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无油的燃气 涡轮 发动机

阅读：808发布：2021-06-13

专利汇可以提供无油的燃气涡轮发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开内容针对一种无油的燃气涡轮发动机 (101)。燃气涡轮发动机 (101)包括压缩机区段(120)、燃烧区段(126)、涡轮区段(125)和排气喷嘴区段(132)。此外，燃气涡轮发动机(101)包括至少一个旋转构件，其构造成将涡轮区段的至少一部分传动地连接至压缩机区段(120)的至少一部分。此外，燃气涡轮发动机(101)包括构造成支承旋转构件的一个或更多个气体润滑的轴承 (102)。此外，燃气涡轮发动机(101)包括构造成启动燃气涡轮发动机(101)的直接驱动的起动机发电机 (104)。因此，本公开内容的燃气涡轮发动机(101)提供了至少部分无油的发动机。，下面是无油的燃气涡轮发动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃气涡轮发动机(101)，包括：
压缩机区段(120)、燃烧区段(126)和涡轮区段(125)；
至少一个旋转构件，其构造成将所述涡轮区段(125)的至少一部分传动地连接至所述压缩机区段(120)的至少一部分；
构造成支承所述旋转构件的一个或更多个气体润滑的轴承(102)；以及
构造成启动所述燃气涡轮发动机(101)的直接驱动的起动机发电机(104)，其中所述燃气涡轮发动机(101)是至少部分无油的。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述直接驱动的起动机发电机(104)进一步构造成将电力提供至所述发动机(101)的一个或更多个电驱动的构件。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述发动机(101)的所述一个或更多个电驱动的构件包括风机、燃料泵、点火器盒或电动液压入口导向导叶(IGV)致动器中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述直接驱动的起动机发电机(104)还包括构造成具有所述起动机发电机的定子绕组的冷却系统(106)。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述冷却系统(106)还包括换热器(114)，以及循环穿过定子绕组壳体的冷却流体(116)。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述冷却流体(116)包括燃料。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述直接驱动的起动机发电机(104)还包括碳纤维固位环(112)。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述压缩机区段(120)包括低压(LP)压缩机(124)和高压(HP)压缩机(122)，以及其中所述涡轮区段(125)包括气体发生器涡轮(128)和动力涡轮(130)。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(101)，其特征在于，所述至少一个旋转构件包括将所述气体发生器涡轮(128)传动地连接至所述HP压缩机(122)的高压(HP)轴(34)或将所述动力涡轮(130)传动地连接至所述LP压缩机(124)的低压(LP)轴(36)中的至少一者。
10.一种操作具有至少一个气体润滑的轴承(102)的燃气涡轮发动机(101)的方法，所述方法包括：
通过旋转所述起动机发电机的转子经由直接驱动的起动机发电机(104)来启动所述燃气涡轮发动机(101)；
开始以气体加压所述气体润滑的轴承(102)来达成部分轴承升起；
在转子速度增大且轴承转矩减小时，穿过边界层润滑区域以气体连续地加压所述气体润滑的轴承(102)，以达成完全加压的气体润滑的轴承(102)。

说明书全文

无油的燃气涡轮 发动机

技术领域

[0001] 本主题大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及电动无油燃气涡轮发动机。

背景技术

[0002] 燃气涡轮发动机大体上包括布置成与彼此流动连通的风扇和核心发动机。此外，核心发动机大体上包括成串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，在该处，一个或更多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到空气达到燃烧区段。燃料与压缩的空气混合且在燃烧区段内焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送至涡轮区段。穿过涡轮区段的燃料气流驱动涡轮区段，且然后发送穿过排气区段，例如，至大气。

[0003] 常规燃气涡轮发动机包括转子组件，其具有轴、压缩机叶轮、涡轮、联接件、密封组，以及给定操作条件下的最佳操作所需的其它元件。这些转子组件具有由于重力生成恒定静力的质量，且例如还由于操作期间转子组件中的失衡而生成动力。此燃气涡轮发动机包括在允许转子组件旋转的同时维持和支承这些力的轴承组件。典型的轴承组件包括收纳在轴承壳体内的轴承，以及构造在轴承与轴之间的轴承垫。

[0004] 此外，常规飞行器发动机使用滚动元件轴承操作。此需油轴承在发动机的整个操作循环中支承来自旋转系统的静止和动态负载。此外，发动机中的典型滚动元件轴承需要使用起到若干功能的复杂零件组件构成的单独的轴承槽，其与油的需要结合。例如，此功能可包括油输送、密封、清除、轴承安装、冷却和/或阻尼。尽管滚动元件轴承是自从喷气发动机的构想起就已使用的完善技术，但对于油的需求需要若干支承硬件和附属装置。

[0005] 例如，使用滚动元件轴承的常规飞行器发动机还包括径向传动轴和附件变速箱。径向传动轴经由一系列锥齿轮和正齿轮在发电机转子与附件变速箱之间机械地传输功率。
此外，附件变速箱提供发动机的若干功能，例如包括发动机启动期间的核心旋转、利用啮合的起动机发电机的发电、用于滚动元件轴承的油润滑的输送泵、轴承槽清除泵、燃料增压泵，以及用于入口颗粒分离器(IPS)的风机。

[0006] 由于滚动元件轴承和附件变速箱的机械构件的性质，故发动机的成功操作需要油。然而，除系统的改善可靠性之外，滚动元件轴承和附件变速箱从发动机的除去可能提供显著的重量节省。

[0007] 因此，至少一些已知的旋转机器使用期望非油润滑的轴承的气体轴承。然而，为了从发动机完全除去油，还必须除去附件变速箱。然而，为了成功地除去附件变速箱，必须解决本文所述的各个功能。

[0008] 鉴于上文，无油涡轮轴发动机将是本领域中受欢迎的。更具体而言，具有直接驱动的起动机发电机而非附件变速箱的电动无油涡轮轴发动机将是有利的。发明内容

[0009] 本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。

[0010] 在一方面，本公开内容针对一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。此外，燃气涡轮发动机包括至少一个旋转构件，其构造成将动力涡轮区段的至少一部分传动地连接到压缩机区段的至少一部分上。此外，燃气涡轮发动机包括构造成支承旋转构件的一个或更多个气体润滑的轴承。此外，燃气涡轮发动机包括构造成启动燃气涡轮发动机的直接驱动的起动机发电机。因此，本公开内容的燃气涡轮发动机提供了至少部分无油的涡轮发动机。

[0011] 在另一方面，本公开内容针对一种操作具有至少一个气体润滑的轴承的燃气涡轮发动机的方法。该方法包括通过旋转起动机发电机的转子来经由直接驱动的起动机发电机来启动燃气涡轮发动机。另一个步骤包括以来自压缩机区段的加压空气来加压气体润滑的轴承来达成轴承升起。该方法还包括在转子速度增大且轴承转矩减小时，穿过边界层润滑区域以气体来连续地加压气体润滑的轴承来达成完全加压的气体润滑的轴承。

[0012] 在又一个方面中，本公开内容针对一种飞行器发动机组件。飞行器发动机组件包括具有一个或更多个功率传输输入轴的旋翼机传输系统和燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段、构造成将动力涡轮区段的至少一部分传动地连接到压缩机区段的至少一部分上的主轴、构造成支承旋转构件的一个或更多个气体润滑轴承，以及构造成启动燃气涡轮发动机的直接驱动起动机发电机，其中燃气涡轮发动机是至少部分无油的。飞行器发动机组件还包括一个或更多个滚动元件轴承，其构造在旋翼机传输系统和燃气涡轮发动机的界面处的一个或更多个功率传输输入轴上。

[0013] 实施方案1. 一种燃气涡轮发动机，包括：压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；
至少一个旋转构件，其构造成将所述涡轮区段的至少一部分传动地连接到所述压缩机区段的至少一部分上；
构造成支承所述旋转构件的一个或更多个气体润滑的轴承；以及
构造成启动所述燃气涡轮发动机的直接驱动的起动机发电机，其中所述燃气涡轮发动机是至少部分地无油的。

[0014] 实施方案2. 根据实施方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述直接驱动的起动机发电机进一步构造成将电力提供至所述发动机的一个或更多个电驱动的构件。

[0015] 实施方案3. 根据实施方案2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述发动机的所述一个或更多个电驱动的构件包括风机、燃料泵、点火器盒或电动液压入口导向导叶(IGV)致动器中的至少一者。

[0016] 实施方案4. 根据实施方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述直接驱动的起动机发电机还包括构造成具有所述起动机发电机的定子绕组的冷却系统。

[0017] 实施方案5. 根据实施方案4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述冷却系统还包括换热器，以及循环穿过定子绕组壳体的冷却流体。

[0018] 实施方案6. 根据实施方案5所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述冷却流体包括燃料。

[0019] 实施方案7. 根据实施方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述直接驱动的起动机发电机还包括碳纤维固位环。

[0020] 实施方案8. 根据实施方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述压缩机区段包括低压(LP)压缩机和高压(HP)压缩机。

[0021] 实施方案9. 根据实施方案8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮区段包括气体发生器涡轮和动力涡轮。

[0022] 实施方案10. 根据实施方案9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述至少一个旋转构件包括将所述HP涡轮传动地连接到所述HP压缩机上的高压(HP)轴或将所述LP涡轮传动地连接到所述LP压缩机上的低压(LP)轴中的至少一者。

[0023] 实施方案11. 一种操作具有至少一个气体润滑的轴承的燃气涡轮发动机的方法，所述方法包括：通过旋转起动机发电机的转子经由直接驱动的起动机发电机来启动所述燃气涡轮发动机；
开始以气体加压所述气体润滑的轴承来达成部分轴承升起；
在转子速度增大且轴承转矩减小时，穿过边界层润滑区域以气体连续地加压所述气体润滑的轴承，以达成完全加压的气体润滑的轴承。

[0024] 实施方案12. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，还包括经由所述直接驱动的起动机发电机来关闭所述燃气涡轮发动机，以及使所述气体润滑的轴承减压来达成部分轴承降下。

[0025] 实施方案13. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述边界层润滑区域包括所述气体润滑的轴承与所述转子之间的间断接触。

[0026] 实施方案14. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，所述完全加压的气体润滑的轴承包括完全形成的水力气体膜，其包括所述气体润滑的轴承或所述转子中的至少一者上的粗糙面高度的大约5到大约10倍的厚度。

[0027] 实施方案15. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，开始以气体加压所述一个或更多个气体润滑的轴承以达成轴承升起在转子旋转之前发生。

[0028] 实施方案16. 根据实施方案11所述的方法，其特征在于，开始以气体加压所述一个或更多个气体润滑的轴承以达成轴承升起在转子旋转之后发生。

[0029] 实施方案17. 一种飞行器发动机组件，包括：包括一个或更多个功率传输输入轴的旋翼机传输系统；
燃气涡轮发动机，其包括：
压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；
构造成将所述涡轮区段的至少一部分传动地连接到所述压缩机区段的至少一部分上的主轴；
构造成支承所述旋转构件的一个或更多个气体润滑的轴承；以及
构造成启动所述燃气涡轮发动机的直接驱动的起动机发电机，其中所述燃气涡轮发动机是至少部分地无油的；以及
一个或更多个滚动元件轴承，其构造在所述旋翼机传输系统和所述燃气涡轮发动机的界面处的所述一个或更多个功率传输输入轴上。

[0030] 实施方案18. 根据实施方案17所述的飞行器发动机组件，其特征在于，还包括用于所述滚动元件轴承中的每一个来保持无油的燃气涡轮发动机的槽密封系统。

[0031] 实施方案19. 根据实施方案17所述的飞行器发动机组件，其特征在于，还包括构造在所述一个或更多个功率传输输入轴与所述主轴之间的工作花键接头。

[0032] 实施方案20. 根据实施方案17所述的飞行器发动机组件，其特征在于，还包括构造在所述一个或更多个功率传输输入轴与所述主轴之间的固定花键接头。

[0033] 本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

[0034] 针对本领域的技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中提出，在附图中：图1示出了根据本公开内容的燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性截面视图；
图2示出了根据常规构造的燃气涡轮发动机的局部侧视图；
图3示出了根据本公开内容的飞行器发动机组件的一个实施例的局部侧视图；
图4示出了图3的飞行器发动机组件的局部详图；
图5示出了根据本公开内容的飞行器发动机组件的另一个实施例的局部侧视图；
图6示出了根据本公开内容的用于操作燃气涡轮发动机的方法的一个实施例的流程图;
图7示出了根据本公开内容的燃气涡轮发动机的各种操作模式的一个实施例的图示；
以及
图8示出了根据本公开内容的各种操作模式期间的气体润滑轴承和旋转构件的润滑机制的示意图。

[0035] 零件列表10 燃气涡轮发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 核心涡轮发动机
18 外壳
20 入口
22 低压压缩机
24 高压压缩机
26 燃烧区段
28 高压涡轮
30 低压涡轮
32 喷气排气区段
34 高压轴
36 低压轴
38 风扇
40 叶片
42 盘
44 致动部件
46 动力变速箱
48 机舱
50 风扇壳或机舱
52 出口导向导叶
54 下游区段
56 旁通空气流通路
58 空气
60 入口
62 空气的第一部分
64 空气的第二部分
66 燃烧气体
68 定子导叶
70 涡轮转子叶片
72 定子导叶
74 涡轮转子叶片
76 风扇喷嘴排气区段
78 热气体路径
80 常规轴承组件
82 附件变速箱
84 径向传动轴
86 主支柱
88 齿轮
100 飞行器发动机组件
101 燃气涡轮发动机
102 气体润滑的轴承
103 旋翼机传输系统
104 直接驱动的起动机发电机
105 功率传输输入轴
106 冷却系统
107 滚动元件轴承
108 定子/定子绕组
109 气体止推轴承
110 转子
111 支柱组件
112 碳纤维固位环
114 换热器
115 工作花键接头
116 冷却流体
117 固定花键接头
118 槽密封系统
120 压缩机区段
122 高压压缩机
124 低压压缩机
125 涡轮区段
126 燃烧区段
128 气体发生器涡轮
130 动力涡轮
132 排气区段
134 高速轴
136 动力涡轮轴
200 方法
202 方法步骤
204 方法步骤
206 方法步骤
300 示图
302 转子速度
304 压力
306 轴承转矩。

具体实施方式

[0036] 现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。该详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。

[0037] 如本文中所使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。

[0038] 用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，且"下游"是指流体流至的方向。

[0039] 大体上，本公开内容针对一种无油燃气涡轮发动机，诸如无油涡轮轴或涡扇发动机。燃气涡轮发动机包括核心发动机，其具有压缩机区段、燃烧区段、动力涡轮区段、核心或气体发生器区段，以及排气喷嘴区段。此外，燃气涡轮发动机包括至少一个旋转构件，其构造成将动力涡轮区段的至少一部分传动地连接到压缩机区段的至少一部分上。此外，燃气涡轮发动机包括构造成支承旋转构件的一个或更多个气体润滑的轴承。此外，燃气涡轮发动机包括直接驱动的起动机发电机，其构造成启动燃气涡轮发动机，且还经由任务循环生成用于发动机附件的电力。因此，本公开内容的燃气涡轮发动机提供了至少部分无油的涡轮发动机。如本文中所使用的，"至少部分无油"大体上是指具有由非油构件替换的至少一个常规油使用构件(例如，槽等)的任何发动机构造。本公开内容还提供了一种具有完全无油的构造的发动机。

[0040] 因此，本公开内容提供了现有技术中未提出的许多优点。例如，利用附加制造的气体轴承，所有基于油的槽硬件和/或构件可消除且以单个轴承构件替换。因此，采用气体轴承来支承发动机转子组件不但减少零件数和重量，而且允许超过滚动元件轴承的DN(即，表面速度)极限的超高转速，这导致高功率密度。此外，在无槽的需求的情况下，气体轴承可沿发动机的旋转构件置于任何位置处。

[0041] 本公开内容的无油燃气涡轮发动机的附加方面发展了用于加压至少一个气体润滑的轴承的备选方法，使得带来外部加压而无气体发生器轴的旋转，这导致0RPM下的接近零的轴承转矩。该方法还包含从来自辅助空气系统(诸如小风机或辅助功率单元(APU)或辅助空气车)的外部加压到来自适当发动机速度下的压缩机区段的加压的过渡。该方法允许了轴承在具有干摩擦或边界层润滑的情况下的环绕操作，且仅在完全发展的水力润滑机制下允许启动操作。

[0042] 现在参看附图，其中相同的数字表示附图各处的相同元件，图1示出了根据本公开内容的涡轮机的示意性截面视图的一个实施例。更具体而言，对于图1的实施例，涡轮机构造为燃气涡轮发动机或高旁通涡扇喷气发动机或涡轮轴发动机。如图1中所示，燃气涡轮发动机10限定轴向方向A1(平行于用于参照而提供的纵向中心线12延伸)、径向方向R1和围绕轴向方向A1延伸的周向方向(未示出)。大体上，燃气涡轮发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。

[0043] 更具体而言，如图所示，绘出的核心涡轮发动机16大体上包括限定环形入口20的基本管状的外壳18。外壳18包围且核心发动机16包括成串流关系的包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24上。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22上。因此，LP轴36和HP轴34各自为旋转构件，其在燃气涡轮发动机10的操作期间围绕轴向方向A1旋转。

[0044] 为了支承此旋转构件，燃气涡轮发动机10包括附接到燃气涡轮发动机10内的各种结构构件上的多个轴承组件80。更具体而言，如图所示，轴承组件80便于LP轴36和HP轴34的旋转，且在燃气涡轮发动机10的操作期间缓冲给予轴承组件80的振动能。

[0045] 仍参看图1的实施例，风扇区段14包括具有以间隔开的方式联接到盘42上的多个风扇叶片40的可变桨距风扇38。如图所示，风扇叶片40从盘42大体上沿径向方向R1向外延伸。各个风扇叶片40通过风扇叶片40关于盘42围绕桨距轴线P可旋转，风扇叶片40可操作地联接到适合的桨距改变机构44上，其构造成一起地共同改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和桨距改变机构44是通过跨过动力变速箱46的LP轴36围绕纵轴线10一起可旋转的。动力变速箱46包括多个齿轮，以用于将风扇38关于LP轴36的转速调整至更高效的风扇转速。更具体而言，风扇区段包括由跨过动力变速箱46的LP轴36可旋转的风扇轴。此外，风扇轴还可认作是旋转构件，且由一个或更多个轴承类似地支承。

[0046] 仍参看图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前毂48覆盖，其空气动力学地异型成促进空气流穿过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。机舱50可由多个沿周向间隔开的出口导向导叶52关于核心涡轮发动机16支承。此外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部上延伸，以便限定它们之间的旁通空气流通路56。

[0047] 在燃气涡轮发动机10的操作期间，一定量空气58经由机舱50的相关联的入口60和/或风扇区段14进入涡扇10中。当一定量空气58经过风扇叶片40时，如由箭头62指出的空气58的第一部分被引导或发送到旁通空气流通路56中，且如由箭头64指出的空气58的第二部分被引导或发送到核心空气流动路径37中，或更具体是到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常称为涵道比。空气的第二部分64的压力然后在其发送穿过高压(HP)压缩机24且进入压缩区段26中时增大，在该处其与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体66。

[0048] 燃烧气体66发送穿过HP涡轮28，在该处，来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳18上的HP涡轮定子导叶68和联接到HP轴或转轴34上的HP涡轮转子叶片70的连续级获得，因此促使HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被发送穿过LP涡轮30，在该处，热能和动能的第二部分从燃烧气体66经由联接到外壳18上的LP涡轮定子导叶72和联接到LP轴或转轴36上的LP涡轮转子叶片74的连续级获得，因此促使LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

[0049] 燃烧气体66随后被发送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32来提供推力。同时，空气的第一部分62的压力在空气62的第一部分在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出(也提供了推力)之前发送穿过旁通空气流通路56时显著增大。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66发送穿过核心涡轮发动机16。

[0050] 现在参看图2，示出了根据常规构造的燃气涡轮发动机10的局部侧视图。如图2中所示，燃气涡轮发动机10包括沿轴34,36间隔开的多个常规(即，油润滑)的轴承组件80以便于其旋转。此外，如图所示，常规燃气涡轮发动机10还包括径向传动轴84和附件变速箱82。因此，径向传动轴84经由一系列锥齿轮和正齿轮88在气体发生器转子与附件变速箱82之间机械地传输功率。此外，附件变速箱82提供发动机启动期间的核心旋转、利用啮合的起动机发电机的发电、用于滚动元件轴承的油润滑的输送泵、轴承槽清除泵、燃料泵，以及用于入口颗粒分离器(IPS)的风机。如图所示，常规油润滑的发动机并非没有缺陷。例如，各个轴承
80需要由需要油(诸如，油输送、密封、清除、轴承安装、冷却和/或阻尼)的复杂零件组件构成的单独的槽。

[0051] 因此，如图3中所示，示出了根据本公开内容的飞行器发动机组件100的局部侧视图。如图所示，飞行器发动机组件100包括旋翼机传输系统103，其具有一个或更多个功率传输输入轴105和燃气涡轮发动机101。应当理解的是，除常规油润滑的轴承80和附件变速箱82之外，图3的燃气涡轮发动机101大体上类似于图1的常规燃气涡轮发动机10构造。例如，本公开内容的燃气涡轮发动机101包括压缩机区段120、燃烧区段126、涡轮区段125和排气喷嘴区段132。此外，燃气涡轮发动机101包括构造成将涡轮区段128的至少一部分传动地连接到压缩机区段120的至少一部分上的至少一个旋转构件。更具体而言，如图所示，压缩机区段120可包括高压压缩机(HPC)122和低压压缩机(LPC)124。此外，涡轮区段125可包括高压(HP)涡轮128和动力涡轮130。此外，(多个)旋转构件可包括将HP涡轮128传动地连接到压缩机124上的高速轴134，和/或传动地连接动力涡轮130的动力涡轮轴136。此外，动力涡轮轴136然后机械地联接到旋翼机功率传输系统上。

[0052] 此外，如图所示，燃气涡轮发动机101包括构造成支承(多个)旋转构件(例如，轴134,136)的一个或更多个气体润滑的轴承102。此外，如图所示，燃气涡轮发动机101包括构造成至少启动燃气涡轮发动机101的直接驱动的起动机发电机104。因此，本公开内容的燃气涡轮发动机101提供无油发动机，其将在本文中更详细论述。

[0053] 然而，应当认识到的是，图3中绘出的燃气涡轮发动机101仅通过举例提供，且在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机101可具有任何其它适合的构造。还应当认识到的是，在其它示例性实施例中，本公开内容的方面可结合到任何其它适合的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开内容的方面例如可并入涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡扇发动机或涡轮喷气发动机。此外，在又一些实施例中，本公开内容的方面可并入任何其它适合的涡轮机中，包括而不限于汽轮机、离心压缩机和/或涡轮增压器。

[0054] 飞行器发动机组件100，即，旋翼机传输系统103，还可包括一个或更多个滚动元件轴承107，其构造成具有在旋翼机传输系统103与燃气涡轮发动机101的界面处的(多个)动力传输输入轴105。此滚动元件轴承107可为常规油润滑的轴承，然而应当理解的是，燃气涡轮发动机101在滚动元件轴承107容纳在槽中且经由槽密封系统118与燃气涡轮发动机101分开时保持无油。

[0055] 本公开内容的气体润滑的轴承102可为本领域中现在已知或以后开发的任何适合的气体或空气润滑的轴承。例如，在一个实施例中，气体润滑的轴承102可包括DATE提交的题为"Bearing Assembly"的美国申请号NUMBER中描述的轴承，其在此通过引用以其整体并入本文中。此外，尽管气体润滑的轴承102描述和示为大体上位于相应的LP轴36和HP轴34的前端和后端处，但此外或作为备选，轴承102可位于沿LP轴36和HP轴34的任何期望位置处，包括但不限于轴34,36的中心或中跨区域，或沿轴34,36的任何其它位置。

[0056] 此外，直接驱动的起动机发电机104在发动机启动期间允许核心旋转，且在任务周期期间提供电力传输发动机附件。例如，在某些实施例中，直接驱动的起动机发电机104进一步构造成向发动机101的一个或更多个电驱动的构件提供电力。更具体而言，在某些实施例中，发动机101的(多个)电驱动的构件可包括风机、燃料泵、点火器盒、电动液压入口导向导叶(IGV)促动器，或需要电力的任何其它发动机构件。

[0057] 附件上的变速驱动器允许燃料泵和风机的独立于核心的速度控制。此灵活性允许了导致减少的返回至箱的再循环的燃料输送的优化；影响了燃气涡轮发动机101的总体热管理系统(TMS)。此外，仅在需要时操作风机有助于发动机101的总体较好的效率。燃料泵和风机两者可安装到气体轴承102上来保持无油系统。来自直接驱动的起动机发电机104的又一些功能可包括向点火器盒和电动液压IGV致动器提供动力。

[0058] 现在参看图4，直接驱动的起动机发电机104还可包括冷却系统106，其构造成具有起动机发电机104的定子绕组108，因为起动机发电机104的一个挑战是此绕组108的冷却。在常规起动机发电机中，发电机使用油来冷却。由于本公开内容的燃气涡轮发动机101是无油的，故冷却系统106影响燃料从直接驱动的起动机发电机104获得热。更具体而言，燃料输送可经由前支柱组件111(图4)到电定子垫板的外表面上的冷却夹套(可能是附加的)来实现。当热经由对流/传导从电定子绕组108除去时，加热的燃料经过嵌入前框架支柱的前缘表面下方的表面空气燃料换热器114(可能是附加的)。换言之，如图4中所示，冷却系统106可包括换热器114和冷却流体116，即，循环穿过定子绕组108的壳体的燃料。在备选实施例中，冷却系统106还可包括防焦技术，如，燃料的除氧或燃料通路中的抗结焦涂层。

[0059] 在某些实施例中，直接驱动的起动机发电机104的转子110可为使用稀土磁体(诸如钐钴或钕)的永久磁体。因此，为了最大化电动机器效率和功率密度，直接驱动的起动机发电机104可包括碳纤维固位环112来用于支承如图4中所示的磁体组件。使用碳纤维允许定子与转子组件之间的较小空隙，这可显著地提高电动机器的功率密度。一个考虑在于转子110将经历的侧磁性拉力。因此，位于前端上的轴承需要经由操作循环来维持此侧拉力负载，且因此可能需要0rpm加压来可靠地操作。

[0060] 如图3和5中所示，飞行器发动机组件100还可包括构造在(多个)功率传输输入轴105与主轴136之间的花键接头。例如，如图3中所示，飞行器发动机组件100可包括工作花键接头115，其构造在(多个)功率传输输入轴105与动力涡轮轴136之间。在此实施例中，动力涡轮推力由发动机101的后端中的轴向气体止推轴承109来作用。作为备选，如图5中所示，飞行器发动机组件100可包括固定花键接头117，其构造在(多个)功率传输输入轴与动力涡轮轴136之间。在此实施例中，来自动力涡轮的推力由支承功率传输输入轴105的滚动元件轴承107来作用。

[0061] 现在参看图6，示出了根据本公开内容的用于操作具有至少一个气体润滑的轴承102的燃气涡轮发动机101的方法200的一个实施例的流程图。如202处所示，该方法200包括通过旋转起动机发电机104的转子110来经由直接驱动的起动机发电机104启动燃气涡轮发动机101。如204处所示，方法200包括开始利用气体来加压气体润滑的轴承102，以实现部分轴承升起。如206处所示，该方法200还包括在转子速度增大且轴承转矩减小时，以穿过边界层润滑区域的气体来连续地加压气体润滑的轴承102来达成完全加压的气体润滑的轴承。
如本文中所使用的，边界层(B.L.)润滑区域可包括气体润滑的轴承102与转子110之间的间断接触。此外，完全加压的气体润滑的轴承102可包括完全形成的水力气体膜，其包括气体润滑的轴承102或转子110中的至少一者上的平均高度的大约五(5)到大约十(10)倍的厚度。在另一个实施例中，该方法200还可包括经由直接驱动的起动机发电机104来关闭燃气涡轮发动机101，且使气体润滑的轴承102减压来实现轴承降下。

[0062] 在附加实施例中，开始以气体加压一个或更多个气体润滑的轴承102来实现轴承升起的步骤可在转子旋转之前发生。作为备选，开始以气体加压一个或更多个气体润滑的轴承102来实现轴承升起的步骤可在转子旋转之后发生。例如，在某些实施例中，气体润滑的轴承102可在发动机旋转之前使用任何适合的装置(诸如但不限于风机、APU或基于地面的辅助空气车)来加压。

[0063] 图6的方法200可参照图7和8来更好理解。如图7中所示，示出了根据本公开内容的燃气涡轮发动机101的各种操作模式的一个实施例的示图。此外，如图所示，示图示出了作为发动机操作点的函数的转子速度302、加压304和轴承转矩306。

[0064] 对于飞行器发动机组件100的可靠操作，气体润滑的轴承102由于可在任务期间出现的潜在负载情况而在飞行任务期间需要外部加压。在启动时(即，0rpm)，发动机使用水力来实现轴承升起(图7)。在0rpm处，轴承垫表面与转子表面直接接触，且因此转子旋转后的初始状态是滑动摩擦(图8)。因此，该点在轴承转矩或旋转阻力最大的位置。市售的高温磨损涂层可用于减小启动转矩且通过所需的操作循环延长操作寿命。当轴承转矩随转子速度增大而降低时，轴承102过渡穿过边界层(B.L.)润滑区域(图8)，在该处，存在粗糙面之间的间断接触，即，在轴承表面与转子110之间。

[0065] 在升起速度下，(多个)轴承102具有完全形成的水力气体膜，其中膜厚为润滑表面(图8)上的粗糙面高度的大约10X。在某些实施例中，升起速度发生在可能的最低速度下，以便热生成最小化，且转子共振横穿完全形成的膜。当燃气涡轮发动机101达到地面空转时，(多个)轴承102在任务的准备中从高压压缩机124接收完全外部加压。该操作模式的关闭以水利润滑开始，且以滑动摩擦结束。

[0066] 在备选实施例中，如所述，(多个)轴承102回转来在转子旋转之前加压气体轴承。该途径包含滑动摩擦和穿过膜形成而过渡，且产生更稳健的轴承设计。例如，由于最初具有显著的流体静力气体膜，故此方法不需要在旋转之后加压气体轴承所需的对准精度。此外，
0rpm外部加压可通过多个源实现，包括但不限于：地面空气起动、电池驱动的电发动机附件，如离心压缩机轮、蓄积器/机载压力容器、APU或类似的。

[0067] 本书面描述使用了实例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

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