110包括与风扇叶片108相等或更少数量的轮叶112。例如，在特定示例中，发动机100包括十二(12)个风扇叶片108和十(10)个轮叶112。在其他示例中，轮叶组件110包括比风扇叶片108更多数量的轮叶112。例如，在特定实施方式中，发动机100包括十(10)个风扇叶片108和二十三(23)个轮叶112。
60.在某些示例中，诸如在图1中描绘的，轮叶组件110被定位在风扇组件104的下游或后方。然而，应当理解，在某些示例中，轮叶组件110可以被定位在风扇组件104的上游或前方。在还有的各种示例中，发动机100可以包括定位在风扇组件104前方的第一轮叶组件和定位在风扇组件104后方的第二轮叶组件。风扇组件104可以被构造成期望地调整一个或多个风扇叶片108处的螺距，诸如以控制推力矢量、减弱或重引导噪声、和/或改变推力输出。轮叶组件110可以被构造成期望地调整一个或多个轮叶112处的螺距，诸如以控制推力矢量、减弱或重引导噪声、和/或改变推力输出。在风扇组件104或轮叶组件110中的一个或两者处的螺距控制机构可以协作，以产生上面所述的一个或多个期望效果。
61.在某些示例中，诸如图1中所描绘的，发动机100是非管道式推力产生系统，使得多个风扇叶片108不被机舱或风扇壳体覆盖。因此，在各种示例中，发动机100可以被构造成无罩式涡轮风扇发动机、开式转子发动机或螺旋桨风扇发动机。在特定示例中，发动机100是具有单排风扇叶片108的非管道式转子发动机。风扇叶片108可以具有大直径，诸如可以适用于高旁通比、高巡航速度(例如，与具有涡轮风扇发动机的飞行器相当，或大体上比具有涡轮螺旋桨发动机的飞行器更高的巡航速度)、高巡航高度(例如，与具有涡轮风扇发动机的飞行器相当，或大体上比具有涡轮螺旋桨发动机的飞行器更高的巡航速度)、和/或相对较低的转速。
62.风扇叶片108包括直径(d
fan
)。应当注意，出于说明的目的，仅示出了d
fan
的一半(即，风扇的半径)。在一些示例中，d
fan
为72-216英寸。在特定示例中，d
fan
为100-200英寸。在某些示例中，d
fan
为120-190英寸。在其他示例中，d
fan
为72-120英寸。在其他示例中，d
fan
为50-80英寸。
63.在一些示例中，巡航飞行条件下的风扇叶片尖端速度可以是650到900fps，或700到800fps。风扇组件104的风扇压力比(fpr)可以是1.04到1.10，或者在一些示例中，可以是1.05到1.08，如在巡航飞行条件下跨风扇叶片测量的。
64.巡航高度大体上是飞行器在爬升之后和下降到进近飞行阶段之前水平的高度。在各种示例中，发动机应用于具有高达大约65,000ft的巡航高度的运载工具。在某些示例中，巡航高度在大约28,000ft和大约45,000ft之间。在又一些示例中，巡航高度表示为基于海平面标准气压的飞行高度(fl)，其中巡航飞行条件在fl280和fl650之间。在另一个示例中，巡航飞行条件在fl280和fl450之间。在又一些示例中，巡航高度至少基于大气压力来限定，其中基于大约14.70psia的海平面压力和大约59华氏度的海平面温度，巡航高度在大约4.85psia和大约0.82psia之间。在另一个示例中，巡航高度在大约4.85psia和大约2.14psia之间。应当理解，在某些示例中，可以基于不同的参考海平面压力和/或海平面温度来调整由压力限定的巡航高度范围。
65.核心发动机106大体封装在外壳114中，外壳114限定核心直径的一半(d
core
)，这可以被认为是距中心线轴线(r的基准)的最大范围。在某些示例中，发动机100包括从纵向(或轴向)前端116到纵向后端118的长度(l)。在各种示例中，发动机100限定提供减小的安装阻力的l/d
core
比。在一个示例中，l/d
core
至少为2。在另一个示例中，l/d
core
至少为2.5。在一些示例中，l/d
core
小于5、小于4且小于3。在各种示例中，应当理解，l/d
core
用于单个非管道式转子发动机。
66.减小的安装阻力可以进一步提供改进的效率，例如改进的比燃料消耗。附加地或替代地，减小的阻力可以提供等于或高于0.5马赫的巡航高度发动机和飞行器操作。在某些示例中，l/d
core
、风扇组件104和/或轮叶组件110单独或一起至少部分地构造发动机100以大约0.55马赫和大约0.85马赫之间(或大约0.72到0.85之间或大约0.75到0.85之间)的最大巡航高度操作速度操作。
67.仍然参考图1，核心发动机106相对于发动机中心线轴线120在径向方向(r)上延伸。齿轮组件102通过动力输入源122从核心发动机106接收动力或扭矩，并通过动力输出源124提供动力或扭矩以在绕发动机中心线轴线120的周向方向c上驱动风扇组件104。
68.发动机100的齿轮组件102可包括多个齿轮，包括输入和输出。齿轮组件还可以包括设置在输入和输出之间和/或将其互连的一个或多个中间齿轮。输入可以联接到核心发动机106的涡轮区段并且可以包括第一转速。输出可以联接到风扇组件并且可以具有第二转速。在一些示例中，第一转速与第二转速的传动比小于或等于四(例如，在2.0-4.0的范围内)。在其他示例中，第一转速与第二转速的传动比大于四(例如，在4.1-14.0的范围内)。
69.齿轮组件102(其也可以被称为“齿轮箱”)可包括各种类型和/或构造。例如，在一些情况下，齿轮箱是以星形齿轮构造构造的周转齿轮箱。星形齿轮构造包括太阳齿轮、多个星形齿轮(其也可以被称为“行星齿轮”)以及环形齿轮。太阳齿轮是输入并且联接到动力涡轮(例如，低压涡轮)，使得太阳齿轮和动力涡轮以相同的转速旋转。星形齿轮设置在太阳齿轮和环形齿轮之间并且将其互连。星形齿轮可旋转地联接到固定托架。因此，星形齿轮可以绕它们各自的轴线旋转，但不能相对于太阳齿轮或环形齿轮共同绕行。作为另一个示例，齿轮箱是以行星齿轮构造构造的周转齿轮箱。行星齿轮构造包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮是输入并且联接到动力涡轮。行星齿轮设置在太阳齿轮和环形齿轮之
间并将其互连。行星齿轮可旋转地联接到可旋转托架。这样，行星齿轮可以绕它们各自的轴线旋转，并且还与托架一起相对于太阳齿轮和环形齿轮共同旋转。托架是输出并且联接到风扇组件。环形齿轮固定不旋转。
70.在一些示例中，齿轮箱是单级齿轮箱(例如，图10-11)。在其他示例中，齿轮箱是多级齿轮箱(例如，图9和12)。在一些示例中，齿轮箱是周转齿轮箱。在一些示例中，齿轮箱是非周转齿轮箱(例如，复合齿轮箱-图13)。
71.如上所述，齿轮组件可用于降低输出相对于输入的转速。在一些示例中，输入转速与输出转速的传动比在2-4的范围内。例如，传动比可以是2-2.9、3.2-4或3.25-3.75。在一些示例中，输入转速与输出转速的传动比大于4.1。例如，在特定情况下，传动比在4.1-14.0的范围内、在4.5-14.0的范围内或在6.0-14.0的范围内。在某些示例中，传动比在4.5-12的范围内或在6.0-11.0的范围内。因此，在一些示例中，风扇组件可以被构造为在巡航飞行条件下以700-1500rpm的转速旋转，而动力涡轮(例如，低压涡轮)被构造为在巡航飞行条件下以2,500-15,000rpm的转速旋转。在具体示例中，风扇组件可以被构造为在巡航飞行条件下以850-1350rpm的转速旋转，而动力涡轮被构造为在巡航飞行条件下以5,000-10,000rpm的转速旋转。
72.在图9-13中示意性地描绘了各种齿轮组件构造。这些齿轮箱可用于本文公开的任何发动机，包括发动机100。下面提供了有关齿轮箱的另外详细信息。
73.图2示出了发动机200的横截面视图，发动机200被构造为开式转子推进发动机的示例。发动机200大体上类似于发动机100并且对应的部件已经被类似地编号。例如，发动机100的齿轮组件被编号为“102”，并且发动机200的齿轮组件被编号为“202”等。除了齿轮组件202之外，发动机200还包括风扇组件204，风扇组件204包括围绕发动机中心线轴线220分布的多个风扇叶片208。风扇叶片208围绕发动机中心线轴线220以等距关系周向布置，并且每个风扇叶片208具有根部225和尖端226、限定在它们之间的轴向跨度、以及中心叶片轴线228。
74.核心发动机206包括一起处于串行流动布置的压缩机区段230、燃烧区段232和涡轮区段234(其可以被称为“膨胀区段”)。核心发动机206相对于发动机中心线轴线220周向延伸。核心发动机206包括高速线轴，高速线轴包括通过高速轴240可操作可旋转地联接在一起的高速压缩机236和高速涡轮238。燃烧区段232定位在高速压缩机236和高速涡轮238之间。
75.燃烧区段232可以被构造为爆燃燃烧区段、旋转爆震燃烧区段、脉冲爆震燃烧区段和/或其他合适的热添加系统。燃烧区段232可以被构造为富燃系统或贫燃系统或其组合中的一个或多个。在还有的各种示例中，燃烧区段232包括环形燃烧器、罐式燃烧器、环管式燃烧器、驻涡燃烧器(tvc)或其他合适的燃烧系统，或其组合。
76.核心发动机206还包括定位成与高压压缩机236处于流动关系的增压器或低压压缩机。低压压缩机242经由低速轴246与低压涡轮244可旋转地联接，以使低压涡轮244能够驱动低压压缩机242。低速轴246也被可操作地连接到齿轮组件202，以向风扇组件204提供动力，诸如本文进一步描述的。
77.应当理解，在与压缩机、涡轮、轴或线轴部件一起使用时，术语“低”和“高”，或它们相应的比较级(例如，“更低”和“更高”，在适用的情况下)各自指发动机内的相对压力和/或
相对速度，除非另有指定。例如，“低线轴”或“低速轴”限定了被构造成以比发动机的“高线轴”或“高速轴”低的转速(诸如最大可允许转速)操作的部件。替代地，除非另有指定，否则上述术语可以被理解为最高级。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”可以指涡轮区段内的最低最大转速涡轮，“低压缩机”或“低速压缩机”可以指压缩机区段内的最低最大转速涡轮，“高涡轮”或“高速涡轮”可以指涡轮区段内的最高最大转速涡轮，以及“高压缩机”或“高速压缩机”可以指压缩机区段内的最高最大转速压缩机。类似地，低速线轴是指比高速线轴低的最大转速。进一步应当理解，在上述这些方面的术语“低”或“高”可以另外或替代地被理解为相对于最小可允许速度，或相对于发动机的正常、期望、稳定状态等操作的最小或最大可允许速度。
78.本文公开的压缩机和/或涡轮可包括各种级数。如本文所公开的，级数包括特定部件(例如，压缩机或涡轮)中的转子或叶片级数。例如，在一些情况下，低压压缩机(其也可以被称为“增压器”)可包括1-8级，高压压缩机可包括8-15级，高压涡轮包括1-2级，和/或低压涡轮包括3-7级(正好包括3、4或5级)。例如，在某些示例中，发动机可包括一级低压压缩机、11级高压压缩机、二级高压压缩机和7级低压涡轮。作为另一个示例，发动机可包括三级低压压缩机、10级高压压缩机、两级高压压缩机和七级低压涡轮。作为另一个示例，发动机可包括三级低压压缩机、10级高压压缩机、两级高压压缩机和三级低压涡轮。作为另一个示例，发动机可包括四级低压压缩机、10级高压压缩机、一级高压压缩机和三级低压涡轮。作为另一个示例，发动机可包括三级低压压缩机、10级高压压缩机、两级高压压缩机和四级低压涡轮。作为另一个示例，发动机可包括四级低压压缩机、10级高压压缩机、一级高压压缩机和四级低压涡轮。在其他示例中，发动机可包括1-3级低压压缩机、8-11级高压压缩机、1-2级高压压缩机和3-5级低压涡轮。在一些示例中，发动机可以被构造为没有低压压缩机。
79.在一些示例中，低压涡轮是包括内叶片级和外叶片级的反向旋转低压涡轮。内叶片级从内轴径向向外延伸，外叶片级从外鼓径向向内延伸。在具体示例中，反向旋转低压涡轮包括三个内叶片级和三个外叶片级，它们可以统称为六级低压涡轮。在其他示例中，反向旋转低压涡轮包括四个内叶片级和三个外叶片级，它们可以统称为七级低压涡轮。
80.如下文更详细地讨论的，核心发动机206包括齿轮组件202，齿轮组件202被构造成从涡轮区段234传递动力并相对于低速涡轮244降低风扇组件204处的输出转速。本文描绘和描述的齿轮组件202的示例可允许适用于大直径非管道式风扇的传动比(例如，4.1-14.0、4.5-14.0和/或6.0-14.0的传动比)。此外，本文提供的齿轮组件202的示例可适用于外壳214内的核心发动机206的径向或直径约束内。
81.在图9-13中示意性地描绘了各种齿轮箱构造。这些齿轮箱可用于本文公开的任何发动机，包括发动机200。下面提供了有关齿轮箱的另外详细信息。
82.发动机200还包括轮叶组件210，轮叶组件210包括围绕发动机中心线轴线220设置的多个轮叶212。每个轮叶212具有根部248和尖端250，以及限定在它们之间的跨度。轮叶212可以以多种方式布置。在一些示例中，它们与旋转组件的距离并不都是等距的。
83.在一些示例中，轮叶212安装到静止框架并且不相对于发动机中心线轴线220旋转，但是可以包括用于调整它们相对于它们的轴线254和/或相对于风扇叶片208的取向的机构。出于参考目的，图2描绘了用箭头f表示的向前方向，这又限定了系统的前部和后部。
84.如图2所示，风扇组件204位于核心发动机106的前方，其中排气口256以“拉动器
(puller)”构造位于核心发动机206的后方。在本公开的范围内，其他构造是可能的并且被考虑，例如可以被称为“推动器”构造的构造，其中发动机核心位于风扇组件的前方。“拉动器”或“推动器”构造的选择可以与相对于预期飞行器应用的机身的安装取向的选择相一致，并且一些可能在结构上或操作上是有利的，这取决于安装位置和取向是否是机翼安装、机身安装或尾部安装构造。
85.左旋或右旋发动机构造，可用于某些安装以减少多发动机扭矩对飞行器的影响，可以通过镜像翼型件(例如，208、212)使得风扇组件204对于一个推进系统顺时针旋转，并且对于另一个推进系统逆时针旋转来实现。或者，可以提供可选换向齿轮箱，以允许使用共用的燃气涡轮核心和低压涡轮来顺时针或逆时针旋转风扇叶片，即根据需要提供左旋或右旋构造，例如可以为某些飞行器安装提供一对相对旋转的发动机组件，同时消除了具有为相对旋转方向设计的内部发动机零件的需要。
86.发动机200还包括齿轮组件202，齿轮组件202包括用于降低风扇组件204相对于低速涡轮244的转速的齿轮组。在操作中，旋转的风扇叶片208由低速涡轮244经由齿轮组件202驱动，使得风扇叶片208围绕发动机中心线轴线220旋转并生成推力以在向前方向f上推动发动机200，并因此推动其上安装有发动机200的飞行器。
87.在一些示例中，输入转速与输出转速的传动比大于4.1。在特定示例中，传动比在4.1-14.0的范围内、在4.5-14.0的范围内或在6.0-14.0的范围内。在某些示例中，传动比在4.5-12的范围内或在6.0-11.0的范围内。因此，在一些示例中，风扇组件可以被构造为在巡航飞行条件下以700-1500rpm的转速旋转，而动力涡轮(例如，低压涡轮)被构造为在巡航飞行条件下以5,000-10,000rpm的转速旋转。在特定示例中，风扇组件可以被构造成在巡航飞行条件下以850-1350rpm的转速旋转，而动力涡轮被构造成在巡航飞行条件下以5,500-9,500rpm的转速旋转。
88.可能期望风扇叶片208或轮叶212中的任一个或两者结合螺距改变机构，使得叶片可以相对于螺距旋转轴线(分别标注为228和254)独立地或相互结合地旋转。这种螺距变化可用于在各种操作条件下改变推力和/或旋流效果，包括提供推力反向特征，其可在某些操作条件下(例如在飞行器着陆时)有用。
89.轮叶212的尺寸、形状和构造可以被设计为向流体赋予抵消旋流，使得在风扇叶片208和轮叶212两者后方的下游方向上，流体具有大大降低的旋流程度，这转化为提高的诱导效率水平。轮叶212可以具有比风扇叶片208更短的跨度，如图2所示。例如，轮叶212的跨度可以是风扇叶片208的跨度的至少50％。在一些示例中，如果需要，轮叶的跨度可以与风扇叶片208的跨度相同或更长。如图2所示，轮叶212可以附接到与发动机200相关联的飞行器结构，或另一飞行器结构，诸如机翼、吊架或机身。轮叶212的数量可以少于或多于风扇叶片208的数量，或与风扇叶片208的数量相同。在一些示例中，轮叶212的数量在数量上大于两个，或大于四个。风扇叶片208的尺寸、形状和轮廓可以被设计为考虑到期望的叶片负载。
90.在图2所示的示例中，环形360度入口258位于风扇组件204和轮叶组件210之间，并为进入的大气在轮叶组件210的至少一部分的径向内侧进入核心发动机206提供路径。由于多种原因(包括结冰性能的管理以及保护入口258免受操作中可能遇到的各种物体和材料的影响)，这样的位置可能是有利的。
91.在图2的示例中，除了具有多个风扇叶片208的开式转子或非管道式风扇组件204
之外，可选的管道式风扇组件260包括在风扇组件204后面，使得发动机200包括管道式风扇和非管道式风扇，其均用于通过大气温度下的空气移动生成推力，而无需通过核心发动机206。管道式风扇组件260被示出在与轮叶212大致相同的轴向位置处，并且在轮叶212的根部248的径向内侧。或者，管道式风扇组件260可以在轮叶212和核心管道262之间或在轮叶212的更前方。管道式风扇组件260可由低压涡轮244或任何其他合适的旋转源驱动，并且可用作低压压缩机242的第一级或可单独操作。进入入口258的空气流过入口管道264，然后被分开，使得一部分流过核心管道262，一部分流过风扇管道266。风扇管道266可以结合热交换器268并通过轮叶组件210后方、风扇罩252的后端处和发动机核心罩272外部的独立固定或可变喷嘴270排放到大气。流过风扇管道266的空气因此“绕过”发动机的核心并且不穿过核心。
92.因此，在示例中，发动机200包括由风扇叶片208形成的非管道式风扇，接着是管道式风扇组件260，其将气流引导到两个同心或非同心管道262和266中，从而形成具有三个路径的三流发动机架构，用于穿过风扇组件204的空气。
93.在图2所示的示例中，可以包括具有致动器的可滑动、可移动和/或可平移塞式喷嘴274，以便改变喷嘴270的出口区域。塞式喷嘴通常是环形对称装置，其通过喷嘴的轴向移动调节出口(例如风扇流或核心流)的开口区域，使得喷嘴表面和静止结构(例如管道的相邻壁)之间的间隙以预定方式变化，从而减少或增加气流通过管道的空间。也可以采用其他合适的喷嘴设计，包括结合推力反向功能的那些喷嘴设计。这种可调整、可移动喷嘴可以设计成与其他系统(诸如vbv、vsv)或叶片螺距机构协同操作，并且可以设计成具有故障模式(诸如完全打开、完全关闭或中间位置)，以便喷嘴270具有一致的“初始”位置，在发生任何系统故障时它会返回该“初始”位置，这可以防止命令到达喷嘴270和/或其致动器。
94.在一些示例中，混合装置276可以被包括在核心喷嘴278后方的区域中以帮助混合风扇流和核心流，从而通过向外引导核心流和向内引导风扇流来改善声学性能。
95.由于图2中所示的发动机200包括开式转子风扇组件204和管道式风扇组件260，因此可以调整两者的推力输出和它们之间的功分配以实现比推力、燃料燃烧、热管理和/或声学特征目标，这些可优于可比推力等级的典型管道式风扇燃气涡轮推进组件的。通过减少非管道式风扇组件104需要提供的推力的比例，管道式风扇组件260可以允许减小非管道式风扇组件的总体风扇直径，从而提供安装灵活性和减轻的重量。
96.在操作上，发动机200可以包括控制系统，该控制系统管理相应开式和管道式风扇的负载，以及潜在的可变风扇喷嘴的出口区域，以针对与飞行器操作相关联的飞行包线和各种操作条件的各个部分提供不同的推力、噪声、冷却能力和其他性能特性。例如，在爬升模式下，管道式风扇可以在最大压力比下操作，从而最大化流的推力能力，而在巡航模式下，管道式风扇可以在较低压力比下操作，通过依赖来自非管道式风扇的推力来提高总体效率。喷嘴致动独立于总发动机气流调节管道式风扇操作线和总体发动机风扇压力比。
97.流过风扇管道266的管道式风扇流可包括一个或多个热交换器268，用于从发动机操作中使用的各种流体(例如风冷油冷却器(acoc)、冷却的冷却空气(cca)等)去除热量。由于不影响主要推力源，在这种情况下，主要推力源为非管道式风扇流，因此与传统管道式风扇架构相比，热交换器268可以利用以降低的性能损失(例如燃料效率和推力)集成到风扇管道266中。热交换器可以冷却流体，例如齿轮箱油、发动机贮槽油、热传输流体(诸如超临
界流体或市售的单相或两相流体(超临界co2、egv、slither 800、液态金属等))、发动机引气等。热交换器也可以由冷却不同工作流体(例如与燃料冷却器配对的acoc)的不同段或通道组成。热交换器268可以结合到热管理系统中，热管理系统经由流过网络的热交换流体提供热传输，以从源移除热量并将其传输到热交换器。
98.风扇管道266还在减少机舱阻力方面提供了其他优势，从而实现更积极的机舱关闭、改进的核心流颗粒分离和恶劣天气操作。通过在核心罩上排放风扇管道流，这有助于激励边界层，并能够选择发动机核心罩272的最大尺寸与排气口256之间的更陡的机舱关闭角。关闭角通常受到气流分离的限制，但是通过来自风扇管道266的在核心罩上排放的空气的边界层激励减少了气流分离。这会产生更短、更轻的结构，具有更小的摩擦表面阻力。
99.风扇组件和/或轮叶组件可以被覆盖或不被覆盖(如图1和2所示)。尽管未示出，但可选的环形护罩或管道可以联接到轮叶组件210，并且相对于轮叶212位于远离发动机中心线轴线220的位置。除了噪声降低益处之外，管道可以通过将轮叶212联接到形成环形环或一个或多个周向扇形(即，形成链接轮叶212中的两个或更多个的环形环的部分的段)的组件中来提供轮叶212的改进的振动响应和结构完整性。管道还可以允许更容易地改变轮叶的螺距。例如，下面更详细讨论的图3-4公开了风扇组件和轮叶组件都被覆盖的示例。
100.尽管在上面描绘的示例中上面描绘为无罩式或开式转子发动机，但是应当理解，本文提供的本公开的方面可以应用于罩式或管道式发动机、部分管道式发动机、后风扇发动机或其他涡轮机构造，包括用于船舶、工业或航空推进系统的那些构造。本公开的某些方面可适用于涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。然而，应当理解，本公开的某些方面可以解决可能特定于无罩式或开式转子发动机的问题，例如但不限于与发动机的传动比、风扇直径、风扇速度、长度(l)，发动机的核心发动机的最大直径(dcore)，发动机的l/dcore，期望的巡航高度和/或期望的操作巡航速度，或其组合相关的问题。
101.图3是根据本公开的示例的燃气涡轮发动机的示意横截面视图。更具体地，对于图3的示例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机300，本文称为“涡轮风扇发动机300”。如图3所示，涡轮风扇发动机300限定轴向方向a(平行于提供用于参考的纵向中心线302延伸)和径向方向r(垂直于轴向方向a延伸)。通常，涡轮风扇发动机300包括风扇区段304和设置在风扇区段304下游的核心发动机306。发动机300还包括具有多个齿轮的齿轮组件或动力齿轮箱336，用于将燃气涡轮轴联接到风扇轴。动力齿轮箱336的位置不限于涡轮风扇发动机300的示例中所示的位置。例如，动力齿轮箱336的位置可以沿轴向方向a变化。
102.所描绘的示例性核心发动机306大体上包括限定环形入口310的基本上管状外壳308。外壳308以串行流动关系包围：压缩机区段，其包括增压器或低压(lp)压缩机312和高压(hp)压缩机314；燃烧区段316；涡轮区段，其包括高压(hp)涡轮318和低压(lp)涡轮320；以及喷射排气喷嘴区段322。高压(hp)轴或线轴324将hp涡轮318驱动地连接到hp压缩机314。低压(lp)轴或线轴326将lp涡轮320驱动地连接到lp压缩机312。此外，压缩机区段、燃烧区段316和涡轮区段一起至少部分地限定延伸通过其中的核心空气流动路径327。
103.本公开的齿轮组件可与标准风扇、可变螺距风扇或其他构造兼容。对于所描绘的示例，风扇区段304可以包括具有以间隔开的方式联接到盘332的多个风扇叶片330的可变螺距风扇328。如图所示，风扇叶片330大体沿径向方向r从盘332向外延伸。借助于风扇叶片330可操作地联接到合适的致动构件334，每个风扇叶片330可相对于盘332绕螺距轴线p旋
转，该致动构件334被构造为共同改变风扇叶片330的螺距。风扇叶片330、盘332和致动构件334可通过lp轴326跨齿轮组件或动力齿轮箱336一起绕纵向轴线302旋转。齿轮组件336可实现第一轴(例如lp轴326)和第二轴(例如lp压缩机轴和/或风扇轴)之间的速度变化。例如，在一些情况下，齿轮组件336可以设置在第一轴和第二轴之间的布置中，以便降低从一个轴到另一个轴的输出速度。
104.更一般地，齿轮组件336可以放置在沿轴向方向a的任何位置以解耦两个轴的速度，只要从部件效率的角度来看方便这样做，例如，更快的lp涡轮与更慢的风扇和lp压缩机，或更快的lp涡轮和lp压缩机与更慢的风扇。
105.在一些示例中，齿轮组件336(其也可以被称为“齿轮箱”)可包括小于或等于四的传动比。例如，齿轮箱336可包括2.0-4.0、2.0-2.9、3.2-4.0、3.25-3.75等范围内的传动比。在一个特定示例中，齿轮箱336可以包括3.5的传动比。
106.仍然参考图3的示例，盘332被可旋转的前机舱338覆盖，前机舱338在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片330。另外，示例性风扇区段304包括环形风扇壳体或外机舱340，其周向围绕风扇328和/或核心发动机306的至少一部分。对于所示示例，机舱340由多个周向间隔开的出口导向轮叶342相对于核心发动机306被支撑。另外，机舱340的下游区段344在核心发动机306的外部分上延伸，以在其间限定旁通气流通道346。
107.在涡轮风扇发动机300的操作期间，一定量的空气348通过机舱340和/或风扇区段304的关联入口350进入涡轮风扇发动机300。当一定量的空气348穿过风扇叶片330时，如箭头352所示的空气348的第一部分被引导或导向到旁通气流通道346中，并且如箭头354所示的空气348的第二部分被引导或导向到lp压缩机312中。第一部分空气352和第二部分空气354之间的比通常称为旁通比。当第二部分空气354被导向通过高压(hp)压缩机314并进入燃烧区段316时，第二部分空气354的压力随后增加，在燃烧区段316中第二部分空气354与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体356。
108.燃烧气体356被导向通过hp涡轮318，其中来自燃烧气体356的一部分热能和/或动能经由联接到外壳308的hp涡轮定子轮叶358和联接到hp轴或线轴324的hp涡轮转子叶片360(例如，二级)的顺序级提取，因此导致hp轴或线轴324旋转，从而支持hp压缩机314的操作。然后，燃烧气体356被导向通过lp涡轮320，其中第二部分热能和动能经由联接到外壳308的lp涡轮定子轮叶362和联接到lp轴或线轴326的lp涡轮转子叶片364(例如，四级)的顺序级从燃烧气体356中提取，因此导致lp轴或线轴326旋转，从而支持lp压缩机312的操作和/或风扇328的旋转。
109.应当注意，在一些示例中，高压涡轮(例如，hp涡轮318)可以包括一个或两个旋转叶片级，并且在一些情况下，低压涡轮(例如，lp涡轮320)可以包括三个、四个、五个、六个或七个旋转叶片级。
110.燃烧气体356随后被导向通过核心发动机306的喷射排气喷嘴区段322，以提供推进推力。同时，随着第一部分空气352在从涡轮风扇发动机300的风扇喷嘴排气区段366排出之前被导向通过旁通气流通道346，第一部分空气352的压力显著增加，也提供推进推力。hp涡轮318、lp涡轮320和喷射排气喷嘴区段322至少部分地限定用于引导燃烧气体356通过核心发动机306的热气路径368。
111.例如，图4是发动机400的示例的横截面示意图，发动机400包括与管道式风扇组件
404和核心发动机406组合的齿轮组件402。然而，与发动机200的开式转子构造不同，风扇组件404及其风扇叶片408包含在环形风扇壳480(其也可以被称为“机舱”)内，并且轮叶组件410和轮叶412在风扇罩452(和/或发动机核心罩472)和风扇壳480的内表面之间径向延伸。如上讨论的，本文公开的齿轮组件可以为固定齿轮包线提供增加的传动比(例如，具有相同尺寸的环形齿轮)，或者替代地，可以使用较小直径的环形齿轮来实现相同的传动比。
112.核心发动机400包括压缩机区段430、燃烧器区段432和涡轮区段434。压缩机区段430可包括高压压缩机436和增压器或低压压缩机442。涡轮区段434可包括高压涡轮438(例如，一级)和低压涡轮444(例如，三级)。低压压缩机442定位在高压压缩机436的前方并与其处于流动关系。低压压缩机442经由低速轴446与低压涡轮444可旋转地联接，以使低压涡轮444能够驱动低压压缩机442(和管道式风扇460)。低速轴446也可操作地连接到齿轮组件402，以向风扇组件404提供动力。高压压缩机436经由高速轴440与高压涡轮438可旋转地联接，以使高压涡轮438能够驱动高压压缩机436。
113.应当注意，在一些示例中，高压涡轮(例如，高压涡轮438)可以包括一级或两级，并且在一些情况下，低压涡轮(例如，低压涡轮444)可以包括三个、四个、五个或六个旋转叶片级。
114.在一些示例中，发动机400可以包括螺距改变机构482，螺距改变机构482联接到风扇组件404并且构造成改变风扇叶片408的螺距。在某些示例中，螺距改变机构482可以是线性致动的螺距改变机构。
115.在一些示例中，发动机400可以包括可变风扇喷嘴。在操作上，发动机400可以包括控制系统，该控制系统管理风扇的负载，以及潜在的可变风扇喷嘴的出口区域，从而为与飞行器操作相关联的飞行包线和各种操作条件的各个部分提供不同的推力、噪声、冷却能力和其他性能特性。例如，喷嘴致动独立于总发动机气流调节风扇操作线和总体发动机风扇压力比。
116.在一些示例中，发动机(例如，发动机100、发动机200和/或发动机400)可以包括反向旋转低压涡轮。例如，图5-6描绘了反向旋转低压涡轮的示意横截面图。特别地，图5描绘了反向旋转涡轮500，并且图6描绘了反向旋转涡轮600。反向旋转涡轮包括以内外交替构造布置的内叶片级和外叶片级。换言之，反向旋转涡轮不包括设置在叶片级之间的定子轮叶。
117.参考图5，反向旋转涡轮500包括多个内叶片级502和多个外叶片级504。更具体地，反向旋转涡轮500包括联接到内轴506(其也可以被称为“转子”)并从其径向向外延伸的三个内叶片级502，以及联接到外轴508(其也可以被称为“鼓”)并从其径向向内延伸的三个外叶片级504。以这种方式，反向旋转涡轮500可以被认为是六级涡轮，因为总共有六个旋转叶片排。然而，应当注意，反向旋转涡轮500将被视为具有三个lpt级n，用于确定下文描述的总体发动机效率额定值，因为存在三个内叶片级502。
118.参考图6，反向旋转涡轮600包括多个内叶片级602和多个外叶片级604。更具体地，反向旋转涡轮600包括：四个内叶片级602，其联接到内轴606并从其径向向外延伸；以及三个外叶片级604，其被联接以从外轴608径向向内延伸。以这种方式，反向旋转涡轮600可以被认为是七级涡轮，因为总共有七个旋转叶片排。然而，应当注意，反向旋转涡轮600将被认为具有四个lpt级n，用于确定下文描述的总体发动机效率额定值，因为存在四个内叶片级602。
119.根据一些示例，存在以高传动比和高功率齿轮箱为特征的涡轮机。高传动比齿轮箱是指具有高于约4:1的传动比的齿轮箱。高功率齿轮箱的示例包括适于以高于例如1000rpm的输出线轴速度传输大于7mw的功率的齿轮箱、适于以约1100rpm的输出线轴速度传输大于15mw的功率的齿轮箱、以及适于以约3500rpm的输出线轴速度传输大于22mw的功率的齿轮箱。
120.本文公开的涡轮机的每个示例都可以利用高传动比齿轮箱。采用具有高传动比的齿轮箱提出了独特的挑战。其中一项挑战是确定在操作期间需要循环通过齿轮箱的油量，即高传动比齿轮箱的油流率。当发动机需要高传动比齿轮箱时，油需求量很大。此外，用于高传动比齿轮箱的估计油流量不能很好地从现有服务发动机的油流率中获知或不能从其估计。从这个基础开始，通过考虑不同的特征和性能特性(例如区分一个齿轮箱构造与另一个齿轮箱构造的螺距线速度和常数)，计算本文设想和公开的不同发动机构造的油流需求。所考虑的高传动比齿轮箱架构包括在本文中描述和公开的那些架构(例如，图9-13和下文的随附文本)。因此，这些努力涉及考虑齿轮箱的具体特性和齿轮箱的动力传输要求，以估算油流率。
121.在开发结合有高传动比齿轮箱的涡轮机的上述示例的过程期间，确定可以仅使用相对少的发动机参数来很好地近似高传动比齿轮箱油流率。除其他事项外，这种开发基于这样一种认识，即通过齿轮箱的油流率与跨齿轮箱传输动力时的预期动力损失有关。从这个初步认识和作为研究包括动力齿轮箱(包括本文公开的构造)的若干不同发动机构造的副产品的其他发展，可以确定对高传动比齿轮箱油流率的良好近似可以是基于涡轮机齿轮箱传动比、净推力和风扇直径之间的关系得出。这种关系在本文中称为“齿轮箱效率额定值”。
122.齿轮箱效率额定值是相当有益的。例如，在齿轮箱效率额定值已经提供了发动机油流要求的情况下，为了系统集成的目的，我们还可以估计与油相关的次级系统(例如，贮槽、油路、散热器等)的类型，与油相关的次级系统将被包括以支持所选高传动比齿轮箱的正常工作；和/或就特定发动机架构是否有益提供指导，而无需整个团队完成从头开始开发新齿轮箱的繁琐且耗时的过程。因此，齿轮箱效率额定值可以改进开发涡轮机发动机的过程，这最终可以导致改进的涡轮机。齿轮箱效率额定值的值识别了影响总体架构的关键发动机要求。至少部分地基于该值的发动机架构可以实现主要发动机部件的早期优化，从而使总体架构受益。通过将发动机设计基于齿轮箱效率额定值，与基于实验的设计相比，更有可能找到优化的架构。由于这个原因，ger能够发现更好的设计，而不是依赖于从涉及相互关系尚不清楚或不了解的大量变量的实验设计中找到最佳解决方案的机会。
123.如所指出的，齿轮箱效率额定值是基于涡轮机的风扇直径(d)、净推力(t)和高传动比齿轮箱的传动比的关系。适用于约4:1和14:1之间的传动比的齿轮效率额定值可表示为其中q是在最大起飞条件下在齿轮箱的入口处以加仑/分钟为单位测量的，d是以英寸为单位测量的，t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的。以这种方式，齿轮箱效率额定值限定了特定涡轮机发动机构造。
124.如本文所用，“净推力”(t)等于旁通气流的动量变化加上核心气流和燃烧燃料的动量变化。或者换句话说，t＝w
byp
(v
byp
–v0
)+(w
core
+w
fuel
)v
core
–wcorev0
，其中w
byp
是旁通气流的
空气质量流率，v
byp
是旁通气流的速度，v0是飞行速度，w
core
是核心气流的空气质量流率，w
fuel
是燃烧燃料的质量流率，并且v
core
是核心气流的速度。
125.如前所述，涡轮机发动机(诸如涡轮风扇发动机100、200、300、400)包括影响其性能和/或操作的许多变量和因素。各种部件之间的相互作用可以使得开发或选择一个部件变得特别困难，尤其是当每个部件处于不同的完成阶段时。例如，一个或多个部件可能接近完成，而一个或多个其他部件可能处于初始或初步阶段，其中只有一个(或几个)参数是已知的。此外，每个部件在开发期间经常会发生不止一次的变化，这通常会持续很多年(例如，5-15年)。这些复杂且错综的个体和集体开发过程可能繁琐且低效。至少出于这些原因，需要能够提供良好估计的装置和方法，不仅实现期望性能益处所需的基本构造或大小的良好估计，而且反映其他领域的惩罚或调整，以便实现期望益处的良好估计。这导致改进的、更优化设计的发动机。
126.根据本公开的另一个方面，齿轮箱效率额定值可以另外提供在初始开发期间发动机的效率和有效性的特别有用的指示，例如，作为接受或拒绝特定构造的工具。因此，齿轮箱效率额定值可用于例如指导齿轮箱开发。例如，齿轮箱效率额定值可用于快速且准确地确定适合特定发动机的齿轮箱的尺寸，而无需个人或团队完成从头开始开发齿轮箱的繁琐且耗时的过程。因此，齿轮箱效率额定值也可以改进开发涡轮机发动机的过程。
127.如下文进一步解释，发明人还发现考虑到旋转低压涡轮级数的齿轮箱效率额定值(称为总体发动机效率额定值)的修改也可以改进总体发动机架构。总体发动机效率额定值改进发动机架构的一种方式是平衡若干发动机参数以提供平衡良好且高效的发动机。例如，总体发动机效率额定值还可以在开发涡轮机发动机的过程中提供帮助。总体齿轮箱效率额定值对于包括小于或等于4.0的传动比的齿轮传动涡轮风扇发动机和/或对于管道式齿轮传动涡轮风扇发动机可能特别有用。
128.图7a-8示出了齿轮效率额定值的示例性范围和/或值。图7a-7c公开了关于各种传动比的齿轮效率额定值的示例性范围。图8公开了多个示例性涡轮机发动机的传动比、油流、风扇直径、净推力和齿轮箱效率额定值。
129.在一些示例中，涡轮机发动机的齿轮箱效率额定值在约0.10-1.8或0.19-1.8或0.10-1.01的范围内。在某些示例中，齿轮箱效率额定值在约0.25-0.55或约0.29-0.51的范围内。图8提供了若干示例性发动机的齿轮效率额定值。
130.由于齿轮箱被用作从部件到部件传递动力的减速器或增速器，因此齿轮箱效率是最重要的。在动力齿轮箱的长时间操作期间总会出现各种动态问题。因此，轴承承受和缓解这些动态问题的能力可以提高动力齿轮箱的容量、寿命和可靠性，从而降低发动机维护的频率。此外，为轴承和/或其他齿轮箱部件提供适当的润滑和冷却对于最大化齿轮箱的寿命和负载能力是必要的。因此，发动机架构(例如，风扇直径)的任何变化都不得对齿轮箱的适当润滑和冷却产生不利影响。齿轮箱效率额定值考虑到了这一点，并提供了具有适当油流率的发动机构造。因此，齿轮箱效率额定值可以例如提供具有改进的齿轮箱效率和/或增加的寿命的发动机。
131.在一些示例中，油流率q在约5-55加仑/分钟的范围内。在某些示例中，油流率q在约5.5-25加仑/分钟的范围内。在其他示例中，油流率q在约25-55加仑/分钟的范围内。在其他示例中，油流率q在约25-40加仑/分钟的范围内。在其他示例中，油流率q在约20-30加仑/
分钟的范围内。在其他示例中，油流率q在约25-35加仑/分钟的范围内。图8和20还提供了若干示例性发动机的油流率。
132.如上所述，油流率q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位在齿轮箱的入口处测量的。齿轮箱的入口是油从油供应管线进入齿轮箱的位置。如本文所用，“最大起飞条件”是指海平面高度、标准压力、极端炎热天气温度和高达约0.25马赫的飞行速度。
133.如本文所用，术语“极端炎热天气温度”是指为特定发动机规定的极端炎热天气温度。这可以包括用于发动机认证的极端炎热天气温度。极端炎热天气温度可以附加地或替代地包括约130-140
°
f的温度。
134.在一些示例中，风扇直径d为约120-216英寸。在某些示例中，风扇直径d为约120-192英寸。图8还提供了若干示例性发动机的风扇直径。
135.在一些示例中，发动机的净推力t在约10,000-100,000磅力的范围内。在特定示例中，发动机的净推力t在约12,000-30,000磅力的范围内。图8还提供了若干示例性发动机的净推力。
136.在一些示例中，涡轮机发动机的齿轮箱效率额定值可以相对于齿轮箱的传动比(gr)来构造。例如，在某些情况下，涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值大于0.015(gr
1.4
)且小于0.034(gr
1.5
)，如图7a所示。在其他示例中，涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值大于0.02625(gr
1.4
)且小于0.042(gr
1.4
)。
137.例如，图8描绘了具有满足这些关系的齿轮箱效率额定值的若干示例性发动机。发动机1是包括齿轮箱的涡轮机发动机，该齿轮箱具有10.5:1的传动比以及在0.40-1.16的范围内(特别是1.02)的齿轮箱效率额定值。发动机2、发动机3和发动机4是包括齿轮箱的涡轮机发动机，该齿轮箱具有7:1的传动比以及在0.23-0.63的范围内(即分别为0.51、0.42和0.41)的齿轮箱效率额定值。发动机5是包括齿轮箱的涡轮机发动机，该齿轮箱具有5.1:1的传动比以及在0.15-0.39的范围内(特别是0.29)的齿轮箱效率额定值。发动机6是包括齿轮箱的涡轮机发动机，该齿轮箱具有4.1:1的传动比以及在0.11-0.28的范围内(特别是0.21)的齿轮箱效率额定值。发动机7-19提供了具有特定齿轮箱效率额定值的附加示例。发动机7-19的齿轮箱效率额定值的范围可以使用上面的等式和/或图7a-7c的图表来确定。
138.作为另一个示例，包括传动比为4.5:1的齿轮箱的涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值在0.12-0.32的范围内。作为另一个示例，包括传动比为6:1的齿轮箱的涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值在0.18-0.50的范围内。作为另一个示例，包括传动比为9:1的齿轮箱的涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值在0.33-0.92的范围内。作为另一个示例，包括传动比为11:1的齿轮箱的涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值在0.43-1.24的范围内。作为另一个示例，包括传动比为12:1的齿轮箱的涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值在0.49-1.41的范围内。作为又一示例，包括传动比为14:1的齿轮箱的涡轮机发动机可以被构造为使得齿轮箱效率额定值在0.60-1.78的范围内。
139.在一些情况下，涡轮机发动机可以包括传动比为5-6、7-8、9-10、11-12或13-14的齿轮箱。在其他情况下，涡轮机发动机可以包括传动比为5-7、8-10、11-13的齿轮箱。在又一些示例中，涡轮机发动机可以包括传动比为7-10或11-14的齿轮箱。下表具有关于若干示例性传动比的若干示例性齿轮箱效率额定值。
[0140][0141][0142]
在一些示例中，涡轮机发动机可以被构造成使得齿轮箱效率额定值大于0.023(gr
1.5
)且小于0.034(gr
1.5
)，如图7b所示。在特定情况下，齿轮箱效率额定值可以为约0.0275(gr
1.5
)。例如，对于包括周转齿轮箱(例如，星形和/或行星构造)的发动机，这些构造可能是特别有利的。
[0143]
传动比齿轮箱效率额定值4.1-6.90.19-0.62 7.0-9.90.43-1.06 10.0-12.90.73-1.58 13.0-14.01.08-1.8
[0144]
在其他示例中，涡轮机发动机可以被构造成使得齿轮箱效率额定值大于0.015(gr
1.4
)且小于0.025(gr
1.4
)，如图7c所示。在特定情况下，齿轮箱效率额定值可以为约0.02(gr
1.4
)。例如，对于包括非周转齿轮箱(例如，复合齿轮箱)的发动机，这些构造可能是特别有利的。
[0145]
传动比齿轮箱效率额定值4.1-6.90.10-0.37 7.0-9.90.23-0.62 10.0-12.90.38-0.90 13.0-14.00.54-1.01
[0146]
应当注意本文公开的齿轮箱效率额定值是近似值。因此，所公开的齿轮箱效率额定值包括所列值的百分之五以内的值。
[0147]
如上所述，齿轮箱效率额定值可以限定特定发动机构造和/或可以在开发用于涡轮机发动机的齿轮箱时使用。例如，在某些情况下，齿轮箱效率额定值可用于确定齿轮箱的尺寸和/或油流率。假设已知齿轮箱的期望传动比以及发动机的风扇直径和净推力，则图7a-7c的图表中描绘的齿轮箱效率额定值可用于确定可接受油流率。在一些示例中，下面的等式可用于确定齿轮箱的油流率(q)的可接受范围。确定的油流率q可用于例如帮助齿轮箱的构造，从而导致改进的齿轮箱和总体发动机。在一些情况下，一个或多个其他参数(例如，齿轮箱效率额定值)也可以帮助齿轮箱的构造。
[0148][0149]
例如，可以使用以下示例性方法来构造用于涡轮机发动机的齿轮箱。参考图8，发
动机1包括非管道式风扇并且可以类似于发动机200构造。发动机1包括188.6英寸的风扇直径和在最大起飞条件下25,503磅力的净推力。发动机1还包括五级低压涡轮。发动机1的齿轮箱的期望传动比为约10.5:1。基于该信息，发动机1的齿轮箱的油流率q在最大起飞条件下应为约8-24加仑/分钟。
[0150]
图9示意性地描绘了可以例如与发动机1一起使用的齿轮箱700。齿轮箱700包括两级星形构造。
[0151]
齿轮箱700的第一级包括第一级太阳齿轮702、容纳多个第一级星形齿轮的第一级托架704、以及第一级环形齿轮706。第一级太阳齿轮702可以联接到低速轴708，低速轴708又联接到发动机1的低压涡轮。第一级太阳齿轮702可以与第一级星形齿轮啮合，第一级星形齿轮与第一级环形齿轮啮合。第一级托架704可以通过支撑构件710固定而不旋转。
[0152]
齿轮箱700的第二级包括第二级太阳齿轮712、容纳多个第二级星形齿轮的第二级托架714、以及第二级环形齿轮716。第二级太阳齿轮712可以联接到轴718，轴718又联接到第一级环形齿轮706。第二级托架714可以通过支撑构件720固定而不旋转。第二级环形齿轮716可以联接到风扇轴722。
[0153]
在一些示例中，齿轮箱700的每一级可以包括五个星形齿轮。在其他示例中，齿轮箱700在每一级中可以包括少于或多于五个星形齿轮。在一些示例中，第一级托架可以包括与第二级托架不同数量的星形齿轮。例如，第一级托架可以包括五个星形齿轮，而第二级托架可以包括三个星形齿轮，反之亦然。
[0154]
基于齿轮箱700的构造和基于齿轮箱效率额定值的计算的8-24加仑/分钟的油流率，齿轮箱700可以包括半径r1。齿轮箱的尺寸(包括半径r1)可以被构造为使得齿轮箱700的入口处的油流率在最大起飞条件下为约8-24加仑/分钟或约16-24加仑/分钟(例如，20.9gpm)。在一些示例中，齿轮箱700的半径r1可以是约16-19英寸。在其他示例中，齿轮箱700的半径r1可以是约22-24英寸。在其他示例中，齿轮箱700的半径r1可以小于16英寸或大于24英寸。
[0155]
作为另一个示例，发动机2(图8)包括非管道式风扇并且可以类似于发动机200构造。发动机3包括188.6英寸的风扇直径和在最大起飞条件下25,000磅力的净推力。发动机2还包括3-7级低压涡轮。发动机2的齿轮箱的期望传动比为约7:1。基于该信息，发动机2的齿轮箱的油流率q在最大起飞条件下应为约4-13加仑/分钟或约8-13加仑/分钟(例如，10.06)。
[0156]
图10示意性地描绘了可以例如与发动机2一起使用的齿轮箱800。齿轮箱800包括单级星形构造。齿轮箱800包括太阳齿轮802、容纳多个星形齿轮(例如，3-5个星形齿轮)的托架804、以及环形齿轮806。太阳齿轮802可以与星形齿轮啮合，并且星形齿轮可以与环形齿轮806啮合。太阳齿轮802可以联接到低速轴808，低速轴808又联接到发动机2的低压涡轮。托架804可以通过支撑构件810固定而不旋转。环形齿轮806可以联接到风扇轴812。
[0157]
基于齿轮箱800的构造和基于齿轮箱效率额定值的计算的4-13加仑/分钟的油流率，齿轮箱800可以包括半径r2。齿轮箱的尺寸(包括半径r2)可以被构造成使得齿轮箱800的入口处的油流率在最大起飞条件下为7-13加仑/分钟(例如，10.1gpm)。在一些示例中，齿轮箱800的半径r2可以是约18-23英寸。在其他示例中，齿轮箱700的半径r2可以小于18英寸或大于23英寸。
[0158]
作为另一个示例，发动机3(图8)包括非管道式风扇并且可以类似于发动机200构造。发动机3包括142.8英寸的风扇直径和在最大起飞条件下12,500磅力的净推力。发动机3还包括3-7级低压涡轮。发动机3的齿轮箱的期望传动比为约7:1。基于该信息，发动机3的齿轮箱的油流率q在最大起飞条件下应为约3-9加仑/分钟或约5-9加仑/分钟(例如，6gpm)。
[0159]
图11示意性地描绘了可以例如与发动机3一起使用的齿轮箱900。齿轮箱800包括单级星形构造。齿轮箱900包括太阳齿轮902、容纳多个星形齿轮(例如，3-5个星形齿轮)的托架904、以及环形齿轮906。太阳齿轮902可以与星形齿轮啮合，并且星形齿轮可以与环形齿轮906啮合。太阳齿轮902可以联接到低速轴908，低速轴908又联接到发动机3的低压涡轮。托架904可以通过支撑构件910固定而不旋转。环形齿轮906可以联接到风扇轴912。
[0160]
基于齿轮箱900的构造和基于齿轮箱效率额定值的计算的5-9加仑/分钟的油流率，齿轮箱900可以包括半径r3。齿轮箱的尺寸(包括半径r3)可以被构造成使得齿轮箱900的入口处的油流率在最大起飞条件下为3-9加仑/分钟(例如，6gpm)。在一些示例中，齿轮箱900的半径r3可以是约10-13英寸。在其他示例中，齿轮箱900的半径r3可以小于10英寸或大于13英寸。
[0161]
发动机4包括非管道式风扇并且可以类似于发动机200构造。发动机4包括188.4英寸的风扇直径和在最大起飞条件下25,000磅力的净推力。发动机4还包括反向旋转低压涡轮(例如，类似于反向旋转涡轮500或反向旋转涡轮600)。发动机4的齿轮箱的期望传动比为约7:1。基于该信息，发动机4的齿轮箱的油流率q在最大起飞条件下应为约4-13加仑/分钟或约7-13加仑/分钟(例如，8.1gpm)。
[0162]
图12示意性地描绘了可以例如与发动机4一起使用的齿轮箱1000。齿轮箱1000包括两级构造，其中第一级是星形构造而第二级是行星构造。
[0163]
齿轮箱1000的第一级包括第一级太阳齿轮1002、包括多个第一级星形齿轮(例如，3-5个星形齿轮)的第一级星形托架1004、以及第一级环形齿轮1006。第一级太阳齿轮1002可以与第一级星形齿轮啮合，并且第一级星形齿轮可以与第一级环形齿轮1006啮合。第一级太阳齿轮1002可以联接到低线轴的较高速轴1008，较高速轴1008又联接到发动机4的低压涡轮的内叶片。第一级星形托架1004可以通过支撑构件1010固定而不旋转。
[0164]
齿轮箱1000的第二级包括第二级太阳齿轮1012、包括多个第二级行星齿轮(例如，3-5个行星齿轮)的第二级行星托架1014、以及第二级环形齿轮1016。第二级太阳齿轮1012可以与第二级行星齿轮啮合。第二级行星托架1014可以联接到第一级环形齿轮1006。第二级太阳齿轮1012可以联接到低线轴的较低速轴1018，较低速轴1018又联接到发动机4的低压涡轮的外叶片。第二级行星托架1014可以联接到第一级环形齿轮1006。第二级行星托架1014也可以联接到风扇轴1020。第二级环形齿轮1016可以通过支撑构件1022固定而不旋转。
[0165]
在一些示例中，齿轮箱1000的每一级可以包括三个星形齿轮/行星齿轮。在其他示例中，齿轮箱1000在每一级中可以包括少于或多于三个星形齿轮/行星齿轮。在一些示例中，第一级托架可以包括与第二级托架具有行星齿轮不同数量的星形齿轮。例如，第一级托架可以包括五个星形齿轮，并且第二级托架可以包括三个行星齿轮，反之亦然。
[0166]
由于齿轮箱1000的第一级联接到低线轴的较高速轴1008，并且齿轮箱1000的第二级联接到低线轴的较低速轴1018，因此齿轮箱1000的第一级的传动比可以大于齿轮箱的第
二级的传动比。例如，在某些构造中，齿轮箱的第一级可以包括4.1-14的传动比，并且齿轮箱的第二级可以包括小于齿轮箱的第一级的传动比的传动比。在特定示例中，齿轮箱的第一级可以包括7的传动比，并且齿轮箱的第二级可以包括6的传动比。
[0167]
在一些示例中，包括齿轮箱1000的发动机可以被构造为使得较高速轴1008向齿轮箱1000提供约50％的动力，并且较低速轴1018向齿轮箱1000提供约50％的动力。在其他示例中，包括齿轮箱1000的发动机可以被构造成使得较高速轴1008向齿轮箱1000提供约60％的动力，并且较低速轴1018向齿轮箱1000提供约40％的动力。
[0168]
基于齿轮箱1000的构造和基于齿轮箱效率额定值的计算的4-13加仑/分钟的油流率，齿轮箱1000可以包括半径r4。齿轮箱的尺寸(包括半径r4)可以被构造成使得齿轮箱1000的入口处的油流率在最大起飞条件下为7-13加仑/分钟(例如，8.1gpm)。在一些示例中，齿轮箱1000的半径r4可以是约18-22英寸。在其他示例中，齿轮箱700的半径r4可以小于18英寸或大于22英寸。
[0169]
因此，如本文公开的示例所示，齿轮箱效率额定值可以表征或限定特定发动机和/或齿轮箱构造。因此，可以通过利用齿轮箱效率额定值和/或其相关参数快速且准确地构造涡轮机发动机。以此方式，本文公开的齿轮箱效率额定值提供了优于已知涡轮机发动机和/或开发涡轮机发动机的已知方法的一个或多个显著优点。
[0170]
图13描绘了齿轮箱1100，齿轮箱1100可以例如与本文公开的发动机(例如，发动机100、200、400)一起使用。齿轮箱1100被构造为复合星形齿轮箱。齿轮箱1100包括太阳齿轮1102和星形托架1104，星形托架1104包括具有一个或多个第一部分1106和一个或多个第二部分1108的多个复合星形齿轮。齿轮箱1100还包括环形齿轮1110。太阳齿轮1102也可以与星形齿轮的第一部分1106啮合。星形托架可以经由支撑构件1114固定而不旋转。星形齿轮的第二部分1108可以与环形齿轮1110啮合。太阳齿轮1102可以经由涡轮轴1112联接到低压涡轮。环形齿轮1110可以联接到风扇轴1116。
[0171]
本文示出和描述的齿轮组件可以与任何合适的发动机一起使用。例如，尽管图4示出了可选的管道式风扇和可选的风扇管道(类似于图2中示出的)，但是应该理解，这样的齿轮组件可以与不具有一个或多个此类结构的其他管道式涡轮风扇发动机(例如，发动机300)和/或其他开式转子发动机一起使用。
[0172]
本文描绘和描述的齿轮组件的构造可以提供适合于所公开发动机的l/d
core
约束内的传动比和布置。在某些示例中，关于图9-13描绘和描述的齿轮组件允许传动比和布置提供对应于以上提供的巡航高度和/或巡航速度的一个或多个范围的风扇组件的转速。
[0173]
本文提供的齿轮组件的各种构造可以允许高达14:1的传动比。本文提供的齿轮组件的其他各种示例可以允许至少4.1:1或4.5:1的传动比。本文提供的齿轮组件的还有的各种示例允许6:1至12:1的传动比。其他示例可以具有2.0-4.0范围内的传动比。图8和20还提供了若干示例性发动机的传动比。应当理解，本文提供的齿轮组件的示例可以允许大传动比并且在限制(诸如但不限于，发动机的长度、发动机100的最大直径(d
core
)、高达65,000ft的巡航高度、和/或高达0.85马赫的操作巡航速度，或其组合)内。所公开的齿轮组件可以替代地被构造成提供2.0-4.0范围内的传动比。
[0174]
本文示出和描述了各种示例性齿轮组件。这些齿轮组件可以与任何示例性发动机和/或可能期望此类齿轮组件的任何其他合适的发动机一起使用。以这种方式，应当理解，
本文公开的齿轮组件通常可以与具有带多个转子叶片的旋转元件以及具有涡轮和可随涡轮旋转的轴的涡轮机的发动机一起操作。对于这样的发动机，旋转元件(例如，风扇组件104)可以通过齿轮组件经由涡轮机的轴(例如，低速轴146)驱动。
[0175]
虽然所示的示例性齿轮组件安装在前方位置(例如，从燃烧器和/或低压压缩机向前)，但在其他示例中，本文描述的齿轮组件可以安装在后方位置(例如，燃烧器和/或低压涡轮的后方)。
[0176]
在图14中示意性地描绘了润滑剂系统1200的部分。润滑系统1200可以是本文公开的涡轮机发动机的部件和/或可以联接到本文公开的各种齿轮箱。例如，图1示意性地示出了联接到涡轮机发动机100和齿轮箱102的润滑剂系统。一系列润滑剂导管1203可以互连润滑剂系统1200和/或发动机部件的多个元件，从而提供遍及润滑剂系统和联接到其的任何发动机部件(例如，齿轮箱、轴承室等)的润滑剂的供应或循环。
[0177]
应当理解，如图所示的润滑剂系统1200的组织仅通过示例来说明涡轮机发动机的示例性系统，用于循环润滑剂以实现诸如润滑或热传递的目的。考虑了用于润滑剂系统1200的任何组织，具有或不具有如图所示的元件，和/或包括由任何必要的导管系统互连的附加元件。
[0178]
再次参考图14，润滑剂系统1200包括润滑剂储存器1202，其被构造为储存冷却剂或润滑剂，包括有机油或矿物油、合成油或燃料，或其混合物或组合。供应管线1204和吹扫管线1206流体联接到储存器1202并且共同形成润滑剂回路，储存器1202和部件1210(例如，齿轮箱)可以流体联接到该润滑剂回路。部件1210可以通过与供应管线1204的流体联接的方式被供应有润滑，并且可以通过流体联接到吹扫管线1206将供应的润滑剂返回到储存器1202。更具体地，部件供应管线1211可以流体联接在供应管线1204和部件1210之间。进一步设想多种类型的润滑剂可以在未明确示出但仍然包括在润滑剂系统1200中的其他管线中提供。
[0179]
可选地，至少一个热交换器1205可以包括在润滑剂系统1200中。热交换器1205可以包括燃料/润滑剂(燃料到润滑剂)热交换器、油/润滑剂热交换器、风冷油冷却器和/或用于交换热量的其他装置。例如，燃料/润滑剂热交换器可用于加热或冷却发动机燃料，其中润滑剂通过热交换器。在另一个示例中，润滑剂/油热交换器可用于加热或冷却在涡轮机发动机内经过的附加润滑剂，该附加润滑剂与沿润滑剂系统1200经过的润滑剂流体分离。这种润滑剂/油热交换器还可以包括伺服/润滑剂热交换器。可选地，第二热交换器(未示出)可以沿核心发动机的外部设置在出口导向轮叶组件的下游。第二热交换器可以是空气/润滑剂热交换器，例如，适于利用穿过涡轮机发动机的出口导向轮叶组件的气流以对流方式冷却润滑剂系统1200中的润滑剂。
[0180]
可以在润滑剂系统1200中提供泵1208以帮助经由供应管线1204将润滑剂从储存器1202再循环到部件1210。例如，泵1208可由涡轮发动机10的旋转部件驱动，例如涡轮机发动机的高压轴或低压轴。
[0181]
润滑剂可以通过吹扫管线1206从部件1210中回收并返回到储存器1202。在示出的示例中，泵1208被示出为沿储存器1202下游的供应管线1204。泵1208可以位于润滑剂系统1200内的任何合适位置，包括沿储存器1202上游的吹扫管线1206。此外，虽然未示出，但可以在润滑剂系统1200中提供多个泵。
[0182]
在一些示例中，旁通管线1212可以以绕过部件1210的方式流体联接到供应管线1204和吹扫管线1206。在这样的示例中，旁通阀1215流体联接到供应管线1204、部件供应管线1211和旁通管线1212。旁通阀1215被构造为控制通过部件供应管线1211或旁通管线1212中的至少一个的润滑剂流。旁通阀1215可以包括任何合适的阀，包括但不限于差热阀、旋转阀、流量控制阀和/或压力安全阀。在一些示例中，可以提供多个旁通阀。
[0183]
在操作期间，供应流1220可以从储存器1202移动，通过供应管线1204，并到达旁通阀1215。部件输入流1222可以通过部件供应管线1211从旁通阀1215移动到部件1210的入口。吹扫流1224可以将润滑剂从部件1210的出口移动通过吹扫管线1206，并返回到储存器1202。可选地，旁通流1226可以从旁通阀1215移动通过旁通管线1212，并到达吹扫管线1206。旁通流1226可以与吹扫流1224混合并限定朝向润滑剂储存器1202移动的返回流1228。
[0184]
在不存在旁通流的一个示例中，设想供应流1220可以与部件输入流1222相同并且吹扫流1224可以与返回流1228相同。在旁通流1226具有非零流率的另一个示例中，供应流1220可以在旁通阀1215处分成部件输入流1222和旁通流1226。还将理解的是，可以在润滑剂系统1200中提供附加的部件、阀、传感器或导管管线，并且为了说明的目的，图14中所示的示例被简化为具有单个部件1210。
[0185]
润滑剂系统1200还可以包括至少一个感测位置，在该位置可以感测或检测至少一个润滑剂参数。至少一个润滑剂参数可以包括但不限于润滑剂的流率、温度、压力、粘度、化学成分等。在所示示例中，第一感测位置1216位于部件1210上游的供应管线1204中，并且第二感测位置1218位于部件1210下游的吹扫管线1206中。
[0186]
在一个示例中，旁通阀1215可以是差热阀的形式，该差热阀被构造成感测或检测润滑剂温度形式的至少一个润滑剂参数。在这种情况下，旁通阀1215与第一和第二感测位置1216、1218的流体联接可以提供旁通阀1215在润滑剂流到或流自旁通阀1215时感测或检测感测位置1216、1218处的润滑剂温度。旁通阀1215可以被构造成基于感测或检测到的温度来控制部件输入流1222或旁通流1226。
[0187]
设想旁通阀1215、供应管线1204和旁通管线1212可以至少部分地限定用于部件1210的闭环控制系统。如本文所用，“闭环控制系统”是指具有机械或电子部件的系统，其无需手动输入或其他人为交互即可自动调节、调整、修改或控制系统变量。这种闭环控制系统可以包括感测部件以感测或检测与要控制的期望变量相关的参数，并且感测或检测到的参数可以用作“闭环”方式的反馈以改变系统变量，并改变感测或检测到的参数返回目标状态。在润滑剂系统1200的示例中，旁通阀1215(例如，机械或电气部件)可以感测参数(诸如润滑剂参数(例如，温度))，并自动调整系统变量(例如，到旁通管线1212或部件1210中的任一个或两者的流率)，而不需要附加或手动输入。在一个示例中，旁通阀可以是可自动调整的或可自调整的，例如热差旁通阀。在另一个示例中，旁通阀可以经由单独的控制器操作或致动。应当理解，如本文所述的闭环控制系统可以结合这种可自调整旁通阀或可控旁通阀。
[0188]
转向图15，润滑剂系统1200的一部分被示出为向涡轮机发动机内的齿轮箱1250形式的特定部件1210供应润滑剂。齿轮箱可以是本文公开的任何齿轮箱。齿轮箱1250可包括输入轴1252、输出轴1254和齿轮组件1255。在一个示例中，齿轮组件1255可以是本领域已知的周转齿轮组件的形式，其具有环形齿轮、太阳齿轮和至少一个行星齿轮/星形齿轮。外壳
1256可以至少部分地围绕齿轮组件1255，并且为其中的齿轮和轴承形成结构支撑件。输入轴1252和输出轴1254中的任一个或两者可以联接到涡轮机发动机。在一个示例中，输入轴1252和输出轴1254可以用于将低压涡轮的速度与低压压缩机和/或风扇解耦，这可以例如提高发动机效率。
[0189]
供应管线1204可以流体联接到齿轮箱1250，例如联接到齿轮组件1255，以在操作期间将润滑剂提供到齿轮箱1250的齿轮或轴承。吹扫管线1206可以流体联接到齿轮箱1250，例如联接到齿轮组件1255或外壳1256，以收集润滑剂。如图所示，旁通管线1212可以流体联接到旁通阀1215、供应管线1204和吹扫管线1206。返回管线1214也可以流体联接到旁通阀1215，例如以将返回流1228引导到润滑剂储存器1202用于再循环。虽然为简洁起见在图15中未示出，但润滑剂储存器1202、热交换器1205和/或泵1208(图14)也可以流体联接到齿轮箱1250。以此方式，供应管线1204、旁通管线1212、吹扫管线1206和返回管线1214可以至少部分地限定用于润滑剂系统1200的再循环管线1230。
[0190]
供应流1220在旁通管线处分成部件输入流1222和旁通流1226。在所示示例中，旁通阀1215是流体联接到第一和第二感测位置1216、1218的差热阀的形式。
[0191]
靠近第一和第二感测位置1216、1218流动的润滑剂提供相应的第一和第二输出1241、1242，其指示在那些感测位置1216、1218处的润滑剂的温度。应当理解，供应管线1204热联接到旁通管线1212和旁通阀1215，使得靠近第一感测位置1216的供应管线1204中的流体的温度与邻近旁通阀1215的旁通管线1212中的流体的温度近似相同。如本文所用，两个值“近似相同”是指两个值相差不超过预定量，例如在一些示例中相差不超过20％，或相差不超过5度。以此方式，旁通阀1215可以经由第一和第二输出1241、1242感测供应管线1204和吹扫管线1206中的润滑剂温度。可以理解，旁通管线1212可以形成用于阀1215的感测管线，以感测第一感测位置1216处的润滑剂参数，例如温度。
[0192]
在涡轮机发动机的操作期间，润滑剂温度会在齿轮箱1250内(例如由于齿轮箱1250的发热)以及在整个润滑剂系统1200内升高。在一个示例中，如果润滑剂温度在任一感测位置1216、1218处超过预定阈值温度，则旁通阀1215可以通过减少旁通流1226自动增加例如从供应管线1204到齿轮箱1250的部件输入流1222。这样的预定阈值温度可以是用于齿轮箱1250的任何合适的操作温度，例如在一些示例中约300
°
f。增加部件输入流1222可以提供齿轮箱1250的冷却，从而降低当润滑剂再循环通过润滑剂系统1200时在各个管线1204、1206、1212、1214中感测到的润滑剂温度。
[0193]
在另一个示例中，如果感测位置1216、1218之间的温差超过预定阈值温差，则旁通阀可以通过减少旁通流1226来自动增加部件输入流1222。在一些示例中，这样的预定阈值温差可以是用于齿轮箱1250的任何合适的操作温度，例如约70
°
f，或相差超过30％。在又一示例中，如果感测位置1216、1218之间的温差低于预定阈值温差，则旁通阀可以自动减少部件输入流1222或增加旁通流1226。以这种方式，润滑剂系统1200可以使齿轮箱在供应管线1204和吹扫管线1206之间的恒定温差下操作。
[0194]
从齿轮箱效率额定值的基础开始，发明人着手确定齿轮箱效率额定值(和/或其组成)是否可以用于帮助开发包括相对低传动比(例如，传动比小于或等于4.0—例如，2.0-4.0)的齿轮传动涡轮风扇发动机的过程。在无数次尝试以及分析大量发动机参数和发动机构造之后，发明人发现齿轮箱效率额定值与低压涡轮的级数一起提供了总体发动机效率额
定值。这一发现源于发明人认识到齿轮箱(即，油流“q”)、风扇(即，风扇直径“d”)、动力输出(即，净推力“t”)和低压涡轮(即，lpt级数“n”)之间的关系提供整体发动机构造，以指导进一步的发动机开发过程。
[0195]
对2.0-4.0范围内的传动比有效的总体发动机效率被限定为其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，d是以英寸为单位测量的风扇叶片的直径，t是在最大起飞条件下以磅力为单位测量的涡轮机发动机的净推力，并且n是低压涡轮的旋转叶片级数。例如，这个新开发的发动机参数可以帮助开发涡轮机的过程，因为它考虑了涡轮风扇发动机的参数，并在开发早期提供了发动机总体效率的良好近似。以与前面讨论的齿轮箱效率额定值类似的方式，总体发动机效率额定值的值识别了影响总体架构的关键发动机要求。然而，总体发动机效率额定值可能是识别最佳解决方案的更有见地的值，因为除了油流之外，当lpt级数增加或减少时，总体发动机效率额定值也会影响架构。当lpt级数增加时，涡轮效率会提高，但存在重量损失。可能需要根据齿轮箱的尺寸、齿轮箱所需的油流和/或风扇的尺寸来平衡lpt级数。至少部分地基于取决于齿轮箱和lpt的值的发动机架构可以类似地实现主要发动机部件的早期优化，从而有利于总体架构。通过将发动机设计基于总体发动机效率额定值，与实验设计相比，更有可能找到优化的架构。出于这个原因，总体发动机效率额定值能够发现更好的设计，而不是依赖于从涉及相互关系尚不清楚或不了解的大量变量的实验设计中找到最佳解决方案的机会。
[0196]
如上所述，涡轮机发动机(例如涡轮风扇发动机100、200、300、400)包括影响其性能和/或操作的许多变量和因素。各种部件之间的相互作用使得开发或选择一个部件变得特别困难，尤其是当每个部件处于不同的完成阶段时。例如，一个或多个部件可能接近完成，而一个或多个其他部件可能处于初始或初步阶段，其中只有一个(或几个)参数是已知的。此外，每个部件在开发期间经常会发生不止一次的变化，这通常会持续很多年(例如，5-15年)。这些复杂且错综的个体和集体开发过程可能繁琐且低效。至少出于这些原因，总体发动机效率额定值不仅可以提供实现期望性能益处所需的基本构造或大小的良好估计，还可以提供反映其他领域的惩罚或调整，以便实现期望益处的良好估计。
[0197]
根据本公开的另一个方面，总体发动机效率额定值可以另外提供在初始开发期间发动机的效率和有效性的特别有用的指示，例如，作为接受或拒绝特定构造的工具。因此，总体发动机效率额定值可用于例如涡轮风扇发动机开发。例如，总体发动机效率额定值可用于快速且准确地确定适用于特定发动机的参数(例如，齿轮箱的尺寸、lpt级数和/或风扇的尺寸)，而无需个体或团队完成从头开始开发整个发动机或部件的繁琐且耗时的过程。以这种方式，总体发动机效率额定值也可以改进开发涡轮机发动机的过程。
[0198]
总体发动机效率额定值在开发管道式齿轮传动涡轮风扇发动机中可能是特别有利的。例如，总体发动机效率额定值可用于本文公开的管道式齿轮传动涡轮风扇发动机300和400。
[0199]
应当注意，对于包括叶片(转子)和轮叶(定子)排的低压涡轮，用于确定涡轮风扇发动机的总体发动机效率额定值的低压涡轮的lpt级数(n)被限定为低压涡轮的旋转叶片级(或转子)数。当低压涡轮是反向旋转涡轮(即，相邻旋转叶片排之间没有轮叶)时，lpt级
数(n)是内叶片级(与外叶片级或总旋转级相对)数。例如，参考图5，反向旋转低压涡轮500具有三个内叶片级502，并因此当确定包括反向旋转低压涡轮500的发动机的总体发动机效率时“n”等于三。例如，参考图6，反向旋转低压涡轮600具有四个内叶片级602，并因此当确定包括反向旋转低压涡轮600的发动机的总体发动机效率时“n”等于四。
[0200]
在一些示例中，总体发动机效率额定值可以大于或等于0.1gr
1.5
且小于或等于gr
1.5
，其中gr是传动比。例如，图16a-18b描绘了满足该关系的总体发动机效率额定值和传动比的各种范围。
[0201]
图16a描绘了对于3.2-4.0范围内的传动比在0.57-8.0范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.1gr
1.5
且小于或等于gr
1.5
。当构造发动机以满足今天和未来的需求(包括燃料效率和功率)时，该总体发动机效率额定值和/或传动比的范围可能特别有利。
[0202]
图16b描绘了图16a的总体发动机效率额定值的子范围。具体地，图16b描绘了对于3.2-4.0的传动比的0.57-3.0的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.1gr
1.5
且小于或等于3.0。在图16b所示的子范围内构造发动机可以例如提供相对轻和/或高效的发动机。作为另一个示例，包括图16b的子范围内的总体发动机效率额定值的发动机可以是相对紧凑的，这在尺寸/空间非常宝贵时可以是有利的。
[0203]
图16c描绘了图16a的总体发动机效率额定值的另一个子范围。特别地，图16c描绘了对于3.2-4.0的传动比在3.0-8.0范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于3.0且小于或等于gr
1.5
。在图16c中描绘的子范围内构造发动机可以例如提供成本更低和/或更耐用的发动机。在特定示例中，图16c中描绘的子范围内的发动机可具有比图16b中描绘的子范围内的发动机相对更高的油流率。除其他事项外，这可以降低齿轮箱温度。因此，齿轮箱内可以使用更便宜的材料。附加地(或替代地)，可以提高齿轮箱的耐用性和/或可以延长维修间隔。
[0204]
图16d描绘了图16a的总体发动机效率额定值的子范围。更准确地，图16d描绘了对于3.25-3.75范围内的传动比在0.59-7.3范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.1gr
1.5
且小于或等于gr
1.5
。
[0205]
图17a描绘了对于2.0-2.9范围内的传动比在0.28-4.9范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.1gr
1.5
且小于或等于gr
1.5
。例如，图17a中描绘的总体发动机效率额定值的范围对于包括反向旋转低压涡轮的发动机或其中较低的涡轮速度将由于空气动力学或机械约束而产生更高效系统的构造可能是有利的。
[0206]
图17b描绘了图17a的总体发动机效率额定值的子范围。图17b描绘了对于2.0-2.5范围内的传动比在0.28-3.9范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.1gr
1.5
且小于或等于gr
1.5
。
[0207]
图17c描绘了图17a的总体发动机效率额定值的子范围。特别地，图17c描绘了对于2.0-2.5范围内的传动比在0.9-2.1范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.1gr
1.5
且小于或等于gr
1.5
。
[0208]
在一些示例中，图17a-17c中描绘的总体发动机效率额定值对于包括反向旋转低压涡轮的发动机可能特别有利。具体地，图17c中描绘的范围可以特别良好地适合于包括反向旋转低压涡轮的发动机或其中较低的涡轮速度将由于空气动力学或机械约束而产生更
高效系统的构造。
[0209]
图18a描绘了对于2.0-4.0范围内的传动比在1.9-8.0范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于1.9且小于或等于gr
1.5
。在一些情况下，图18a中描绘的范围可以产生比传动比在2.0和4.0之间的其他齿轮传动发动机成本更低和/或更耐用的发动机。
[0210]
图18b描绘了图18a的总体发动机效率额定值的子范围。具体地，图18b描绘了对于2.0-4.0范围内的传动比在1.9-3.1范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于1.9且小于或等于3.1。例如，图18b中描绘的子范围可以产生良好平衡且高效的发动机。在一些示例中，构造有在图18b的子范围内的总体发动机效率额定值的发动机可以为齿轮箱提供油流率，该油流率保持齿轮箱温度足够低以使齿轮箱耐用，同时也不会具有过重的重量。
[0211]
图19a描绘了对于2.0-4.0范围内的传动比在0.98-5.6范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.35gr
1.5
且小于或等于0.7gr
1.5
。例如，图19a中描绘的子范围可以产生良好平衡、高效且具有成本效益的发动机。
[0212]
图19b描绘了图19a的总体发动机效率额定值的子范围。特别地，图19b描绘了对于2.0-2.5范围内的传动比在0.98-2.77范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.35gr
1.5
且小于或等于0.7gr
1.5
。图19b中描绘的范围可以特别良好地适用于包括反向旋转低压涡轮的发动机或其中较低的涡轮速度将由于空气动力学或机械约束而产生更高效系统的构造。
[0213]
图19c描绘了图19a的总体发动机效率额定值的子范围。具体而言，图19c描绘了对于3.2-4.0范围内的传动比在2.0-5.6范围内的总体发动机效率额定值，其中总体发动机效率额定值大于或等于0.35gr
1.5
且小于或等于0.7gr
1.5
。
[0214]
图20是表，该表公开了若干示例性发动机和落在图16a-19c中公开的一个或多个总体发动机效率额定值范围内的各种发动机参数。例如，图20中公开的发动机可以提供燃料效率高且功率大的发动机。
[0215]
在一些情况下，本文公开的并且包括总体发动机效率额定值和/或传动比范围的发动机可以包括三级、四级或五级低压涡轮。
[0216]
本书面描述使用示例来公开技术，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践所公开的技术，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。所公开技术的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
[0217]
本公开的进一步方面由以下示例的主题提供：
[0218]
1.一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，所述风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件包括设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述核心发动机的所述低压涡轮并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，并且其中，所述第一转速与所述第二转速的传动比在
3.2-4.0的范围内；以及0.57-8.0的总体发动机效率额定值，其中所述总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机的净推力，并且其中n是所述低压涡轮的旋转叶片级数。
[0219]
2.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-1.0。
[0220]
3.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-1.5。
[0221]
4.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-2.0。
[0222]
5.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-2.5。
[0223]
6.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-3.0。
[0224]
7.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机效率额定值在0.8-3.0的范围内。
[0225]
8.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-3.5。
[0226]
9.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-4.0。
[0227]
10.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-4.5。
[0228]
11.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-5.0。
[0229]
12.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-5.5。
[0230]
13.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-6.0。
[0231]
14.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-6.5。
[0232]
15.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-7.0。
[0233]
16.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机，其中，所述总体发动机效率额定值为0.57-7.5。
[0234]
17.根据本文任何示例，并且特别是示例1所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机效率额定值为3.0-8.0。
[0235]
18.根据本文任何示例，并且特别是示例1-17中任一项所述的涡轮机发动机，其
中，所述传动比在3.5-4.0的范围内。
[0236]
19.根据本文任何示例，并且特别是示例1-17中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述传动比在3.4-3.6的范围内。
[0237]
20.根据本文任何示例，并且特别是示例1-19中任一项所述的涡轮机发动机，其中，q在5-55加仑/分钟的范围内。
[0238]
21.根据本文任何示例，并且特别是示例1-19中任一项所述的涡轮机发动机，其中，q在26-45加仑/分钟的范围内。
[0239]
22.根据本文任何示例，并且特别是示例1-21中任一项所述的涡轮机发动机，其中，d是80-160英寸。
[0240]
23.根据本文任何示例，并且特别是示例1-21中任一项所述的涡轮机发动机，其中，d是90-120英寸。
[0241]
24.根据本文任何示例，并且特别是示例1-23中任一项所述的涡轮机发动机，其中，t在10,000-100,000磅力的范围内。
[0242]
25.根据本文任何示例，并且特别是示例1-23中任一项所述的涡轮机发动机，其中，t在25,000-40,000磅力的范围内。
[0243]
26.根据本文任何示例，并且特别是示例1-25中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮的周转齿轮箱，其中所述太阳齿轮是所述输入，并且其中所述环形齿轮是所述输出。
[0244]
27.根据本文任何示例，并且特别是示例1-25中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮的周转齿轮箱，其中所述太阳齿轮是所述输入，其中所述行星齿轮联接到行星托架，并且其中所述行星托架是所述输出。
[0245]
28.根据本文任何示例，并且特别是示例1-27中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括三级。
[0246]
29.根据本文任何示例，并且特别是示例1-27中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括四级。
[0247]
30.根据本文任何示例，并且特别是示例1-27中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括五级。
[0248]
31.一种涡轮机发动机，包括：风扇壳体；风扇组件，所述风扇组件设置在所述风扇壳体内并且包括多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件设置在所述风扇壳体内并且包括设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧器、高压涡轮和低压涡轮，其中所述高压涡轮经由高速轴联接到所述高压压缩机，并且其中所述低压涡轮经由低速轴联接到所述低速压缩机；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述低速轴并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，并且其中，所述第一转速与所述第二转速的传动比在3.25-3.75的范围内；以及0.59-7.3的总体发动机效率额定值，其中所述总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机
的净推力，并且其中n是所述低压涡轮的转子级数。
[0249]
32.根据本文任何示例，并且特别是示例31所述的涡轮机发动机，其中，q在15-35加仑/分钟的范围内，其中d是80-150英寸，并且其中t在25,000-40,000磅力的范围内。
[0250]
33.根据本文任何示例，并且特别是示例31或示例32所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是包括星形齿轮构造的周转齿轮箱。
[0251]
34.根据本文任何示例，并且特别是示例31或示例32所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是包括行星齿轮构造的周转齿轮箱。
[0252]
35.根据本文任何示例，并且特别是示例31-34中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述风扇组件包括12-18个风扇叶片，其中所述低压压缩机包括1-8级，其中所述高压压缩机包括8-15级，其中所述高压涡轮包括1-2级，并且所述低压涡轮包括3-5级。
[0253]
36.一种涡轮机发动机，包括：管道式风扇组件，所述管道式风扇组件包括多个风扇叶片；管道式轮叶组件，所述管道式轮叶组件包括多个轮叶，其中所述多个轮叶被构造成接收来自所述多个风扇叶片的气流的第一部分；核心发动机，所述核心发动机被构造成接收来自所述多个风扇叶片的所述气流的第二部分，其中所述核心发动机包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧器、高压涡轮和低压涡轮；齿轮箱，所述齿轮箱包括3.2-4.0范围内的传动比；以及0.8-3.0的总体发动机效率额定值。
[0254]
37.根据本文任何示例，并且特别是示例36所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率在最大起飞条件下在20-55加仑/分钟的范围内。
[0255]
38.根据本文任何示例，并且特别是示例36或示例37所述的涡轮机发动机，其中，所述风扇叶片的直径为80-144英寸。
[0256]
39.根据本文任何示例，并且特别是示例36-38中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述涡轮机发动机的净推力在最大起飞条件下在25,000-80,000磅力的范围内。
[0257]
40.一种涡轮机发动机，包括：机舱；风扇组件，所述风扇组件设置在所述机舱内并且包括布置在单个叶片排中的多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件设置在所述机舱内并且包括布置在单个轮叶排中并设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括第一压缩机区段、第二压缩机区段、第一涡轮区段和第二涡轮区段；第一轴，所述第一轴将所述第一涡轮区段联接到所述第一压缩机区段；第二轴，所述第二轴将所述第二涡轮区段联接到所述第二压缩机区段；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述第一轴并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，所述第二转速小于所述第一转速，并且其中所述齿轮箱的传动比在3.2-4.0的范围内；以及0.57-8.0的总体发动机效率额定值，其中所述齿轮箱效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机的净推力，并且其中n是所述第一涡轮区段的旋转叶片级数并且等于4。
[0258]
41.根据本文任何示例，并且特别是示例40所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是包括3.4-4.0范围内的传动比的周转齿轮箱。
[0259]
42.根据本文任何示例，并且特别是示例40或示例41所述的涡轮机发动机，其中，
所述总体发动机额定值在1.0-3.0的范围内。
[0260]
43.根据本文任何示例，并且特别是示例40或示例41所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机额定值在2.0-3.0的范围内。
[0261]
44.根据本文任何示例，并且特别是示例40或示例41所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机额定值在2.5-3.0的范围内。
[0262]
45.一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，所述风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件包括设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述核心发动机的所述低压涡轮并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，并且其中所述第一转速与所述第二转速的传动比(gr)在3.2-4.0的范围内；以及总体发动机效率额定值，所述总体发动机效率额定值大于0.1gr
1.5
且小于gr
1.5
，其中所述总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机的净推力，并且其中n是所述低压涡轮的旋转叶片级数。
[0263]
46.根据本文任何示例，并且特别是示例45所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机效率额定值大于0.35gr
1.5
且小于0.7gr
1.5
。
[0264]
47.根据本文任何示例，并且特别是示例45或示例46所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括3级。
[0265]
48.根据本文任何示例，并且特别是示例45或示例46所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括4级。
[0266]
49.根据本文任何示例，并且特别是示例45或示例46所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括5级。
[0267]
50.一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，所述风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件包括设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述核心发动机的所述低压涡轮并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，并且其中所述第一转速与所述第二转速的传动比(gr)在2.0-2.9的范围内；以及总体发动机效率额定值，所述总体发动机效率额定值大于0.1gr
1.5
且小于gr
1.5
，其中所述总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机的净推力，并且其中n是所述低压涡轮的旋转叶片级数。
[0268]
51.根据本文任何示例，并且特别是示例50所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机效率额定值大于0.35gr
1.5
且小于0.7gr
1.5
。
[0269]
52.根据本文任何示例，并且特别是示例50或示例51所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括3级。
[0270]
53.根据本文任何示例，并且特别是示例50或示例51所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括4级。
[0271]
54.根据本文任何示例，并且特别是示例50或示例51所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括5级。
[0272]
55.根据本文任何示例，并且特别是示例50-54中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述传动比在2.0-2.5的范围内。
[0273]
56.一种涡轮机发动机，包括：风扇组件，所述风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件包括设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述核心发动机的所述低压涡轮并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，并且其中所述第一转速与所述第二转速的传动比(gr)在2.0-4.0的范围内；以及总体发动机效率额定值，所述总体发动机效率额定值大于0.35gr
1.5
且小于0.7gr
1.5
，其中所述总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机的净推力，并且其中n是所述低压涡轮的旋转叶片级数。
[0274]
57.根据本文任何示例，并且特别是示例56所述的涡轮机发动机，其中，所述传动比在2.0-2.5的范围内。
[0275]
58.根据本文任何示例，并且特别是示例56所述的涡轮机发动机，其中，所述传动比在3.2-4.0的范围内。
[0276]
59.根据本文任何示例，并且特别是示例56所述的涡轮机发动机，其中，所述传动比在3.25-3.75的范围内。
[0277]
60.根据本文任何示例，并且特别是示例56-59中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述总体发动机效率额定值小于3.0。
[0278]
61.根据本文任何示例，并且特别是示例56-60中任一项所述的涡轮机发动机，其中，q在5-52加仑/分钟的范围内。
[0279]
62.根据本文任何示例，并且特别是示例56-61中任一项所述的涡轮机发动机，其中，d是36-144英寸。
[0280]
63.根据本文任何示例，并且特别是示例56-62中任一项所述的涡轮机发动机，其中，t在5,000-80,000磅力的范围内。
[0281]
64.根据本文任何示例，并且特别是示例56-63中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮包括3、4或5个旋转叶片级。
[0282]
65.根据本文任何示例，并且特别是示例56-63中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮包括3或4个旋转叶片级。
[0283]
66.根据本文任何示例，并且特别是示例56-63中任一项所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮正好包括4个旋转叶片级。
[0284]
67.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮的周转齿轮箱，其中所述太阳齿轮是所述输入，并且其中所述环
形齿轮是所述输出。
[0285]
68.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮的周转齿轮箱，其中所述太阳齿轮是所述输入，其中所述行星齿轮联接到行星托架，并且其中所述行星托架是所述输出。
[0286]
69.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是多级齿轮箱。
[0287]
70.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是两级齿轮箱。
[0288]
71.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱是复合齿轮箱。
[0289]
72.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述风扇组件包括8-20个风扇叶片。
[0290]
73.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述低压压缩机包括1-4级。
[0291]
74.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述高压压缩机包括8-11级。
[0292]
75.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述高压涡轮包括1-2级。
[0293]
76.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮包括3-5级。
[0294]
77.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮是包括内叶片级和外叶片级的反向旋转低压涡轮，其中所述内叶片级从内轴径向向外延伸，并且其中所述外叶片级从外鼓径向向内延伸。
[0295]
78.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述反向旋转低压涡轮包括四个内叶片级和三个外叶片级。
[0296]
79.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述反向旋转低压涡轮包括三个内叶片级和三个外叶片级。
[0297]
80.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述风扇组件包括非管道式风扇和管道式风扇。
[0298]
81.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述低压压缩机包括1-2级。
[0299]
82.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述高压压缩机包括8-10级。
[0300]
83.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述高压涡轮包括两级。
[0301]
84.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述低压涡轮包括3-4级。
[0302]
85.根据本文任何示例所述的涡轮风扇发动机，其中，所述非管道式风扇组件被构造为将气流的第一部分引导至所述非管道式轮叶组件，并且将气流的第二部分引导至入口管道和所述管道式风扇组件，并且其中，所述管道式风扇组件被构造为将所述气流的第二部分引导至风扇管道和核心管道。
[0303]
86.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱位于所述燃烧器前方。
[0304]
87.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱位于所述燃烧器后方。
[0305]
88.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，其中，所述齿轮箱包括一个或多个复合齿轮，其中每个复合齿轮包括具有第一直径的第一部分和具有第二直径的第二部分，所述第二直径小于所述第一直径。
[0306]
89.根据本文任何示例所述的涡轮机发动机，进一步包括联接到所述风扇组件或所述轮叶组件的一个或多个螺距改变机构。

技术特征：
1.一种涡轮机发动机，其特征在于，包括：风扇组件，所述风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件包括设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述核心发动机的所述低压涡轮并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，并且其中所述第一转速与所述第二转速的传动比在3.2-4.0的范围内；以及0.57-8.0的范围内的总体发动机效率额定值，其中所述总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机的净推力，并且其中n是所述低压涡轮的旋转叶片级数。2.根据权利要求1所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述总体发动机效率额定值在0.57-3.0的范围内。3.根据权利要求1所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述总体发动机效率额定值在3.0-8.0的范围内。4.根据权利要求1所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述传动比在3.25-3.75的范围内。5.根据权利要求4所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述总体发动机效率额定值在0.59-7.3的范围内。6.根据权利要求1所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述低压涡轮正好包括三级。7.根据权利要求1所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述低压涡轮正好包括四级。8.根据权利要求1所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述低压涡轮正好包括五级。9.一种涡轮机发动机，其特征在于，包括：风扇组件，所述风扇组件包括多个风扇叶片；轮叶组件，所述轮叶组件包括设置在所述多个风扇叶片后方的多个轮叶；核心发动机，所述核心发动机包括低压涡轮；齿轮箱，所述齿轮箱包括输入和输出，其中所述齿轮箱的所述输入联接到所述核心发动机的所述低压涡轮并且包括第一转速，其中所述齿轮箱的所述输出联接到所述风扇组件并且具有第二转速，并且其中所述第一转速与所述第二转速的传动比(gr)在3.2-4.0的范围内；以及总体发动机效率额定值，所述总体发动机效率额定值大于0.1gr
1.5
且小于gr
1.5
，其中所述总体发动机效率额定值等于其中q是在最大起飞条件下以加仑/分钟为
单位测量的所述齿轮箱的入口处的齿轮箱油流率，其中d是以英寸为单位测量的所述风扇叶片的直径，其中t是在所述最大起飞条件下以磅力为单位测量的所述涡轮机发动机的净推力，并且其中n是所述低压涡轮的旋转叶片级数。10.根据权利要求9所述的涡轮机发动机，其特征在于，其中，所述总体发动机效率额定值大于0.35gr
1.5
且小于0.7gr
1.5
。

技术总结
一种涡轮机发动机可以包括风扇组件、轮叶组件、核心发动机、齿轮箱和总体发动机效率额定值。风扇组件可包括多个风扇叶片。轮叶组件可包括多个轮叶，并且在一些情况下，轮叶可设置在风扇叶片后方。核心发动机可包括低压涡轮。齿轮箱包括输入和输出。齿轮箱的输入联接到核心发动机的低压涡轮并且包括第一转速，齿轮箱的输出联接到风扇组件并且具有第二转速，并且第一转速与第二转速的传动比在3.2-4.0的范围内。总体发动机效率额定值在0.57-8.0的范围内。围内。围内。


技术研发人员：安德里亚
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2023.01.30
技术公布日：2023/8/2