[发明专利]具有高效推力生成部件的气体涡轮引擎

说明书

本公开涉及具有高效推力生成部件的气体涡轮引擎。提供了一种高效的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎的风扇经由齿轮箱从涡轮驱动，使得该风扇具有比驱动涡轮更低的旋转速度，从而提供效率增益。该高效的风扇系统与具有低冷却流需求和/或高温性能并且对于给定功率可具有特别低质量的核心相配合。

本公开涉及高效气体涡轮引擎。本公开的各方面涉及具有经由齿轮箱驱动的风扇和高效引擎核心的气体涡轮。

气体涡轮引擎的设计必须平衡多个竞争因素。一般来讲，需要最小化燃料燃烧和重量。然而，气体涡轮引擎已经使用和开发多年，因此基础设计是成熟的。这种高水平的设计成熟度意味着，例如，在燃料燃烧和/或重量减少方面的进展相对较小且近年来逐渐增加。

需要提高气体涡轮引擎的开发速度。

根据第一方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：

引擎核心，该引擎核心包括：

第一涡轮、第一压缩机和将第一涡轮连接到第一压缩机的第一芯轴；

第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯

轴，第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴被布置成以比第一芯轴更高的

旋转速度旋转，气体涡轮引擎还包括：

风扇，该风扇包括多个风扇叶片；和

齿轮箱，该齿轮箱接收来自第一芯轴(26)的输入并将驱动输出至风扇，以便以比第一芯轴更低的旋转速度驱动风扇，其中：

涡轮入口温度(T0_{turb_in})被定义为在气体涡轮引擎的最大功率条件下，在气体涡轮引擎中最轴向上游涡轮转子的入口处的温度(K)；

核心尺寸被定义为

其中：

Wcomp_in是引擎核心入口处的质量流率(kg/s)；

T0comp_out是压缩机出口处的滞止温度；

P0comp_out是压缩机出口处的滞止压力；并且

推力与核心效率比TC至少为1.5×10⁷kNkg^-1sPa，其中所述推力与核心效率比被定义为

Wcomp_in可被描述为第一压缩机入口处的质量流率。T0comp_out可被描述为第二压缩机出口处的滞止温度。P0comp_out可被描述为第二压缩机出口处的滞止温度。

推力与核心效率比TC可在具有1.5×10⁷、1.6×10⁷、1.7×10⁷、1.8×10⁷、1.9×10⁷或2×10⁷kNkg^-1sPa的下限和3×10⁷kNkg^-1sPa、3.5×10⁷kNkg^-1sPa或4×10⁷kNkg^-1sPa的上限的范围内。

本发明人已发现，提供具有在本文定义范围内的推力与核心效率比的气体涡轮引擎(其推力与核心效率比高于常规引擎)，可提供尤其高效的气体涡轮引擎。

仅以举例的方式，实现此类推力与核心效率比的一种方法是通过在具有风扇的气体涡轮引擎中优化使用陶瓷基质复合材料，该风扇经由减速齿轮箱从涡轮驱动。

第一涡轮和/或第二涡轮可包括至少一个陶瓷基质复合部件。第二涡轮可包括至少一个陶瓷基质复合部件，其可在第二涡轮的总质量的2％至15％的范围内。