用于可变桨距风扇的桨距范围的制作方法

本主题大体上涉及用于推进装置的风扇，或者更具体地涉及用于推进装置如燃气涡轮发动机的可变桨距风扇。

背景技术：

燃气涡轮发动机大体上包括布置成与彼此流动连通的风扇和芯部。此外，燃气涡轮发动机的芯部大体上包括按串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气流从风扇提供至压缩机区段的入口，在该压缩机区段中，一个或更多个压缩机逐渐压缩空气，直到其到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩的空气混合并且焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送至涡轮区段。穿过涡轮区段的燃料气体流驱动压缩机区段，并且接着发送穿过排气区段，例如至大气。在特定构造中，涡轮区段由沿燃气涡轮发动机的轴向方向延伸的轴机械地联接于压缩机区段。

风扇包括具有大于燃气涡轮发动机的芯部的半径的多个叶片。风扇和多个叶片还可机械地联接于轴，使得它们连同涡轮旋转。在某些构造中，风扇可通过变速箱机械地联接于轴，使得风扇可具有不同于涡轮轴的转速。可提供可旋转毂，其覆盖风扇的至少一部分并且连同风扇旋转。多个叶片的旋转生成用于燃气涡轮发动机的推力，并且将空气流提供至芯部的压缩机区段。此外，多个出口导叶可引导来自叶片的空气流，以例如减小由燃气涡轮发动机生成的噪音并且提高燃气涡轮发动机的性能。类似的风扇还可提供用于其它推进装置。

对于至少一些推进装置，风扇为可变桨距风扇。合乎需要的是通过使各个叶片绕着相应的桨距轴线旋转来使风扇叶片的桨距变化，以进一步提高推进装置的性能。例如，改变叶片桨距的主要原因在于基于飞行器的当前空气速度和发动机的功率水平来针对最佳性能调整叶片的攻角。此外，风扇叶片的桨距可用于使穿过风扇的空气流反向，因此提供反向推力来空气动力地制动着陆的飞行器。

大体上，风扇叶片的桨距在一定数量的桨距位置之间变化，使得风扇叶片横穿一定范围的桨距。可需要某一桨距范围来适应与不同飞行阶段和/或燃气涡轮发动机的最佳性能相关联的各种桨距位置。然而，桨距范围经常由如风扇叶片的硬度(solidity)和风扇的各种构件(如，配重、耳轴机构和桨距改变促动器组件)的构造的设计参数或考虑约束。

因此，具有用以实现带最佳设计参数的较大桨距范围的特征的、用于推进装置的可变桨距风扇将是合乎需要的。具体而言，具有多个风扇叶片(其中风扇叶片的桨距可在增大的桨距范围内变化)并且具有风扇叶片的根部区域中的增大的硬度的可变桨距风扇将是有益的。具有多个风扇叶片(其中风扇叶片的桨距可在增大的桨距范围内变化)并且具有减小的风扇毂半径比和/或减小的风扇压力比的可变桨距风扇也将是有利的。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于推进装置的可变桨距风扇。可变桨距风扇包括联接于盘的多个风扇叶片。多个风扇叶片中的各个风扇叶片从盘沿径向向外延伸，并且各个风扇叶片沿从根部到末端的翼展延伸。根部附近的翼展的一部分限定根部翼展区域，而末端附近的翼展的一部分限定末端翼展区域。此外，各个风扇叶片能够绕着桨距轴线旋转，以改变风扇叶片的桨距，并且桨距轴线沿径向延伸穿过风扇叶片。桨距能够在至少大约80°到大约130°的桨距范围内变化。此外，可变桨距风扇的硬度在根部翼展区域中为至少1.0。

在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种用于推进装置的可变桨距风扇。可变桨距风扇包括联接于盘的多个风扇叶片，以及覆盖盘的可旋转的前毂。多个风扇叶片中的各个风扇叶片从盘沿径向向外延伸，并且各个风扇叶片沿从根部到末端的翼展延伸。根部附近的翼展的一部分限定根部翼展区域，而末端附近的翼展的一部分限定末端翼展区域。可变桨距风扇的硬度在根部翼展区域中为至少1.0，可变桨距风扇的风扇压力比小于大约1.5，并且可变桨距风扇的风扇毂半径比小于大约0.40。此外，各个风扇叶片能够绕着桨距轴线旋转，以使风扇叶片的桨距变化，并且桨距轴线沿径向延伸穿过风扇叶片。桨距在桨距范围内变化，并且桨距范围为至少大约80°到大约130°。

技术方案1.一种用于推进装置的可变桨距风扇，所述可变桨距风扇包括：

联接于盘的多个风扇叶片，所述多个风扇叶片中的各个风扇叶片从所述盘沿径向向外延伸，各个风扇叶片沿从根部到末端的翼展延伸，所述根部附近的所述翼展的一部分限定根部翼展区域，所述末端附近的所述翼展的一部分限定末端翼展区域，

其中各个风扇叶片能够绕着桨距轴线旋转，以使所述风扇叶片的桨距变化，所述桨距轴线沿径向延伸穿过所述风扇叶片，所述桨距能够在桨距范围内变化，所述桨距范围为至少大约80°到大约130°，并且

其中所述可变桨距风扇的硬度在所述根部翼展区域中为至少1.0。

技术方案2.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述可变桨距风扇还包括覆盖所述盘的可旋转的前毂，其中所述可变桨距风扇的风扇毂半径比小于大约0.40。

技术方案3.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述多个风扇叶片包括至少十个风扇叶片。

技术方案4.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述可变桨距风扇的风扇压力比小于大约1.5。

技术方案5.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述可变桨距风扇的所述硬度在所述末端翼展区域中小于1.0。

技术方案6.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述桨距范围对应于顺桨位置与逆桨位置之间的桨距变化。

技术方案7.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述桨距范围对应于平桨距位置与逆桨位置之间的桨距变化。

技术方案8.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述桨距范围为大约120°。

技术方案9.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述可变桨距风扇还包括用于使所述多个风扇叶片的所述桨距变化的桨距改变促动组件，所述促动组件包括：

调度环，其能够关于所述盘旋转并且具有多个槽口，以及

多个连杆臂，各个连杆臂操作性地联接于所述多个风扇叶片中的一个和所述多个槽口中的一个；

其中所述多个风扇叶片中的各个根据由其操作性地联接的所述槽口限定的叶片桨距计划来旋转，并且其中所述多个槽口中的至少两个限定不同的叶片桨距计划。

技术方案10.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述可变桨距风扇还包括用于将所述多个风扇叶片中的各个联接于所述盘的多个耳轴机构，各个耳轴机构包含具有包括非铁材料的一个或更多个构件的轴承。

技术方案11.根据技术方案1所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述推进装置为燃气涡轮发动机。

技术方案12.一种用于推进装置的可变桨距风扇，所述可变桨距风扇包括：

联接于盘的多个风扇叶片，所述多个风扇叶片中的各个风扇叶片从所述盘沿径向向外延伸，各个风扇叶片沿从根部到末端的翼展延伸，所述根部附近的所述翼展的一部分限定根部翼展区域，所述末端附近的所述翼展的一部分限定末端翼展区域；以及

覆盖所述盘的可旋转的前毂，

其中所述可变桨距风扇的硬度在所述根部翼展区域中为至少1.0，

其中所述可变桨距风扇的风扇压力比小于大约1.5，

其中所述可变桨距风扇的风扇毂半径比小于大约0.40，并且

其中各个风扇叶片能够绕着桨距轴线旋转，以使所述风扇叶片的桨距变化，所述桨距轴线沿径向延伸穿过所述风扇叶片，所述桨距能够在桨距范围内变化，所述桨距范围为至少大约80°到大约130°。

技术方案13.根据技术方案12所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述多个风扇叶片包括至少十个风扇叶片。

技术方案14.根据技术方案13所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述硬度在所述末端翼展区域中小于1.0。

技术方案15.根据技术方案14所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述推进装置为燃气涡轮发动机。

技术方案16.根据技术方案14所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述可变桨距风扇还包括用于使所述多个风扇叶片的所述桨距变化的桨距改变促动组件，所述促动组件包括：

调度环，其能够关于所述盘旋转并且具有多个槽口，以及

多个连杆臂，各个连杆臂操作性地联接于所述多个风扇叶片中的一个和所述多个槽口中的一个；

其中所述多个风扇叶片中的各个根据由其操作性地联接的所述槽口限定的叶片桨距计划来旋转，并且其中所述多个槽口中的至少两个限定不同的叶片桨距计划。

技术方案17.根据技术方案14所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述可变桨距风扇还包括用于将所述多个风扇叶片中的各个联接于所述盘的多个耳轴机构，各个耳轴机构包含具有包括非铁材料的一个或更多个构件的轴承。

技术方案18.根据技术方案14所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述桨距范围为大约120°。

技术方案19.根据技术方案14所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述桨距范围对应于顺桨位置与逆桨位置之间的桨距变化。

技术方案20.根据技术方案14所述的可变桨距风扇，其特征在于，所述桨距范围对应于平桨距位置与逆桨位置之间的桨距变化。

本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：

图1为根据本主题的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图；

图2为根据本主题的示例性实施例的图1的示例性燃气涡轮发动机的可变桨距风扇的透视图。

图3为图2的示例性可变桨距风扇的促动组件的示意性侧视图，其中风扇叶片处于顺桨位置。

图4为图2的示例性可变桨距风扇的促动组件的示意性侧视图，其中风扇叶片处于平桨距位置。

图5为根据本公开的实施例的示出调度环旋转时的用于两个相邻风扇叶片的调度槽口的桨距调度环的图解视图。

图6为根据本公开的实施例的示出调度环旋转时的用于两个相邻风扇叶片的调度槽口的桨距调度环的图解视图。

图7为图2的示例性可变桨距风扇的盘和相关联的耳轴机构的透视图。

图8为图7的盘节段和耳轴机构的局部截面视图。

本说明书和附图中的附图标记的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。

部件列表

10涡扇喷气发动机

12纵向或轴向中心线

14风扇区段

16芯部涡轮发动机

18外壳

20入口

22低压压缩机

24高压压缩机

26燃烧区段

28高压涡轮

30低压涡轮

32喷气排气区段

34高压轴/转轴

36低压轴/转轴

38风扇

40叶片

41桨距校正装置

42盘

43盘节段

44前缘

46末端

48促动组件

50动力变速箱

52可旋转毂

54风扇壳或机舱

56出口导叶

58下游区段

60旁通空气流通路

62空气

64入口

66空气的第一部分

68空气的第二部分

70燃烧气体

72定子导叶

74涡轮转子叶片

76定子导叶

78涡轮转子叶片

80喷气喷嘴排气

82风扇喷嘴排气区段

84热气体路径

100吸入侧

102叶片根部

104叶片末端

106前缘

108后缘

110叶片重叠区域

120调度环

122连杆臂

124电动机

126连杆臂的第一端部

128连杆臂的第二端部

130槽口

132滑动部件

134第一组风扇叶片

136第二组风扇叶片

140调度环的侧向移动

142直线调度槽口

144非直线调度槽口

146直线部分(调度槽口)

148弯曲部分(调度槽口)

150耳轴机构

152第一线接触轴承

154内圈

156外圈

158滚子

160第二线接触轴承

162内圈

164外圈

166滚子

168中心线轴线

170中心线轴线

p桨距轴线

r径向方向

a轴向方向

c翼弦

b周向桨距

s翼展

sr根部翼展区域

st末端翼展区域。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的本实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标号用于表示本发明的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，而"下游"是指流体流至的方向。此外，应当认识到的是，如本文中使用的用语"流体"包括流动的任何材料或介质，其包括但不限于气体和空气。

现在参照附图，其中同样的标记遍及附图指示相同的元件，图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为本文中称为"涡扇发动机10"的高旁通涡扇喷气发动机10。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向a(平行于为了参照提供的纵向中心线12延伸)和径向方向r。大体上，涡扇10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的芯部涡轮发动机16。

绘出的示例性芯部涡轮发动机16大体上包括大致管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18包围成串流关系的包括增压器或低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(hp)涡轮28和低压(lp)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(hp)轴或转轴34将hp涡轮28传动地连接于hp压缩机24。低压(lp)轴或转轴36将lp涡轮30传动地连接于lp压缩机22。

此外，对于所绘实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接于盘42的多个风扇叶片40。如所绘，风扇叶片40从盘42大体上沿径向方向r向外延伸。多个风扇叶片40中的各个限定前缘44或上游边缘和末端46。末端46限定在各个相应风扇叶片40的径向外缘处。如下文所论述，风扇叶片40操作性地联接于适合的桨距改变促动组件48，适合的桨距改变促动组件48构造成通过使各个风扇叶片40关于盘42绕着桨距轴线p旋转来改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和促动组件48能够由横跨动力变速箱50的lp轴36绕着纵轴线12一起旋转。动力变速箱50包括多个齿轮，用于使lp轴36的转速逐步降低至更有效的旋转风扇速度。

此外，风扇叶片40横跨促动组件48操作性地联接于桨距校正装置41(例如，配重装置或适合的桨距锁定装置)，使得桨距校正装置41可以说远离(即，未直接地联接于)风扇叶片40。桨距校正装置41适合地构造成在促动组件48不再能够操作用于控制风扇叶片40的桨距的情况下，将风扇叶片40的桨距驱动至预定桨距角。例如，在示例性实施例中，桨距校正装置41为配重装置，其构造成在促动组件48不再能够操作用于控制风扇叶片40的桨距的情况下，使风扇叶片40变桨，使得风扇38继续吸收由涡轮28,30生成的功率，而非使涡轮28,30卸载。此外，如所示，各个风扇叶片40并未设有附接于其的其自身的专用桨距校正装置41，而是改为远程桨距校正装置41通过促动组件48操作性地联接于风扇叶片40。因此，桨距校正装置41定位成远离风扇叶片40和盘42，以便不挤满盘42附近的可用空间，并且因此实现较小直径的盘42。较小直径的盘42可有助于减小下文所述的风扇毂半径比，以及允许较高的风扇叶片数。应当理解的是，桨距校正装置41可例如通过使得桨距校正装置41能够不直接地联接于风扇叶片40使得装置为用于风扇叶片的远程桨距校正装置，而具有便于提供用于可变桨距风扇的较小直径的盘的任何适合的构造。此外，在适当的实施例中，桨距校正装置41可省略，例如，可不提供配重和桨距锁定装置。

如图1中进一步所绘，可变桨距风扇38的盘42由可旋转的前毂52覆盖，可旋转的前毂52空气动力地定轮廓成促进穿过多个风扇叶片40的空气流。发动机10的性能可由沿径向方向r的可旋转毂52的总体尺寸影响。如本文中使用的，先前提到的风扇毂半径比为半径r1对半径r2之比。半径r1为在叶片40的前缘44处从纵向中心线12沿径向方向r的可旋转毂52的半径。半径r2为也在叶片40的前缘44处从叶片末端46到纵向中心线12的叶片40的半径。对于给定的r2，减小r1增大风扇前流动区域，这减小用于给定推力的风扇压力比，由此改进风扇空气动力效率。作为备选，对于给定的风扇前流动区域和相关联的风扇空气动力效率，减小r1降低了r2，由此减小风扇的尺寸和重量。因此，减小风扇毂半径比可改进发动机的性能或尺寸和重量。此外，减小r1减小了由在可旋转毂52之上到芯部16中的空气流经历的弯曲，由此减小损失惩罚。

由于可旋转毂52收纳盘42，故可旋转毂52的尺寸(沿径向方向r)由盘42的尺寸(沿径向方向r)部分地指示。此外，盘42的尺寸由构件必须能够耐受的力的量部分地指示。由于风扇38在涡扇发动机10的操作期间绕着纵向中心线12旋转的转速，故构件上的离心力可极大。离心力与构件的质量/重量和叶片40的长度直接地相关。因此，合乎需要的是减小盘42的重量以便于减小盘42的尺寸、可旋转毂52的半径r1和风扇毂半径比。

如将在下面更详细所述，本公开的某些实施例允许通过减轻风扇38的某些构件(例如，下文论述的某些轴承)的重量的风扇毂半径比的此类减小，这生成较小的离心力，并且由此容许需要耐受提高的离心力的较小且更紧凑的构件。更具体而言，在所绘的示例性实施例中，用于涡扇发动机10的风扇毂半径比减小至小于或等于大约0.40。然而，在其它示例性实施例中，风扇毂半径比可改为小于或等于大约0.35，小于或等于大约0.30，或者作为备选，风扇38可具有任何其它适合的风扇毂半径比。应当认识到的是，如本文中使用的，近似用语如"大约"是指在百分之十(10%)的误差裕度内。

仍参照图1的示例性涡扇发动机10，示例性风扇区段14附加地包括环形风扇壳或外机舱54，其沿周向包绕风扇38和/或芯部涡轮发动机16的至少一部分。将认识到的是，机舱54可构造成由多个沿周向间隔的出口导叶56关于芯部涡轮发动机16支承。此外，机舱54的下游区段58可在芯部涡轮发动机16的外部分之上延伸，以便限定其间的旁通空气流通路60。

在涡扇发动机10的操作期间，一定量的空气62通过机舱54和/或风扇区段14的相关联的入口64进入涡扇10。在一定量的空气62横跨风扇叶片40经过时，如由箭头66指示的空气的第一部分引导或发送到旁通空气流通路60中，而如由箭头68指示的空气的第二部分引导或发送到lp压缩机22中。空气的第一部分66与空气的第二部分68之间的比率通常称为旁通比。空气的第二部分68的压力接着在其发送穿过高压(hp)压缩机24并且到燃烧区段26中时增大，在燃烧区段26中其与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体70。

燃烧气体70发送穿过hp涡轮28，其中来自燃烧气体70的热能和/或动能的一部分经由联接于外壳18的hp涡轮定子导叶72和联接于hp轴或转轴34的hp涡轮转子叶片74的连续级抽取，因此引起hp轴或转轴34旋转，由此支持hp压缩机24的操作。燃烧气体70接着发送穿过lp涡轮30，其中热能和动能的第二部分从燃烧气体70经由联接于外壳18的lp涡轮定子导叶76和联接于lp轴或转轴36的lp涡轮转子叶片78的连续级抽取，因此引起lp轴或转轴36旋转，由此支持lp压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

燃烧气体70随后发送穿过芯部涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进推力。同时，空气的第一部分66在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段82排出之前发送穿过旁通空气流通路60，也提供了推进推力。hp涡轮28、lp涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径84，用于将燃烧气体70发送穿过芯部涡轮发动机16。

具有沿周向包绕可变桨距风扇38的外机舱54的图1中所绘的涡扇发动机10的构造大体上可描述为涵道构造。尽管本文中关于涡扇发动机10描述，但应当理解的是，本公开同样适用于涡扇发动机的可变桨距风扇的无涵道构造。此外，在又一些示例性实施例中，本公开的方面可并入到其它推进装置，如，涵道或无涵道的电动风扇发动机中。

现在参照图2，将更详细描述风扇38。图2提供了图1的示例性涡扇发动机10的风扇38的从前面向后的立面视图。对于所绘示例性实施例，风扇38包括十二(12)个风扇叶片40。从加载观点看，此类叶片数使得各个风扇叶片40的翼展能够减小，使得风扇38的总直径也能够减小(例如，在示例性实施例中，至大约十二英尺)。就是说，在其它实施例中，风扇38可具有任何适合的叶片数和任何适合的直径。例如，在一个适合的实施例中，风扇38可具有至少十(10)个风扇叶片40。在另一个适合的实施例中，风扇38可具有至少十一(11)个风扇叶片40。在又一个适合的实施例中，风扇38可具有至少十二(12)个风扇叶片40。在再一些适合的实施例中，风扇38可具有至少十五(15)或至少十八(18)个风扇叶片40。

作为优选，风扇38具有大约1.5或更小的风扇压力比。风扇压力比为风扇出口或排放压力与风扇入口压力之比。低于大约1.5的风扇压力比允许改进的机械和推进效率。在示例性实施例中，风扇压力比可为大约1.4；在另一个适合的实施例中，风扇压力比可为大约1.2。然而，风扇压力比还可具有低于或小于大约1.5的其它值。

各个风扇叶片40可具有适合的空气动力轮廓，其包括大体上凹形的压力侧和沿周向相对的大体上凸形的吸入侧100。各个风扇叶片40沿翼展s从可旋转地联接于盘42的内根部102沿径向延伸至设置成紧邻风扇壳或机舱54用于提供其间的相对小的末端空隙或间隙的径向外远侧末端104。即，根部102为风扇叶片40的径向最内部分，而末端104为风扇叶片40的径向最外部分。此外，各个风扇叶片40能够关于盘42绕着桨距轴线p旋转；各个桨距轴线p大体上沿径向延伸穿过其相应的风扇叶片40。

可变桨距风扇如风扇38在向前飞行和反向期间横穿一定范围的桨距或角位置，例如，风扇叶片40关于桨距轴线p旋转以使风扇叶片的桨距在对应于各种桨距位置的角范围内变化。例如，风扇叶片40可在向前飞行的巡航阶段期间具有关于桨距轴线p的桨距位置，并且在起飞阶段期间具有关于桨距轴线p的不同桨距位置。此外，风扇叶片40的这些桨距位置或桨距角可不同于反推阶段期间的桨距位置。

典型地，在用于向前飞行和反推的不同阶段的桨距位置之间，风扇叶片40的角移动的程度为至少大约80°，以及优选大约120°或大约130°。即，至少大约80°，优选大约120°或大约130°的桨距范围使两个极端桨距位置分开，其中其它桨距位置在这两者之间。因此，风扇叶片40必须能够横穿大约80°到大约130°之间的桨距范围。

作为实例，由桨距范围分开的两个桨距位置为粗/顺桨位置和反桨位置，即，在用于粗/顺桨阶段的风扇叶片40的桨距与用于反推阶段的风扇叶片40的桨距之间。在一些实施例中，桨距范围可为大约80°；即，在向前飞行和反推的阶段期间，风扇叶片40在从一个极端桨距位置到另一个的过渡中横穿大约80°。在备选实施例中，桨距范围可为大约120°；即，在向前飞行和反推的阶段期间，风扇叶片40在从一个极端桨距位置到另一个的过渡中横穿大约120°。在又一些适合的实施例中，桨距范围可为大约90°、大约100°、大约110°或大约130°。因此，在本公开的适合实施例中，风扇叶片40的桨距能够在桨距范围内变化，其中桨距范围在大约80°到大约130°之间，但也可使用其它桨距范围(例如，小于大约80°或大于大约130°)。

尽管大体上需要至少大约80°以及优选大约120°或130°的桨距范围来适应可变桨距风扇38的风扇叶片40的各种桨距角，但其它设计特征或考虑可干涉或约束叶片40的桨距范围。例如，下文进一步描述的风扇38的期望硬度可指示较低或较小的桨距范围。即，为了实现期望的硬度值，风扇叶片40的桨距的变化可限制成使得桨距范围小于大约80°。作为其它实例，配重、耳轴机构和/或桨距改变促动器组件的构造，以及风扇区段14的其它构件可约束风扇叶片40能够横穿的桨距或角位置的范围。因此，风扇38可使用本文中所述的一个或更多个特征，如例如，促动器组件48和/或耳轴机构150，以实现至少大约80°，优选大约120°或130°的桨距范围。

如图2中所示，各个风扇叶片40限定弦长c，其在相对的前缘106与后缘108之间延伸。弦长c可在风扇叶片40的翼展s内改变。在一些实施例中，弦长c可在翼展s的根部区域中更长或更大，以实现风扇38的根部区域中的较高升力。较高升力可对增大根部区域中的风扇压力比而言是期望的，并且由此保持芯部处的增压，但风扇38的整个风扇压力比可保持低于大约1.5，如上文所述。

仍参照图2，根部102附近的翼展s的一部分可限定根部翼展区域sr，而末端104附近的翼展s的一部分可限定末端翼展区域st。根部102可指定为零翼展位置，即，翼展s在根部102处开始，使得根部102在零翼展或翼展s的百分之零处。末端104可指定为全翼展位置，即，翼展s在末端104处结束，使得末端104在全翼展或翼展s的百分之百(100%)处。在根部102与末端104之间的沿风扇叶片40的位置可指定为翼展s的分数或百分比，例如，风扇叶片40的中点在半翼展或翼展s的百分之五十(50%)处。因此，根部翼展区域sr可对应于零翼展与根部102附近的翼展s的分数或百分比之间的翼展s的部分，而末端翼展区域st可对应于末端104附近的翼展s的分数或百分比与全翼展之间的翼展s的部分。作为一个实例，根部翼展区域sr可从零翼展处的根部102延伸至翼展s的大约百分之十(10%)，或者作为另一个实例，根部翼展区域sr可从零翼展处的根部102延伸至翼展s的大约百分之二十(20%)。类似地，在一些实施例中，末端翼展区域st可从翼展s的大约百分之九十(90%)延伸至全翼展或翼展s的百分之百(100%)处的末端104，或者在其它实施例中，末端翼展区域st可从翼展s的大约百分之八十(80%)延伸至全翼展或翼展s的百分之百(100%)处的末端104。当然，根部翼展区域sr和末端翼展区域st还可分别对应于根部102和末端104附近的翼展s的其它部分。

如所叙述，风扇38具有对应的硬度，其为常规参数，等于翼展位置处的叶片弦长c除以对应翼展位置处的周向间距b或叶片到叶片的间距的比。周向间距b等于特定径向翼展处的围绕风扇的周向距离除以叶片排中的风扇叶片的总数。因此，硬度与叶片的数量和弦长成正比，并且与离纵轴线12的径向距离成反比。为了优化可变桨距风扇38的性能，风扇38的硬度优选在根部翼展区域sr中为至少1.0。即，风扇38的硬度在风扇叶片根部102附近为至少1.0，例如，沿叶片翼展s的百分之十到百分之二十(10%-20%)，或在根部翼展区域sr的各个翼展位置处。

典型的高硬度涡扇具有相邻的风扇叶片40，其由于翼型件的高硬度和叶片翼弦关于轴向方向的高角，或交错而大致沿周向彼此重叠。例如，如图2中所示，风扇叶片40具有高硬度，并且相邻的叶片将在穿过平桨距位置时接触彼此。由于风扇叶片40的硬度，故可看到的是，风扇叶片40将至少在区域110中重叠，如果它们同时穿过平桨距。然而，给定图2中所示的构造，如果风扇叶片40一致地旋转穿过平桨距，则不可接受的叶片接触将发生。因此，风扇38的硬度可沿风扇叶片40的翼展s变化，以实现风扇叶片40的桨距在期望的桨距范围(例如，大约80°、大约120°的桨距范围，或另一期望的桨距范围)内的变化。例如，风扇38的硬度可在末端翼展区域st中小于1.0，以允许风扇叶片40穿过彼此来反推。在此类实施例(其中根部翼展区域sr中的硬度为至少1.0，而末端翼展区域st中的硬度小于1.0)中，风扇叶片40的末端104可完全反转，但根部102不可。

作为备选或此外，风扇38可构造用于异步叶片变桨，如下文关于图3至6所述。此类系统(即，异步叶片变桨)可确保风扇叶片40不同时穿过平桨距，并且提供对风扇38的操作的其它性能相关的改进，如下文所论述。

现在参照图3和4，绘出了根据本公开的示例性实施例的叶片桨距改变促动组件48。如上文提到的，各个风扇叶片40能够绕着桨距轴线p关于盘42旋转。风扇叶片40、盘42和促动组件48能够由横跨动力变速箱50的lp轴36绕着纵轴线12一起旋转。

桨距改变促动组件48大体上包括调度环120、多个连杆臂122，以及电动机124。各个风扇叶片40可通过对应的连杆臂122的第一端部126可旋转地联接于盘42，使得第一端部126和对应的风扇叶片40可关于盘42绕着桨距轴线p旋转。在这点上，风扇叶片40可固定地连接于对应的连杆臂122的第一端部126，使得连杆臂122的旋转引起风扇叶片40关于盘42旋转。

连杆臂122的第二端部128可以可滑动地连接于限定在调度环120中的多个槽口130中的一个。例如，第二端部128可以可旋转地连接于滑动部件132。滑动部件132可以可滑动地收纳在调度环120的槽口130中。调度环120能够绕着纵向中心线12关于盘42旋转，并且与电动机124操作性地联接，电动机124关于盘42固定。

调度环120上的多个槽口130中的各个限定叶片桨距计划。在这点上，对于调度环120的给定旋转角，叶片桨距计划确定风扇叶片40的实际桨距角。在操作中，电动机124使调度环120关于盘42旋转。在调度环120旋转时，滑动部件132沿槽口130移动，并且连杆臂122的角位置改变。在各个连杆臂122旋转时，对应的风扇叶片40也旋转，因此使各个风扇叶片40绕着其桨距轴线p旋转。在备选实施例中，一个或更多个液压促动器或任何其它适合的装置或机构可代替电动机124或除电动机124之外用于使调度环120旋转。

因此，通过使调度环120关于盘42旋转，多个风扇叶片40中的各个根据由其通过连杆臂122联接的槽口130限定的叶片计划绕着其相应的桨距轴线p旋转。通过限定不同的叶片桨距计划，风扇叶片40的旋转可独立于彼此被控制。因此，例如，如果交替的风扇叶片40根据不同的叶片桨距调度旋转，则可避免穿过例如平桨距的冲突。此外，桨距计划可调整成改进风扇叶片40的性能。

叶片桨距计划可取决于例如飞行器是否在粗/顺桨阶段、正常飞行阶段、平桨距过渡阶段、反推构造或其它飞行阶段中。例如，当风扇叶片40具有大于8°的桨距时，可变桨距风扇38可构造用于正常飞行阶段。此外，当风扇叶片40在8°的平桨距内(即，-8°到8°之间)时，可变桨距风扇38可在平桨距过渡阶段中操作。风扇叶片40可在成-8°或更小的角时处于反推阶段。本领域技术人员将认识到，这些范围仅用于说明目的，并且阶段和叶片计划可以以多种其它方式限定以改进可变桨距风扇38和发动机10的性能。此外，如先前所述，总体桨距范围，即，针对所有飞行阶段的桨距变化范围可在一些实施例中为大约80°，在其它实施例中为大约120°，并且在又一些实施例中为大约130°，但桨距范围也可具有其它值。

在示例性实施例中，多个风扇叶片40根据不同桨距计划旋转，以在风扇叶片40旋转穿过平桨距时避免冲突。更具体而言，如图2中所示，第一组风扇叶片134可根据第一叶片桨距计划旋转，而交替的第二组风扇叶片136可根据第二叶片桨距计划旋转。第一叶片桨距计划和第二叶片桨距计划可对于可对应于正常飞行操作的第一旋转阶段而言为相同的，但桨距计划可在风扇叶片40进入平桨距时偏离彼此。例如，一旦多个风扇叶片40的桨距达到在8°的平桨距内，则第一组风扇叶片134的转速可增大，同时第二组风扇叶片136的转速可减小。以该方式，第一组叶片134可在第二组叶片136前顺序地穿过平桨距，因此避免了穿过平桨距的接触。在所有风扇叶片40穿过平桨距并且开始生成反推之后，第一叶片桨距计划和第二叶片桨距计划可再次与彼此同步，以使所有风扇叶片40一致地旋转。然而，作为备选，叶片计划可保持偏移，以确保实现反推，而不使行进至发动机10的芯部16的空气节流，或实现其它性能改进。

本领域技术人员将认识到，上文论述的叶片桨距计划仅为示例性的，并且任何其它叶片桨距计划或多个计划可按性能需要使用。例如，可使用多于两个的叶片桨距计划。实际上，每个风扇叶片40可根据其自身的桨距计划旋转。所有此类变型构想为在本公开的范围内。

现在参照图5和6，示出了滑动部件132的位移的示意图。该图绘出了根据由调度环120中的调度槽口130限定的叶片计划旋转的两个相邻风扇叶片40。在所示实施例中，各个风扇叶片40绕着其相应的桨距轴线p定心，其中其可旋转地联接于盘42。各个连杆臂122由虚线122示意性地表示，并且绕着其相应的桨距轴线p旋转固定径向距离。滑动部件132可旋转地连接于连杆臂122，并且可滑动地联接于调度槽口130。

如图中所示，在调度环120关于盘42旋转时，调度槽口130大体上沿由箭头140指示的方向平移。对于调度环120的各个角位置，各个风扇叶片40的角位置可根据其相应的调度槽口130的形状改变。例如，具体参照图6，一些调度槽口130可为完全直线的(例如，直线调度槽口142)。相比之下，一些调度槽口130可为非直线的(例如，非直线调度槽口144)，例如，通过具有一个或更多个直线部分146和一个或更多个弯曲部分148。在其它实施例中，调度槽口130可为弯曲的、蛇线的或任何其它适合的形状。

值得注意地，当调度环120在恒定速度下旋转时，连接于整个直线调度槽口142的连杆臂122将具有绕着桨距轴线p的恒定转速功能。相比之下，连接于非直线槽口的连杆臂122的转速将根据其相应的调度槽口130的形状变化。以该方式，通过使各个调度槽口130交替地成形，交替的风扇叶片40可在不同时间旋转到平桨距中，使得风扇叶片40接触将不通过平桨距发生。此外，相邻的调度槽口130可遍及风扇叶片40的桨距范围具有相似轮廓，使得风扇叶片40遍及除它们进入平桨距的点之外的它们的范围一致地旋转。

本领域技术人员将认识到，用于促动风扇叶片的旋转的以上描述的机构仅为用于实现异步风扇叶片变桨的一个示例性机构。其它机构将对技术人员而言基于本公开为明显的。任何此类变型和改型构想为在本公开的范围内。此外，在一些实施例中，风扇叶片40的期望的桨距范围可在不需要异步风扇叶片变桨的情况下实现。例如，如本文中更详细所述，用于将风扇叶片40附接于盘42的机构可构造成使得至少大约80°，以及更具体是至少大约120°或130°的桨距范围是可能的。在此类实施例中，其它适合的桨距改变促动组件或机构可用于使风扇叶片40的桨距变化。

以上描述的实施例便于实现用于可变桨距风扇38的推力反向，其中风扇叶片40的硬度大于不需要重推力反向机构的风扇叶片的硬度。具体而言，提出的风扇叶片40的桨距改变机构实现2相异步风扇叶片40变桨，使得至少沿周向相邻的风扇叶片40按不同计划旋转穿过平桨距，并且/或者反向，这允许风扇叶片40经过彼此而没有接触。例如，桨距改变机构或促动器组件可通过反向来使十二个风扇叶片40中的六个按不同计划旋转，因此允许实现反推，而在风扇叶片40穿过平桨距时没有风扇叶片40之间的接触。所有风扇叶片40可遍及除反向状态外的整个飞行包络线按相同计划旋转。异步风扇叶片40变桨的益处包括发动机效率和比燃料消耗的改进。相比于在前设计，安装还简化，风扇可操作性改进，并且失速裕度提高。其它优点将对本领域技术人员而言为显而易见的。

现在参照图7和8，示出了实现至少大约80°以及优选大约120°或130°的桨距范围的附接机构。如图7中所示，盘42包括多个盘节段43，其刚性地联接在一起，或者以大体上环形形状(例如，多边形形状)集成地模制在一起。一个风扇叶片40以耳轴机构150联接于各个盘节段43，耳轴机构150便于在盘42旋转期间将其相关联的风扇叶片40固持在盘42上(即，耳轴机构150便于向盘42提供负载路径，用于在绕着纵向中心线轴线12的旋转期间由风扇叶片40生成的离心负载)，同时仍使其相关联的风扇叶片40能够关于盘42绕着桨距轴线p旋转。值得注意地，各个耳轴机构150的尺寸和构造直接地影响盘42的直径。在一方面，较大的耳轴机构150趋于占据盘42的较大周向节段，并且因此，趋于导致盘42的较大直径。在另一方面，较小的耳轴机构150趋于占据盘42的较小周向节段，并且因此趋于导致盘42的较小直径。

现在参照图8，绘出了根据本公开的示例性实施例的独立盘节段43和耳轴机构150的局部截面。在所示实施例中，各个耳轴机构150延伸穿过其相关联的盘节段43，并且包括第一线接触轴承152，其具有例如内圈154、外圈156和多个滚子158；以及第二线接触轴承160，其具有例如内圈162、外圈164和多个滚子166。为了用作轴承152,160，构想出了至少以下类型的线接触类型的滚动元件轴承：圆柱滚子轴承；圆柱滚子止推轴承；锥形滚子轴承；球形滚子轴承；球形滚子止推轴承；滚针轴承；以及锥形滚针轴承。然而，应当认识到的是，在其它示例性实施例中，此外或作为备选，耳轴机构150可包括任何其它适合类型的轴承。例如，在其它示例性实施例中，耳轴机构150可包括滚珠轴承或任何其它适合的轴承。

在所绘示例性实施例中，第一线接触轴承152以不同于第二线接触轴承160的角(如从滚子158的中心线轴线168关于桨距轴线p和从滚子166的中心线轴线170关于桨距轴线p测得的)定向。更具体而言，线接触轴承152,160以面对面(或双重)布置预加载抵靠彼此，其中中心线轴线168,170定向成大致垂直于彼此。然而，应当认识到的是，在其它示例性实施例中，线接触轴承152,160可改为串联布置，以便定向成大致平行于彼此。

值得注意地，轴承152,160离桨距轴线p越远，则可包括的滚子158,166的数量就越多(由于较大量的空间)。在增加数量的滚子158,166的情况下，轴承152,160上的离心负载可分布在更多滚子158,166之中，减小了由各个独立滚子158,166承载的此类负载的量。然而，为了便于使耳轴机构150更紧凑，可合乎需要的是将其相关联的轴承152,160定位成更接近桨距轴线p，由此使得更多耳轴机构150能够组装在盘42上，并且因此，使得更多风扇叶片40能够针对任何给定直径的盘42联接于盘42。对于所绘的实施例，由各个独立的滚子158,166承载的、由于轴承152,160放置成更接近桨距轴线p(以及因此，减少数量的滚子158,166)而产生的增大离心负载通过向耳轴机构150提供线接触轴承152,160来适应，这与成角的点接触滚珠轴承相反。因此，耳轴机构150能够制造得更紧凑，因为线接触轴承152,160能够更好地耐受较大的离心负载，而没有破裂或塑性变形。更具体而言，线接触轴承152,160具有较大的接触表面，并且因此，可耐受比例如点接触滚珠轴承更大的离心负载。因此，线接触轴承152,160可比点接触滚珠轴承与桨距轴线p间隔更近。

此外，对于所绘示例性实施例，由耳轴机构150自身生成的离心力的量(以及因此，必须由耳轴机构150适应的离心力的量)通过形成非铁材料的第一线接触轴承152和/或第二线接触轴承160的一个或更多个构件来减小。此类构造可总体上减轻相应轴承152,160和耳轴机构150的重量/质量。

例如，在本公开的某些示例性实施例中，第一线接触轴承152和第二线接触轴承160中的一个或两者可包含包括陶瓷材料或镍钛合金材料的一个或更多个构件。更具体而言，关于第一线接触轴承152，滚子158、内圈154或外圈156中的一个或更多个可包括非铁材料，如，陶瓷材料或镍钛合金材料。此外，关于第二线接触轴承160，滚子166、内圈162或外圈164中的一个或更多个也可包括非铁材料，如，陶瓷材料或镍钛合金材料。如本文中使用的，"陶瓷材料"是指适合于用于轴承中的任何类型的陶瓷材料，包括但不限于氮化硅(si3n4)、氧化锆(zro2)、氧化铝(al2o3)和碳化硅(sic)。此外，如本文中使用的，"镍钛合金材料"是指适合于用于轴承中的镍和钛的任何金属合金(有时称为镍钛诺)。

通过形成非铁材料(如，陶瓷材料或镍钛合金材料)的第一线接触轴承152和/或第二线接触轴承160的构件中的一个或更多个，耳轴机构150可限定减轻的总体重量。因此，在风扇38绕着纵向中心线12旋转期间由耳轴机构150自身生成的耳轴机构150上的离心力(即，"死负载")可减小(因为此类耳轴机构150不必在操作期间支承附加重量)。例如，在某些示例性实施例中，形成非铁材料的第一线接触轴承152和/或第二线接触轴承160的构件中的一个或更多个可将风扇38旋转期间的耳轴机构150上的死负载减小多达百分之十(10%)或百分之十五(15%)。因此，耳轴机构150的总体尺寸可甚至进一步减小。更具体而言，此类构造可允许轴承152,160定位成甚至更接近桨距轴线p(因为需要较少滚子)，进一步减小耳轴机构150的尺寸。因此，例如，此类轴承更好地能够耐受与较高叶片数量相关联的增大的离心负载，并且/或者能够减小尺寸来适应毂与风扇半径比的减小。

此外或作为备选，在某些示例性实施例中，第一线接触轴承152和/或第二线接触轴承160的构件中的一个或更多个，如，第一线接触轴承152和第二线接触轴承160的滚子158,166、内圈154,162或外圈156,164中的一个或更多个分别可包括具有相对低的杨氏模量(如，小于或等于大约25mpsi的杨氏模量)的材料。例如，在某些示例性实施例中，第一线接触轴承152和/或第二线接触轴承160的以上构件中的一个或更多个可包括具有小于或等于大约20mpsi、小于或等于大约17mpsi、小于或等于大约15mpsi或小于或等于大约14mpsi的杨氏模量的材料。此类示例性实施例可允许相应的构件耐受增大量的力，如，增大量的离心力，因为此类构件可在风扇38的旋转期间弹性地变形。例如，当构件经历弹性变形时，增大的接触表面区域可限定在构件与相邻构件之间。例如，在其中第一线接触轴承152的滚子158包括具有相对低的杨氏模量的材料的某些实施例中，滚子158可在操作期间至少部分地弹性变形，使得增大的接触表面区域限定在例如滚子158与内圈154和/或外圈156之间，允许构件之间的力的较大分布。

然而，相比之下，在其它示例性实施例中，第一线接触轴承152和/或第二线接触轴承160的构件中的一个或更多个可改为包括具有相对高的杨氏模量(如，大于或等于大约35mpsi、大于或等于大约40mpsi，或大于或等于大约45mpsi的杨氏模量)的材料。此类构造可允许例如轴承152,160具有增大的刚度，并且因此可允许相应轴承的更准确且精确的操作。

以上描述的实施例便于向燃气涡轮发动机提供可生成较大量的推力的较小的可变桨距风扇。具体而言，以上描述的实施例便于向燃气涡轮发动机提供可变桨距风扇，其具有例如较大桨距范围、较高叶片数量、较低/较短叶片长度、较低毂与风扇半径比、较低风扇压力比和/或叶片的根部区域中的增大的硬度。此类可变桨距风扇可提高风扇的效率，其例如可减少操作期间焚烧的燃料，并且可另外改进发动机的性能。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。