阅读说明：本技术 齿轮箱组件 (Gear box assembly ) 是由 大卫·L·艾伦 于 2020-01-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种齿轮箱组件,所述齿轮箱组件包括：具有多个齿轮的齿轮箱、空气涡轮起动器和传送轴。所述传送轴具有与所述齿轮箱的齿轮接合的第一端部部分和被构造用于与所述涡轮引擎的芯轴可操作地连接的相对的第二端部部分。所述空气涡轮起动器在所述第一端部部分和所述第二端部部分之间与所述传送轴可操作地接合,以便能够由所述空气涡轮起动器旋转。(The invention discloses a gearbox assembly, comprising: a gearbox having a plurality of gears, an air turbine starter, and a transfer shaft. The transfer shaft has a first end portion engaged with a gear of the gearbox and an opposite second end portion configured for operable connection with a spindle of the turbine engine. The air turbine starter is operably engaged with the transfer shaft between the first end portion and the second end portion so as to be rotatable by the air turbine starter.)

齿轮箱组件

技术领域

本公开涉及包括气体涡轮引擎的引擎附件的齿轮箱组件。

背景技术

通常，飞行器气体涡轮引擎的附件齿轮箱在引擎下方的位置处安装到涡轮引擎的风扇箱。

齿轮箱通过径向驱动轴连接到引擎核心(即，相对于引擎核心的轴向延伸的芯轴径向延伸)。在一些布置结构中，根据附件齿轮箱的位置，传送齿轮箱可将径向驱动轴连接到轴向延伸的传送轴，该轴向延伸的传送轴可继而连接到附件齿轮箱。

引擎核心为安装到齿轮箱的引擎附件提供动力(来自引擎核心)，该引擎附件诸如为辅助发电机以及用于液压流体、燃料、油等的泵。除了这些附件之外，涡轮起动器还可以安装到附件齿轮箱。该涡轮起动器可用于经由齿轮箱和将齿轮箱连接到芯轴的各种传动部件(例如，传送轴、径向轴等)发起芯轴的运动。

附件齿轮箱一般包括由正齿轮形成的齿轮系。涡轮起动器和其他引擎附件安装在该齿轮系的任一侧并接合这些齿轮，以便驱动齿轮系的齿轮或由齿轮系的齿轮驱动。齿轮系和引擎附件可能占用风扇箱外部的大量空间，并且还可能具有相当大的总重量。

因此，需要减小引擎附件齿轮箱的尺寸和/或重量。

发明内容

本公开提供了如所附权利要求书中所述的齿轮箱组件、气体涡轮引擎和空气涡轮起动器。

在第一方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的齿轮箱组件，该齿轮箱组件包括：具有多个齿轮的齿轮箱；空气涡轮起动器；以及传送轴，该传送轴具有与齿轮箱的齿轮接合的第一端部部分和被构造用于与气体涡轮引擎的芯轴可操作地连接的相对的第二端部部分，该空气涡轮起动器在第一端部部分和第二端部部分之间与传送轴可操作地接合以便能够由空气涡轮起动器旋转。

提供在传送轴的端部之间接合传送轴的空气涡轮起动器可允许得到比其中传送轴和空气涡轮起动器分开定位(例如，定位在齿轮箱的不同侧上)的齿轮箱组件更紧凑、更轻和/或构造更简单的齿轮箱组件。也就是说，空气涡轮起动器和传送轴的集成可留出空气涡轮起动器原本定位的空间。然后可由安装到齿轮箱的另一涡轮引擎附件占用该空间。这可减小齿轮箱的齿轮系的长度(并因此减小齿轮箱的外壳的长度)，并可从而减小齿轮箱的尺寸和重量。

这种重量和/或尺寸减小可以部分地由移除(现在不必要的)惰齿轮造成。例如，齿轮箱附件可被构造成通过在特定方向上接收扭矩来操作。在一些构型中，空气涡轮起动器和另一个引擎附件(例如，变频发电机)被构造成通过接收具有相反方向(例如，一个顺时针方向，另一个逆时针方向)的相应扭矩来操作。如果是这种情况，并且例如变频发电机和涡轮起动器位于齿轮系的同一侧上，则需要惰齿轮来反转它们之间的扭矩的方向。通过将空气涡轮起动器移动到齿轮箱的另一侧，空气涡轮起动器和变频发电机可与齿轮箱的相同齿轮接合。也就是说，由于它们接合旋转齿轮的任一侧(以便相对于彼此旋转180度)，因此一个接收顺时针扭矩，而另一个接收逆时针扭矩。这意味着不需要惰齿轮来改变施加在变频发电机上的扭矩的方向，这减轻了重量并节约了空间。

术语“可操作地连接”用于描述其中第二端部部分的运动直接或间接地(即，通过第二端部部分和芯轴之间的中间部件)传送到涡轮引擎的芯轴的布置结构。例如，第二端部部分可与例如径向轴或传送齿轮箱接合，该径向轴或传送齿轮箱继而可(直接或间接地)连接到芯轴，使得第二端部部分的旋转导致芯轴旋转。

现在将阐述本公开的可选特征部。这些特征部可单独地或以与本公开的任一个方面的任意组合应用。

空气涡轮起动器的旋转轴线可与传送轴的旋转轴线相同或平行。此处的术语“平行”用于描述其中旋转轴线并排(并且它们之间连续地具有相同的距离)的关系。

传送轴可穿过涡轮起动器从第一端部部分延伸到第二端部部分，以便能够由空气涡轮起动器旋转。空气涡轮起动器可包括延伸穿过其中以接收传送轴的细长腔体。就这一点而言，传送轴可形成为空气涡轮起动器的一部分(或可为空气涡轮起动器的单独部件)。

另选地，传送轴可横向偏离空气涡轮起动器。空气涡轮起动器可经由偏心轴可操作地接合传送轴。偏心轴可在空气涡轮起动器和传送轴之间横向延伸。例如，空气涡轮起动器可包括输出轴，并且偏心轴可与输出轴接合以便能够由输出轴旋转。这种旋转可由偏心轴传送到传送轴。

传送轴可以是一体的。另选地，传送轴可包括彼此联接的多个元件。例如，传送轴可包括彼此联接的多个(例如，同轴的)轴(例如，以端部对端部布置结构)。

传送轴的第一端部部分可包括用于与齿轮箱的齿轮的对应花键布置结构接合的花键布置结构。第一端部部分可另选地包括用于与齿轮箱的齿轮接合的其他装置。例如，第一端部部分可包括正齿轮或用于例如与齿轮箱的齿轮直接接合的联接/联锁布置结构。

传送轴的第二端部部分可延伸超过空气涡轮起动器。轴的第二端部部分可包括用于与涡轮引擎的另一个部件(例如，传送齿轮箱的齿轮或径向轴)接合的径向延伸的齿。径向延伸的齿可被布置成以便形成锥齿轮。第二端部部分可具有另一接合装置(例如，花键布置结构)。

在一些实施方案中，齿轮箱的齿轮可形成齿轮系。齿轮系可相对于传送轴的旋转轴线横向延伸。齿轮可以是正齿轮的形式。正齿轮可基本上被布置成具有基本上平行于传送轴的旋转轴线的旋转轴线。齿轮可各自围绕相应的集成轴旋转。

齿轮箱可包括包封(或至少部分地包封)齿轮系的外壳。外壳可具有与齿轮系的任一侧间隔开的第一横向延伸侧和第二横向延伸侧。外壳可沿循在横向方向上的弯曲部。外壳的弯曲部通常可遵循涡轮引擎壳体的外圆周表面。齿轮箱的齿轮系可类似地在横向方向上弯曲。

外壳可具有用于将引擎附件安装到外壳的多个安装部分。安装部分可位于外壳的第一侧和第二侧上。安装部分可包括例如锁定布置结构、螺栓孔等。

空气涡轮起动器可安装到外壳的第一侧，并且另一个引擎附件可安装到外壳的第二侧(即，与齿轮系的相应齿轮接合)。该另一个引擎附件可以是变频发电机。变频发电机可定位成沿轴的旋转轴线与涡轮转子基本上对准。换句话讲，变频发电机可定位成与空气涡轮起动器正对(或基本上正对)。

附加引擎附件可安装到齿轮箱(并且可与齿轮系接合)。这些附加引擎附件可包括永磁发电机(PMG)。PMG可定位在齿轮箱的第一侧上。PMG可与齿轮系的齿轮(即，PMG齿轮)接合，该齿轮与传送轴接合的齿轮系的齿轮(即，传送轴齿轮)间隔开。例如，一个或多个惰齿轮可插入在PMG齿轮和传送轴齿轮之间。当PMG齿轮和传送轴齿轮由单个惰齿轮间隔开时，PMG齿轮和传送轴齿轮可在相同方向上旋转。

永磁交流发电机(PMA)还可安装到齿轮箱(并与齿轮系接合)。PMA可定位在齿轮箱的第二侧上。PMA可接合齿轮系的齿轮(即，PMA齿轮)，该齿轮与齿轮系的传送轴齿轮间隔开。例如，一个或多个惰齿轮可插入在传送轴齿轮和PMA齿轮之间。单个惰齿轮可插入在传送轴齿轮和PMA齿轮之间。PMA可具有与PMG基本上相同的横向位置。也就是说，PMA可定位成基本上与PMG正对。

燃料泵可另外安装到齿轮箱(并与齿轮系接合)。燃料泵可定位在齿轮箱的第一侧上。燃料泵可基本上与空气涡轮起动器相邻。因此，燃料泵可接合齿轮系的齿轮(即，燃料泵齿轮)，该齿轮与齿轮系的传送轴齿轮相邻(并且与其啮合接合)。因此，齿轮系的燃料泵齿轮可在与齿轮系的传送轴齿轮相反的方向上旋转。

液压泵可另外安装到齿轮箱(并与齿轮系接合)。液压泵可定位在齿轮箱的第二侧上。液压泵可与变频发电机横向间隔开。液压泵可与直接接合齿轮系的燃料泵齿轮的齿轮(即，液压泵齿轮)接合。因此，液压泵齿轮可在与燃料泵齿轮相反的方向上旋转。相比于燃料泵，液压泵可在横向方向上与空气涡轮起动器更远地间隔开。

空气涡轮起动器可包括外壳。外壳可包括在第一端部处的开口，用于允许传送轴穿过其中。外壳可另外包括在第二端部处的开口，用于允许传送轴穿过其中。外壳的开口可对准。细长腔体可延伸穿过开口之间的空气涡轮起动器(即，用于接收传送轴)。腔体可具有大致圆柱形的形状。外壳的第一端部可包括用于将空气涡轮起动器安装到齿轮箱的安装部分。

在一些实施方案中，空气涡轮起动器可包括空气入口。空气涡轮起动器可包括与空气入口流体连通的空气出口。空气涡轮起动器可包括与空气入口和/或空气出口流体连通的涡轮转子。因此进入空气入口的气流可使涡轮转子旋转。

空气入口可至少部分地围绕传送轴延伸。就这一点而言，空气入口可以是基本上环形的。在其他实施方案中，空气入口可取向成使得空气进入空气入口的方向大致垂直于传送轴的旋转轴线。空气入口可被布置成使得进入入口的空气与涡轮转子大致相切。空气入口可被构造用于与空气源(例如，外部空气源)或用于来自空气源(例如，外部空气源)的气流的管道联接。

空气涡轮起动器可包括离合器。离合器可使空气涡轮起动器与传送轴选择性地接合或脱离。因此，离合器可以构造在接合位置和脱离位置之间。例如，在脱离位置，涡轮转子可与传送轴可操作地分离。在接合位置，涡轮转子可以可操作地连接到传送轴。当传送轴的旋转速度超过涡轮转子的旋转速度(或超过连接到涡轮转子的齿轮布置结构的端部的旋转速度)时，离合器可进入脱离构型。

空气涡轮起动器还可包括齿轮布置结构(例如，齿轮系)，其可插入(并连接)在涡轮转子和传送轴之间(例如，在涡轮转子和离合器之间)。齿轮布置结构可被构造成使得涡轮转子的旋转速度与传送轴的旋转速度不同。

在第二方面，公开了一种气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括涡轮、压缩机以及将涡轮连接到压缩机的芯轴；如相对于第一方面所述的齿轮箱组件；以及引擎起飞组件，该引擎起飞组件被布置用于在芯轴和齿轮箱组件之间传递旋转运动。

引擎起飞组件可包括从涡轮引擎的芯轴径向(例如，相对于芯轴的旋转轴线基本上径向)延伸的径向轴。径向轴可与传送轴的第二端部部分接合。径向轴可经由一个或多个齿轮(例如，形成传送齿轮箱的一部分)与传送轴的第二端部部分接合。传送轴可大致平行于芯轴的旋转轴线延伸。

气体涡轮引擎还可包括围绕引擎核心的壳体。齿轮箱和引擎附件可安装到壳体上。齿轮箱和引擎附件可安装到核心壳体的外表面。齿轮箱和引擎附件可竖直地安装在核心壳体下方。

齿轮箱的齿轮系可被布置成以便垂直于引擎的芯轴的旋转轴线延伸。

气体涡轮引擎可包括定位在引擎核心上游的(具有风扇叶片的)风扇。

本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，气体涡轮引擎可包括动力齿轮箱(即，除上文所讨论的引擎附件齿轮箱之外)，该动力齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出到风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。到动力齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成(例如直接接收，例如经由大致环形的管道)从第一压缩机接收流。

齿轮箱可被布置成由被配置成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如上述示例中的第一芯轴)来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被配置成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴)来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。

该齿轮箱可以是减速齿轮箱(因为风扇的输出比来自芯轴的输入的旋转速率低)。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱可以是“行星式”或“恒星”齿轮箱，如本文别处更详细地描述。该齿轮箱可以具有任何期望的减速比(定义为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度)，例如大于2.5，例如在3到4.2、或3.2到3.8的范围内，例如，大约或至少3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，齿轮传动比可以介于前一句中的任何两个值之间。仅以举例的方式，齿轮箱可以是“恒星”齿轮箱，其具有在3.1或3.2到3.8的范围内的齿轮传动比。在一些布置结构中，该齿轮传动比可在这些范围之外。

在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和一个或多个压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游(例如在其出口处)。以另一个示例的方式，在提供第二涡轮的情况下，可将燃烧器出口处的流提供至第二涡轮的入口。该燃烧器可设置在一个或多个涡轮的上游。

该压缩机或每个压缩机(例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子轮叶，该排定子轮叶可为可变定子轮叶(因为该排定子轮叶的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。

该涡轮或每个涡轮(例如，如上所述的第一涡轮和第二涡轮)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子轮叶。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部(或毂部)延伸到100％跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于(或大约为)以下中的任何一个：0.4、0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如，在0.28到0.32的范围内。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘(或轴向最前)部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。

可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径(可能只是风扇半径的两倍)可大于(或大约为)以下中的任何一个：220cm、230cm、240cm、250cm(约100英寸)、260cm、270cm(约105英寸)、280cm(约110英寸)、290cm(约115英寸)、300cm(约120英寸)、310cm、320cm(约125英寸)、330cm(约130英寸)、340cm(约135英寸)、350cm、360cm(约140英寸)、370cm(约145英寸)、380cm(约150英寸)、390cm(约155英寸)、400cm、410cm(约160英寸)或420cm(约165英寸)。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在240cm至280cm或330cm至380cm的范围内。

风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在220cm至300cm(例如240cm至280cm或250cm至270cm)范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在330cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内、例如在1400rpm至1800rpm的范围内。

在使用气体涡轮引擎时，(具有相关联的风扇叶片的)风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U_尖端移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U_尖端 ²，其中dH是跨风扇的焓升(例如1-D平均焓升)，并且U_尖端是风扇尖端的(平移)速度，例如在尖端的前缘处(可被定义为前缘处的风扇尖端半径乘以角速度)。在巡航条件下的风扇尖端负载可大于(或大约为)以下中的任何一个：0.28、0.29、0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4(本段中的所有单位均为Jkg^-1K^-1/(ms^-1)²)。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定(即，这些值可形成上限或下限)的包含范围内，例如在0.28至0.31或0.29至0.3的范围内。

根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比率，其中该旁路比率被定义为在巡航条件下穿过旁路管道的流的质量流率与穿过核心的流的质量流率的比率。在一些布置结构中，该旁路比率可大于(或大约为)以下中的任何一个：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5或20。该旁路比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)，例如在13至16的范围、或13至15的范围、或13至14的范围内。该旁路管道可以是基本上环形的。该旁路管道可位于引擎核心的径向外侧。旁路管道的径向外表面可以由短舱和/或风扇壳体限定。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎的总压力比可被定义为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机出口处的滞止压力(进入燃烧器之前)之比。以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总压力比可大于(或大约为)以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由前一句中的任何两个值限定(即，这些值可形成上限或下限)的包含范围内，例如在50至70的范围内。

引擎的比推力可被定义为引擎的净推力除以穿过引擎的总质量流量。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的比推力可小于(或大约为)以下中的任何一个：110Nkg^-1s、105Nkg^-1s、100Nkg^-1s、95Nkg^-1s、90Nkg^-1s、85Nkg^-1s或80Nkg^-1s。该比推力可在由前一句中的任何两个值限定(即，这些值可形成上限或下限)的包含范围内，例如在80NKg^-1s至100NKg^-1s，或85NKg^-1s至95NKg^-1s的范围内。与传统的气体涡轮引擎相比，此类引擎可能特别高效。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。仅以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮能够产生至少为(或大约为)以下中的任何一个的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。仅以举例的方式，如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮可能够产生在330kN至420kN，例如350kN至400kN范围内的最大推力。上面提到的推力可为在标准大气条件下、在海平面处、加上15℃(环境压力101.3kPa，温度30℃)、引擎静止时的最大净推力。

在使用中，高压涡轮的入口处的流的温度可能特别高。该温度，可被称为TET，可在燃烧器的出口处测量，例如紧接在可被称为喷嘴导向轮叶的第一涡轮轮叶的上游。在巡航时，TET可至少为(或大约为)以下中的任何一个：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可以在由前一句中的任何两个值限定的包括范围内(即，这些值可形成上限或下限)。引擎使用的最大TET可例如至少为(或大约为)以下中的任何一个：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可在由前一句中的任何两个值限定(即，这些值可形成上限或下限)的包含范围内，例如，在1800K至1950K的范围内。最大TET可例如在高推力条件下发生，例如在最大起飞(MTO)条件下发生。

本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可由任何合适的材料或材料组合来制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由复合材料来制造，该复合材料为例如金属基质复合材料和/或有机基质复合材料，诸如碳纤维。以另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属来制造，该金属为诸如基于钛的金属或基于铝的材料(诸如铝锂合金)或基于钢的材料。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前缘，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗(例如，来自鸟类、冰或其他材料的)冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或基于钛的合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有碳纤维或具有带钛前缘的基于铝的主体(诸如铝锂合金)。

如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如在径向方向上延伸。该风扇叶片可以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定件，该固定件可与毂部(或盘状部)中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以插入和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可被称为整体叶盘或整体叶环。可使用任何合适的方法来制造此类整体叶盘或整体叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接(诸如线性摩擦焊接)来附接到毂部/盘状部。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可能或可能不设有可变面积喷嘴(VAN)。此类可变面积喷嘴可允许旁路管道的出口面积在使用中变化。本公开的一般原理可应用于具有或不具有VAN的引擎。

如本文所述和/或要求保护的气体涡轮的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如14、16、18、20、22、24或26个风扇叶片。

如本文所用，巡航条件可指气体涡轮引擎所附接的飞行器的巡航条件。此类巡航条件通常可被定义为巡航中期的条件，例如飞行器和/或引擎在爬升顶点和下降起点之间的中点(就时间和/或距离而言)处所经历的条件。

仅以举例的方式，巡航条件下的前进速度可为从0.7马赫至0.9马赫的范围内的任何点，例如0.75至0.85、例如0.76至0.84、例如0.77至0.83、例如0.78至0.82、例如0.79至0.81、例如大约0.8马赫、大约0.85马赫或0.8至0.85的范围内。这些范围内的任何单一速度可以是巡航条件。对于某些飞行器，巡航条件可能超出这些范围，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于在以下范围内的高度处的标准大气条件：10000m至15000m，例如在10000m至12000m的范围内，例如在10400m至11600m(约38000英尺)的范围内，例如在10500m至11500m的范围内，例如在10600m至11400m的范围内，例如在10700m(约35000英尺)至11300m的范围内，例如在10800m至11200m的范围内，例如在10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可对应于在这些范围内的任何给定高度处的标准大气条件。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.8；压力23000Pa；以及温度-55℃。还仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.85；压力24000Pa；以及温度为-54℃(其可为35000英尺下的标准大气条件)。

如本文中任何地方所用，“巡航”或“巡航条件”可指空气动力学设计点。此类空气动力学设计点(或ADP)可对应于风扇被设计用于操作的条件(包括例如马赫数、环境条件和推力要求中的一者或多者)。例如，这可能指风扇(或气体涡轮引擎)被设计成具有最佳效率的条件。

在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可在本文别处定义的巡航条件下操作。此类巡航条件可通过飞行器的巡航条件(例如，巡航中期条件)来确定，至少一个(例如2个或4个)气体涡轮引擎可以安装在该飞行器上以提供推进推力。

在第三方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的空气涡轮起动器。空气涡轮起动器包括空气入口；传动组件，所述传动组件在被构造用于与所述涡轮引擎的齿轮箱可操作地连接的第一端部和用于与所述涡轮引擎的芯轴可操作地连接的第二端部部分之间延伸穿过所述空气涡轮起动器；以及涡轮转子，该涡轮转子与空气入口流体连通，并且可操作地连接到传动组件以使传动组件旋转。

传动组件可包括延伸(完全地或部分地)穿过空气涡轮起动器的轴。传动组件可包括彼此联接的多个轴。这些轴可以是同轴的。这些轴可以端部对端部布置结构联接。例如，这些轴可通过花键连接彼此接合。一个或多个轴可完全穿过空气涡轮起动器延伸，以便延伸超过涡轮起动器的端部。

涡轮转子可通过花键连接来连接传动组件(例如，一个轴或多个轴)。空气涡轮起动器可包括离合器，并且涡轮转子可经由离合器接合传动组件。离合器可使涡轮转子与传动组件选择性地接合和脱离。

空气入口可以是环形的。空气入口可至少部分地围绕第一端部部分或第二端部部分。

空气涡轮起动器可如上面相对于第一方面所述。传动组件(以及第一端部部分和第二端部部分)可以是如相对于第一方面所述的传送轴的形式。例如，第一端部部分和/或第二端部部分可包括径向延伸的齿、花键布置结构等。

本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可应用于任一个方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：

图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；

图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；

图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；

图4是齿轮箱组件的示意图；

图5A是空气涡轮起动器布置结构的示意图；以及

图5B是图5A的空气涡轮起动器布置结构的变型的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图讨论本公开的方面和实施方案。另外的方面和实施方案对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。

图1示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路管道22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。

在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中以进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前通过高压涡轮和低压涡轮17、19膨胀，从而驱动高压涡轮和低压涡轮17、19以提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。

图2中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮19(参见图1)驱动轴26，该轴26联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是齿圈或环形齿轮38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。

需注意，本文中使用的术语“低压涡轮”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮级和最低压力压缩机级(即，不包括风扇23)，和/或通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26(即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴)连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。

在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图3中仅示出了齿的示例性部分。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。

在图2和图3中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，其中环形齿轮38被固定。然而，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是恒星布置结构，其中行星架34保持固定，允许环形齿轮(或齿圈)38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。

应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，任何合适的布置结构可用于将动力齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将动力齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，动力齿轮箱30与引擎10的其他部件(诸如输入轴26、输出轴和固定结构24)之间的连接件(诸如图2示例中的连杆36、40)可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另一个示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间(例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间)的轴承的任何合适的布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在动力齿轮箱30具有恒星布置结构(如上所述)的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常将不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型(例如恒星或行星齿轮)、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件(例如，中压压缩机和/或增压压缩机)。

本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴18、20，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴18，该喷嘴与核心排气喷嘴20分开并沿径向位于该核心排气喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任一个方面也可应用于如下引擎，在该引擎中，穿过旁路管道22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前(或上游)混合或组合。一个或两个喷嘴(无论是混合的还是分流的)可具有固定的或可变的面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子(其中风扇级未被短舱围绕)或例如涡轮螺旋桨引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。

气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向(与旋转轴线9对准)、径向(在图1中从下到上的方向)和周向(垂直于图1视图中的页面)。轴向、径向和周向相互垂直。

图4示出了用于诸如图1至图3所示的气体涡轮引擎的齿轮箱组件。齿轮箱组件39包括具有布置在齿轮系42中的多个正齿轮41a、41b、41c、41d、41e、41f的附件齿轮箱40，该齿轮系以大致线性的方式在齿轮箱40的外壳43内延伸。就这一点而言，齿轮箱外壳43具有在齿轮系42的任一侧延伸的第一侧44和第二侧45。多个引擎附件与齿轮箱40的齿轮系42接合，该多个引擎附件中的一者是空气涡轮起动器46。

图5A中更详细地示出了该空气涡轮起动器46。空气涡轮起动器46包括限定空气入口48和空气出口49的外壳47，以及与空气入口48和空气出口49流体连通的涡轮转子50。如可从示意图中明确地看出，在操作中，空气(例如，加压空气)流入到空气入口48中(例如，由外部空气源供应)并跨过涡轮转子50的叶片，以便使涡轮转子50围绕涡轮轴线51旋转。尽管从示意图中无法明确地看出，但空气入口48和空气出口49可各自包括例如网状栅格，该网状栅格防止不需要的物体(即，可能对涡轮转子50造成损坏的物体)进入空气涡轮起动器46。

示出了延伸穿过空气涡轮起动器46的传送轴55。传送轴55通过齿轮布置结构53和离合器54连接到涡轮转子50。齿轮布置结构53将涡轮转子50可操作地连接到离合器54。具体地讲，齿轮布置结构53被构造为减速齿轮系，使得齿轮布置结构53的与离合器54接合的端部以比齿轮布置结构53的与涡轮转子50接合的端部低的速度旋转。换句话讲，齿轮布置结构53被构造成增大扭矩。

离合器54可构造在接合位置和脱离位置之间。在脱离位置，涡轮转子50通过离合器54与传送轴55可操作地分离。这样，涡轮转子50的旋转对传送轴55没有影响(反之亦然)。在接合位置，离合器54将涡轮转子50可操作地连接到传送轴55。因此，当接合时，离合器54将涡轮转子50的旋转运动传递到传送轴55。具体地讲，离合器54被构造成当传送轴55的旋转速度超过齿轮布置结构53的与离合器54接合的端部的旋转速度时从接合位置移动到脱离位置。

如下文将进一步解释的，当空气涡轮起动器46通过传送轴55(以及涡轮引擎的其他传动部件)连接到涡轮引擎的引擎核心并且用于提供引擎核心的芯轴的初始旋转时，这种情况可能发生。在启动阶段期间，齿轮布置结构53的连接到离合器54的端部可以比传送轴55更快的速度旋转(由涡轮转子50的旋转引起)。然而，一旦引擎核心完全启动，使得引擎核心在其自身的动力下旋转，则传送轴55可以比齿轮布置结构53的与离合器52接合的端部更快的速度旋转(即，由引擎核心旋转传送轴55引起)。当这种情况发生时，离合器54使齿轮布置结构54(并因此使涡轮转子50)与传送轴55脱离。

传送轴55延伸穿过空气涡轮起动器46，使得传送轴55的相对的第一端部部分56和第二端部部分57突出到外壳47之外。如从图中应当理解，离合器54在这些第一端部部分56和第二端部部分57之间的位置处与传送轴55接合。

轴55的第一端部部分56包括花键布置结构58。该花键布置结构58允许轴55的第一端部部分56与齿轮箱40的齿轮系42接合(即，经由与齿轮箱的齿轮的花键连接)。为了进一步促进这种接合，空气涡轮起动器46的外壳47包括用于将空气涡轮起动器46安装到齿轮箱40的外壳43的安装部分60。这些安装部分可以例如是孔的形式，用于通过螺栓和螺母布置结构来安装外壳43。

传送轴55的第二端部部分57包括被布置成形成锥齿轮59的多个径向突出的齿。锥齿轮59允许传送轴55的第二端部部分57与另外的轴61(即，具有对应的锥齿轮)接合。该另外的轴61可以例如是涡轮引擎的径向轴，该径向轴用于在引擎核心和空气涡轮起动器46之间传递旋转运动。

图5B示出了图5A的布置结构的变型。由于该布置结构类似于图5A所示的布置结构，因此使用了类似的编号。在图5B中，传送轴55'不穿过空气涡轮起动器46'。相反，传送轴55'横向偏离空气涡轮起动器46'(即，空气涡轮起动器46'和传送轴55'的旋转轴线横向偏移，但保持平行)。因此，空气涡轮起动器46'经由偏心轴62接合传送轴55'，该偏心轴在传送轴55'(在传送轴的第一端部部分56和第二端部部分57之间)和空气涡轮起动器46'的输出轴62之间横向延伸。偏心轴62可通过例如啮合接合、传动布置结构、花键连接等接合输出轴62和传送轴55'。

现在返回到图4，涡轮空气起动器46安装到齿轮箱40的外壳43的第一侧44(即，通过安装部分60)，并且传送轴55的第一端部部分56与齿轮箱40的齿轮系42接合。在例示的实施方案中(尽管未示出)，传送轴55的第一端部部分56联接到齿轮系42的齿轮41c，但在其他实施方案中，传送轴55的第一端部部分56可形成齿轮系42的一部分(即，第一端部部分56可以是齿轮系42中的齿轮)。

传送轴55将引擎核心可操作地连接到齿轮箱40，并且空气涡轮起动器46通过在第一端部部分56和第二端部部分57之间与传送轴55接合来向引擎核心提供初始运动。在已知构型中，涡轮起动器将相反地在另一位置处安装到齿轮箱。例如，已知将涡轮起动器定位成与传送轴正对(即，定位在齿轮箱的相对侧上)。在当前所描述的实施方案中，由于涡轮起动器46与传送轴55集成，因此产生了空气涡轮起动器46原本定位的空间。

在本实施方案中，该空间由变频发电机62填充。变频发电机62定位在齿轮箱40的第二侧45上，并且大致与传送轴55的旋转轴线51对准。变频发电机62和传送轴55联接到(或接合)齿轮系42的相同齿轮41c。

除空气涡轮起动器46和变频发电机62之外，齿轮箱组件39的该多个引擎附件包括液压泵63、燃料泵64、永磁发电机(PMG)65和永磁交流发电机(PMA)66。这些引擎附件中的每一者均由引擎核心供应的扭矩提供动力，该扭矩经由齿轮箱40的齿轮系42和传送轴55提供。

燃料泵64与空气涡轮起动器46定位在齿轮箱外壳43的同一侧(即，第一侧44)上。具体地讲，燃料泵64与空气涡轮起动器46相邻并且与齿轮系42的齿轮41d接合，齿轮41d与空气涡轮起动器46(经由传送轴55)与之接合的齿轮41c相邻。因此，燃料泵64的旋转部件(例如，叶轮)在与空气涡轮起动器46的轴55相反的方向上旋转。

PMG 65也定位在齿轮箱40的第一侧44上，并且位于空气涡轮起动器46的与燃料泵64相对的一侧上。PMG 65与齿轮41a接合，齿轮41a与空气涡轮起动器46通过惰齿轮41b与之接合的齿轮41c间隔开。因此，PMG 65的转子在与空气涡轮起动器46的轴55相同的方向上旋转。PMA 66与PMG 65正对地安装到齿轮箱40，位于齿轮箱40的第二侧45上，并且与PMG 65接合齿轮系42的同一齿轮41a。

液压泵63也安装在齿轮箱40的第二侧45上(在变频单元62的与PMA 66相对的一侧上)。液压泵63与齿轮系42的齿轮41f接合，齿轮41f与燃料泵64与之接合的齿轮41e相邻。因此，液压泵63与之接合的齿轮41f在与燃料泵64与之接合的齿轮41e不同的方向上旋转。

应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。