阅读说明：本技术 气体涡轮机 (Gas turbine ) 是由 A.R.马圭尔 G.休格斯 于 2019-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种气体涡轮机引擎,特别是飞行器引擎,包括：涡轮机(19),所述涡轮机(19)经由输入轴装置(50)连接到齿轮箱装置(30),所述齿轮箱装置(30)具有太阳齿轮(28)、具有附接到其上的多个行星齿轮(32)的行星架(34)以及环状齿轮(38),所述太阳齿轮(28)连接到所述输入轴装置(50),所述行星架(34)或所述环状齿轮(38)经由所述齿轮箱装置(30)的输出轴装置(60)连接到推进风扇(23),具有后部架轴承装置(90),其径向位于所述行星架(34)和所述齿轮箱装置(30)的输入侧上的静止结构(91)之间,或者前部架轴承装置(70),其径向位于所述行星架(34)和所述齿轮箱装置(30)的输出侧上的静止结构之间。(The invention relates to a gas turbine engine, in particular an aircraft engine, comprising: a turbine (19), the turbine (19) being connected to a gearbox arrangement (30) via an input shaft arrangement (50), the gearbox arrangement (30) having a sun gear (28), a planet carrier (34) having a plurality of planet gears (32) attached thereto and a ring gear (38), the sun gear (28) being connected to the input shaft arrangement (50), the planet carrier (34) or the ring gear (38) being connected to a propulsion fan (23) via an output shaft arrangement (60) of the gearbox arrangement (30), having a rear carrier bearing arrangement (90), radially between the planet carrier (34) and a stationary structure (91) on the input side of the gearbox arrangement (30), or a front carrier bearing arrangement (70), radially between the planet carrier (34) and a stationary structure on the output side of the gearbox arrangement (30).)

气体涡轮机

技术领域

本发明涉及具有权利要求1的特征的气体涡轮机。

背景技术

气体涡轮机引擎，特别是具有齿轮传动涡轮风扇引擎的飞行器引擎需要用于驱动齿轮箱和/或推进风扇的轴布置的合适支承。EP3 144 486 A1中描述了齿轮传动涡轮风扇引擎的一种轴布置。

发明内容

这个问题通过具有权利要求1的特征的气体涡轮机来解决。

气体涡轮机包括经由输入轴装置连接到齿轮箱装置的涡轮机，齿轮箱装置具有太阳齿轮、带有多个附接到其上的行星齿轮的行星架以及环状齿轮。典型地，齿轮箱装置由气体涡轮机的低压或中压涡轮机来驱动，即太阳齿轮连接到输入轴装置。

齿轮箱装置降低了从涡轮机到推进风扇朝气体涡轮机引擎的前部的旋转速度，这使得整体引擎更加高效。如以下将进一步描述的，齿轮箱装置可具有不同的设计。

取决于齿轮箱装置的设计，行星架或环状齿轮经由齿轮箱装置的输出轴装置连接到推进风扇。输出轴装置可包括若干部分，并且通常是中空轴，其具有适配于负载情况和引擎内的可用空间的横截面形状。

对于行星架的轴承装置存在有两种替换方案。第一种替换方案包括径向位于行星架和齿轮箱装置的输入侧上的静止结构之间的后部架轴承装置。第二种替换方案包括行星架和径向位于齿轮箱装置的输出侧上的静止结构之间的前部架轴承装置。那些轴承装置为推进风扇和行星架提供径向支承。

轴承装置可以包括多于一个的轴承。如以下将描述的，轴承装置可被轴向定位成非常靠近于齿轮箱装置。

在一个实施例中，后部架轴承装置或前部架轴承装置可包括至少一个滚柱轴承。例如，也可能的是，使用具有两个平行排的双滚柱轴承。此外，可能的是，轴承装置包括分开一定距离的轴承。那些轴承可为相同的（例如，全部滚柱轴承），或者它们可具有不同的设计。

如以上提及的，前部架轴承装置可在输出侧上轴向邻近于齿轮箱装置，特别是具有在对于前部架轴承装置的座元件的内部半径的0.1至2倍之间的从齿轮箱装置的中心线测量的轴向距离，和/或后部架轴承装置在输入侧上轴向邻近于齿轮箱装置，特别是具有在对于后部架轴承装置的座元件的内部半径的0.5至2倍之间的从齿轮箱装置的中心线测量的轴向距离。这意味着，例如，最靠近于齿轮箱装置的中心线的轴承装置的部分可被定位在齿轮箱装置的输入侧或输出侧上。

朝向引擎的前部，风扇轴轴承系统可以径向位于作为输出轴装置的部分的风扇轴与静止前部锥体结构之间，特别是风扇轴轴承系统可以被轴向定位在推进风扇的宽度内。静止前部锥体结构-作为气体涡轮机内的一般静止结构的示例-相对于输出轴装置静止。风扇轴轴承系统的负载可被传递到静止部分。在一个实施例中，风扇轴轴承系统具有推进风扇的直径的0.05至0.20之间的外部直径，特别是推进风扇的直径的0.1至0.15倍之间的外部直径。

在另外的实施例中，包括轴向延伸到齿轮箱装置的前部和/或后部的座元件的行星架为前部架轴承装置和/或后部架轴承装置提供径向座。

在一个实施例中，架轴承系统在输入或输出侧上轴向邻近于齿轮箱装置，特别是具有在轴间轴承系统的内部半径的0.1至4倍之间的从齿轮箱装置的中心线测量的轴向距离。

在另外的实施例中，齿轮箱装置的行星架包括轴向延伸到齿轮箱装置的前部和/或后部的座元件，其为轴间轴承系统和/或架轴承系统提供径向座。座元件可为轴间轴承系统提供外部径向座并且为架轴承系统提供径向内部座。座元件可连接到行星架或者与行星架成为一件。

又及引擎的后部，输入轴轴承系统可以径向位于输入轴装置和静止后部结构之间，输入轴轴承系统特别地可以包括至少一个滚柱轴承。如以上在轴承装置或系统中描述的，输入轴轴承系统可包括多于一排的轴承，所述排是相同的或不同的。所述排可轴向保持距离。替换地，滚珠轴承可用于输入轴轴承系统的位置，并且滚柱轴承可用在轴间轴承系统中。

输出轴装置的形状可适配于空间要求。为了提供足够地机械特性，输出轴装置的实施例可包括至少一个具有锥形、反曲形（sigmoidal）或对数形形状的轴向横截面。在一个替换方案中，风扇轴可直接附接到架。

在另外实施例中，输出轴装置包括曲线或花键联接。联接可例如是波纹管轴（bellow shaft）的形式，以实现输出轴和齿轮箱装置之间弯曲的去联接。

在气体涡轮机的一个实施例中，用于从驱动涡轮机到推进风扇的力和/或扭矩的负载路径经由输入轴装置、齿轮箱装置和输出轴装置以及贯穿轴从驱动涡轮机延伸到推进风扇。

贯穿轴可以在前端联接到风扇轴，并且在后端经由轴间轴承联接到输入轴，并且可以布置成与风扇轴一起旋转。因此，来自风扇的后轴向负载可由贯穿轴来承受，其可由通过涡轮机的前轴向负载来反作用。因此，由轴轴承所经受的总负载降低。此外，齿轮箱部件可不必承受显著的轴向负载，从而降低齿轮箱部件上的压力，并允许重量和体积降低。

至少在剪切和弯曲中，贯穿轴可以比风扇轴具有更大的柔度。有利的是，风扇和输入轴之间的未对准可通过贯穿轴来适应，而不会对轴承施加过度的负载。

贯穿轴可以布置成延伸穿过太阳齿轮的内部环面。有利的是，系统具有良好的填充密度和小体积。

在一个实施例中，环状齿轮刚性地连接到静止前部锥体结构，如同它在周转齿轮箱装置中的情况一样。

此外，可能的是，输入轴和行星齿轮之间的连接包括摩擦锁定花键连接。

在另一个实施例中，输入轴包括柔度器件，特别是至少一个凹槽结构或盘旋结构。至少在弯曲和剪切中，输入轴可以比风扇轴具有更大的柔度。

此外，在另一个实施例中，风扇轴是扭转刚硬的，并且在弯曲中和在剪切中可以是刚硬的。

还可能的是，例如，齿轮箱装置包括周转齿轮箱，其具有相对于齿轮箱装置的其他部分固定的环状齿轮以及连接到行星架的输出轴装置。

可替换地，齿轮箱装置包括呈星形布置的行星齿轮箱，其具有相对于齿轮箱装置的其他部分固定的行星架以及连接到环状齿轮的输出轴装置。

如本文别处所述，本公开可涉及气体涡轮机引擎。这样的气体涡轮机引擎可以包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、燃烧器、压缩机、以及将涡轮机连接到压缩机的核心轴。这样的气体涡轮机引擎可以包括位于引擎核心上游的风扇（具有风扇叶片）。

气体涡轮机引擎包括齿轮箱装置，其接收来自核心轴的输入并将驱动输出到风扇以便以比核心轴更低的旋转速度驱动风扇。到齿轮箱装置的输入可直接来自核心轴，或间接地来自核心轴，例如经由正齿轮（spur）轴和/或齿轮。核心轴可以刚性地连接涡轮机和压缩机，使得涡轮机和压缩机以相同的速度旋转（其中风扇以较低的速度旋转）。

如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可具有任何适合的通用结构。例如，气体涡轮机引擎可具有连接涡轮机和压缩机的任何期望数量的轴，例如一个、两个或三个轴。单纯地作为示例，连接到核心轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接到核心轴的压缩机可以是第一压缩机，并且核心轴可以是第一核心轴。引擎核心还可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接至第二压缩机的第二核心轴。第二涡轮机、第二压缩机和第二核心轴可被布置成以比第一核心轴更高的旋转速度旋转。

在这样的布置中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。第二压缩机可被布置成从第一压缩机接收（例如直接接收，例如经由通常环形的管道）流。

齿轮箱装置可被布置成由核心轴（例如，在以上的示例中的第一核心轴）驱动，该核心轴被配置成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转。例如，齿轮箱装置可以被布置为仅由被配置为（例如，在使用中）以最低旋转速度旋转的核心轴（例如，在以上的示例中，仅为第一核心轴，而不是第二核心轴）驱动。可替换地，齿轮箱装置可以被布置为由任何一个或多个轴（例如，在以上的示例中的第一轴和/或第二轴）驱动。

在如本文描述和/或要求保护的任何一个气体涡轮机引擎中，燃烧器可提供在风扇和（多个）压缩机的轴向下游。例如，其中提供第二压缩机时，燃烧器可直接在第二压缩机的下游（例如，在第二压缩机的出口处）。作为另一示例，其中提供第二涡轮机时，可将在至燃烧器的出口处的流提供给第二涡轮机的入口。燃烧器可提供在（多个）涡轮机的上游。

该压缩机或每个压缩机（例如，如以上所描述的第一压缩机和第二压缩机）可包括任何数量的级，例如多级。每个级可以包括成排转子叶片和成排定子叶翼，其可以是可变的定子叶翼（因为它们的入射角可以是可变的）。转子叶片的行和定子叶翼的行可彼此轴向地偏移。

该涡轮机或每个涡轮机（例如，如以上所描述的第一涡轮机和第二涡轮机）可包括任何数量的级，例如多级。每个级可包括成排转子叶片和成排定子叶翼。转子叶片的行和定子叶翼的行可彼此轴向地偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有从在径向内部气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部（或毂）延伸至100％跨度位置处的尖端的径向跨度。毂处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比可小于（或大约是）下列中的任何一个：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。毂处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。这些比通常可被称为毂-尖端比。毂处的半径和尖端处的半径均可在叶片的前缘（或轴向最前方）部分处测量。当然，毂-尖端比是指风扇叶片的气体洗涤部分，即，径向上在任何平台外侧的部分。

风扇的半径可以在引擎中心线和风扇叶片在其前缘处的尖端之间测量。风扇直径（其可以简单地是风扇的半径的两倍）可以大于（或大约是）下列中的任何一个：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）、380（约150英寸）cm或390cm（约155英寸）。风扇直径可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。

风扇的旋转速度在使用中可以变化。通常，对于具有较高直径的风扇，旋转速度较低。单纯地作为非限制性示例，风扇在巡航条件下的旋转速度可以小于2500rpm，例如小于2300rpm。单纯地作为进一步非限制性示例，用于具有在从250cm至300cm（例如250cm至280cm）范围内的风扇直径的引擎的巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1700rpm至2500rpm的范围内，例如在从1800rpm至2300rpm的范围内，例如在从1900rpm至2100rpm的范围内。单纯地作为进一步非限制性示例，用于具有在从320cm到380cm范围内的风扇直径的引擎在巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1200rpm到2000rpm的范围内，例如在从1300rpm到1800rpm的范围内，例如在从1400rpm到1600rpm的范围内。

在气体涡轮机引擎的使用中，风扇（具有相关联的风扇叶片）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。由风扇叶片13在流上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（例如在尖端的前缘处的）（平移）速度，（其可被定义为在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（或大约是）下列中的任何一个：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（本段中的所有单位是Jkg^{- 1}K^-1/（ms^-1）²）。风扇尖端负载可处于由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。

根据本公开的气体涡轮机引擎可具有任何期望的旁路比，其中旁路比被定义为在巡航条件下通过旁路管道的流的质量流率与通过核心的流的质量流率的比。在一些布置中，旁路比可大于（或大约是）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或18.5。旁路比可以在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，这些值可以形成上边界或下边界）。旁路管道可以是基本上环形的。旁路管道可以径向地在核心引擎的外侧。旁路管道的径向外表面可由短舱和/或风扇壳限定。

本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎的总体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的出口处（在进入到燃烧器之前）的滞止压力之比。作为非限制性示例，如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎在巡航时的总体压力比可大于（或大约是）以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总体压力比可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。

引擎的比推力可以被定义为引擎的净推力除以通过引擎的总质量流。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（或大约是）以下中的任何一个：110Nkg^-1s、105Nkg^-1s、100Nkg^-1s、95Nkg^-1s、90Nkg^-1s、85Nkg^-1s或80Nkg^-1s。比推力可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。与常规的气体涡轮机引擎相比，这样的引擎可以是特别有效的。

如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可具有任何期望的最大推力。单纯地作为非限制性示例，如本文中所描述和/或要求保护的气体涡轮机可能能够产生至少（或大约是）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。最大推力可在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，所述值可形成上边界或下边界）。以上提到的推力可以是在海平面处的标准大气条件加上15℃（环境压力101.3kPa，温度30℃）下的最大净推力，其中引擎静止。

在使用中，在到高压力涡轮机的进入口处的流的温度可能特别高。可被称为TET的该温度可在到燃烧器的出口处测量，例如紧接第一涡轮机叶翼的上游，所述第一涡轮机叶翼自身可被称为喷嘴引导叶翼。在巡航时，TET可以至少（或大约是）以下中的任何一个：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可以处于由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，这些值可以形成上边界或下边界）。在引擎的使用中的最大TET可以是，例如，至少（或大约是）以下中的任何一个：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可以在由先前句子中的任何两个值定界的包含性范围内（即，这些值可以形成上边界或下边界）。最大TET可以例如在高推力条件下发生，例如在最大输出端（MTO）条件下。

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适合的材料或材料的组合制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分由复合材料制造，所述复合材料例如金属基体复合材料和/或有机基体复合材料，诸如碳纤维。作为进一步的示例，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由金属（诸如钛基金属或铝基材料（诸如铝-锂合金）或钢基材料）制造。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，其可使用能够比叶片的其余部分更好地抵抗（例如来自鸟、冰或其它材料的）冲击的材料来制造。这样的前缘可以例如使用钛或钛基合金制造。因此，单纯地作为示例，风扇叶片可具有带有钛前缘的碳纤维或铝基主体（诸如铝锂合金）。

本文中所描述和/或要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片从该中央部分可以例如在径向方向上延伸。风扇叶片可以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装置，该固定装置可接合毂（或盘）中的对应槽。单纯地作为示例，这样的固定装置可以是燕尾榫的形式，该燕尾榫可以开槽进入和/或接合毂/盘中的对应槽，以便将风扇叶片固定到毂/盘。作为进一步的示例，风扇叶片可以与中央部分一体地形成。这样的布置可被称为叶盘或叶环。可以使用任何适合的方法来制造这样的叶盘或叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块机加工和/或风扇叶片的至少一部分可通过焊接（诸如线性摩擦焊接）附接到毂/盘。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可以或可以不提供有可变面积喷嘴（VAN）。这样的可变面积喷嘴可以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。

本文中所述和/或要求保护的气体涡轮机的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如16、18、20或22个风扇叶片。

如本文所使用的，巡航条件可以意指气体涡轮机引擎所附接至其的飞行器的巡航条件。这样的巡航条件可以常规地定义为巡航中期的条件，例如，在爬升的顶部和下降的开始之间的（就时间和/或距离而言的）中点处由飞行器和/或引擎所经历的条件。

单纯地作为示例，巡航条件下的前进速度可以是在从马赫0.7至0.9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，例如大约马赫0.8、大约马赫0.85或在从0.8至0.85的范围内。在这些范围内的任何单个速度可以是巡航条件。对于一些飞行器而言，巡航条件可以在这些范围之外，例如低于马赫0.7或高于马赫0.9。

单纯地作为示例，巡航条件可对应于处于从10000m到15000m的范围内的海拔的标准大气条件，例如在从10000m到12000m的范围内，例如在从10400m到11600m（约38000英尺）的范围内，例如在从10500m到11500m的范围内，例如在从10600m到11400m的范围内，例如在从10700m（约35000英尺）至11300m的范围内，例如在从10800m至11200m的范围内，例如在从10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可能对应于这些范围内任何给定海拔处的标准大气条件。

单纯地作为示例，巡航条件可对应于：0.8的前进马赫数；23000Pa的压力；以及-55℃的温度。

如本文中任何地方所使用，“巡航”或“巡航条件”可意指气动设计点。这样的气动设计点（或ADP）可对应于风扇被设计成操作的条件（包括例如一个或多个马赫数、环境条件和推力要求）。这可意指，例如，风扇（或气体涡轮机引擎）被设计为具有最佳效率的条件处。

在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮机引擎可在本文中其它地方定义的巡航条件下操作。这样的巡航条件可由飞行器的巡航条件（例如巡航中期条件）确定，可将至少一个（例如2个或4个）气体涡轮机引擎安装到所述飞行器上以便提供推进推力。

本领域技术人员将领会的是，除了相互排斥的情况外，与上述方面中的任何一个相关来描述的特征或参数可应用于任何其它方面。此外，除了相互排斥的情况外，本文中所描述的任何特征或参数可应用于任何方面和/或与本文中所描述的任何其它特征或参数组合。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述实施例，在附图中:

图1是气体涡轮机引擎的截面侧视图；

图2是气体涡轮机引擎的上游部分的特写截面侧视图；

图3是用于气体涡轮机引擎的齿轮箱的局部剖视图；

图4示意性图示了气体涡轮机的实施例的前部区段的上半部分，该气体涡轮机具有驱动系，该驱动系具有周转齿轮箱装置的输入轴装置、齿轮箱装置和延伸到包括后部架轴承装置的推进风扇的输出轴装置；

图5示意性示出了气体涡轮机的实施例的前部区段的上半部分，该气体涡轮机具有驱动系，该驱动系具有周转齿轮箱装置的输入轴装置、齿轮箱装置和延伸到包括前部架轴承装置的推进风扇的输出轴装置。

具体实施方式

图1图示了具有主旋转轴线9的气体涡轮机引擎10。引擎10包括空气进口12和生成两股空气流（核心空气流A和旁路空气流B）的推进风扇23。气体涡轮机引擎10包括接收核心空气流A的核心11。引擎核心11以轴向流串联方式包括低压力压缩机14、高压力压缩机15、燃烧设备16、高压力涡轮机17、低压力涡轮机19和核心排放喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮机引擎10，并且定义了旁路管道22和旁路排放喷嘴18。旁路空气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压力涡轮机19并由低压力涡轮机19驱动。

在使用中，核心空气流A由低压力压缩机14加速和压缩，并被引导到高压力压缩机15中，在所述高压力压缩机15中发生进一步压缩。从高压力压缩机15排放的压缩空气被引导到燃烧设备16中，在所述燃烧设备16中其与燃料混合并且混合物被燃烧。然后，所产生的热燃烧产物在通过喷嘴20被排放之前膨胀通过高压力和低压力涡轮机17、19，并由此驱动高压力和低压力涡轮机17、19，以提供一些推进推力。高压力涡轮机17通过适合的互连轴27驱动高压力压缩机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。

齿轮传动风扇气体涡轮机引擎10的示例性布置在图2中示出。低压力涡轮机19（见图1）驱动轴26，该轴26耦合到周转齿轮布置30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处及与其相互啮合的是由行星架34耦合在一起的多个行星齿轮32。行星架34约束行星齿轮32来同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32能够绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36耦合到风扇23，以便驱动其绕引擎轴线9的旋转。行星齿轮32的径向向外处及与其相互啮合的是经由连杆40耦合到静态支承结构24的环形齿轮或环状齿轮38。

注意的是，如本文中使用的术语“低压力涡轮机”和“低压力压缩机”可被认为分别意指最低压力涡轮机级和最低压力压缩机级（即，不包括风扇23）和/或通过引擎中的具有最低旋转速度的互连轴26连接在一起的涡轮机和压缩机级（即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴）。在一些文献中，本文中所指的“低压力涡轮机”和“低压力压缩机”可以可替换地被认为是“中压涡轮机”和“中压压缩机”。在使用这样的可替换术语的情况下，风扇23可称为第一压缩级或最低压力压缩级。

周转齿轮箱装置30作为示例在图3中更详细地示出。太阳齿轮28、行星齿轮32和环状齿轮38中的每一个都包含绕其周边的齿，以与其它齿轮互相啮合。然而，为了清楚性，图3中仅图示齿的示例性部分。图示了四个行星齿轮32，尽管对于技术人员读者将显而易见的是，在所要求保护的发明的范围内可以提供较多或较少的行星齿轮32。行星周转齿轮箱装置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中作为示例图示的周转齿轮箱装置30具有行星类型，这在于行星架34经由连杆36耦合到输出轴，其中环状齿轮38固定。在另一个实施例中，架和输出轴可制造为一个部分。但是，可以使用任何其它适合类型的周转齿轮箱装置30。作为进一步示例，周转齿轮箱装置30可以是星形布置，其中行星架34保持固定，其中环状（或环形）齿轮38被允许旋转。在这样的布置中，风扇23由环状齿轮38驱动。作为进一步可替换示例，齿轮箱装置30可以是差速齿轮箱，在其中环状齿轮38和行星架34二者均被允许旋转。

将领会的是，图2和图3中所示出的布置仅作为示例，且各种替换方案均在本公开的范围内。单纯地作为示例，任何适合的布置都可用于将齿轮箱装置30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱装置30连接到引擎10。作为进一步示例，齿轮箱装置30和引擎10的其它部分（诸如输入轴26、输出轴和固定结构24）之间的连接（诸如图2示例中的连杆36、40）可具有任何期望的刚度或柔度。作为进一步示例，可以使用引擎的旋转和静态部分之间（例如，来自齿轮箱装置30的输入和输出轴与诸如齿轮箱壳体之类的固定结构之间）的轴承的任何适合布置，并且本公开不限于图2的示例性布置。例如，在齿轮箱装置30具有星形布置（如上所描述的）的情况下，技术人员将容易地理解输出和支承连杆以及轴承位置的布置通常将与图2中作为示例示出的布置不同。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型（例如星形或行星）、支承结构、输入和输出轴布置以及轴承位置的任何布置的气体涡轮机引擎。

可选地，齿轮箱装置可驱动附加和/或可替换部件（例如中压力压缩机和/或增压压缩机）。

本公开可应用于的其它气体涡轮机引擎可以具有可替换配置。例如，这样的引擎可具有可替换数量的压缩机和/或涡轮机和/或可替换数量的互连轴。作为进一步示例，图1中所示出的气体涡轮机引擎具有分流喷嘴20、22，这意指通过旁路管道22的流具有其本身的喷嘴，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分离并径向地在其外侧。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于其中在单个喷嘴之前（或其上游）混合或组合通过旁路管道22的流和通过核心11的流的引擎，该单个喷嘴可称为混流喷嘴。一个或两个喷嘴（无论是混流或是分流）可具有固定的或可变的面积。虽然所描述示例涉及涡轮风扇引擎，但本公开可以例如应用于任何类型的气体涡轮机引擎，诸如例如开放式转子引擎（在其中风扇级不被短舱围绕）或涡轮螺旋桨引擎。

气体涡轮机引擎10及其部件的几何结构由常规轴线系统定义，其包括轴向方向（其与旋转轴线9对齐）、径向方向（图1中在从下到上的方向上）和圆周方向（在图1视图中与页面垂直）。轴向、径向和圆周方向相互垂直。

在图4中，示出了齿轮传动涡轮风扇引擎10的前部区段的示意图。该图从前部中的推进风扇23朝向后部地轴向延伸到低压力压缩机14。低压力压缩机14仅象征性地示出，以指示驱动系及其单元的相对位置。

驱动系包括输入轴装置50（例如，包括图1中示出的轴26），在此由未示出的低压力涡轮机19驱动。输入轴装置50连接到周转齿轮箱装置30的太阳齿轮28。齿轮箱装置30的输出经由行星架34发生，其与输出轴装置60连接，输出轴装置60具有充当风扇轴61的一部分。该部分与推进风扇23刚性连接。在替换实施例中，输出轴60可通过风扇盘61与架34的直接连接来代替。

因此，输入扭矩从输入轴装置50传递到齿轮箱装置30的太阳齿轮28，并且在某种程度上传递到环状齿轮底座。行星架34将输出扭矩（以降低的旋转速度）传递到输出轴60，并最终传递到推进风扇23。

在此以简化的方式示出了输入轴装置50和输出轴装置60。可能的是，轴装置50、60的形状可更复杂并且包括多于一件。

图4中示出的实施例的轴布置还包括若干轴承系统，例如用于承担机械负载或用于定位推进风扇23和齿轮箱装置30。

待描述的第一轴承是径向定位在行星架34和静止结构91之间的后部架轴承装置90。此后部架轴承装置90在此包括一个滚柱轴承。在替换实施例中，可使用多于一个的滚柱轴承（例如双轴承、不同设计的两个轴承）或其他轴承设计。也可能的是，后部架轴承装置90的不同轴承被定位在不同的位置。

在此实施例中，后部架轴承装置90在输入侧上轴向邻近于齿轮箱装置30。后部架轴承装置70到齿轮箱装置30之间的轴向距离可例如在对于后部架轴承装置70的座元件39的内部半径的0.5至2倍之间。这可在从后部架轴承装置70的轴向前部侧到齿轮箱装置30的中心线41测量的1至100mm的范围内。

风扇轴向负载经由风扇轴轴承系统80（滚柱轴承）、经由齿轮箱装置30被转移，并朝向后部进入到输入轴轴承95。通过这种布置，可降低轴承的支承结构。

后部架轴承70的径向内部座是在轴向延伸到齿轮箱装置30的后部的座元件39上。类似的座元件34可以被提供在齿轮箱30的输出侧上的行星架34上。

在齿轮箱装置30的输出侧上，输出轴装置60仅具有一个轴承系统，即风扇轴轴承系统80。该轴承系统的径向内部座是在风扇轴61上，风扇轴61是输出轴装置60的一部分。风扇轴轴承系统80的径向外部座连接到静止前部锥体结构81。在示出的实施例中，滚柱轴承用于风扇轴轴承系统80中。在替换实施例中，可使用多于一个的滚柱轴承（例如双轴承、不同设计的两个轴承）或其他轴承设计。将可能的是，安装滚珠轴承，并经由静止前部锥体结构81将轴向负载转移到风扇13。

在本文描述的实施例中，风扇轴轴承系统80可具有推进风扇13的直径的0.05至0.2倍之间的外部直径。这个范围可在175到1250mm之间。

在替换实施例中，风扇轴轴承系统80没有直接位于推进风扇23的下方。风扇轴61然后从风扇轴轴承系统80延伸到前部。风扇轴61直接连接到架34。

图4中示出的实施例中的输出轴装置60本质上包括邻近于齿轮箱装置30的输出侧并在推进风扇23（即，风扇轴区段61）之下的柱形区段。在它们之间存在链接两个柱形区段的锥形区段62。在此上下文中，锥形意味着输出轴装置60的这部分中的轴向横截面是径向向内倾斜的直线。在其他实施例中，此链接区段可具有与图4中的锥状形状不同的形状。

在图4中示出的实施例中，静止前部锥体结构81和静止结构91一起形成环绕齿轮箱装置30的一个空腔。

环状齿轮38刚性地连接到静止前部锥体结构81，但可替换地，它可连接到引擎10内的不同静止部分。

在图4中示出的实施例中，还存在从引擎10的后部部分轴向延伸超过齿轮箱装置30至前部的轴；贯穿轴63。

用于从驱动涡轮机19（即，低压力涡轮机19）到推进风扇23的力和/或扭矩的负载路径经由输入轴装置50、贯穿轴63、齿轮箱装置30、输出轴装置60延伸。

特别地，输出轴60包括径向内部63和外部62部分，其中在它们之间提供环形空间。内部63和外部62部分两者都联接到风扇轴61，其中仅外部部分62联接到齿轮箱输出（即，此实施例中的行星架34）。

内部轴包括贯穿轴63。贯穿轴62和轴62直接联接到风扇轴61，使得轴61、62、63中的每个都以齿轮箱30的输出的速度一起旋转。贯穿轴延伸穿过太阳齿轮28的内部环面，朝向引擎的尾部。贯穿轴63终止于以推力轴承形式的轴间轴承64。推力轴承64坐落在贯穿轴63和输入轴26之间，并允许在它们之间相对旋转。轴间轴承64是以推力轴承的形式，其将轴向推力负载从风扇轴61转移到低压力轴26。因此，轴向负载经由贯穿轴63从风扇轴62转移到低压力轴26。

这样的布置有若干优点。首先，扭矩和轴向推力负载本质上通过分离的路径来提供，其中扭矩负载通过轴62和齿轮箱30被传递，而推力负载通过贯穿轴63被传递。因此，齿轮箱上的推力负载显著降低。这导致了齿轮箱部件上的较低负载，从而简化了设计，并可以导致更轻的整体系统。其次，必须由轴承反作用的整体推力大大降低。

在涡轮风扇气体涡轮机引擎中，大比例的整体推力由风扇23生成。在高旁通比引擎中尤其是这种情况。此推力在风扇23上生成向后的反作用力，其必须由轴承承受。在相同时间，由于通过其中的核心流，由低压力涡轮机19生成大的向前反作用力。随着气体涡轮机引擎尺寸增加，这个问题变得特别难以解决。在常规的气体涡轮机引擎中，这些负载在某种程度上由低压力轴通过风扇和低压力涡轮机之间的直接连接来平衡。然而，在齿轮传动引擎中，这种连接会丢失，其中扭力改为通过齿轮箱来提供。考虑到风扇轴61和低压力涡轮机26的不同旋转速度，直接连接通常是不可能的。在本发明中，低压力涡轮机26和风扇轴61之间的直接连接通过供应贯穿轴63和轴间轴承64来恢复，这允许推力经由贯穿轴63转移到低压力轴，从而降低必须由轴承反作用的整体推力。

齿轮传动气体涡轮机引擎设计中的另一个重要考虑是适应施加到不同部件上的负载，以及这些部件上的组合压力与未对准。

例如，风扇23的惯性可能导致飞行中的显著横向和弯曲负载。在所有部件是刚性的情况下，这导致显著的压力被给予到这些部件以及连接至其的部件上。在另一方面，这些负载必须被反作用，并且扭矩必须从涡轮机19转移到风扇23。

因此，在本布置中，由各种部件提供了变化的柔度。特别地，齿轮箱输出轴62和风扇轴61在横向和扭转方向上（即，在弯曲、剪切和扭转中）是相对刚硬的。因此，风扇23的运动导致负载被转移到齿轮箱中。在另一方面，相对于风扇轴61和输出轴62中的任一或两者，太阳输入轴50和贯穿轴63两者都是柔性的，即具有较低的刚度，使得在使用中，风扇23的横向偏转导致太阳输入和贯穿轴63、64的弯曲运动大于输出轴62的弯曲运动。因此，风扇23、齿轮箱30和轴62、63、64的运动与涡轮机19分隔。出于若干原因，这被认为是比在输出轴62中提供柔度更好的。首先，考虑到输出轴的大直径和锥形形状，此部件将自然倾向于具有高横向刚度。因此，采取措施来降低此刚度（诸如通过在轴62的横截面上提供波动）可能导致扭转刚度降低，这将导致扭矩转移的降低的有效性。其次，降低的弯曲和剪切刚度将必然导致降低的扭转刚度。因为贯穿轴基本上不承受扭矩，所以这种降低的扭转刚度在系统的扭转能力上具有较少的负面影响。

在图5中，示出了图4中示出的实施例的变形。可对相应的描述做出参考。在此没有使用后部架轴承装置90，而是使用连接到静止前部锥体的前部架轴承装置70。

与图4中示出的装置相比，图5的变形具有若干潜在的优点。例如，在行星架的前方的轴承70供应确保了来自风扇23的横向负载被转移到行星架34的前方的静止结构，而不是由行星架自身承担（除了行星齿轮和太阳齿轮之外）。因此，这些部件上的压力降低，这可能导致增加的寿命、或降低的成本、重量或体积。

在图4和图5中示出的实施例中，输入轴50示意性示出为直轴。在替换实施例中，可能的是，输入轴包括柔度器件，诸如凹槽或曲折区段，以在轴中提供限定的柔度。

将理解的是，本发明不限于上述实施例，并且在不背离本文中所描述概念的情况下能够进行各种修改和改进。除了其中相互排斥的情况外，特征中的任何一个可分离地使用或与任何其它特征组合使用，并且本公开延伸到并包括本文中所描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。