用于燃气涡轮发动机的间隙控制系统的制作方法

1.本公开涉及用于燃气涡轮发动机的间隙控制系统，并且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的风扇的间隙控制系统。


背景技术：

2.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(例如涡轮风扇发动机)可用于飞行器推进。在涡轮风扇发动机的情况下，转子组件可以被构造为具有多个风扇叶片的风扇，并且可提供外机舱以围绕多个风扇叶片。
3.为了为燃气涡轮发动机提供期望的推进益处，本公开的发明人已经发现在风扇叶片和外机舱之间维持相对窄的间隙可能是有益的。因此，在风扇叶片和外机舱之间维持相对窄的间隙的改进将在本领域中受到欢迎。
附图说明
4.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且使能的公开，包括其最佳模式，其中：
5.图1是根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意横截面视图。
6.图2是图1的示例性燃气涡轮发动机的涡轮机的风扇区段和前端的特写横截面视图。
7.图3是图1的示例性燃气涡轮发动机的外机舱和风扇叶片的特写横截面视图。
8.图4是图1的示例性燃气涡轮发动机的外机舱和风扇沿轴向方向观察的特写示意图。
9.图5是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的外机舱和风扇叶片的特写横截面视图。
10.图6是根据本公开的又一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的外机舱和风扇叶片的特写横截面视图。
11.图7是根据本公开的又一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的外机舱和风扇叶片的特写横截面视图。
12.图8是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的外机舱和风扇沿轴向方向观察的特写示意图。
具体实施方式
13.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。
14.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。
15.除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。
16.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。
17.术语“涡轮机”或“涡轮机械”是指包括一起生成扭矩输出的一个或多个压缩机、发热区段(例如，燃烧区段)和一个或多个涡轮的机器。
18.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。
19.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、罐环形燃烧器、驻涡燃烧器(tvc)或其他适当的燃烧系统，或其组合。
20.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”的转速(例如最大可允许转速)操作的部件。
21.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口的位置。
22.术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
23.如本文在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点、和/或端点之间的范围的裕度。
24.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。
25.除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到其”等指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
26.如本文所用，术语“第一”和“第二”可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。
27.如本文所用，术语“复合材料”是指由两种或更多种组成材料制成的材料，其中组成材料中的至少一种是非金属材料。示例复合材料包括聚合物基复合材料(pmc)、陶瓷基复合材料(cmc)等。
28.本公开大体涉及燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机具有：涡轮机；风扇，风扇具
有由涡轮机可旋转地驱动的多个风扇叶片；以及机舱，机舱至少部分地围绕风扇的多个风扇叶片。燃气涡轮发动机还包括间隙控制系统，间隙控制系统具有联接到机舱或至少部分地定位在机舱内的控制环，用于控制多个风扇叶片和机舱之间的间隙。控制环可以由具有与形成风扇叶片的金属材料类似的热膨胀特性的金属材料形成。相反，机舱可以由具有不同热膨胀特性的复合材料形成。以这种方式，包括间隙控制系统可以允许燃气涡轮发动机在风扇叶片和外机舱之间维持期望的间隙，以维持燃气涡轮发动机的风扇的效率。
29.此外，在某些示例性实施例中，激活组件可以包括在间隙控制系统中，用于将引气流从涡轮机提供到控制环。这可以允许控制环相对于机舱进一步膨胀和收缩，以控制风扇叶片和外机舱之间的间隙。
30.如下所讨论的，还设想了其他实施例。
31.现在参考附图，其中在整个附图中相同的数字指示相同或类似的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意横截面视图。更具体地，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10，本文称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向a(平行于提供用于参考的纵向中心线12延伸)、径向方向r和周向方向(即，绕轴向方向a延伸的方向；见例如图4)。通常，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14(也称为风扇)和设置在风扇区段14下游的涡轮机16。
32.所描绘的示例性涡轮机16大体上包括限定环形入口20的基本上管状的外壳体18。外壳体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)轴或线轴34将hp涡轮28驱动地连接到hp压缩机24。低压(lp)轴或线轴36将lp涡轮30驱动地连接到lp压缩机22。lp涡轮30也可以称为“驱动涡轮”。
33.对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，可变桨距风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。更具体地，对于所描绘的实施例，风扇区段14包括容纳单级风扇叶片40的单级风扇38。如图所示，风扇叶片40大致沿径向方向r从盘42向外延伸。借助于风扇叶片40可操作地联接到合适的致动构件44，每个风扇叶片40可相对于盘42绕俯仰轴线p旋转，致动构件44被构造成一致地共同改变风扇叶片40的桨距。风扇38机械地联接到lp涡轮30并可与其一起旋转，或驱动涡轮。更具体地，在“直接驱动”构造中，风扇叶片40、盘42和致动构件44通过lp轴36一起可绕纵向中心线12旋转。因此，风扇38以使得风扇38可由lp涡轮30以与lp涡轮30相同的转速旋转的方式与lp涡轮30联接。
34.此外，应当理解，风扇38限定风扇压力比，并且多个风扇叶片40限定叶片通过频率。如本文所用，“风扇压力比”是指在风扇38的操作期间紧邻多个风扇叶片40下游的压力与在风扇38的操作期间紧邻多个风扇叶片40上游的压力之比。同样如本文所用，由多个风扇叶片40限定的“叶片通过频率”是指风扇叶片40沿燃气涡轮发动机10的周向方向c通过固定位置的频率。叶片通过频率通常可以通过将风扇38的转速(每分钟转数)乘以风扇叶片40的数量再除以60(60秒/1分钟)来计算。
35.仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的前毂48覆盖，前毂48在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括周向围绕风扇38的多个风扇叶片40和/或涡轮机16的至少一部分的环形风扇壳体或外机舱50。外机舱50也可以称为复合风扇容纳壳体。更具体地，外机舱50包括内壁52，并且外机舱50的内壁52的下游
区段54在涡轮机16的外部分上方延伸，以便在它们之间限定旁通气流通道56。另外，对于所描绘的实施例，外机舱50由多个周向间隔开的出口导向轮叶55相对于涡轮机16被支撑。
36.在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过外机舱50和/或风扇区段14的关联入口60进入涡轮风扇发动机10。当一定体积的空气58穿过风扇叶片40时，由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导向到旁通气流通道56中，并且由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导向到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，随着第二部分空气64被导向通过高压(hp)压缩机24并进入燃烧区段26，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。
37.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体18的hp涡轮定子轮叶68和联接到hp轴或线轴34的hp涡轮转子叶片70的顺序级提取，因此使hp轴或线轴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体18的lp涡轮定子轮叶72和联接到lp轴或线轴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轴或线轴36旋转，从而支持lp压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
38.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在从涡轮风扇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。
39.然而，应当理解，图1所描绘和上文描述的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以具有任何其他合适的构造。例如，在其他示例性实施例中，涡轮机16可包括任何其他合适数量的压缩机、涡轮和/或轴或线轴。另外，涡轮风扇发动机10可以不包括本文描述的每一个特征，或者替代地，可以包括本文没有描述的一个或多个特征。例如，在其他示例性实施例中，风扇38可以不是可变桨距风扇。此外，尽管描述为“涡轮风扇”燃气涡轮发动机，但是在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以替代地构造为任何其他合适的管道式燃气涡轮发动机。
40.现在还参考图2，提供了图1的示例性涡轮风扇发动机10的风扇区段14和涡轮机16的前端的特写横截面视图。
41.如将理解的，对于所描绘的示例性实施例，涡轮风扇发动机10还包括间隙控制系统100，以便在多个风扇叶片40的尖端和外机舱50之间维持期望的间隙。特别地，应当理解，对于图1和图2的示例性实施例，多个风扇叶片40可以由金属材料形成。相反，外机舱50可以基本上由复合材料形成。如本文所用，术语“由材料形成”(例如“由金属材料形成”)是指部件完全由特定材料形成，或具有决定由特定材料形成的部件的热膨胀和收缩量的子部件，使得该特定材料的热膨胀系数驱动作为整体的部件的热生长或收缩量。
42.更具体地，在所描绘的实施例中，外机舱50的结构部分、外壳122(见图3)或两者可由复合材料形成。以这种方式，应当理解，外机舱50可以被构造成以与多个风扇叶片40不同的方式热膨胀或收缩。因此，为了在多个风扇叶片40的径向外尖端和外机舱50之间维持期望的间隙，提供了间隙控制系统100。
43.对于所描绘的实施例，间隙控制系统100包括控制环102，控制环102至少部分地定
位在外机舱50内、联接到外机舱50，或两者，用于控制多个风扇叶片40和外机舱50之间的间隙。特别地，对于所描绘的实施例，间隙控制系统100包括控制环102和激活组件104，激活组件104能够与控制环102一起操作以引起控制环102的一个或多个方面的径向移动。激活组件104与涡轮机16、旁通气流通道56或两者连通。以这种方式，将理解，间隙控制系统100可以被称为主动间隙控制系统。
44.特别参考图2的实施例，激活组件104与涡轮风扇发动机10的高压气流源和控制环102气流连通，用于将来自高压气流源的气流提供给控制环102。更具体地，对于所描绘的实施例，激活组件104包括在涡轮机16和控制环102之间延伸的气流管道106，用于接收来自涡轮机16的引气气流108。以这种方式，间隙控制系统100可以与涡轮机16流体连通。
45.简而言之，如图2的实施例中的虚线所示，应当理解，通过激活组件104提供给间隙控制系统100，并且更具体地，提供给间隙控制系统100的控制环102的引气气流108可以随后被运输到任何合适的位置，例如多个风扇叶片40上游的位置、多个风扇叶片40下游的位置(例如，旁通气流通道56)、机外位置(外机舱50的外侧)等。
46.具体对于图2的实施例，气流管道106限定入口110，入口110在lp压缩机22下游和hp压缩机24上游的位置处与涡轮风扇发动机10的压缩机区段气流连通，并且更具体地，与涡轮机16的工作气体流动路径112气流连通。
47.然而，应当理解，在其他示例实施例中，间隙控制系统100可以在任何其他合适的位置处与涡轮机16气流连通。例如，在其他示例性实施例中，气流管道106可以与hp压缩机24气流连通以接收来自hp压缩机24的引气气流。附加地或替代地，气流管道106可以与涡轮机16的涡轮区段、涡轮机16的喷射排气喷嘴区段32(见图1)或两者气流连通。附加地或替代地，气流管道106可以与旁通气流通道56气流连通以接收来自旁通气流通道56的气流。在这种情况下，间隙控制系统100，或者说间隙控制系统100的激活组件104，可以包括用于增加气流的压力的泵、用于增加气流的温度的加热器或热交换器中的一个或多个，或两者。
48.仍然参考图2，应当理解，激活组件104还包括在控制环102下游的位置处与气流管道106气流连通的阀114。阀114可以被构造为调节通过气流管道106到控制环102的气流(即，所示实施例中的引气气流108)。以这种方式，阀114可以控制气流量和从这种气流到控制环102的热量。
49.值得注意的是，对于所描绘的实施例，应当理解，涡轮风扇发动机10还包括传感器116。传感器116可以被构造成接收指示风扇38的转速、通过入口60到风扇38的气流的温度或两者的数据。在其他示例性方面，传感器116可以被构造成感测指示风扇38的多个风扇叶片40的温度、多个风扇叶片40和外机舱50之间的间隙或两者的任何其他合适的数据。
50.此外，对于所描绘的涡轮风扇发动机10的示例性方面，涡轮风扇发动机10、间隙控制系统100或两者还包括控制器118。控制器118可以与阀114可操作地通信以控制阀114的操作。此外，控制器118可以与一个或多个数据源可操作地通信以接收指示涡轮风扇发动机10的操作条件的数据。例如，仍然参考图2，将理解，涡轮风扇发动机10包括传感器116，并且控制器118可以与传感器116可操作地通信。以这种方式，控制器118可以被构造成响应于从传感器116接收的数据，例如响应于指示多个风扇叶片40和外机舱50之间的间隙的数据而控制阀114的操作。
51.在一个或多个示例性实施例中，图2中描绘的控制器118可以是用于间隙控制系统
100的独立控制器118，或者替代地，可以集成到用于集成有间隙控制系统100的涡轮风扇发动机10的控制器、用于包括集成有间隙控制系统100的涡轮风扇发动机10的飞行器的控制器等中的一个或多个中。
52.具体参考控制器118的操作，在至少某些实施例中，控制器118可以包括一个或多个计算装置120。计算装置120可以包括一个或多个处理器120a和一个或多个存储器装置120b。一个或多个处理器120a可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置120b可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、ram、rom、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。
53.一个或多个存储器装置120b可以存储可由一个或多个处理器120a访问的信息，包括可由一个或多个处理器120a执行的计算机可读指令120c。指令120c可以是当由一个或多个处理器120a执行时使一个或多个处理器120a进行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令120c可以由一个或多个处理器120a执行，以使一个或多个处理器120a进行操作，诸如控制器118和/或计算装置120被构造用于的任何操作和功能、用于操作如本文所述的间隙控制系统100的操作、和/或一个或多个计算装置120的任何其他操作或功能。指令120c可以是以任何合适的编程语言编写的的软件或者可以用硬件实施。附加地和/或替代地，指令120c可以在一个或多个处理器120a上的逻辑和/或虚拟分离的线程中执行。一个或多个存储器装置120b可以进一步存储可以由一个或多个处理器120a访问的数据120d。例如，数据120d可以包括指示功率流的数据、指示发动机/飞行器操作条件的数据、和/或本文描述的任何其他数据和/或信息。
54.计算装置120还可以包括网络接口120e，用于例如与压缩的间隙控制系统100、并入有间隙控制系统100的涡轮风扇发动机10、并入有涡轮风扇发动机10的飞行器等的其他部件通信。例如，在所描绘的实施例中，涡轮风扇发动机10和/或间隙控制系统100可包括一个或多个传感器，用于感测指示涡轮风扇发动机10、间隙控制系统100或两者的一个或多个参数的数据。间隙控制系统100的控制器118可以通过例如网络接口可操作地联接到一个或多个传感器，使得控制器118可以接收指示由一个或多个传感器在操作期间感测的各种操作参数的数据。此外，对于所示实施例，控制器118可操作地联接到例如阀114。以这种方式，控制器118可以被构造成响应于例如由一个或多个传感器(例如，传感器116)感测到的数据而致动阀114。
55.网络接口120e可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线和/或其他合适的部件。
56.本文讨论的技术参考了基于计算机的系统、由基于计算机的系统采取的动作、发送到基于计算机的系统的信息、以及从基于计算机的系统发送的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在部件之间和部件之中进行各种可能的构造、组合以及任务和功能的划分。例如，本文讨论的处理可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实施，也可以分布在多个系统上。分布式部件可以顺序或并行操作。
57.现在参考图3，提供了图2的外机舱50和风扇的一部分的特写示意图。更具体地，图3提供了图2的间隙控制系统100的控制环102的特写横截面示意图。
58.如上文简要指出的，间隙控制系统100的控制环102至少部分地定位在外机舱50内、联接到外机舱50，或两者。更具体地，对于所描绘的实施例，外机舱50包括外壳122，并且控制环102安装到外壳122。值得注意的是，对于所描绘的实施例，控制环102可滑动地安装到外机舱50的外壳122，使得控制环102可以相对于外壳122沿径向方向r移动。特别地，对于所描绘的实施例，控制环102定位在一对径向安装支架124之间，并且可相对于径向安装支架124沿径向方向r移动。这可以允许控制环102在涡轮风扇发动机10和间隙控制系统100的操作期间相对于外壳122膨胀和收缩。例如，在所描绘的实施例中，外壳122由复合材料形成并且控制环102由金属材料形成。在某些实施例中，金属材料可以是与形成风扇叶片40的金属材料相同的金属材料。然而，替代地，形成控制环102的金属材料可以是与多个风扇叶片40不同的金属材料。
59.如上所述，控制环102与来自涡轮机16(见图1和2)的气流、旁通气流通道56(见图1和2)、涡轮风扇发动机10外部的位置(例如，环境/自由流空气)或其组合热连通。更具体地，对于所描绘的实施例，控制环102与来自涡轮机16的引气气流108热连通，引气气流108由激活组件104提供，或者更确切地，由激活组件104的气流管道106提供。更具体地，对于所描绘的实施例，控制环102限定与激活组件104的气流管道106气流连通的腔126，用于接收来自激活组件104的气流管道106的引气气流108。以这种方式，控制环102可以接收例如相对高温的气流(相对于穿过风扇叶片40的气流58；见图1和2)，以促使控制环102增加温度并因此增加直径，以适应风扇叶片40相对于外机舱50在径向方向r上的热膨胀。以这种方式，外机舱50可以设计成以与风扇叶片具有较小的间隙为基线，因为控制环102可以适应相对于风扇叶片40的期望热膨胀(形成外机舱的复合材料可能无法适应)。
60.值得注意的是，对于所描绘的实施例，控制环102包括至少两层，更具体地，包括两层。这两层(内结构128和外结构130)一起限定其间的一个或多个气流间隙以用于接收引气气流108，并且更具体地，一起限定腔126以用于接收引气气流108。除了由金属材料形成的这两层之外，间隙控制系统100还包括可磨损层132，可磨损层132联接到控制环102并且定位在控制环102和多个风扇叶片40之间。在例如包括涡轮风扇发动机10的飞行器的各种操纵期间，可磨损层132可允许风扇叶片40和外机舱50之间在径向方向r上的相对移动。值得注意的是，对于图3的实施例，内结构128和可磨损层132一起限定多个通孔131，多个通孔131从腔126延伸通过内结构128和可磨损层132到间隙133。以这种方式，间隙控制系统100可提供来自腔126的加压气流，以防止或减少多个风扇叶片40的相应尖端上方的空气流。
61.在所描绘的实施例中，外结构130沿径向方向r定位在外机舱50的外壳122的内侧，通过外机舱50径向安装支架124可滑动地联接到外壳122。内结构128面向多个风扇叶片40并且能够相对于外机舱50径向移动(即，至少部分地沿径向方向r移动)。应当理解，如本文所用，关于特定部件或一组部件(例如，风扇叶片40)的术语“面向”是指定位在该部件或该组部件上方。术语“面向”不排除一个或多个中间层(例如，可磨损层132)。
62.此外，应当理解，控制环102与多个风扇叶片40限定间隙133。如本文所述，通过内结构128的径向移动，控制环102和间隙控制系统100可将间隙133维持在期望的尺寸。更具体地，应当理解，激活组件104能够与控制环102一起操作，从而引起内结构128的径向移动以控制间隙133。仍然更具体地，对于所描绘的实施例，当间隙控制系统100安装在涡轮风扇发动机10中时(如图所示)，激活组件104的气流管道106可操作以将空气(气流108)从涡轮
机16(见图2)供给到控制环102，从而引起内结构128的径向移动以控制间隙133。
63.现在简要地参考图4，提供了风扇叶片40和外机舱50的示意图，如沿涡轮风扇发动机10的轴向方向a观察的。从图4将理解，在至少某些示例性实施例中，控制环102是环形控制环。特别地，对于所描绘的实施例，控制环102限定入口134，用于接收来自激活组件104的气流管道106的引气气流108。此外，腔126是基本上环形的360度腔(绕纵向中心线12)，使得来自入口134的引气气流108可以穿过由控制环102限定的腔126(即，沿周向方向c)。
64.然而，替代地，在其他实施例中，控制环102可包括向沿涡轮风扇发动机10的周向方向c间隔开的多个单独腔126提供引气气流108的多个气流管道106。
65.此外，应当理解，在其他示例性实施例中，间隙控制系统100可具有其他合适的构造。例如，现在参考图5，提供了根据本公开的另一个示例性实施例的间隙控制系统100。图5的视图可以是与图3的视图基本相同的视图。此外，图5中描绘的间隙控制系统100和涡轮风扇发动机10可以以与上文参考图3描述的示例性间隙控制系统100和涡轮风扇发动机10基本相同的方式构造。相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。
66.例如，图5的示例性间隙控制系统100包括具有内结构128和外结构130的控制环102。然而，对于图5的实施例，控制环102被构造为可充气控制环。更具体地，对于所描绘的示例性实施例，外结构130被构造为囊状物136，囊状物136与激活组件104流体连通，并且更具体地，与激活组件104的气流管道106流体连通。例如，在某些示例性实施例中，可充气控制环的囊状物136可与涡轮机16、涡轮风扇发动机10的旁通气流通道56(经由例如泵)或两者流体连通。此外，与图3的实施例一样，图5的间隙控制系统100的激活组件104可以包括阀114(未示出；见图2)，用于增加和/或减少提供给可充气控制环的囊状物136的气流和气流压力。
67.以这种方式，应当理解，激活组件104可与可充气控制环102一起操作以引起内结构128的径向移动，从而响应于从激活组件104提供到其的气流的压力来控制间隙133。更具体地，囊状物136适于膨胀和收缩以引起内结构128的径向移动。
68.以这种方式，控制环102可以被构造成在响应于接收相对低压气流的相对小的径向深度140a(以虚线描绘)和响应于接收相对高压气流的相对大的径向深度140b之间移动。当控制环102从相对小的径向深度140a移动到相对大的径向深度140b时，控制环102可以被构造成压靠外机舱50的结构部件(例如外机舱50内的外壳122)，并且相对于外机舱50的外壳122沿径向方向r向内推动内结构128，从而有效地减小间隙控制系统100的控制环102处的外机舱50的内径。
69.值得注意的是，对于所描绘的实施例，内结构128还包括附接到其的可磨损层132，类似于上面讨论的图3的实施例。
70.现在参考图6，提供了根据本公开的又一个示例实施例的间隙控制系统100。图6的视图可以是与图3的视图基本相同的视图。此外，图6中描绘的间隙控制系统100和涡轮风扇发动机10可以以与上文参考图3描述的示例性间隙控制系统100和涡轮风扇发动机10基本相同的方式构造。相同或类似的数字可以指代相同或类似的部分。
71.例如，图6的示例性间隙控制系统100包括控制环102。然而，对于图6的实施例，控制环102没有限定用于接收来自间隙控制系统100的激活组件104的气流的封闭内部腔(例如，腔126；见图3)。对于图6的实施例，控制环102包括内结构128和外结构130。此外，对于所
描绘的实施例，外机舱50包括安装结构146，其中控制环102的外结构130通过安装结构146联接到外机舱50。特别地，安装结构146包括前轴向腔148和后轴向腔150。类似地，外结构130包括定位在前轴向腔148内的前凸缘152和定位在后轴向腔150内的后凸缘154。前凸缘152、前轴向腔148、后凸缘154和后轴向腔150各自大致沿涡轮风扇发动机10的轴向方向a延伸。值得注意的是，对于所描绘的实施例，前轴向腔148沿涡轮风扇发动机10的径向方向r的高度大于前凸缘152沿径向方向r的厚度，并且类似地，后轴向腔148沿涡轮风扇发动机10的径向方向r的高度大于后凸缘154沿径向方向r的厚度。以这种方式，控制环102可以在涡轮风扇发动机10和间隙控制系统100的操作期间相对于安装结构146膨胀和收缩。
72.值得注意的是，与上述实施例一样，控制环102与来自激活组件104的气流热连通。更具体地，对于所描绘的实施例，激活组件104包括限定出口156的气流管道106。气流管道106延伸通过外机舱50的安装结构146，并且被构造为将气流(例如，所描绘实施例中的引气气流108)提供通过气流管道106，通过出口156，并到控制环102的外结构130上。以这种方式，气流的温度可以影响控制环102的热膨胀和/或收缩。具体地，在至少某些示例性方面，控制环102的一个或多个部件可以是环形的(见例如图4)，使得此类部件的热生长导致控制环102的内径增加，并且此类部件的热收缩导致控制环102的内径减小。该热膨胀和收缩可用于响应于风扇叶片40的对应热膨胀或收缩而控制间隙133。
73.在其他示例性实施例中，可以提供其他合适的装置或机构以用于在间隙控制系统100的操作期间改变控制环102的内径(即，沿径向方向r从燃气涡轮发动机的纵向轴线到控制环102的距离)。例如，现在参考图7，提供了根据本公开的又一个示例性实施例的间隙控制系统100。对于图7的实施例，间隙控制系统100再次包括控制环102和激活组件104。对于所描绘的实施例，控制环102包括内结构128和外结构130。然而，对于所描绘的实施例，外结构130包括在内结构128和外机舱50的结构部件之间延伸的多个形状记忆合金部件158。具体地，外机舱50的结构部件可以是外机舱50的壳体或外壳122。
74.在所描绘的实施例中，多个形状记忆合金部件158由形状记忆合金材料形成。如本文所用，术语“形状记忆合金材料”是指当低于转变温度时可以变形，但当加热到高于转变温度时恢复到其预变形(“记忆”)形状的材料。
75.此外，多个形状记忆合金部件158与通过激活组件104的气流热连通，并且更具体地，与通过激活组件104的气流管道106的引气气流108气流连通。以这种方式，引气气流108的温度可导致多个形状记忆合金部件158在伸出位置(以虚线描绘)和缩回位置之间移动，以在间隙控制系统100的操作期间改变控制环102的内径，并且更具体地，引起内结构128的径向移动以控制间隙133。
76.此外，应当理解，虽然对于图3和图4的实施例，间隙控制系统100的控制环102被构造为环形控制环，但是在其他实施例中，控制环102可以替代地被构造为分段控制环102，例如分段护罩。例如，在图6和7的控制环102的示例性实施例中，控制环102可以被构造为分段护罩。
77.更具体地，现在参考图8，提供了具有被构造为分段护罩的控制环102的间隙控制系统100的横截面视图。对于所描绘的实施例，分段护罩组件包括沿涡轮风扇发动机10的周向方向c布置，并且更具体地，沿周向方向c以重叠方式布置的多个护罩段160。以这种方式，多个护罩段160可相对于彼此滑动。
78.通过这样的构造，护罩组件可以沿涡轮风扇发动机10的径向方向r限定内半径，该内半径可沿径向方向r膨胀。例如，响应于来自多个风扇叶片40(为清楚起见，图8中仅描绘了一个)中的风扇叶片40的接触，多个护罩段160中的一个或多个可以被构造成沿径向方向r向外移动，使得护罩组件响应于来自风扇叶片40的这种接触而在该位置处限定更大的内半径。以这种方式，多个护罩段160可以适应一种或多种机动或其他非稳态操作条件，其中风扇和风扇叶片40相对于外机舱50移动。
79.在至少某些示例性实施例中，图8的控制环102可以以与图5、6或7的示例性控制环102类似的方式构造。以这种方式，控制环102可以包括内结构(类似于图5、6和7的内结构128)，其中内结构由多个护罩段160而不是环形结构形成。以这种方式，多个护罩段160可以与激活组件104(未示出)和外结构130(未示出)一起操作以控制间隙133。
80.例如，简要地返回参考图6，图6的示例性控制环102可以以与图8的分段护罩组件类似的方式构造。例如，利用这样的构造，图6中描绘的控制环102的内结构128可以是参考图8描述的多个护罩段160中的护罩段160。以这种方式，外结构130在安装结构146内的定位可以允许护罩段160(在图6中简单标记为控制环102)沿径向方向r向外移动，并进一步相对于相邻护罩段160沿周向方向c(见图8)滑动，以允许护罩组件/控制环102在局部区域限定可变半径。
81.因此，本公开的示例性间隙控制系统可以允许燃气涡轮发动机在燃气涡轮发动机的风扇的风扇叶片和燃气涡轮发动机的外机舱之间维持期望的间隙，以维持燃气涡轮发动机的风扇的效率，尽管形成风扇叶片的材料和形成外机舱的材料之间的热膨胀系数不同。
82.进一步方面由以下条项的主题提供：
83.一种限定径向方向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：涡轮机；风扇，所述风扇包括由所述涡轮机可旋转地驱动的多个风扇叶片；机舱，所述机舱至少部分地围绕所述风扇的所述多个风扇叶片，所述机舱包括外壳；以及间隙控制系统，所述间隙控制系统包括：控制环，所述控制环具有沿所述径向方向定位在所述机舱的所述外壳内侧的外结构和面向所述多个风扇叶片的内结构，所述控制环与所述多个风扇叶片限定间隙，所述内结构能够相对于所述机舱径向移动；以及激活组件，所述激活组件能够与所述控制环一起操作，从而引起所述内结构的所述径向移动以控制所述间隙。
84.一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮机；风扇，所述风扇包括由所述涡轮机可旋转地驱动的多个风扇叶片；机舱，所述机舱至少部分地围绕所述风扇的所述多个风扇叶片；以及间隙控制系统，所述间隙控制系统包括控制环，所述控制环至少部分地定位在所述机舱内、联接到所述机舱，或两者，以控制所述多个风扇叶片和所述机舱之间的间隙。
85.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述激活组件包括气流管道，所述气流管道能够操作以将空气从所述涡轮机供给到所述控制环，从而引起所述内结构的所述径向移动以控制所述间隙。
86.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述内结构和所述外结构限定其间的一个或多个气流间隙，并且其中所述气流管道与所述一个或多个气流间隙流体连通。
87.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述外结构是与所述气流管道流体连通的囊状物，由此所述囊状物适于膨胀和收缩以引起所述内结构的所述
径向移动。
88.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述外结构包括多个形状记忆合金部件，所述多个形状记忆合金部件连接到所述内结构并与所述气流管道流体连通，并且适于径向改变形状以引起所述内结构的所述径向移动。
89.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述内结构以重叠布置分段，其中各个段能够径向和周向移动。
90.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述间隙控制系统进一步包括可磨损层，所述可磨损层联接到所述控制环的所述内结构，并且定位在所述控制环的所述内结构和所述多个风扇叶片之间。
91.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述间隙控制系统与所述涡轮机流体流动连通，以接收来自所述涡轮机的引气气流。
92.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制环与所述引气气流热连通。
93.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制环是由金属材料形成的环形控制环，并且其中所述机舱由复合材料形成。
94.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个风扇叶片也由所述金属材料形成。
95.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制环包括两层。
96.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述间隙控制系统进一步包括可磨损层，所述可磨损层联接到所述控制环并且定位在所述控制环和所述多个风扇叶片之间。
97.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制环是可充气控制环。
98.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述间隙控制系统与所述涡轮机流体流动连通以接收来自所述涡轮机的引气气流，并且其中所述可充气控制环与所述引气气流流体连通。
99.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制环包括分段护罩组件。
100.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述分段护罩组件通过由形状记忆合金材料形成的多个形状记忆合金部件联接到所述机舱的结构构件。
101.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述间隙控制系统与所述涡轮机流体流动连通以接收来自所述涡轮机的引气气流，并且其中所述多个形状记忆合金部件各自与所述引气气流热连通。
102.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述分段护罩组件包括以重叠方式布置并且能够相对于彼此滑动的多个护罩段。
103.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述分段护罩组件限定内半径，所述内半径能够响应于来自所述风扇叶片的接触而沿所述燃气涡轮发动机的径向方向膨胀。
104.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述控制环的所述内结构包括分段护罩组件。
105.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述外结构被构造为由形状记忆合金材料形成的多个形状记忆合金部件，并且其中所述分段护罩组件通过所述多个形状记忆合金部件联接到所述机舱的结构构件。
106.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述激活组件与所述涡轮机流体流动连通以接收来自所述涡轮机的引气气流，并且其中所述多个形状记忆合金部件各自与所述引气气流热连通。
107.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述分段护罩组件包括以重叠方式布置并且能够相对于彼此滑动的多个护罩段。
108.根据前述条项中的一个或多个所述的燃气涡轮发动机，其中，所述分段护罩组件限定内半径，所述内半径能够响应于所述风扇叶片的接触而沿所述燃气涡轮发动机的径向方向膨胀。
109.一种用于燃气涡轮发动机的间隙控制系统，所述燃气涡轮发动机具有涡轮机、包括多个风扇叶片的风扇以及至少部分地围绕所述多个风扇叶片的机舱，所述机舱具有外壳，所述间隙控制系统包括：控制环，所述控制环具有用于径向定位在所述机舱的所述外壳内侧的外结构和适于面向所述多个风扇叶片的内结构，当所述间隙控制系统安装在所述燃气涡轮发动机中时，所述控制环与所述多个风扇叶片限定间隙，所述内结构能够相对于所述机舱径向移动；以及激活组件，所述激活组件包括气流管道，当所述间隙控制系统安装在所述燃气涡轮发动机中时，所述气流管道能够操作以将空气从所述涡轮机供给到所述控制环，从而引起所述内结构的所述径向移动以控制所述间隙。
110.一种用于燃气涡轮发动机的间隙控制系统，所述燃气涡轮发动机具有涡轮机、包括多个风扇叶片的风扇以及至少部分地围绕所述多个风扇叶片的机舱，所述间隙控制系统包括：控制环，所述控制环被构造成至少部分地定位在所述燃气涡轮发动机的所述机舱内、联接到所述燃气涡轮发动机的所述机舱，或两者；以及激活组件，所述激活组件能够与所述控制环一起操作，所述激活组件被构造成当所述间隙控制系统安装在所述燃气涡轮发动机中以控制所述多个风扇叶片与所述机舱之间的间隙时与所述燃气涡轮发动机的所述涡轮机、所述燃气涡轮发动机的旁通通道，或两者连通。
111.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述内结构和所述外结构限定其间的一个或多个气流间隙，并且其中所述气流管道与所述一个或多个气流间隙流体连通。
112.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述外结构是与所述气流管道流体连通的囊状物，由此所述囊状物适于膨胀和收缩以引起所述内结构的所述径向移动。
113.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述外结构包括多个形状记忆合金部件，所述多个形状记忆合金部件连接到所述内结构并与所述气流管道流体连通，并且适于径向改变形状以引起所述内结构的所述径向移动。
114.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述内结构以重叠布置分段，其中各个段能够径向和周向移动。
115.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述激活组件被构造成与所述燃气涡轮发动机的所述涡轮机流体连通，以接收来自所述涡轮机的引气气流。
116.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述控制环与所述引气气流热连通。
117.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述控制环是由金属材料形成的环形控制环，并且其中所述机舱由复合材料形成。
118.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述间隙控制系统进一步包括可磨损层，所述可磨损层联接到所述控制环并且定位在所述控制环和所述多个风扇叶片之间。
119.根据前述条项中的一个或多个所述的间隙控制系统，其中，所述控制环是可充气控制环。
120.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。本公开的可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。

技术特征：
1.一种限定径向方向的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括：涡轮机；风扇，所述风扇包括由所述涡轮机可旋转地驱动的多个风扇叶片；机舱，所述机舱至少部分地围绕所述风扇的所述多个风扇叶片，所述机舱包括外壳；以及间隙控制系统，所述间隙控制系统包括：控制环，所述控制环具有沿所述径向方向定位在所述机舱的所述外壳内侧的外结构和面向所述多个风扇叶片的内结构，所述控制环与所述多个风扇叶片限定间隙，所述内结构能够相对于所述机舱径向移动；以及激活组件，所述激活组件能够与所述控制环一起操作，从而引起所述内结构的所述径向移动以控制所述间隙。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述激活组件包括气流管道，所述气流管道能够操作以将空气从所述涡轮机供给到所述控制环，从而引起所述内结构的所述径向移动以控制所述间隙。3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述内结构和所述外结构限定其间的一个或多个气流间隙，并且其中所述气流管道与所述一个或多个气流间隙流体连通。4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述外结构是与所述气流管道流体连通的囊状物，由此所述囊状物适于膨胀和收缩以引起所述内结构的所述径向移动。5.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述外结构包括多个形状记忆合金部件，所述多个形状记忆合金部件连接到所述内结构并与所述气流管道流体连通，并且适于径向改变形状以引起所述内结构的所述径向移动。6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述内结构以重叠布置分段，其中各个段能够径向和周向移动。7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述控制环是由金属材料形成的环形控制环，并且其中所述机舱由复合材料形成。8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片也由所述金属材料形成。9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述间隙控制系统进一步包括可磨损层，所述可磨损层联接到所述控制环的所述内结构，并且定位在所述控制环的所述内结构和所述多个风扇叶片之间。10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述控制环的所述内结构包括分段护罩组件。

技术总结
提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括：涡轮机；风扇，风扇包括由涡轮机可旋转地驱动的多个风扇叶片；机舱，机舱至少部分地围绕风扇的多个风扇叶片；以及间隙控制系统，间隙控制系统包括控制环，控制环至少部分地定位在机舱内、联接到机舱，或两者，以控制多个风扇叶片和机舱之间的间隙。扇叶片和机舱之间的间隙。扇叶片和机舱之间的间隙。


技术研发人员：郑莉 尼古拉斯
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/9/26