[發(fā)明專利]用于緩解轉(zhuǎn)子彎曲的壓電馬達

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810207456.3
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108696181B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·J·杰克伍思凱;K·E·卡諾夫斯基
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12;F02C6/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;董巍

一種用于緩解轉(zhuǎn)子彎曲的壓電馬達。包括一個或多個同心定子環(huán)的壓電馬達，所述同心定子環(huán)布置成傳遞能量和提供扭矩給發(fā)動機轉(zhuǎn)子或發(fā)動機變速器。這種壓電馬達改進了燃氣渦輪發(fā)動機中的發(fā)動機轉(zhuǎn)動馬達的空間集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種用于旋轉(zhuǎn)燃氣渦輪發(fā)動機中的轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

圖1A示出了一種飛機發(fā)動機，其包括風扇100、低壓(LP)壓縮機102、風扇殼體104、發(fā)動機殼體106、高壓(HP)壓縮機108、HP渦輪機110、LP渦輪機112以及連接LP壓縮機102和LP渦輪機112的LP軸114。發(fā)動機在地面停機后，發(fā)動機核心中的殘余熱空氣116上升118并被發(fā)動機殼體106捕獲。隨著熱空氣上升118，HP壓縮機(發(fā)動機的轉(zhuǎn)子)108的轉(zhuǎn)子軸122的上部120變得比轉(zhuǎn)子軸122的下部124熱，并引起發(fā)動機轉(zhuǎn)子軸122的不均勻冷卻和熱變形(即，轉(zhuǎn)子彎曲，轉(zhuǎn)子軸122的上部120變得比下部124長)。在發(fā)動機重新起動時(例如，在燃燒器126中的燃料點火之前)，甚至極小部分的轉(zhuǎn)子軸彎曲也能夠?qū)е翲P壓縮機(發(fā)動機轉(zhuǎn)子)108摩擦發(fā)動機殼體106。摩擦導致振動(表現(xiàn)為飛機機艙中令人不適的噪音)，或者甚至損壞飛機(例如，發(fā)動機損壞、發(fā)動機殼體內(nèi)襯損壞、環(huán)境控制系統(tǒng)使用的空氣預冷卻器損壞或其他配件損壞)。還示出了轉(zhuǎn)子軸122的縱向軸線128、將齒輪箱132連接到轉(zhuǎn)子軸122的變速器130以及在運行期間輸入發(fā)動機內(nèi)的空氣134。圖1B示出了在飛機136上，發(fā)動機138被裝納在引擎機艙140中。引擎機艙140也可以捕獲上升118的熱空氣116，其引起溫度梯度T。

緩解這些問題的一種方法是構(gòu)建具有更寬的冷構(gòu)建間隙(“打開”間隙)的發(fā)動機，使得壓縮機轉(zhuǎn)子軸122能夠彎曲而不會導致葉片在發(fā)動機殼體106上摩擦。然而，更先進的發(fā)動機設(shè)計更傾向于減少發(fā)動機殼體和壓縮機轉(zhuǎn)子之間的“間隙”(更緊密的“冷構(gòu)建間隙”)以減少空氣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較寬的冷構(gòu)建間隙不太理想。事實上，隨著越來越緊密的冷構(gòu)建間隙被實施，由發(fā)動機摩擦引起的問題將變得更加嚴重。

可以想象，發(fā)動機架構(gòu)可以增加轉(zhuǎn)子剛性或軸承布置以減少物理上可能的轉(zhuǎn)子軸彎曲的量。但是，這些架構(gòu)的改變會增加發(fā)動機的重量和制造成本。

其他緩解轉(zhuǎn)子軸彎曲的方法包括：使得軸旋轉(zhuǎn)，(1)以致軸均勻冷卻、返回熱平衡并且變直，和/或(2)以致離心力矯直彎曲。通過如下來實現(xiàn)軸旋轉(zhuǎn)：(1)在起動發(fā)動機之后(但是在以高RPM運轉(zhuǎn)發(fā)動機之前)以相對低的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)驅(qū)動發(fā)動機，和/或(2)在發(fā)動機關(guān)閉時使用發(fā)動機轉(zhuǎn)動馬達(ETM)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子軸。

然而，用于向ETM或發(fā)動機提供電力以便矯直彎曲的傳統(tǒng)方法可能是有問題的。一些小型飛機，例如波音737飛機，飛入無法使用設(shè)施電力為ETM或發(fā)動機供電的遠程機場。此外，飛機上的輔助動力單元(APU)的動力并不總是可用于為發(fā)動機或ETM提供動力，因為有些機場由于排放和噪音問題而限制了APU在登機口處的使用，并且飛機在登機口之間被拖曳時不被提供動力。此外，飛機可能在APU不起作用或ETM供電的情況下運行，或者發(fā)動機可能導致不希望出現(xiàn)的APU磨損(延長的驅(qū)動延長APU暴露于主發(fā)動機啟動(MES)模式，從而減少APU壽命)。最后，由于與發(fā)動機環(huán)境相關(guān)的高故障率和易燃性問題(極熱、極冷和高振動)，使用鋰離子和鎳鎘電池為ETM提供電力是有問題的。

此外，在起飛之前不久旋轉(zhuǎn)軸會引起起飛延遲，特別是如果減小的發(fā)動機間隙需要低速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。這些延遲不僅給乘客造成不便，而且還增加了與等待時間和停機費增加相關(guān)的成本。

需要的是一種更有效的方法來緩解轉(zhuǎn)子軸彎曲，從而簡化地面物流。本公開滿足這種需求。

發(fā)明內(nèi)容

本公開描述了一種飛機發(fā)動機組件，其包括轉(zhuǎn)子軸和用于使用壓電馬達來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸的裝置。