CN101450715A - 涡轮喷气发动机在飞机上安装用的悬挂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来在飞机挂架(9)上安装涡轮喷气发动机的均衡悬挂装置，所述涡轮喷气发动机包括一个前风扇(2)、一个位于风扇下游的中间机匣(3)，所述中间机匣带有通过径向臂(36)连接到一起的外壳体(34)和轮毂(35)，以及一个位于同一轴线XX上的带有外壳体(83)的排气机匣(8)，所述悬挂装置包括一个位于中间机匣上的前连接装置(10)，一个后连接装置(11)，所述后连接装置(11)带有连接到排气机匣(8)外壳体(83)上的至少两个联杆(114，115)，一对在其下游端固定到中间机匣(3)轮毂(35)上的推力杆(12，12’)。悬挂装置的特征在于，后连接装置(11)的两个联杆(114，115)所形成的平面相对于排气机匣(8)的平面倾斜。

Description

涡轮喷气发动机在飞机上安装用的悬挂装置

技术领域

本发明涉及涡轮喷气发动机领域，特别涉及带有前风扇的喷气涡轮发动机，以及这类发动机在飞机上的安装。

背景技术

带前风扇的涡轮喷气发动机包括一个大直径的风扇转子，该转子置于一个机匣内，而进气道就安装在该机匣上。该机匣通过直径较小的主气流机匣向下游延伸，其包括了各个压气机、燃烧室、涡轮和排气机匣。经由进气道进入的空气在其通过风扇转子时被压缩，然后，分成两个同心圆柱形气流。在已知类型的发动机中，进入气流分为主气流和副气流。副气流围绕发动机流动，以单独流形式或与涡轮机下游主气流混合后冷态排出。主气流在与燃料混合前被再次压缩，以在燃烧室内产生热燃气。热燃气提供给各个涡轮级，这些涡轮级围绕发动机轴线转动风扇，同时也转动空气压缩级。然后，主气流被喷出以提供部分推力。大部分推力由副气流产生。副气流和主气流之间的流量之比称之为旁通比。随着发动机功率的增加，必须设计高旁通比的发动机，为此，风扇机匣和主气流机匣直径之比也要加大。

根据传统的安装方法，发动机都是通过一个挂架固定到飞机机翼上或机翼下方或机身上。这种挂架一般都呈刚性细长箱型结构，能够在发动机和飞机结构之间在三个方向—轴向、侧向和垂直方向—传输各个力，而轴线则与发动机轴线相同。发动机在挂架上的安装位于两个垂直平面上，穿过中间机匣的第一前平面和穿过排气机匣的后平面。两个机匣分别为发动机的结构构件，例如，分别支撑前后轴承。在前平面，目前在民用飞机上使用了两种不同的安装方法，一个方法是使用中间机匣的外壳体，而另一个方法是使用该机匣的轮毂。

关于前安装方法，根据本发明第一实施方案，连接到中间机匣外壳体上，而本发明的第二实施方案则是连接到机匣的轮毂上。

在均衡悬挂装置的情况下，通过推力杆、联杆或相似部件来传输各个力，这些构件将发动机连接到挂架上，其连接方式采用旋转关节，这样，这些连接件就只能在牵引和压缩时起作用。所述布置形式可在三个方向传输力，即轴向Fx、垂直方向Fz和横向Fy，并在这三个方向上分别传输扭矩，即Mx、My和Mz。除了挂架和中间机匣及排气机匣之间的连接装置外，悬挂装置还包括将中间机匣轮毂连接到后连接装置或挂架上的推力杆，其连接方式采用称之为金字塔式结构来实现。

与发动机安装相关的问题，一方面是机匣的扭曲，其中包括由于推力杆和U形夹连接点的区域范围小所引起的传输点各个力所致，另一方面，沿发动机轴线，挂架上推力传输相对于推力矢量偏移所引起的问题。所述两个力所形成的扭矩引起发动机沿其轴线挠曲，这会改变固定部分和旋转部分之间的间隙，导致性能下降，降低燃油效率。另一个结果是，部件之间摩擦导致磨损，引起发动机使用寿命下降。在高旁通比及风扇机匣和主气流机匣直径之比较大的发动机中，这种现象甚至更为突出，而且变形幅度更多。

发明内容

为此，本发明提出了一种带前风扇涡轮喷气发动机在挂架上安装用的均衡悬挂装置，通过这种悬挂装置，可降低框架的局部变形。本发明涉及到多流路发动机和旁路发动机。

这个目的可以通过将涡轮喷气发动机安装在飞机挂架上用的均衡悬挂装置来实现，涡轮喷气发动机包括一个前风扇、一个位于风扇下游的中间机匣(所述机匣带有由径向臂连接在一起的外壳体和轮毂)，以及一个位于同一轴线XX上的带有外壳体的排气机匣；所述悬挂装置包括一个位于中间机匣上的前连接装置，一个后连接装置，所述后连接装置带有至少两个连接到排气机匣外壳体上的联杆，一对在其下游端固定到中间机匣轮毂上的推力杆，其特征在于，后连接装置的所述两个联杆形成的平面相对于排气机匣的平面而倾斜。

这些联杆的倾斜使得作用在发动机前部机匣上的力和扭曲得以降低，从而优化了大直径机匣的重量和特性。

根据这一特征，提出了各种不同的实施方案。下面所述特征可以独立存在，也可以相互结合：

后连接装置包括一个横梁，后连接装置的两个联杆将横梁端部连接到排气机匣外壳体上。

后连接装置包括一个可沿发动机轴线XX吸收扭矩Mx的一个联杆，所述联杆位于后连接装置的两个联杆之间。

后连接装置的两个联杆通过U形夹连接到排气机匣上，U形夹的耳端位于相对于排气机匣倾斜的平面上。

由后连接装置两个联杆形成的所述平面在发动机重心附近与涡轮喷气发动机的轴线相切。这个布置形式特别有利于重心靠近后端的发动机。

两个推力杆在其下游端固定到后连接装置的所述横梁上。特别是，两个推力杆都通过一个摆动杆连接到后连接装置上。

在另一种类型的结构中，两个推力杆在其下游端固定到所述箱型结构上，更具体的是，固定到一个与箱型结构相连接的金字塔形结构上。

特别是，推力杆的平面和后连接装置联杆的平面在发动机轴线上相交汇。

推力杆的平面和后连接装置联杆的平面在发动机轴线附近交汇点处相交汇。在这种情况下，交汇点最好位于发动机轴线XX高度以上，并且自该轴线的距离应小于风扇直径的四分之一。

前连接装置包括一个横梁和两个前连接联杆，后者将横梁连接到中间机匣的外壳上。

前连接装置包括一个可沿发动机XX轴线吸收扭矩Mx的一个联杆，所述联杆位于两个前连接装置联杆之间。

前连接装置包括一个通过回飞式杆沿发动机轴线XX吸收发动机扭矩Mx的系统。

这种布置形式构成了一种悬挂系统，它可以减少发动机前表面上的扭曲。

为此，本发明提出的解决方案的优点是，消除或至少降低了各个机匣的扭曲。例如，推进装置的重量由于前连接装置重量的下降而减轻，因为前连接装置吸收的力很小。如上所述，扭曲的减少可以改善燃料效率。

术语“交汇点”不能理解成严格限于轴线上的交汇。根据其它载荷，诸如发动机重量或气道内气动力，在一定垂直距离上，这个点的位置相对于发动机轴线是可以变化的。

正如本申请人在EP A 1 493 663号专利申请中所介绍的那样，扭矩联杆可以是一种称之为回飞式的联杆。

悬挂装置优选包括两个推力杆，这两个推力杆在其下游端通过摆动杆连接到后连接装置上，或者直接连接到挂架上，或者，如果采用轮毂式连接装置时，可连接到前悬挂梁上。

附图说明

下面参照附图，更详细地介绍本发明，本发明的任何其它特性和优点也会显现出来，附图如下：

图1为根据本发明实施方案安装在挂架上的涡轮喷气发动机的测视图，在所示图中，后连接装置的联杆的平面相对于排气机匣平面倾斜；

图2为图1所示发动机的前悬挂装置示意图，采用等角透视，所示为四分之三后视图；

图3为图1所示发动机的后悬挂装置示意图，采用等角透视，所示为四分之三后视图；

图4为根据本发明另一个实施方案安装在挂架上的涡轮喷气发动机的侧视图，所示后连接装置联杆平面和推力杆平面在发动机轴线上的一个点处交汇；

图5为图4所示发动机的前连接装置；

图6为根据本发明另一个实施方案安装在挂架上的涡轮喷气发动机的侧视图，所示后连接装置联杆平面和推力杆平面在发动机轴线上的一个点处交汇；所示推力杆固定到挂架上；

图7为图6所示实施方案中推力杆连接到挂架上的局部详图。

具体实施方式

如图1所示，涡轮喷气发动机1为涡轮风扇型发动机，其风扇机匣为图示2。风扇机匣2的下游为中间机匣3，图中只能看到外壳34。空气进入的上游端位于图1所示图纸右侧。

在下游位置，可以看到压缩段的机匣4。该压缩段与环形燃烧室5相通。涡轮级7位于燃烧室的下游。在发动机的末端处，设有排气机匣8，该机匣为已知类型的后轴承支撑结构件。各个力和力矩的轴线和分量据此指向的坐标系统包括与发动机轴线XX平行的轴线Ox，发动机轴线设想为水平，且自上游向下游端延伸；轴线Oz是垂直轴线，而轴线Oy是横轴。

发动机通过挂架9按一种已知方式固定到飞机的机翼或机身结构上。挂架一般都为刚性平行六面体箱式结构形状。该挂架可在发动机和飞机结构之间传送各种力。

悬挂装置是指固定发动机并在发动机和挂架之间传输各种力的成套部件或构件，其包括中间机匣3的外壳体和挂架9之间的前连接装置10，和排气机匣8外壳体83和挂架之间的后连接装置11。推力通过两个推力杆12和12’吸收或传输，而两个推力杆则通过下游端的摆动杆相互连接。

图2和图3更详细地示出了这三个构件。

前连接装置10包括一个构件101，其上端面上带有可固定到挂架9上的装置，诸如螺栓，后者图中未示。该构件相对于轴线XX横向布置。其两端分别为U形夹102和103，两个联杆104和105通过枢轴安装在两个U形夹内。这些联杆的另外一端安装在固定到中间机匣3外壳体34上的两个U形夹31和32内。联杆通过旋转关节按已知方式安装在U形夹上。一根轴穿过U形夹的两个耳端，轴上装有一个带球面的环型件。另外，联杆上也有一个球面，与轴上的环型件的球面相互匹配。这样，该联杆就可以相对于三个正交方向自由转动，而只沿其轴线传输拉力或压缩力。

前悬挂装置的两个联杆104和105可以沿方向Oy和Oz将力Fy和Fz传送到前连接装置。

悬挂装置包括一个安装在两个第一联杆104和105之间的扭矩吸收联杆，后者按与前面两个联杆相同安装方式安装在两个U形夹之间。这种布置可以使扭矩Mx得以吸收。

在这个示例中，后连接装置11包括一个横梁111，带有固定到挂架9上的装置，例如，螺栓，图中未示。所述横梁的两端分别带有U形夹112和113，后连接装置的两个联杆114和115通过枢轴安装在这两个U形夹内。这些联杆的另外一端安装在固定到排气机匣8外壳体83上的两个U形夹81和82内。与前连接装置的安装方式一样，后连接装置的联杆通过旋转关节安装在U形夹内。根据扭矩Mx是否由前连接装置吸收，在两个联杆114和115之间可以使用一个辅助扭矩吸收联杆。

总之，悬挂装置包括两个推力杆12和12’。这两个推力杆在其上游端固定到中间机匣3的轮毂35上，两个固定点相对于穿过轴线XX的垂直面是对称的，如图2所示。在其下游端，两个推力杆在本示例中安装在横向杆121的两端。另外，在这种情况下，连接形式为U形夹和旋转关节。横向杆121形成了一种摆动杆120，在其中央通过枢轴关节连接到构件111上。按已知方式安装摆动杆可以平衡两个推力杆12和12’之间各个力，并沿轴向传输推力。在所示示例中，摆动杆包括两个备用横向连接件。

因此，这种安装是均衡式安装。

根据本发明，后连接装置的两个联杆114和115所形成的平面在上游方向相对于排气机匣8的平面倾斜。其与轴线XX的相交点C位于排气机匣8平面和推力杆12平面与轴线XX相交点之间。为此，联杆114和115相对于穿过后连接装置11的垂直面(Oz，Oy)而倾斜。

因为这种布置形式，前连接装置平面上的合力(Oz，Oy)很小。这就降低了中间机匣变形而造成的框架扭曲。

根据本发明的另一个特性，排气机匣外壳体84上的U形夹81和82相对于垂直面倾斜，U形夹的耳端位于联杆114和115轴线的延伸端上。耳端所位于的平面垂直于平面(Ox，Oz)，并相对于平面(Oy，Oz)倾斜。

如图4和图5所示，在本发明的另一个实施方案中，前悬挂装置为与轮毂相连接形式，这种连接形式已为人们所知。如图5详细所示，前连接装置210包括一个用螺栓固定到平板92上的平板211，而平板92固定到金字塔型结构91上，后者使得箱式结构9得以延伸。该平板211通过推力联杆212和212’以及凸部213连接到轮毂上。

推力杆212和212’在其上游端通过U形夹和旋转关节固定到轮毂35上，而在其下游端固定到平板211上形成的U形夹上。两个推力杆分别位于穿过发动机轴线的垂直面的每一侧上。穿过中间机匣3的平面内的力(Oy，Oz)由凸部213吸收，后者是一个固定到平板211上的轴，轴向指向，由旋转关节连接到轮毂上，旋转关节只沿方向Oy和Oz传输各种力。

根据本发明，后连接装置的联杆115和114的平面沿上游方向倾斜，并且在这个实施方案中，该平面在C点处与推力杆212和212’的平面交汇，所述C点最好位于发动机轴线上，但可以与该轴线稍稍隔开一定距离。

所述交汇点优选位于重心附近。特别是，该布置形式对重心后移的推进系统来讲非常有效。

采用这种交汇方式，悬挂系统就可以使在发动机轴线XX上未被吸收的推力不会对中间机匣的臂部造成任何变形。可以参照含有发动机轴线XX的垂直对称平面来计算交汇点处的所有力矩。后联杆、推力杆和推力本身由于交汇点的特性而施加一个零杠杆臂力矩。由于其相对于交汇点的杠杆臂非零，可能会施加力矩的唯一一个力是沿前悬挂装置的平面的力。然而，发动机是平衡的，因此，所有力矩都等于零。因此，沿前悬挂装置平面的力也为零，而前部的各个机匣经受的变形甚微。

所以，本发明所提出的解决方案的优点是，各个机匣不会出现扭曲，或者至少减小了这种扭曲。例如，推进装置的重量由于后连接装置重量的下降而减轻，因为后连接装置吸收的力非常少。如上所述，扭曲的减少提高了燃料效率。

术语“交汇点”不能解释成限于严格在轴线上交汇。根据其它载荷，诸如发动机的重量或气道中气动力，在一定垂直距离上，这个点的位置会相对于发动机轴线发生变化。所述垂直距离不到发动机风扇进气道直径的四分之一。在这种情况下，所有力矩都不是零，但接近零。

在图6所示另一种形式中，悬挂装置形式为前端连接到风扇机匣上，而推力杆的下游端通过摆动杆直接连接到箱型结构上。

发动机通过中间机匣3外壳体34上的前连接装置10安装在挂架9上。这与图2所示连接形式相同。

后连接装置311将排气机匣外壳体83连接到挂架上。其包括位于横梁312和U形夹之间的两个联杆314和315，横梁固定到挂架上，而U形夹则固定到外壳体83上。正如其它实施方案所述，联杆314和315以这样一种方式安装，即其位于相对于穿过排气机匣平面(Oz，Oy)而倾斜的同一平面上。其特点是，用来与外壳体83相连接的U形夹还会以与联杆314和315相同的角度来倾斜。

两个推力杆312和312’将中间机匣3的轮毂连接到挂架9上。这些推力杆在上游与轮毂35的连接与图2所示推力杆12和12’的连接形式相同。而这两个推力杆的下游端则通过摆动杆320固定到挂架9上。摆动杆如图7所示。

两个推力杆312和312’分别通过旋转关节322a和322b安装到横向摆动杆322上，后者通过枢轴安装在固定到构件321上的耳端上。这些接头图中未示；为了清晰起见，图中仅能看到安装这些接头的孔口。另外，本示例中，还提供有备用接头，但这些接头并不是本发明所提出的部分。构件321通过螺栓直接固定到挂架上。由于这种布置形式，一方面，作用在后连接装置联杆314和315上的各个力的方向，以及另一方面，作用在推力杆312和312’上的各个力的方向会实现交汇。这些方向在发动机轴线或者至少在发动机轴线附近的C点处交汇。

Claims (18)

1.一种用来在飞机挂架(9)上安装涡轮喷气发动机的均衡悬挂装置，所述涡轮喷气发动机包括一个前风扇(2)、一个位于前风扇下游的中间机匣(3)，所述中间机匣带有通过径向臂(36)连接到一起的外壳体(34)和轮毂(35)，以及一个位于同一轴线XX上的带有外壳体(83)的排气机匣(8)，所述悬挂装置包括一个位于中间机匣上的前连接装置(10；210)，一个后连接装置(11；311)，所述后连接装置(11；311)带有固定到排气机匣(8)外壳体(83)上的至少两个联杆(114，115；314，315)，一对在其下游端固定到中间机匣(3)轮毂(35)上的推力杆(12，12’；212，212’；312，312’)，其特征在于，后连接装置(11；311)的两个联杆(114，115；314，315)所形成的平面相对于排气机匣(8)的平面倾斜。

2.根据权利要求1所述的悬挂装置，其特征在于，后连接装置包括一个横梁(111；312)，后连接装置的两个联杆(114，115；314；315)将横梁的端部连接到排气机匣的外壳(83)上。

3.根据权利要求2所述的悬挂装置，其特征在于，后连接装置(11；311)包括一个联杆，可沿发动机轴线XX吸收扭矩Mx，这个联杆位于后连接装置的两个联杆之间。

4.根据权利要求2和3所述的悬挂装置，其特征在于，后连接装置的两个联杆(114，115；314；315)通过U形夹连接到排气机匣上，U形夹的耳端位于相对于排气机匣平面倾斜的平面上。

5.根据前面权利要求中任何一项权利要求所述的悬挂装置，其特征在于，后连接装置的两个联杆所形成的所述平面在发动机重心附近与涡轮喷气发动机的轴线相切。

6.根据权利要求2到5所述的悬挂装置，其特征在于，两个推力杆(12，12’)在其下游端固定到所述横梁(111)上。

7.根据权利要求6所述的悬挂装置，其特征在于，两个推力杆(12，12’)通过一个摆动杆(210)连接到后连接装置上。

8.根据前面权利要求中任何一项权利要求所述的悬挂装置，其特征在于，推力杆杆(312，312’)的下游端连接到挂架(9)上。

9.根据权利要求8所述的悬挂装置，其特征在于，推力杆(312，312’)和后悬挂联杆(314，315)在发动机轴线上或附近的交汇点(C)处交汇。

10.根据前面权利要求所述的悬挂装置，其特征在于，交汇点(C)位于发动机轴线XX的高度之上，且自该轴线处，距离风扇直径不足四分之一处。

11.根据权利要求1所述的悬挂装置，其特征在于，两个推力杆(212，212’)在其下游端通过前连接装置(210)固定到挂架上。

12.根据权利要求11所述的悬挂装置，其特征在于，前连接装置(210)连接到中间机匣的轮毂(35)上。

13.根据权利要求11或12所述的悬挂装置，其特征在于，推力杆(212，212’)的平面和后连接装置的两个联杆(114，115)的平面在发动机轴线上或附近的交汇点(C)处交汇。

14.根据前面权利要求所述的悬挂装置，其特征在于，交汇点(C)位于发动机轴线XX的高度之上，且自该轴线处，距离风扇直径不足四分之一处。

15.根据权利要求1到10中任何一项权利要求所述的悬挂装置，其特征在于，前连接装置(10)包括一个横梁和将该构件连接到中间机匣壳体上的两个前连接联杆。

16.根据权利要求15所述的悬挂装置，其特征在于，前连接装置(10)包括一个联杆，可沿轴线XX吸收扭矩Mx，这个联杆位于前连接装置的两个联杆之间。

17.根据权利要求15和16所述的悬挂装置，其特征在于，前连接装置带有一个系统，可以通过一个回飞式联杆沿轴线XX吸收发动机扭矩Mx。

18.一种飞机涡轮喷气发动机，其特征在于，其安装了根据权利要求1到17中任何一项权利要求所述的悬挂装置。

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