[发明专利]燃气涡轮发动机及其操作方法

说明书

本申请公开了一种燃气涡轮发动机及其操作方法。其中，燃气涡轮发动机包括涡轮机和可由涡轮机旋转的风扇，风扇包括多个风扇轮叶，燃气涡轮发动机还包括外部机舱，所述外部机舱围绕所述多个风扇轮叶并且限定机舱入口，所述外部机舱包括内壁，所述内壁限定了沿着轴向方向位于所述机舱入口的后方以及所述风扇的多个风扇轮叶的前方的多个开口，以在所述风扇的多个风扇轮叶的上游相对于径向方向以大于零的旋流角度提供旋流气流。

技术领域

本主题总体上涉及燃气涡轮发动机。

背景技术

燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心大体上包括呈串流次序的压缩机部段、燃烧部段、涡轮部段和排气部段。在操作中，空气从风扇提供到压缩机部段的入口，在所述压缩机部段，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到空气到达燃烧部段为止。燃料利用燃烧部段内的一个或多个燃料喷嘴与压缩空气混合并燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧部段被传送到涡轮部段。燃烧气体流动通过涡轮部段对涡轮部段进行驱动且接着被传送通过排气部段例如到大气。

典型的燃气涡轮发动机包括涡轮部段内的驱动涡轮，其被构造为驱动例如压缩机部段的低压压缩机和风扇。为了更有效地操作燃气涡轮发动机，期望以相对高的旋转速度操作驱动涡轮。然而，风扇以相对较高的旋转速度旋转会导致效率低下，例如由风扇的风扇轮叶上的气流的冲击损失和流动分离导致的效率低下。

因此，已经开发了具有减速齿轮箱的某些燃气涡轮发动机，其允许风扇旋转比驱动涡轮慢。然而，某些齿轮箱可能会增加燃气涡轮发动机的复杂性、重量和费用。因此，构造成允许驱动涡轮以相对较高且有效的旋转速度操作同时最小化风扇的相应低效率的燃气涡轮发动机将是有用的。

发明内容

本申请的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本申请的实施而得知。

在本公开的一个示例性实施例中，提供一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向和径向方向。燃气涡轮发动机包括涡轮机和可由涡轮机旋转的风扇。风扇包括多个风扇轮叶。燃气涡轮发动机还包括外部机舱，所述外部机舱围绕所述多个风扇轮叶并且限定机舱入口，所述外部机舱包括内壁，所述内壁限定了沿着轴向方向位于所述机舱入口的后方以及所述风扇的多个风扇轮叶的前方的多个开口，以在所述风扇的多个风扇轮叶的上游相对于径向方向以大于零的旋流角度提供旋流气流。

在一些示例性实施例中，所述燃气涡轮发动机还包括空气管，所述空气管在入口和出口之间延伸，其中所述空气管的出口与由所述外部机舱的内壁限定的一个或多个开口气流连通。例如，在一些示例性实施例中，所述空气管的入口与高压空气源气流连通。例如，在一些示例性实施例中，所述燃气涡轮发动机还包括空气压缩机，其中所述空气压缩机与所述空气管气流连通。

在一些示例性实施例中，所述燃气涡轮发动机还包括多个气流喷嘴，每个气流喷嘴定位在由所述外部机舱的内壁限定的开口之一处。例如，在一些示例性实施例中，所述多个气流喷嘴与所述外部机舱的内壁分开地形成并且附接到所述外部机舱的内壁。例如，在一些示例性实施例中，所述多个气流喷嘴中的每一个都限定气流方向，所述气流方向等于所述旋流角度。例如，在一些示例性实施例中，所述旋流角度在五度至三十五度之间。

在一些示例性实施例中，所述涡轮机包括驱动涡轮，其中所述风扇机械地联接到所述驱动涡轮并能够与所述驱动涡轮一起旋转，使得所述风扇能够通过所述驱动涡轮以与所述驱动涡轮相同的旋转速度旋转。例如，在某些示例性实施例中，所述风扇在所述燃气涡轮发动机以额定速度操作期间限定小于1.5的风扇压力比和大于1,250英尺/秒的风扇末端速度。

在一些示例性实施例中，所述燃气涡轮发动机还包括气流输送系统，所述气流输送系统、所述外部机舱或这两者限定增压室，所述增压室沿着所述燃气涡轮发动机的圆周方向在所述外部机舱内延伸，所述增压室向所述多个开口提供所述旋流气流。