CN112334683B - 飞行器涡轮发动机的组件及其控制方法，飞行器涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组件(22)，该组件包括飞行器涡轮发动机的风扇驱动减速齿轮(20)，以及润滑***(24)，该润滑***包括：‑包围减速齿轮(20)的外壳(26)；‑用于将润滑剂喷射到减速齿轮上的装置(36)；‑旨在朝向喷射装置(36)输送润滑剂的润滑剂供应管(34)；‑与外壳(26)的底部(38)连通的润滑剂回收管(40)。根据本发明，***(24)进一步包括装配回收管(40)的受控阀(44)，以及润滑剂溢流排放管(48)，该润滑剂溢流排放管连接到外壳的底部的位于减速齿轮的齿轮组的底部点(60)的水平高度上方的溢流出口(50)，并且在阀(44)的下游连接到回收管(40)。

Description

飞行器涡轮发动机的组件及其控制方法，飞行器涡轮发动机
技术领域
本发明涉及飞行器涡轮发动机的领域，更确切地涉及包括由减速齿轮驱动的风扇的涡轮发动机，该涡轮发动机例如从文献FR 2 987 402 A1中已知。
本发明特别地涉及在风扇自动旋转的情况下对减速齿轮的润滑进行管理。
背景技术
在包括由减速齿轮驱动的风扇的飞行器涡轮发动机中，减速齿轮通常被布置在被润滑的壳体中，由泵供应的润滑剂通过该被润滑的壳体进行循环。该泵由涡轮发动机的轴(例如高压轴)机械地驱动。
如果涡轮发动机在飞行期间关闭，则风扇不再由减速齿轮驱动，而是由于空气通过而继续旋转。在这些状况下，风扇被认为是自动旋转或“风车式运动(windmilling)”。当关闭涡轮发动机时，在地面上也可能遇到这些状况。
即使风扇的自动旋转速度保持相对较低(特别是当飞行器在地面上时)，仍然需要对由所述风扇驱动的减速齿轮进行润滑。然而，不再能够由泵确保对包围减速齿轮的壳体进行润滑，因为高压轴不能足够快地旋转以驱动所述泵。
在这些状况下，用于确保减速齿轮的润滑的现有解决方案通常安装次级油回路，该次级油回路具有辅助储存器和相关联的辅助泵。次级油回路通常具有在质量、体积、复杂性、成本和可靠性方面的缺点。
因此，需要优化现有的解决方案，以确保在风扇自动旋转的情况下对减速齿轮的润滑进行的管理。
发明内容
为了至少部分地满足该需求，本发明的主题首先在于一种包括用于飞行器涡轮发动机的风扇驱动减速齿轮以及润滑***的组件，该润滑***包括：
-壳体，该壳体包围减速齿轮；
-用于将润滑剂喷射到减速齿轮上的喷射装置；
-润滑剂吸入管，该润滑剂吸入管旨在朝向喷射装置传导润滑剂；
-润滑剂回收管线，该润滑剂回收管线与壳体的底部连通。
根据本发明，润滑***还包括被装配到润滑剂回收管线的致动阀，以及润滑剂溢流排放管线，该润滑剂溢流排放管线一方面连接到在壳体的底部处的位于减速齿轮的齿轮组的低点的水平高度上方的溢流出口，另一方面在致动阀的下游连接到润滑剂回收管线。
因此，本发明使得能够确保在风扇自动旋转的情况下以简单、可靠和有效的方式对减速齿轮进行润滑。实际上，在关闭控制阀之后，留下的低流量润滑剂意味着对壳体的底部进行填充，直至至少减速齿轮的齿轮组的一部分被浸没。
特别地，本发明证明了是有利的，因为本发明不需要集成泵或附加的储存器来确保在自动旋转的状况下对减速齿轮进行润滑。
本发明还具有以下独立或组合使用的可选特征中的至少一个特征。
阀由在润滑剂吸入管中进行循环的润滑剂的压力控制，使得润滑剂的压力越低，阀关闭的趋势就越大。因此，阀的控制被设置成使得当润滑剂的压力低于预定阈值时，阀完全关闭。对阀进行控制的这种优选方式提供了更高的可靠性。然而，可以设想用于控制阀的任何其他控制方法，诸如当风扇处于自动旋转状态时能够使阀关闭的简单的电气控制。
例如，致动阀是滑阀，但是在不脱离本发明的范围的情况下其他类型的阀也是可能的。优选地，滑阀连接到经受在润滑剂吸入管中进行循环的润滑剂的压力的移动部件，该移动部件根据阈值润滑剂压力而抵抗预载弹簧的作用而作用，在该阈值润滑剂压力以下，阀被设置成完全关闭。
驱动减速齿轮包括行星齿轮组，该行星齿轮组包括内部行星齿轮、外部齿圈以及被布置在内部行星齿轮与外部齿圈之间的一环形排的卫星齿轮。
为此，壳体的底部处的溢流出口优选地位于内部行星齿轮的水平高度的下方，并且甚至更优选地位于横穿该环形排的卫星齿轮的假想水平平面中。这使得能够防止壳体完全被填充满，并且同时确保对齿轮组的组件进行润滑，特别是借助于外部齿圈的旋转对齿轮组的组件进行润滑，该外部齿圈通常是机械地联接到风扇的齿轮组的输出元件。
本发明的主题还在于一种包括这种组件的飞行器涡轮发动机，涡轮发动机包括由该组件的减速齿轮驱动的风扇。
所述涡轮发动机优选地是双流双体式涡轮喷气发动机。
优选地，润滑***包括供给泵，该供给泵被构造成向润滑剂吸入管供应润滑剂，并且涡轮发动机包括机械地驱动供给泵的发动机轴，优选地是高压轴。
最后，本发明的主题在于一种用于控制上述组件的方法，所述方法使得在风扇自动旋转的情况下，所述方法包括以下步骤：关闭被装配到润滑剂回收管线的致动阀，使得将润滑剂填充到壳体的底部直至填充到溢流出口为止。
在下文给出的非限制性详细描述中给出了本发明的其他优点和特征。
附图说明
本说明是参考附图给出的，在附图中：
-图1示出了根据本发明的涡轮喷气发动机的侧面的示意图；
-图2示出了根据本发明的优选实施例的组件的侧面的示意图，该组件被装配到上图的涡轮喷气发动机，并且以在涡轮喷气发动机处于正常运行状况期间被采用的状态示出；以及
-图3示出了与前一视图相似的视图，其中，所示的组件处于在涡轮喷气发动机的风扇自动旋转的情况下被采用的状态。
具体实施方式
参照图1，示出了双流双体式涡轮喷气发动机1。涡轮喷气发动机1典型地包括气体发生器2，在该气体发生器的两侧上布置有低压发生器4和低压涡轮12。气体发生器2包括高压压缩机6、燃烧室8和高压涡轮10。在下文中，术语“前”和“后”是沿着与气体在涡轮喷气发动机内的主要流动方向相反的方向14来考虑的，该方向14平行于该涡轮喷气发动机的纵向轴线3。
低压发生器4和低压涡轮12形成低压体，并且通过以轴线3为中心的低压轴11彼此连接。同样地，高压压缩机6和高压涡轮10形成高压体，并且通过以轴线3为中心并围绕低压轴11布置的高压轴13彼此连接。轴由滚子轴承19支撑，该滚子轴承通过被布置在油壳体中而被润滑。这同样适用于也由滚子轴承19支撑的风扇毂部17。
涡轮喷气发动机1在气体发生器2和低压发生器4的前部处还包括风扇15，该风扇在此被直接布置在发动机的进气锥体的后部处。风扇15可围绕轴线3旋转并且被风扇外壳9包围。所述风扇不是直接由低压轴11驱动的，而是由所述轴经由减速齿轮20间接驱动的，该减速齿轮使得该风扇能够以较低的速度旋转。如下文详细描述的，减速齿轮20也被容纳在油壳体中以能够对该减速齿轮进行润滑。
此外，涡轮喷气发动机1限定了被设计成被主流横穿的主流道16，以及被设计成被相对于主流径向地朝向外部定位的次级流横穿的次级流道18。
现在参照图2，示出了本发明的特定组件22，该特定组件一般而言包括减速齿轮20以及能够对该减速齿轮进行润滑的***24。
更确切地，润滑***24首先包括包围减速齿轮20的油壳26。该润滑***还包括润滑剂储存器28以及体积供给泵30(齿轮泵)，在所示的实施例中，该体积供给泵通过高压轴13的旋转经由虚线32所示的传动***被机械地驱动。作为替代方案，体积供给泵30可以与轴13解除联接并且由电动马达旋转地驱动，使得可以通过控制电动马达的速度而控制泵的转速来调节润滑剂的流量。储存器28和泵30与润滑剂吸入管34连通，因此，借助于泵30从储存器28向该润滑剂吸入管供应润滑剂。
因此，润滑剂吸入管34的一个端部连接到泵30，并且相对的端部被容纳在壳体26中并且与润滑剂喷射装置36连通。这些装置可以具有一个或多个喷嘴的形式，或者类似装置的形式。这些装置被构造成将润滑剂喷射在减速齿轮20的全部或部分齿轮组上。
壳体26具有底部38，减速齿轮20的下部部分被容纳在该底部中。润滑剂回收管线40与壳体的底部38的低点42连通。这使得能够通过重力收集先前已经由装置36喷射到减速齿轮上的润滑剂，并且能够将该润滑剂重新引导到储存器28。
润滑剂回收管线40被装配有致动阀44，该致动阀在涡轮喷气发动机的正常运行状况下保持打开，以允许润滑剂排出并且避免润滑剂积聚在壳体的底部38处。该致动阀可以例如由滑阀组成，该滑阀响应于在润滑剂吸入管34中沿壳体26的方向进行循环的润滑剂的压力。实际上，该阀44可以被构造成使得管34中的润滑剂压力越大，阀44保持打开的趋势就越大。相反，润滑剂压力越低，阀关闭以阻塞回收管线40的趋势就越大。
可以在阀44与被安装在管34中或被安装在与管34连通的腔室中的部件47之间设置机械或电联接件46，该部件47响应于在管34中进行循环的润滑剂的压力。部件47包括例如可动活塞，该可动活塞通过机械联接件46连接到阀44的塞子，该活塞根据阈值润滑剂压力抵抗预载弹簧的作用而作用，在该阈值润滑剂压力以下，阀被设置成完全关闭。应当理解，阀44、机械联接件46和可动部件47可以在同一设备中被组合在一起。可替代地，部件47可以由通过电联接件46连接到阀44的测量器形成，以当由测量器47测量的压力下降到预定的阈值压力以下时控制致动器的触发以关闭阀。
润滑***24还包括溢流润滑剂排放管线48，如下文所述，在风扇自动旋转的情况下，该溢流润滑剂排放管线特别有意义。排放管线48在其端部之一连接到溢流出口50，该溢流出口穿过壳体的底壁38设置。在排放管线的相对端部，排放管线48在致动阀44的下游连接到回收管线40。
减速齿轮20以低压轴11的几何轴线3为中心，该几何轴线3也是风扇毂部17的几何轴线。该减速齿轮包括行星齿轮组，在所示的构造中，该行星齿轮组典型地设置有：内部行星齿轮52，该内部行星齿轮以轴线3为中心并且旋转地接合到位于涡轮喷气发动机的低压轴11的前部的端部；被称为外部齿圈54的外部行星齿轮，该外部行星齿轮对应于旋转地接合到风扇毂部17的减速齿轮的输出元件；以及固定的行星架58，该行星架支撑被布置在行星齿轮52、54之间的一环形排的卫星齿轮56。当然，用于减速齿轮的其他构造是可能的，特别是具有与减速齿轮的输出元件相对应的旋转的行星架、旋转的内部行星齿轮和固定的外部齿圈。
在涡轮喷气发动机的正常运行状况下，高压轴13以足够高的速度旋转以驱动供给泵30。因此，如由图2中的箭头所示，润滑剂在被装置36喷射到减速齿轮20的齿轮组上之前，以高流量和高压力在润滑剂吸入管34中进行循环。然后，润滑剂通过重力流到壳体的底部38，由回收管线40收集，然后被重新注入***中。特别地，吸入管34中的润滑剂的高压使致动阀44保持处于打开位置，这使得润滑剂能够通过装配有该阀的回收管线40逸出。在这些状况下，壳体的底部38中没有积聚润滑剂，因为润滑剂可以通过管线40自由地逸出。
然而，当关闭涡轮喷气发动机或者飞行器在飞行中或在地面上时，由于风吹过风扇叶片，风扇处于自动旋转状态。在地面上，风可以从飞行器的后部吹向前部，在这种情况下，可以相对于正向沿反向旋转方向驱动风扇。风扇的旋转(无论是沿正向方向还是反向方向)导致减速齿轮20的需要被充分地润滑的构成元件(特别是小齿轮的齿)旋转。供给泵30不再能够提供足够的润滑，因为驱动该供给泵的高压轴13不再以足够高的速度旋转。然而，如图3中的箭头所示，润滑剂以低压和低流量经由吸入管34被均等地供应到壳体26中，而不必到达减速齿轮20的齿轮组。
本发明规定，在风扇自动旋转的这种状况下，致动阀44由于吸入管34中润滑剂的低压而关闭。通过关闭，阀44阻塞回收管线40并因此阻塞壳体的底部38。由于供给泵30仍然由高压轴13(该高压轴在飞行时在风扇自动旋转期间以低速旋转)驱动的事实，壳体的底部38被填充直至填充到溢流出口50为止。于是，多余的润滑剂经由排放管线48排空，以在阀44的下游经由回收管线40被重新引导到***中。
此外，在关闭发动机时在地面上具有前风或后风的情况下，不再驱动供给泵30，因为高压轴13通常不再转动，而是当关闭发动机时，在由于吸入管34中润滑剂的压力下降而导致阀44关闭之后，润滑剂已积聚在壳体的底部38处。
预先确定使阀44关闭的润滑剂的低压力阈值，使得由于供给泵30随轴13转动，因此当关闭涡轮发动机时，在高压轴13停止旋转之前足够早地执行阀44的关闭，以确保使润滑剂积聚在壳体的底部38中。在供给泵30的电动驱动的情况下，当关闭涡轮发动机时，能够在停止泵30的电动马达的供给之前足够早地执行阀44的关闭，以便确保有足够多的润滑剂积聚在壳体的底部38中，以达到溢流出口50的高度。
溢流出口50被布置成将减速齿轮20浸没在积聚的润滑剂中，并且优选地仅浸没该减速齿轮的下部部分。更确切地，出口50位于减速齿轮的齿轮组的低点60的水平高度的上方，并且位于内部行星齿轮52的水平高度的下方，以便使该内部行星齿轮不浸没在在壳体26的底部处积聚的润滑剂的体积中。以优选的方式，溢流出口50位于横穿该环形排的卫星齿轮56的假想水平平面62中。甚至更优选地，即使当飞行中的飞行器沿纵向和/或横向方向以与处于风扇自动旋转的状况下的飞行器所允许的最大倾斜相对应的倾斜角倾斜时，假想水平平面62也位于减速齿轮的齿轮组的低点60的上方。按照这种方式，在当“风车式运动”时、特别是当以一角度转动或当下降时飞行器所允许的所有飞行“姿态”下继续对齿轮组进行润滑。甚至更优选地，如图3中所示，平面62低于在行星齿轮52、54之间的以卫星齿轮的最低位置考虑的卫星齿轮的旋转轴线。
在这种构造中，齿圈54的下部部分被浸没在已积聚在壳体26的底部处的润滑剂的体积中，并且通过旋转该齿圈为其引入润滑剂，于是可以将该润滑剂分散在所有卫星齿轮56的齿上。
当然，本领域技术人员可以对刚刚仅作为非限制性示例描述的发明进行各种修改，并且本发明的范围由所附权利要求书进行限定。

Claims (11)

1.包括用于飞行器涡轮发动机的风扇驱动减速齿轮(20)以及润滑***(24)的组件(22)，所述润滑***包括：
-壳体(26)，所述壳体包围所述减速齿轮(20)；
-用于将润滑剂喷射到所述减速齿轮上的喷射装置(36)；
-润滑剂吸入管(34)，所述润滑剂吸入管旨在朝向所述喷射装置(36)传导润滑剂；
-润滑剂回收管线(40)，所述润滑剂回收管线与所述壳体(26)的底部(38)连通，
其特征在于，所述润滑***(24)还包括被装配到所述润滑剂回收管线(40)的致动阀(44)，以及润滑剂溢流排放管线(48)，所述润滑剂溢流排放管线一方面连接到在所述壳体的底部处的位于所述减速齿轮(20)的齿轮组的低点(60)的水平高度上方的溢流出口(50)，另一方面在所述致动阀(44)的下游连接到所述润滑剂回收管线(40)。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述致动阀(44)由在所述润滑剂吸入管(34)中进行循环的润滑剂的压力控制，使得润滑剂的压力越低，所述致动阀关闭的趋势就越大。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述致动阀(44)是滑阀，所述滑阀连接到经受在所述润滑剂吸入管(34)中进行循环的润滑剂的压力的移动部件(47)，所述移动部件(47)根据阈值润滑剂压力而抵抗预载弹簧的作用而作用，在所述阈值润滑剂压力以下，所述滑阀被设置成完全关闭。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述减速齿轮(20)包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括内部行星齿轮(52)、外部齿圈(54)以及被布置在所述内部行星齿轮与所述外部齿圈之间的一环形排的卫星齿轮(56)。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，壳体的底部(38)处的溢流出口(50)位于所述内部行星齿轮(52)的水平高度的下方。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述壳体的底部(38)处的所述溢流出口(50)位于横穿所述环形排的卫星齿轮(56)的假想水平平面(62)中。
7.飞行器的涡轮发动机(1)，所述涡轮发动机包括根据权利要求1所述的组件(22)，所述涡轮发动机包括由所述组件的减速齿轮(20)驱动的风扇(15)。
8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机是双流双体式涡轮喷气发动机。
9.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，润滑***(24)包括供给泵(30)，所述供给泵被构造成向所述润滑剂吸入管(34)供应润滑剂，并且，所述涡轮发动机包括机械地驱动所述供给泵(30)的发动机轴。
10.根据权利要求9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述发动机轴是高压轴(13)。
11.用于控制根据权利要求1所述的组件(22)的方法，其特征在于，在风扇(15)自动旋转的情况下，所述方法包括以下步骤：关闭被装配到所述润滑剂回收管线(40)的所述致动阀(44)，使得将润滑剂填充到所述壳体(26)的底部(38)，直至填充到所述溢流出口(50)为止。
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