[发明专利]用于缓解转子弯曲的压电马达

说明书

一种用于缓解转子弯曲的压电马达。包括一个或多个同心定子环的压电马达，所述同心定子环布置成传递能量和提供扭矩给发动机转子或发动机变速器。这种压电马达改进了燃气涡轮发动机中的发动机转动马达的空间集成。

技术领域

本公开涉及一种用于旋转燃气涡轮发动机中的转子的系统。

背景技术

图1A示出了一种飞机发动机，其包括风扇100、低压(LP)压缩机102、风扇壳体104、发动机壳体106、高压(HP)压缩机108、HP涡轮机110、LP涡轮机112以及连接LP压缩机102和LP涡轮机112的LP轴114。发动机在地面停机后，发动机核心中的残余热空气116上升118并被发动机壳体106捕获。随着热空气上升118，HP压缩机(发动机的转子)108的转子轴122的上部120变得比转子轴122的下部124热，并引起发动机转子轴122的不均匀冷却和热变形(即，转子弯曲，转子轴122的上部120变得比下部124长)。在发动机重新起动时(例如，在燃烧器126中的燃料点火之前)，甚至极小部分的转子轴弯曲也能够导致HP压缩机(发动机转子)108摩擦发动机壳体106。摩擦导致振动(表现为飞机机舱中令人不适的噪音)，或者甚至损坏飞机(例如，发动机损坏、发动机壳体内衬损坏、环境控制系统使用的空气预冷却器损坏或其他配件损坏)。还示出了转子轴122的纵向轴线128、将齿轮箱132连接到转子轴122的变速器130以及在运行期间输入发动机内的空气134。图1B示出了在飞机136上，发动机138被装纳在引擎机舱140中。引擎机舱140也可以捕获上升118的热空气116，其引起温度梯度T。

缓解这些问题的一种方法是构建具有更宽的冷构建间隙(“打开”间隙)的发动机，使得压缩机转子轴122能够弯曲而不会导致叶片在发动机壳体106上摩擦。然而，更先进的发动机设计更倾向于减少发动机壳体和压缩机转子之间的“间隙”(更紧密的“冷构建间隙”)以减少空气泄漏并提高推力比燃料消耗率(TSFC)。因此，降低燃料消耗的首要需求使较宽的冷构建间隙不太理想。事实上，随着越来越紧密的冷构建间隙被实施，由发动机摩擦引起的问题将变得更加严重。

可以想象，发动机架构可以增加转子刚性或轴承布置以减少物理上可能的转子轴弯曲的量。但是，这些架构的改变会增加发动机的重量和制造成本。

其他缓解转子轴弯曲的方法包括：使得轴旋转，(1)以致轴均匀冷却、返回热平衡并且变直，和/或(2)以致离心力矫直弯曲。通过如下来实现轴旋转：(1)在起动发动机之后(但是在以高RPM运转发动机之前)以相对低的每分钟转数(RPM)驱动发动机，和/或(2)在发动机关闭时使用发动机转动马达(ETM)转动转子轴。

然而，用于向ETM或发动机提供电力以便矫直弯曲的传统方法可能是有问题的。一些小型飞机，例如波音737飞机，飞入无法使用设施电力为ETM或发动机供电的远程机场。此外，飞机上的辅助动力单元(APU)的动力并不总是可用于为发动机或ETM提供动力，因为有些机场由于排放和噪音问题而限制了APU在登机口处的使用，并且飞机在登机口之间被拖曳时不被提供动力。此外，飞机可能在APU不起作用或ETM供电的情况下运行，或者发动机可能导致不希望出现的APU磨损(延长的驱动延长APU暴露于主发动机启动(MES)模式，从而减少APU寿命)。最后，由于与发动机环境相关的高故障率和易燃性问题(极热、极冷和高振动)，使用锂离子和镍镉电池为ETM提供电力是有问题的。

此外，在起飞之前不久旋转轴会引起起飞延迟，特别是如果减小的发动机间隙需要低速转动转子。这些延迟不仅给乘客造成不便，而且还增加了与等待时间和停机费增加相关的成本。

需要的是一种更有效的方法来缓解转子轴弯曲，从而简化地面物流。本公开满足这种需求。

发明内容

本公开描述了一种飞机发动机组件，其包括转子轴和用于使用压电马达来旋转转子轴的装置。