[发明专利]具有可变总压力比的燃气涡轮发动机

说明书

技术领域

本公开总地涉及一种燃气涡轮机，并且更具体地涉及一种用于在燃气涡轮发动机中提供可变总压力比的设备和方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常用于推进飞行器。可以根据发动机的形式以及飞行器的飞行参数改变燃气涡轮发动机的效率和性能。然而，通常，用于飞行器中的传统燃气涡轮发动机的工作效率在整个飞行包线中并非是优化的。更具体地，工作效率典型地包括数个组分，诸如推进效率和热效率，在不同功率设定下具有最高值。燃气涡轮发动机的总压力比（OPR）可以影响何时到达最高的推进和热效率。在大多数传统飞行器中，OPR是固定的并且因此有效组分典型地在不同功率设定下达到最高值。

最近，已经尝试提出了可变压力比发动机以用于更好地协调最大推进和热效率。例如，2010年9月9日公开的Starr的美国专利申请公开No.2010/0223903 A1公开了一种用于燃气涡轮发动机的可变压力比压缩机，其中可以选择性地接合压缩机的后级以提高压力比。发动机包括空气旁路以及控制至旁路的通路的阀。当接合后级时，阀关闭以使得空气流被引导穿过后级。替代地，当脱离后级时，阀开启以使空气流围绕后级转向。重要的，Starr的903申请公开了一种用于选择性地接合后级的离合器，其位于前级和后级压缩机之间，靠近燃烧室。因此，离合器暴露至高达大约1000℉的温度下，这使得使用高温离合器部件成为必要，由此增大了压缩机的成本。此外，在该位置处仅可获得有限的空间，以及因此Starr的903申请中提出的组件显得实际。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种具有低压转子的燃气涡轮发动机，低压转子包括配置用于向后空气流的低压压缩机，以及布置在低压压缩机后部并且配置用于向前空气流的低压涡轮。高压转子布置在低压转子后部，并且包括布置在低压涡轮后部以及配置用于向前空气流的高压涡轮，布置在高压涡轮后部的燃烧室，以及布置在燃烧室后部并且配置用于向前空气流的高压压缩机，高压压缩机包括主级和次级，主级包括主转子组，次级包括次转子组，其中，主级布置在次级后部。配置离合器以选择性地接合主级和次级，并且离合器布置在高压压缩机后部。

在可以与这些方面的任何一个组合的本公开的另一方面中，提供了一种具有低压转子的燃气涡轮发动机，低压转子包括配置用于向后空气流的第一风扇，布置在第一风扇后部并且配置用于向前空气流的中间压力涡轮，以及联接至第一风扇和中间压力涡轮的第一轴。中间压力转子包括布置在第一风扇后部并且配置用于向后空气流的第二风扇，布置在第二风扇后部并且配置用于向后空气流的中间压力压缩机，布置在中间压力压缩机后部以及中间压力涡轮前部的低压涡轮，配置用于向前空气流的低压涡轮，以及联接至第二风扇、中间压力压缩机、和低压涡轮的第二轴。高压转子布置在低压转子和中间压力转子的后部，并且包括布置在中间压力涡轮的后部以及配置用于向前空气流的高压涡轮，布置在高压涡轮后部的燃烧室，布置在燃烧室后部并且配置用于向前空气流的高压压缩机，高压压缩机包括主级和次级，主级包括主转子组，次级包括次转子组，其中主级布置在次级的后部，主轴联接至高压涡轮和高压压缩机的主级，以及次轴联接至高压压缩机的次级。配置离合器以选择性地接合主级和次级，离合器布置在高压压缩机的后部。

在可以与这些方面的任一个组合的本公开的另一方面中，一种操作燃气涡轮发动机以用于具有起飞模式和徘徊模式的飞行器的方法可以包括提供具有低压压缩机以及布置在低压压缩机后部的低压涡轮的低压转子，提供布置在低压转子后部并且包括布置在低压涡轮后部的高压涡轮、布置在高压涡轮后部的燃烧室、以及布置在燃烧室后部的高压压缩机的高压转子，高压压缩机包括主级和次级，主级包括主转子组，次级包括次转子组，其中主级布置在次级后部，以及提供配置用于选择性接合主级和次级的离合器，离合器布置在高压压缩机后部。可以采用风扇驱动齿轮系统产生风扇空气轴向向后流，并且风扇空气可以划分为向后引导并且进入排气管道的低压风扇空气流，以及向后引导进入低压压缩机的核心空气流。来自低压压缩机的核心空气流可以引导进入反向流管道以产生核心空气轴向向前流。核心空气向前流可以依次引导穿过高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮以产生废气。废气可以排到排气管道中。当飞行器处于起飞模式时离合器可以分离，并且当飞行器处于徘徊模式时离合器可以接合。

在可以与这些方面的任一个组合的本公开的另一方面中，高压转子包括联接至高压涡轮和高压压缩机的主转子的主轴，以及联接至高压压缩机的次转子的次轴。