CN101469647B - 悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机(1)包括一个前风扇、一个位于风扇下游的中间外壳(3)，所述外壳带有经由径向臂(34)连接到一起的外壳套(32)和轮毂(31)，以及一个带有外壳套的排气外壳(8)，两个外壳(3，8)在同一个轴线XX上对准，所述外挂梁(9)包括一个细长形的结构吊架机构。在所述涡轮喷气发动机中，所述吊架机构(9)在上游通过一个前固定部分(10)刚性固定到所述中间外壳(3)的所述外壳套(32)上，所述前固定部分(10)包括一个可传输轴向力和侧向力的装置，在下游通过后固定部分固定到所述排气外壳上。

Description

悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别涉及带有前风扇的喷气涡轮发动机，以及这类发动机与飞机的连接。

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，该转子置于一个外壳内，而进气道就安装在该外壳上。中间间外壳布置在风扇外壳的紧后面。在下游处，外壳的轮毂通过主气流的外壳而延伸，该轮毂上包括了各个压气机、燃烧室、涡轮和排气外壳。经由进气道进入的空气通过风扇转子进行压缩，然后，分成两个同心圆柱形气流：主气流和旁通气流。旁通气流从发动机旁边流过，以单独流形式或与主气流混合后在涡轮机的下游冷态排出。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。热燃气向各个涡轮级供燃气，这些涡轮级围绕发动机的轴线转动风扇和压气机。然后，将主气流排出以提供部分推力。推力大部分由旁通气流产生。旁通气流和主气流之间的流量之比称之为旁通比；发动机功率的增加使得发动机在设计上提高了旁通比，为此，风扇外壳和主气流外壳之间的直径比也高。

根据传统的连接方法，发动机都是通过一个外挂梁固定到飞机的机翼上或机翼下方或机身上。这种外挂梁一般都呈细长型和刚性吊架结构，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—传输各个力，而轴线则是发动机的轴线。发动机与外挂梁的连接位于两个垂直平面上，一个在前部穿过中间外壳和在后部穿过排气外壳的第一平面。这两个外壳分别为发动机的结构构件，具体是分别支撑前后轴承。相对于前平面，目前在民用飞机上使用了两个独特的连接方法，第一个方法是连接到中间外壳的外壳套上，而第二个方法是在轮毂处连接。

关于前连接方法，本发明的目的是提供一种可通过中间外壳外壳套进行连接的固定装置。

在均衡悬挂架的情况下，由连接发动机的联杆和相似部件将各个力传送到外挂梁上，与此同时，经由旋转式联杆固定，以便只在牵引和压缩时起作用。所述布置可在三个方向上传输力，即轴向Fx，垂直Fz和侧向Fy，并在这三个方向上分别传输力矩，即Mx，My和Mz。除了中间外壳和排气外壳之间的固定部分外，悬挂架还包括将中间外壳的轮毂连接到后固定部分上的用来传输和接收推力的连杆臂，优选传输到后固定部分附近的外挂梁上。前悬挂平面通常位于中间外壳上，接收侧向力和垂直力，而后悬挂平面则接收侧向力和垂直力以及围绕发动机轴线的力矩。侧向力和垂直力矩沿两个悬挂平面的相反方向通过反作用而接收。

与发动机连接相关的问题是外壳的畸变，一方面，这些崎变是因为力的偶然传输所致，连杆臂和U形夹固定点构成的区域范围小，另一方面，这些崎变是因沿发动机轴线将承受的推力传输到外挂梁所致，这与推力矢量有关。

所述两个力所形成的扭矩引起发动机沿其轴线的挠曲，这会影响固定部分和旋转部分之间的间隙，导致性能下降，并会影响消耗率。另一个结果就是，部件之间摩擦导致磨损，引起发动机使用寿命下降。这种现象使得高旁通比发动机的变形幅度加大，引起风扇外壳和主气流外壳之间的直径比增加。

发明专利内容

为此，本发明的目的是提供一种带前风扇的涡轮喷气发动机在外挂梁上的悬挂装置，所述悬挂装置将各个力传输给外挂梁，从而不会局部地或整体地使装有旋转部件的圆柱形外壳产生变形。另一个目的是优化悬挂架的重量。最后，所述悬挂架一定不会影响发动机可达性和维护保养。

根据本发明，这些目的可以采用将涡轮喷气发动机悬挂在飞机外挂梁上来实现，涡轮喷气发动机由一个前风扇、一个位于风扇下游的中间外壳，所述外壳带有通过径向臂连接在一起的外壳套和轮毂，以及一个带有外壳套的排气外壳组成，两个外壳在同一个轴线XX上对准，所述外挂梁包括一个细长型的结构吊架机构。在所述涡轮喷气发动机中，所述吊架机构在上游通过一个固定部分刚性固定到中间外壳的外壳套上，所述固定部分包括一个传输轴向力和侧向力的装置，在下游通过一个固定部分固定到所述排气外壳上。

本发明基于如下特征，即发动机正常工作时，各个力通向外挂梁的主要途径是穿过发动机的前部，由此减少经发动机前部和后部之间的力。所述各个力具体是指推力、重力和气动力进气管道的力。

此外，已知WO2007/033994号专利申请文件涉及到一种悬挂架，该悬挂架正如在本申请中所述，旨在降低或消除框架变形影响，而且，特别是由于发动机推力而出现的纵向挠曲。然而，根据所述文件提出的解决方案，发动机的后连接很显然是不包括在内的，而这会在重力作用下大大加重变形，似乎并不能圆满地解决外壳的变形问题。此外，有关这个解决方案，而本发明可以接收前后平面之间围绕垂直方向的扭矩Mz，这样，如果必要的话，就可以减小前部固定装置对偶然承受各个力的影响。

涡轮喷气发动机还包括如下特征，这些特征可以是独立的也可以是相互结合的：

所述传输轴向力的装置是一个剪切销。

前固定部分包括一个固定到吊架机构上的上游平板。该平板可以—也可以不—采用螺栓固定到中间外壳的外壳套上。

前固定部分在吊架机构两侧包括至少一个连接杆，横向连接到中间外壳的外壳套上，并布置成可以只传输牵引力或压缩力。

特别是，前固定部分在吊架机构的两侧包括一对连接杆，连接到中间外壳的外壳套上，每个连接杆可以布置成只传输牵引力或压缩力。

涡轮喷气发动机包括传输推力的两个连杆臂，其在上游连接到中间外壳的轮毂上，而在下游连接到后固定部分或直接固定到外挂梁上。

与排气外壳相连的后固定部分属于挠性形式，具体是，挠性固定装置包括了两个传输垂直力的支架和一个传输侧向力的支架。

另一种方式是，与排气外壳相连的后固定部分属于刚性固定，具体是，与排气外壳相连的后固定部分包括一个通过至少两个连接杆连接到排气外壳外壳套上的横梁，所述连接杆采用旋转联杆固定

根据一个具体实施方案，吊架机构包括在上游一组三个刚性臂，在三个点处固定到中间外壳的外壳套上。刚性臂可以经由旋转联杆连接到中间外壳的外壳套上。

附图说明

下面参照附图，通过所述实施方案来更详细地介绍本发明，但本发明并不仅限于所述实施方案，附图如下：

图1为根据本发明的悬挂在外挂梁上的涡轮喷气发动机的透视示意图；

图2为发动机各个力在主轴线上的分布情况；

图3为中间外壳的外壳套上吊架机构的上游固定装置详图，为前部等距透视图；

图4为吊架机构和外壳套之间连接平面的轴向剖面图；

图5为外挂梁的吊架机构和排气外壳之间挠性固定装置示意图；

图6为外挂梁的吊架机构和排气外壳之间刚性固定装置示意图；

图7为固定到中间外壳的外壳套上的另一种实施方案。

具体实施方式

从图1和图2中可以看到，涡轮喷气发动机1属于带有前涡轮风扇类型的发动机，图中示出了风扇的外壳2，在风扇外壳的下游，有一个中间外壳3。而对应于进气道的上游端，则相对于该图，位于左侧。

在下游端，有一个压缩段的外壳4。该压缩段与环形燃烧室5相通。涡轮级7位于燃烧室下游。发动机的端部是排气外壳8，排气外壳本身也是一个结构部件，同中间外壳一样，其包括一个支撑轴承的轮毂，一个外壳套以及在轮毂和外壳套之间传输各种力的径向臂。

各种力和力矩的轴线和分量相对于坐标系指向，该坐标系包括与发动机轴线XX相平行的轴线Ox，而发动机假设是水平的，且方向是从上游指向下游；轴线Oz是竖轴，而轴线Oy是横轴。

如图所示，发动机通过外挂梁9固定到飞机结构、机翼或机身上。外挂梁的一般形状都是刚性平行六面体的吊架机构。其传输发动机和飞机结构之间的所有力。

悬挂架是固定发动机并传输发动机和外挂梁之间各种力的所有部件或构件，其包括一个位于中间外壳3外壳套和外挂梁9之间的前固定部分10，一个位于排气外壳8外壳套和外挂梁之间的后固定部分11，以及接受或传输推力的两个连杆臂12。

根据本发明，上游固定部分10布置成可接收Ox方向上的Fx力，Oy方向上的Fy力，Oz方向上的Fz力，以及至少一部分围绕Ox方向的力矩Mx。

后固定部分11布置成可以接收Oy方向上的Fy力和Oz方向上的Fz力，以及一部分轴向力矩Mx。

接收推力的连杆臂12布置成可以接收一部分沿Ox方向的Fx力。这些连杆臂在上游处固定到中间外壳的轮毂31，在穿过发动机轴线XX的垂直平面(Ox，Oz)的任意一侧；在下游端处，这些连杆臂直接固定到外挂梁的吊架机构9上。如果必要的话，这些连杆臂也可以通过一个撑杆固定到排气外壳与外挂梁相连的后固定部分的横梁上。

因此，悬挂架具有围绕中间外壳的主要的受力路径，带有一个穿过中间外壳外壳套32的通道。

图3和图4示出了上游固定部分10的一个示例，其主要功能是接收轴向力。吊架机构9的上游端包括一个在平面(Ox；Oy)上的平板90，位于固定到中间外壳3外壳套32的底座32a上。所述平板和底座通过剪切销35在轴线Oz上旋转。剪切销的作用是形成一个在外壳套32和吊架机构9之间传输轴向力的装置。在这种情况下，螺栓36将平板紧紧地固定到底座32a上，并可接收一部分垂直力。因为推力是经由外壳套32传输的，后者可以—例如—在圆的弧度内通过螺栓固定的横梁来适当加强。在发动机轴线上因推力而产生的轴向力经由中间外壳刚性径向臂34而传输到外挂梁9上。

应注意的是，中间外壳3是一个发动机的结构件，带有一个轮毂31，在这个轮毂内，安装了支撑转子同心轴的前轴承。例如，在带有一个前风扇和低压和高压转子的两个同心轴的双转子发动机中，轮毂内装有发动机的三个前轴承。外壳套32通过径向臂连接到轮毂上，径向臂的一部分为结构件，布置成可以在两个部件—即轮毂和外壳套—之间传输各种力。在12点钟位置的上径向臂34s设计成可以在吊架机构9的固定位置处在轮毂和外壳套之间始终传输推力。

除了剪切销外，也可以使用其它的解决方案。

侧向力是通过双旋转的联杆系来接收的。根据一个实施方案，可使用呈V形的两个联杆91和92，其支撑点通过一个连接接头而固定到中间外壳的外壳套32上。固定部分通过旋转连杆来实现，以便只传输沿连杆臂轴线上的力。由联杆形成的V形内含有与发动机轴线相垂直的垂直平面。因此，在V形状结构中，每对联杆都不接收沿发动机轴线的力。

关于后固定部分11，可以使用两种不同的形式。

根据图5所示的第一实施方案，后固定部分为挠性形式110，带有两个支架112和111，以接收垂直力。两个支架布置在一个平面上，该平面在垂直平面任意一侧上相对于轴线为横向，所述垂直平面穿过该轴线。支架包括一个连接到吊架机构(图中未示)的弹性部分112a，111a，和一个通过旋转式固定装置连接到排气外壳8外壳套82上的连杆臂112b，111b。支架刚性可以控制，其采用弹性材料或任何其它挠性复合材料制成。

为了接收围绕轴线XX的一部分力矩Mx，在前两个支架之间使用了第三个支架113，带有一个切向的连杆。

根据图6所示的另一个实施方案，固定装置114采用刚性，带有两个横向联杆115和116，通过旋转连杆固定到排气外壳8外壳套82和横梁117之间，所述横梁117刚性固定到吊架机构9上，相对于轴线XX为横向。为了接收一部分力矩Mx，第三联杆118成切向地固定在外壳套82和横梁117之间。

根据图7所示的另一种形式，吊架机构19包括三个上游子结构件19a，19b，19c。每个子结构件都通过图3所示的连杆连接到中间外壳的外壳套上。

Claims (15)

1.一种悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，所述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外壳、以及一个带有外壳套的排气外壳，所述中间外壳带有通过径向臂连接到一起的外壳套和轮毂，两个外壳在同一个轴线XX上对准，外挂梁包括细长形的吊架机构，其特征在于，所述吊架机构在上游通过一个前固定部分刚性固定到中间外壳的外壳套上，所述前固定部分包括一个传输轴向和侧向力的装置，在下游通过后固定部分连接到所述排气外壳上。

2.根据权利要求1所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述传输各个力的装置为一种剪切销。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，前固定部分包括一个固定到上游吊架机构上的平板。

4.根据权利要求3所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，固定到吊架机构上的所述平板采用螺栓固定到中间外壳的外壳套上。

5.根据权利要求1或2所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，前固定部分在吊架机构的每侧包括至少一个联杆，该联杆横向固定到中间外壳的外壳套上，并布置成可以只传输牵引力或压缩力。

6.根据权利要求5所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，前固定部分包括在吊架机构每侧的一对联杆，该联杆侧向固定到中间外壳的外壳套上，并布置成可以只传输牵引力或压缩力。

7.根据权利要求1所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，吊架机构包括在上游的一套三个刚性臂，三个刚性臂在三个点处固定到中间外壳的外壳套上。

8.根据权利要求7所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，刚性臂通过旋转连杆固定到中间外壳的外壳套上。

9.根据权利要求中1、2、6或7所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其包括两个传输推力的连杆臂，该连杆臂在上游连接到中间外壳的轮毂上，而在下游连接到后固定部分上。

10.根据权利要求9所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其包括两个传输推力的连杆臂，该连杆臂在上游连接到中间外壳的轮毂上，而在下游连接到外挂梁上。

11.根据权利要求中1所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，与排气外壳相连的后固定部分为挠性固定装置。

12.根据权利要求11所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，挠性固定装置包括可传输垂直力的两个支架。

13.根据权利要求11所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，挠性固定装置包括可传输侧向力的一个支架。

14.根据权利要求1所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，与排气外壳相连的后固定部分为刚性固定形式。

15.根据权利要求1、11或14所述的悬挂在飞机外挂梁上的涡轮喷气发动机，其特征在于，与排气外壳相连的后固定部分包括一个横梁，横梁通过至少两个联杆连接到排气外壳的外壳套上，所述联杆经由旋转连杆固定。

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