燃气涡轮发动机的可变桨距风扇 |
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| 申请号 | CN202311365338.2 | 申请日 | 2023-10-20 | 公开(公告)号 | CN117917509A | 公开(公告)日 | 2024-04-23 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | 阿比吉特·杰西格劳·亚达夫; 尼古拉斯·约瑟夫·克莱; 尼古拉斯·M·达格特; 尼泰什·杰恩; 马修·马克·韦弗; 斯里尼瓦斯·阿达加特拉; | ||||
| 摘要 | 一种燃气 涡轮 发动机 ，包括 涡轮机 ，该涡轮机包括以串行流动顺序布置的 压缩机 区段、燃烧区段和涡轮区段。限定 风 扇轴线并包括多个 风扇 叶片 的风扇能够绕风扇轴线旋转。变桨机构能够与多个风扇叶片一起操作，以控制多个风扇叶片的桨距。 配重 连接到每个相应风扇叶片。 弹簧 机构可操作地与多个风扇叶片中的每个风扇叶片相关联，以在相应风扇叶片上产生与相应风扇叶片的离心扭转 力 矩相反的弹簧扭转力矩。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 燃气涡轮发动机的可变桨距风扇技术领域[0001] 本公开涉及燃气涡轮发动机的可变桨距风扇。 背景技术[0002] 燃气涡轮发动机通常包括涡轮机和转子组件。燃气涡轮发动机(诸如涡轮风扇发动机)可以用于飞行器推进。在涡轮风扇发动机的情况下，转子组件可以被构造为风扇组件。燃气涡轮发动机通常包括风扇组件，风扇组件向核心发动机提供空气并压缩空气以生成推力。至少一些已知的风扇组件包括由外部调控的液压流体流控制的可变桨距风扇叶片。风扇叶片桨距控制风扇的性能，因此可以在各种飞行器条件下进行优化。在一些已知的风扇组件中，在液压系统发生故障的情况下，采用配重将螺旋桨叶片偏压到高桨距或顺桨状态。当螺旋桨叶片旋转时，配重在螺旋桨叶片上产生扭转力矩，使得螺旋桨叶片上的扭转力矩将叶片偏压到高桨距或顺桨状态。附图说明 [0004] 图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面视图。 [0006] 图3是沿燃气涡轮发动机的涡轮风扇叶片的径向轴线观察的根据本公开的示例性方面的图2的弹簧机构的一部分的示意图。 [0007] 图4是示例性燃气涡轮发动机的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的可变桨距风扇的弹簧机构的另一个示例性实施例。 [0008] 图5是沿燃气涡轮发动机的涡轮风扇叶片的径向轴线观察的根据本公开的示例性方面的图4的弹簧机构的一部分的示意图。 [0009] 图6是沿燃气涡轮发动机的涡轮风扇叶片的径向轴线观察的根据本公开的另一个示例性方面的弹簧机构的一部分的示意图。 [0010] 图7是示例性燃气涡轮发动机的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的可变桨距风扇的弹簧机构的另一个示例性实施例。 [0011] 图8是沿燃气涡轮发动机的涡轮风扇叶片的径向轴线观察的根据本公开的示例性方面的图7的弹簧机构的一部分的示意图。 [0012] 图9是示例性燃气涡轮发动机的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的可变桨距风扇的弹簧机构的另一个示例性实施例。 [0013] 图10是示例性燃气涡轮发动机的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的可变桨距风扇的弹簧机构的另一个示例性实施例。 具体实施方式[0014] 现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似部分。 [0015] 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。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。 [0016] 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。 [0017] 在例如“A、B和C中的至少一个”的上下文中的术语“至少一个”是指仅A、仅B、仅C，或A、B和C的任何组合。 [0019] 术语“燃气涡轮发动机”是指具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等，以及这些发动机中的一个或多个的混合电动版本。 [0020] 术语“燃烧区段”是指用于涡轮机的任何热添加系统。例如，术语燃烧区段可以指包括爆燃燃烧组件、旋转爆震燃烧组件、脉冲爆震燃烧组件或其他适当的热添加组件中的一个或多个的区段。在某些示例实施例中，燃烧区段可以包括环形燃烧器、罐形燃烧器、管状燃烧器、驻涡燃烧器(TVC)或其他合适的燃烧系统，或其组合。 [0021] 当与压缩机、涡轮、轴或线轴部件等一起使用时，除非另有说明，否则术语“低”和“高”，或它们各自的比较级(例如，更“低”和更“高”，在适用的情况下)均指发动机内的相对速度。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定被构造为以低于发动机的“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度(例如最大可允许旋转速度)操作的部件。 [0022] 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装置的位置。 [0023] 如本文所用，术语“轴向”和“轴向地”是指基本平行于燃气涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”是指基本垂直于燃气涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。另外，如本文所用，术语“周向”和“周向地”是指绕燃气涡轮发动机的中心线弧形延伸的方向和取向。 [0024] 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。 [0025] 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。 [0026] 如本文所用，术语“第一”和“第二”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。 [0027] 本公开大体涉及用于燃气涡轮发动机的可变桨距风扇组件的弹簧机构以及包括该弹簧机构的燃气涡轮发动机。在至少某些示例性实施例中，可与多个风扇叶片一起操作的变桨机构能够改变各个风扇叶片的桨距，并且本公开的弹簧机构在螺旋桨叶片上产生弹簧扭转力矩，使得通过弹簧机构的螺旋桨叶片上的弹簧扭转力矩对抗(counter)由风扇叶片的旋转引起的风扇叶片的离心扭转力矩(例如，在将风扇叶片朝向高桨距或顺桨状态偏压的方向上向风扇叶片施加扭矩)。因此，本公开的实施例能够减少配重的重量，或消除配重，以及提高配重对低风扇速度的有效性。此外，本公开的实施例起到制动器系统的作用，该制动器系统被构造为在桨距控制机构或致动器发生故障的情况下确保风扇叶片处于顺桨(打开)位置。 [0028] 现在参考附图，其中贯穿附图相同的数字指示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机10的示意横截面视图。更具体地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机，有时也称为“涡轮风扇发动机”。如图1所示，燃气涡轮发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向轴线12延伸)、径向方向R和绕纵向轴线12延伸的周向方向C。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下游的涡轮机16。 [0029] 所描绘的示例性涡轮机16大体上包括限定环形入口20的基本上管状外壳18。外壳18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22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴34(其可以附加地或替代地是线轴)将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴36(其可以附加地或替代地是线轴)将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机 22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷射排气喷嘴区段32一起限定工作气体流动路径 37。 [0030] 对于所描述的实施例，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿径向方向R从盘42向外延伸。借助于风扇叶片40可操作地联接到适当的变桨机构44，每个风扇叶片40可相对于盘42绕桨距轴线P旋转，该变桨机构44被构造为共同改变风扇叶片40的桨距，例如一致地。燃气涡轮发动机10还包括动力齿轮箱46，并且风扇叶片40、盘42和变桨机构44可通过LP轴36跨动力齿轮箱46一起绕纵向轴线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于相对于LP轴36的旋转速度调整风扇38的旋转速度，使得风扇38可以以更有效的风扇速度旋转。 [0032] 另外，示例性风扇区段14包括周向围绕风扇38和/或涡轮机16的至少一部分的环形风扇壳体或外机舱50。应当理解，在所描绘的实施例中，外机舱50由多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于涡轮机16被支撑。此外，外机舱50的下游区段54在涡轮机16的外部分上延伸，以便在它们之间限定旁通气流通道56。 [0033] 在燃气涡轮发动机10的操作期间，一定量的空气58通过外机舱50和风扇区段14的相关入口60进入燃气涡轮发动机10。当一定量的空气58穿过风扇叶片40时，第一部分空气62被引导或导向到旁通气流通道56中，并且第二部分空气64被引导或导向到工作气体流动路径37中，或更具体地，被引导或导向到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比通常称为旁通比。然后，当第二部分空气64被导向通过HP压缩机24并进入燃烧区段26时，第二部分空气64的压力增加，在燃烧区段26中，第二部分空气64与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。 [0034] 燃烧气体66被导向通过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接到外壳18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取，因此使HP轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被导向通过LP涡轮30，其中经由联接到外壳18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级从燃烧气体66提取第二部分热能和动能，因此使LP轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。 [0035] 燃烧气体66随后被导向通过涡轮机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，随着第一部分空气62在从燃气涡轮发动机10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导向通过旁通气流通道56，第一部分空气62的压力显著增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，用于引导燃烧气体66通过涡轮机 16。 [0036] 然而，应当理解，图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机10仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机10可以具有任何其他合适的构造。例如，尽管所描绘的燃气涡轮发动机10被构造为管道式燃气涡轮发动机(即，包括外机舱50)，但是在其他实施例中，燃气涡轮发动机10可以是非管道式燃气涡轮发动机(使得风扇38是非管道式风扇，并且出口导向轮叶52从外壳18悬臂伸出)。附加地或替代地，尽管所描绘的燃气涡轮发动机10被构造为齿轮传动燃气涡轮发动机(即，包括动力齿轮箱46)和可变桨距燃气涡轮发动机(即，包括被构造为可变桨距风扇的风扇38)，但是在其他实施例中，燃气涡轮发动机10可以附加地或替代地被构造为直接驱动燃气涡轮发动机(使得LP轴36以与风扇38相同的速度旋转)、固定桨距燃气涡轮发动机(使得风扇38包括不可绕桨距轴线P旋转的风扇叶片40)或两者。还应当理解，在其他示例性实施例中，本公开的方面可以结合到任何其他合适的燃气涡轮发动机中。例如，在其他示例性实施例中，本公开的方面可以(视情况而定)结合到例如涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机、涡轮轴燃气涡轮发动机或涡轮喷气燃气涡轮发动机中。 [0037] 现在参考图2，提供了根据本公开的示例性实施例的图1的燃气涡轮发动机10的前端的示意横截面视图。具体地，图2提供了燃气涡轮发动机10的风扇区段14的示意横截面视图。 [0038] 如图2所描绘的，风扇区段14(本文中也称为“风扇组件”)大致包括风扇38，风扇38被构造为具有联接到盘42的多个风扇叶片40的可变桨距风扇。简言之，应当理解，风扇38被构造为向前推力风扇，该向前推力风扇被构造为在向前方向上为燃气涡轮发动机10(并且例如，为结合有燃气涡轮发动机10的飞行器)生成推力。“向前方向”可以对应于结合有燃气涡轮发动机10的飞行器的向前方向，并且在所描绘的实施例中是指向左的方向。 [0039] 仍然参考图2，每个风扇叶片40包括沿径向方向R位于内端处的基部80。每个风扇叶片40在基部80处经由相应耳轴82联接到盘42。耳轴82便于相应风扇叶片40绕相应风扇叶片40的桨距轴线P旋转。基部80可以以任何合适的方式附接到耳轴82。例如，基部80可以使用销连接或任何其他合适的连接附接到耳轴82。在还有的其他示例性实施例中，基部80可以与耳轴82一体形成。 [0040] 此外，与图1的示例性燃气涡轮发动机10一样，图2中描绘的示例性燃气涡轮发动机10的风扇38机械地联接到涡轮机16(未描绘，见图1)。更具体地，图2的燃气涡轮发动机10的示例性风扇38可通过LP轴36(未描绘，见图1)跨动力齿轮箱46绕燃气涡轮发动机10的纵向轴线12旋转。具体地，盘42通过风扇转子84附接到动力齿轮箱46，风扇转子84包括用于所描绘实施例的一个或多个单独的结构构件86。动力齿轮箱46进而附接到LP轴36(未描绘，见图1)，使得LP轴的旋转对应地旋转风扇转子84和多个风扇叶片40。值得注意的是，也如图所示，风扇区段14还包括前毂48(其可与例如盘42和多个风扇叶片40一起旋转)。 [0041] 此外，风扇38还包括静止风扇框架88和一个或多个风扇轴承96，用于支撑风扇38的各种旋转部件(诸如多个风扇叶片40)的旋转。更具体地，风扇框架88通过一个或多个风扇轴承96支撑风扇38的各种旋转部件。对于所描绘的实施例，一个或多个风扇轴承96包括前滚柱轴承98和后滚珠轴承100。然而，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适数量和/或类型的轴承来支撑多个风扇叶片40的旋转。例如，在其他示例性实施例中，一个或多个风扇轴承96可以包括一对(两个)锥形滚柱轴承或任何其他合适的轴承。 [0042] 另外，燃气涡轮发动机10的示例性风扇38包括变桨机构44，用于使多个风扇叶片40中的每一个绕其各自的桨距轴线P旋转。 [0043] 特别地，对于所描述的示例性实施例，变桨机构44包括被构造为与风扇38的多个风扇叶片40一起旋转的主控制件102。在所描绘的实施例中，主控制件102联接到风扇转子84，使得主控制件102可与风扇转子84和风扇38的多个风扇叶片40一起旋转。主控制件102包括缸104和臂106。如将理解的，臂106可以是在周向方向C上基本上完全围绕燃气涡轮发动机10的纵向轴线12延伸的基本上环形臂。简言之，应当理解，对于所描绘的实施例，纵向轴线12与风扇轴线对准，并且这些术语可以相对于所描绘的实施例互换使用。 [0044] 缸104被构造为沿燃气涡轮发动机10的轴向方向A移动臂106。以这种方式，将理解的是，缸104可以被构造为线性致动器。在至少某些示例性方面中，缸104可以是气动缸、液压缸或电致动缸。附加地或替换地，主控制件102可以包括用于沿轴向方向A移动臂106的任何其他合适的构造。 [0045] 此外，对于所描述的实施例，变桨机构44包括联接到多个风扇叶片40的多个联动装置108(例如，多个联动装置108中的每个联动装置108联接到多个风扇叶片40中的相应风扇叶片40)。特别地，对于所描绘的实施例，多个联动装置108进一步联接到主控制件102，使得多个联动装置108中的每个联动装置108可以从主控制件102延伸到多个风扇叶片40中的相应风扇叶片40。例如，在图2的实施例中，所描绘的风扇叶片40可以是第一风扇叶片40A，并且所描绘的联动装置108可以是多个联动装置108中的第一联动装置108A。第一联动装置108A联接到主控制件102单元，并且延伸到第一风扇叶片40A并联接到第一风扇叶片40A。多个风扇叶片40中的每一个和相应多个联动装置108中的每一个可以沿周向方向C布置，并且可以以与图2中描绘的示例性第一联动装置108A和第一风扇叶片40A类似的方式构造。 [0046] 通过这种方式，将理解的是，主控制件102可以被构造为同时接合多个联动装置108中的每个联动装置108，以同时并例如一致地改变多个风扇叶片40中的每个风扇叶片40的桨距。 [0047] 在所描绘的示例性实施例中，燃气涡轮发动机10的示例性风扇38包括配重组件110(其中每个配重组件110包括连杆臂112、杠杆臂114、铰合部(hinge)116和配重118)。下游方向被示出为从左到右。 [0048] 如图2所示，每个耳轴82都包括大致管状形状，在耳轴82的最靠近盘42的一端上有唇部或轴环。在该示例中，每个耳轴82联接到风扇叶片40中的一个，使得每个风扇叶片40可相对于盘42绕每个风扇叶片40的相应桨距轴线P旋转。每个耳轴82被设置成驱动风扇叶片40中的一个的旋转。 [0049] 每个配重组件110可操作地联接到耳轴82中的一个(例如，经由联动装置108)。在该示例中，配重组件110沿盘42的周向方向均匀分布，其中配重组件110的数量与耳轴82的数量相匹配。配重组件110被构造为响应于配重118所经历的离心力而驱动耳轴82的旋转。 [0050] 对于所示实施例，连杆臂112和杠杆臂114是细长的固体材料件。在一个示例中，连杆臂112和杠杆臂114可以包括杆。连杆臂112被构造为经由联动装置108与耳轴82联接。每个连杆臂112连接到联动装置108中的一个和杠杆臂114中的一个，并在其之间延伸。连杆臂112经由联动装置108将运动和扭矩从杠杆臂114传递到耳轴82。以这种方式，连杆臂112被构造为驱动耳轴82相对于盘42的旋转。 [0051] 每个杠杆臂114连接到连杆臂112中的一个和配重118中的一个，并在其之间延伸。杠杆臂114与铰合部116的连接点包括枢轴(或枢轴点)。在一个示例中，杠杆臂114可以可枢转地或可旋转地连接到连杆臂112。换句话说，杠杆臂114和铰合部116限定枢转连接点。在另一个示例中，杠杆臂114可以固定地连接到连杆臂112或与连杆臂112接合。杠杆臂114被设置成将配重118的移动/运动(例如，角运动/旋转)传递到连杆臂112。 [0052] 在该示例中，铰合部116是被构造为使得另一个部件能够绕铰合部116的枢轴点旋转的固体材料件。每个铰合部116可枢转地连接到杠杆臂114中的一个。例如，杠杆臂114中的每一个被设置成绕杠杆臂114中的一个和铰合部116中的一个的连接点旋转。杠杆臂114与铰合部116的连接点包括枢轴。铰合部116提供枢轴，杠杆臂114绕该枢轴旋转以便将旋转从杠杆臂114传递到连杆臂112。 [0053] 配重118是具有质量的重物或固体材料件。在该示例中，配重118的形状包括盘。在其他示例中，配重118的形状可以包括球体、椭球体、平坦环的角部分、平行四边形或另一个几何形状。每个配重118在与铰合部116相对的端部上安装到杠杆臂114中的一个的端部。每个配重118在与铰合部116中的一个间隔开的位置处安装到杠杆臂114中的一个。配重118中的每一个被构造为在可变桨距风扇38的操作期间响应于施加到配重118的离心负载的变化而移动。例如，在燃气涡轮发动机10的某些操作(例如，故障)模式期间，可变桨距风扇38的风扇叶片40将响应于自然离心扭转力矩而旋转。这样的旋转可导致风扇叶片40旋转到不期望的高阻力(例如，精细)位置。响应于配重118所经历的离心力，配重118将其生成的扭矩传递到耳轴82(经由杠杆臂114、铰合部116、连杆臂112和联动装置108)，以克服该离心扭转力矩并将风扇叶片40旋转到低阻力或顺桨(例如，粗略)位置。配重118的质量、密度和形状可以基于配重组件110的期望性能特性来调节和/或定制。在该示例中，每个风扇叶片40的单个配重组件110起作用以最小化组合故障模式。 [0054] 配重组件110向每个叶片耳轴轴线引入足够的扭矩以克服离心扭转力矩，并将每个风扇叶片40旋转到低阻力或顺桨(例如，粗略)位置。 [0055] 图2示出了桨距轴线P、风扇叶片40、盘42、耳轴82(具有本体120和圆柱形套筒126)、配重组件110(包括铰合部116和配重118)以及轴承组件124(具有滚珠轴承128)。轴承组件124是用于实现两个或更多个部件之间的相对旋转的一组部件。轴承组件124设置在盘 42中并安装到盘42。当配重组件110驱动耳轴82的旋转时，轴承组件124在盘42和套筒126之间实现相对旋转。 [0056] 套筒126是固体材料的大致管状或截头圆锥形结构。套筒126安装在盘42的开口中。套筒126提供耳轴82和风扇叶片40之间的结构接口。滚珠轴承128是滚动元件轴承。滚珠轴承128设置在套筒126和盘42之间。滚珠轴承128相对于套筒126和盘42转动或旋转，以实现风扇叶片40和耳轴82相对于盘42的旋转。 [0057] 本体120是固体材料管。本体120机械地联接到风扇叶片40并且安装到臂122。本体120从臂122接收扭矩并将扭矩传递到风扇叶片40。臂122是沿径向方向从本体120向外延伸的固体材料延伸部。臂122连接到本体120和联动装置108，并在其之间延伸。臂122从联动装置108接收力并将该力传递到本体120。臂122可以包括U形夹或其他类型的结构元件，以使其能够枢转地联接到联动装置108(例如，经由销或以其他方式)。 [0058] 在图2所示的示例性实施例中，联动装置108包括环130。环130是具有用于联接到连杆臂112、主控制件102的臂106和耳轴82的臂122的多个连结点的固体材料。环130可绕平行于桨距轴线P的径向轴线旋转或枢转，以便将移动从连杆臂112传递到耳轴82的臂122，并且将主控制件102的臂106的移动传递到耳轴82的臂122。 [0059] 在所示实施例中，燃气涡轮发动机10包括弹簧机构132，弹簧机构132位于每个耳轴82上、连结到每个耳轴82、和/或以其他方式与每个耳轴82相关联，从而将扭矩引入每个叶片耳轴轴线，以对抗每个风扇叶片40的离心扭转力矩，并将风扇叶片40偏压或驱动到低阻力或顺桨(例如，粗略)位置。在所示实施例中，弹簧机构132与配重组件110组合使用，以将风扇叶片40偏压或驱动到低阻力或顺桨(例如，粗略)位置。如将理解的，在一些实施例中，弹簧机构132可以被构造为使得配重组件110可以被省略(例如，弹簧机构32提供足够的扭矩水平以对抗风扇叶片40的离心扭转力矩)。在至少一些实施例中，弹簧机构132能够减小配重118的质量和/或消除用于对抗风扇叶片40的离心扭转力矩的辅助油压系统(未示出)。 [0060] 在所示实施例中，弹簧机构132包括环形间隙134，环形间隙134限定在盘42的内壁136(例如，朝向风扇叶片40向内面向)和耳轴82的套筒126的外壁138(例如，远离风扇叶片 40向外面向)之间，绕耳轴82周向延伸。环形间隙134内是扭转弹簧140。还参考图3，图3是沿燃气涡轮发动机10的涡轮风扇叶片40的径向轴线R观察的根据本公开的示例性方面的图2的弹簧机构132的一部分的示意图。在图2和图3中，弹簧140具有联接到盘42的第一端142和联接到耳轴82的第二端144。弹簧140在环形间隙134内绕套筒126缠绕或螺旋。弹簧140与耳轴82和盘42的联接导致弹簧140向耳轴82提供与风扇叶片40的离心扭转力矩相反的弹簧扭转力矩(即，施加到耳轴82的将引起耳轴82绕桨距轴线P的旋转的扭动力矩或扭矩)。在一些实施例中，弹簧140被构造为非线性弹簧和/或向耳轴82提供非线性弹簧扭转力矩(例如，非线性刚度)。例如，在一些实施例中，弹簧140被构造为提供在某些飞行条件下(例如，在起飞条件下)的施加到耳轴82的扭矩量相对于弹簧140的偏转量的相对线性关系，其中弹簧140的扭矩‑偏转关系对于其他飞行条件(例如，除起飞之外的条件)变得非线性。弹簧140的非线性刚度可以通过沿其长度改变弹簧140的桨距直径来实现。将理解的是，可以使用其他方法来创建弹簧140的非线性扭矩‑偏转关系。弹簧140可以由诸如铝、钛、钢的材料制成，或者由诸如形状记忆合金的超弹性材料制成。 [0061] 在操作中，由风扇叶片40的旋转产生的风扇叶片40的离心扭转力矩146(即，作用在风扇叶片40上的离心力，该离心力倾向于使风扇叶片40绕桨距轴线P扭转)试图将风扇叶片40的桨距驱动到低桨距或精细桨距状态。由风扇叶片40的离心扭转力矩146引起的耳轴82的尝试旋转被弹簧140提供的弹簧扭转力矩148(即，施加到耳轴82的扭动力矩或扭矩，该扭动力矩或扭矩将导致耳轴82绕桨距轴线P的旋转)对抗或抵抗，该弹簧扭转力矩148在与风扇叶片40的离心扭转力矩146的方向相反的方向上。因此，在该实施例中，每个耳轴82将具有连接到其和盘42的弹簧140，以对抗相应风扇叶片40的离心扭转力矩146。 [0062] 现在参考图4和图5，图4是示例性燃气涡轮发动机10的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的可变桨距风扇38的弹簧机构132的另一个示例性实施例，并且图5是沿燃气涡轮发动机10的涡轮风扇叶片40的径向轴线R观察的根据本公开的示例性方面的图4的弹簧机构的一部分的示意图。燃气涡轮发动机10通常可以以与图2和图3的燃气涡轮发动机10类似的方式构造。以这种方式，将理解的是，风扇38包括变桨机构44和耳轴82，耳轴 82具有轴承组件124以实现风扇叶片40和耳轴80相对于盘42的旋转。 [0063] 在所示实施例中，弹簧机构132包括凸轮部分150，凸轮部分150绕套筒126的周向部分从耳轴82的圆柱形套筒126向外延伸。例如，在该实施例中，凸轮部分150相对于风扇叶片40的桨距轴线P径向向外延伸，并且部分地绕套筒126的周边延伸。凸轮部分150相对于径向方向R位于套筒126的径向向内端151处。在所示实施例中，凸轮部分150绕套筒126的周边的百分之二十五(25％)延伸。然而，应当理解，凸轮部分150的周向长度可以变化。 [0064] 在所示实施例中，盘42包括臂152，臂152具有可枢转地附接到其的随动件154。随动件154从臂152朝向耳轴82延伸，使得随动件154的远端156可与耳轴82的凸轮部分150接合。扭转弹簧158联接到盘42的臂152和随动件154。例如，在所示实施例中，弹簧158的第一端160联接到盘42的臂152，并且弹簧158的第二端162朝向随动件154的中间位置164联接。弹簧158绕盘42的臂152缠绕或螺旋，以将随动件154朝向耳轴82的凸轮部分150偏压或将随动件154偏压成与耳轴82的凸轮部分150接合。 [0065] 更具体地参考图5，凸轮部分150具有凸角166，凸角166远离桨距轴线P向外延伸限定的距离。凸角166具有前缘168，前缘168具有限定的斜率。弹簧158与随动件154和盘42的联接导致弹簧158在耳轴82上产生弹簧扭转力矩148(图4)(例如，基于随动件154与耳轴82的凸轮部分150的接合)，该弹簧扭转力矩148在方向上与风扇叶片40(图4)的离心扭转力矩146(图4)相反或相对。在所示实施例中，凸轮部分150的构造为弹簧机构132提供非线性扭矩‑偏转关系。例如，当风扇叶片40和耳轴82处于顺桨或零度(0°)状态时，随动件154位于耳轴82的凸轮部分150的凸角166的前缘168的基部处。在所示实施例中，在风扇叶片40的顺桨旋转位置和起飞旋转位置之间(例如，四十度(40°)的风扇叶片40桨距)，随动件154跟随凸角166的前缘168，从而当随动件154由于其对凸轮部分150的跟随而绕盘的臂152旋转时导致弹簧158相对于耳轴82的线性扭矩‑偏转关系(例如，随动件156基于其与凸轮部分150接合的枢转移动导致基于弹簧158的偏转将扭矩施加到耳轴82)。然而，当耳轴82进一步旋转以将风扇叶片40的桨距改变为更精细的桨距(例如，九十五度(95°)的桨距)时，随动件154到达凸角166的上缘170并跟随凸角166的上缘170，从而导致由随动件154施加到耳轴82的扭矩减小。 [0066] 现在参考图4和图6，图6是沿燃气涡轮发动机10的涡轮风扇叶片40的径向轴线R观察的根据本公开的另一个示例性方面的弹簧机构132的一部分的示意图。 [0067] 在图6中，弹簧机构132包括可旋转地安装到盘42的臂152的齿轮180。齿轮180包括绕其周边部分地延伸的一组齿182和位于齿182的一端186附近的平面部分184(例如，平坦的无齿表面)。平面部分184定位在或位于齿轮180上，以在齿轮180和耳轴82的限定旋转位置(即，特定的风扇叶片40桨距)处接合和/或接触耳轴82。弹簧158联接到盘42的臂152和齿轮180。例如，在所示实施例中，弹簧158的第一端160联接到盘42的臂152，并且弹簧158的第二端162联接到齿轮180。弹簧158绕盘42的臂152缠绕或螺旋，从而通过齿轮180经由弹簧158将扭矩施加到耳轴82。 [0068] 在所示实施例中，耳轴82的套筒126包括绕其周边部分地延伸并定位在套筒126上以接合齿轮180的齿182的齿轮部分或一组齿190。该组齿190相对于径向方向R位于套筒126的径向向内端151(图4)处。弹簧158与齿轮180和盘42的联接导致弹簧158向耳轴82提供弹簧扭转力矩148(例如，经由齿轮180的齿182与耳轴82的齿190的接合)，该弹簧扭转力矩148在方向上与风扇叶片40的离心扭转力矩146相反或相对。在所示实施例中，齿轮180的构造为弹簧机构132提供非线性扭矩‑偏转关系。例如，当风扇叶片40和耳轴82处于顺桨状态(例如，零度(0°)状态)时，齿轮180的齿182与耳轴82的齿190接合，从而导致施加到耳轴82的扭矩与风扇叶片40的离心扭转力矩146相反。在所示实施例中，在风扇叶片40的顺桨位置和起飞位置之间(例如，四十度(40°)的风扇叶片40桨距)，齿轮180的齿182继续维持与耳轴82的齿190的接合(例如，齿轮180基于齿轮180的齿182与耳轴82的齿190的接合而通过耳轴82旋转，并且当弹簧158偏转时，齿轮180的旋转导致由弹簧158施加到耳轴832的扭矩水平增加)。因此，基于耳轴82与齿轮180的接合，扭矩被施加到耳轴82，与风扇叶片40的离心扭转力矩146相反，从而在齿轮180由于其与耳轴82的齿190的接合而绕盘的臂152旋转时，导致弹簧158相对于耳轴82的线性扭矩‑偏转关系。然而，当耳轴82进一步旋转以将风扇叶片40的桨距改变为更精细的桨距(例如，九十五度(95°)的桨距)时，耳轴82的该组齿190的端部192到达齿轮180的齿182的端部186，并且耳轴82的持续旋转导致耳轴82的套筒126的无齿部分194接合齿轮180的平面部分184，从而导致由齿轮180施加到耳轴82的扭矩减小。 [0069] 现在参考图7和图8，图7是示例性燃气涡轮发动机10的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的可变桨距风扇38的弹簧机构132的另一个示例性实施例，图8是沿燃气涡轮发动机10的涡轮风扇叶片40的径向轴线R观察的根据本公开的示例性方面的图7的弹簧机构132的一部分的示意图。燃气涡轮发动机10通常可以以与图2和图3的燃气涡轮发动机10类似的方式构造。以这种方式，将理解的是，风扇38包括变桨机构44和耳轴82，耳轴82具有轴承组件124以实现风扇叶片40和耳轴80相对于盘42的旋转。 [0070] 在所示实施例中，弹簧机构132包括凸轮部分200，凸轮部分200绕套筒126的周向部分从耳轴82的圆柱形套筒126向外延伸。凸轮部分200相对于径向方向R位于套筒126的径向向内端151处。例如，在该实施例中，凸轮部分200相对于风扇叶片40的桨距轴线P径向向外延伸，并且绕套筒126的周边部分地延伸。在所示实施例中，凸轮部分200是卵形或梨形。然而，应当理解，凸轮部分200的形状或几何形状可以变化。 [0071] 在所示实施例中，盘42包括在径向方向R上径向向内延伸的臂202。偏压柱塞204可平移地联接到臂202，并且沿偏离耳轴82的桨距轴线P的轴线在朝向耳轴82的方向上延伸。柱塞204相对于耳轴82定位，使得柱塞204的远端206可与耳轴82的凸轮部分200接合。螺旋弹簧或螺线弹簧208联接到柱塞204，并绕柱塞204的本体缠绕或螺旋。弹簧208位于柱塞204上，在臂202的面向耳轴82的表面210和柱塞204的凸缘212之间。凸缘212位于柱塞204的远端206和柱塞204的联接到臂202的近端214之间。因此，由于柱塞204相对于臂202的平移移动，弹簧208在凸缘212和臂202的表面210之间是可压缩的，从而朝向耳轴82偏压柱塞204。 [0072] 更具体地参考图8，凸轮部分200具有凸角216，凸角216远离桨距轴线P径向向外延伸限定的距离。凸角216具有前缘218，前缘218具有限定的斜率或曲率。柱塞204的远端206与凸轮部分200的接合导致弹簧208在凸缘212和盘42的臂202之间的压缩，从而向耳轴82提供弹簧扭转力矩148(图7)，该弹簧扭转力矩148在方向上与风扇叶片40的离心扭转力矩148相反或相对。在所示实施例中，凸轮部分200的构造为弹簧机构132提供非线性扭矩‑偏转关系。例如，当风扇叶片40和耳轴82处于顺桨状态(例如，0度(0°)桨距)时，柱塞204沿耳轴82的凸轮部分200的凸角216的前缘218定位。在所示实施例中，在风扇叶片40的顺桨位置和起飞位置之间(例如，四十度(40°)的风扇叶片40桨距)，柱塞204跟随凸角216的前缘218直到到达凸角216的顶点220(例如，导致弹簧208的最大压缩)，从而导致当柱塞204由于其跟随凸轮部分200而平移或移动远离耳轴82时弹簧208相对于耳轴82的线性扭矩‑偏转关系。然而，当耳轴82进一步旋转以将风扇叶片40的桨距改变为更精细的桨距(例如，九十五度(95°)的桨距)时，柱塞204朝向凸角216的后缘224移动超过顶点220，从而导致柱塞204朝向耳轴82平移、弹簧208的减压、以及通过柱塞204施加到耳轴82的扭矩的减小。 [0073] 现在参考图9，图9是示例性燃气涡轮发动机10的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的可变桨距风扇38的弹簧机构132的另一个示例性实施例。燃气涡轮发动机10通常可以以与图2和图3的燃气涡轮发动机10类似的方式构造。以这种方式，将理解的是，风扇38包括变桨机构44和耳轴82，耳轴82具有轴承组件124以实现风扇叶片40和耳轴82相对于盘42的旋转。 [0074] 在所示实施例中，弹簧机构132包括臂240，臂240的第一端242固定地联接到盘42，并且臂240的第二端244位于环130附近。在所示实施例中，第二端244是具有面向环130的平面表面246的独立端244。在该示例性实施例中，弹簧机构132包括弹簧248，弹簧248联接到环130并且朝向臂240的第二端244的平面表面246延伸。在图9中，为了清楚和便于描述的目的，已经从视图中省略了将配重组件110连接到环130的结构(例如，如图2所描绘的)。在所示实施例中，弹簧248是螺线弹簧或螺旋弹簧248，其可在平面表面246与环130上的接触表面或接触点之间压缩。在一些实施例中，弹簧248是非线性弹簧248，其提供由弹簧248施加的力与弹簧248的偏转之间的非线性关系。 [0075] 在图9所示的实施例中，弹簧248在细长或拉伸状态下联接在臂240的第二端244的平面表面246和环130之间，使得弹簧248在向前方向或上游方向上拉动环130。如图9所示，上游方向被示出为从右到左。由弹簧248施加在环130上的力产生施加到耳轴82的弹簧扭转力矩148，该弹簧扭转力矩148在方向上与风扇叶片40的离心扭转力矩146相反或相对。应当理解，弹簧248和/或臂240可以以其他方式相对于环130定位(例如，定位成使得弹簧248处于抵靠臂240的平面表面246的压缩状态并且在向前方向上推动环130)。 [0076] 现在参考图10，图10是示例性燃气涡轮发动机10的前端的侧视图，描绘了根据本公开的示例性方面的可变桨距风扇38的弹簧机构132的另一个示例性实施例。燃气涡轮发动机10通常可以以与图2和图3的燃气涡轮发动机10类似的方式构造。以这种方式，将理解的是，风扇38包括变桨机构44和耳轴82，耳轴82具有轴承组件124以实现风扇叶片40和耳轴82相对于盘42的旋转。 [0077] 在所示实施例中，弹簧机构132包括联接到配重组件110的扭转弹簧260。例如，如上所述，杠杆臂114枢转地联接到铰合部116，以实现杠杆臂114绕枢轴点262相对于铰合部116的枢转或旋转移动。在该实施例中，配重组件110包括毂264，毂264与枢轴点262轴向地定位并且可操作地联接到配重118和/或形成配重118的一部分。弹簧260缠绕或卷绕毂264，弹簧260的一端联接到毂264，并且弹簧260的另一端联接到配重组件110的外壳266(或相对于毂264的其他固定结构，诸如铰合部116和/或盘42)。在该实施例中，弹簧260是非线性扭转弹簧260，其提供由弹簧260施加的力与弹簧260的偏转之间的非线性关系。 [0078] 在图10所示的实施例中，弹簧260向配重组件110施加力，以在与配重力矩270相同的方向上在配重组件110上产生弹簧扭转力矩268，使得配重力矩270和弹簧扭转力矩268在方向上与风扇叶片40的离心扭转力矩146相反或相对，从而导致施加到耳轴82的弹簧扭转力矩148在方向上与风扇叶片40的离心扭转力矩146相反或相对。换句话说，配重组件110上的弹簧扭转力矩268和配重组件110自身产生的配重力矩270的组合对抗风扇叶片40的离心扭转力矩146。 [0079] 进一步方面由以下条项的主题提供： [0080] 一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机包括以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；风扇，所述风扇限定风扇轴线并且包括能够绕所述风扇轴线旋转的多个风扇叶片；变桨机构，所述变桨机构能够与所述多个风扇叶片一起操作，以控制所述多个风扇叶片的桨距；配重，所述配重连接到每个相应风扇叶片；以及弹簧机构，所述弹簧机构可操作地与所述多个风扇叶片中的每个风扇叶片相关联，每个相应风扇叶片的所述弹簧机构能够操作，以在所述相应风扇叶片上产生与所述相应风扇叶片的离心扭转力矩相反的弹簧扭转力矩。 [0081] 根据前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述弹簧机构包括非线性弹簧。 [0082] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述风扇包括盘，其中所述弹簧机构包括弹簧，所述弹簧具有联接到所述盘的第一端和联接到相应风扇叶片的耳轴的第二端。 [0083] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述弹簧机构包括扭转弹簧。 [0084] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括凸轮部分，并且其中所述弹簧机构包括可操作地与相应凸轮部分接合的偏压随动件。 [0085] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括齿轮部分，并且其中所述弹簧机构包括能够与相应齿轮部分接合的偏压齿轮。 [0086] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述配重能够绕毂旋转，并且其中所述弹簧机构包括卷绕所述毂的扭转弹簧。 [0087] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个风扇叶片通过相应耳轴可操作地联接到盘，并且其中所述弹簧机构设置在所述盘和所述相应耳轴之间。 [0088] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述弹簧机构包括限定在所述盘和所述耳轴之间的环形间隙。 [0089] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述弹簧机构包括设置在所述环形间隙内的弹簧。 [0090] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括凸轮部分，并且其中所述弹簧机构包括可操作地与相应凸轮部分接合的随动件，其中每个风扇叶片可操作地联接到盘，并且其中所述随动件枢转地联接到所述盘。 [0091] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述弹簧机构包括臂，所述臂具有联接到盘的第一端和位于环附近的第二端，并且其中所述弹簧机构包括联接到所述环并朝向所述臂的所述第二端延伸的弹簧。 [0092] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括凸轮部分，并且其中所述弹簧机构包括可操作地与相应凸轮部分接合的柱塞，并且其中所述弹簧机构包括可操作地将所述柱塞朝向所述凸轮部分偏压的弹簧。 [0093] 一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机包括以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；风扇，所述风扇限定风扇轴线并且包括能够绕所述风扇轴线旋转的多个风扇叶片；变桨机构，所述变桨机构能够与所述多个风扇叶片一起操作，以控制所述多个风扇叶片的桨距；配重，所述配重连接到每个相应风扇叶片；以及弹簧机构，所述弹簧机构可操作地与所述多个风扇叶片中的每个风扇叶片相关联，所述弹簧机构能够与相应风扇叶片的所述配重一起操作，以对抗所述相应风扇叶片的离心扭转力矩。 [0094] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述弹簧机构包括非线性弹簧。 [0095] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述风扇进一步包括盘，其中所述弹簧机构包括弹簧，所述弹簧具有联接到所述盘的第一端和联接到相应风扇叶片的耳轴的第二端。 [0096] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述弹簧机构包括扭转弹簧。 [0097] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括凸轮部分，并且其中所述弹簧机构包括可操作地与相应凸轮部分接合的偏压随动件。 [0098] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括齿轮部分，并且其中所述弹簧机构包括能够与相应齿轮部分接合的偏压齿轮。 [0099] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述配重能够绕毂旋转，并且其中所述弹簧机构包括卷绕所述毂的扭转弹簧。 [0100] 一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机，所述涡轮机包括以串行流动顺序布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；风扇，所述风扇限定风扇轴线并且包括能够绕所述风扇轴线旋转的多个风扇叶片；变桨机构，所述变桨机构能够与所述多个风扇叶片一起操作，以控制所述多个风扇叶片的桨距；以及多个弹簧机构，所述多个弹簧机构中的每个弹簧机构可操作地与所述多个风扇叶片中的相应风扇叶片相关联，每个相应弹簧机构在所述相应风扇叶片上产生弹簧扭转力矩，以对抗所述相应风扇叶片的离心扭转力矩。 [0101] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个弹簧机构中的每个弹簧机构包括非线性弹簧。 [0102] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述风扇进一步包括盘，其中所述多个弹簧机构中的每个弹簧机构包括弹簧，所述弹簧具有联接到所述盘的第一端和联接到相应风扇叶片的耳轴的第二端。 [0103] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括凸轮部分，并且其中所述多个弹簧机构中的每个弹簧机构包括可操作地与相应凸轮部分接合的弹簧偏压随动件。 [0104] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括齿轮部分，并且其中所述多个弹簧机构中的每个弹簧机构包括能够与相应齿轮部分接合的弹簧偏压齿轮。 [0105] 根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个相应风扇叶片的耳轴包括凸轮部分，并且其中所述多个弹簧机构中的每个弹簧机构包括能够由柱塞压缩的弹簧，所述柱塞可操作地与相应凸轮部分接合。 [0106] 该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，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。本公开的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字面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字面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。 |
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