CN101737194B - 一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，它由：中介机匣前段、中介机匣后段、连接幅板、液压作动器、液压作动器铰接凸耳、铰接销轴、平动锥体、封严胀圈组成。该引射器位于变循环发动机风扇和燃烧室之间的中介机匣上，中介机匣前后两段靠连接幅板相连，两段之间的空间构成了引射流道，引射流道的入口位于核心驱动风扇后的导叶和高压压气机第一级动叶之间。通过对该机构进行的运动学仿真证明：本发明可以满足变循环发动机在不同状态时对内外涵道气流流量的不同需求，可以使发动机很好的完成工作模式的转换。整个装置结构简单，设计合理，构思科学，可靠性高，它在航空航天发动机技术领域里具有广泛地实用价值和应用前景。
Description
(一)技术领域
变循环发动机是正在研制中的高性能航空燃气涡轮发动机。本发明涉及一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，属于航空航天技术中的发动机技术领域
(二)背景技术
变循环发动机就是指在同一台发动机上通过发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置的改变可以实现不同热力循环的燃气涡轮发动机。变循环发动机是一种具有优秀综合性能的推进系统，本发明所针对的变循环方案是：综合了涡喷发动机循环和涡扇发动机循环优点的变循环方案，可根据飞行条件的不同，通过多个部件的几何调节在较大范围内改变涵道比从而使发动机转换成单涵道涡轮喷气式或双涵道涡轮风扇式两种不同的工作模式。从飞机/发动机设计理念可知，涡喷发动机的超音速性能良好，单位推力大，大马赫数飞行时耗油率相对较低；涡扇发动机则具有良好的亚音速性能，低马赫数飞行时耗油率相对较低，但单位推力较小，所以同传统的涡喷发动机和涡扇发动机相比，变循环发动机能在更宽广的工作范围内具有最优性能。
目前国外已经研制出实现这种变循环方案的验证机，但其实现方式和具体结构形式都是严格保密的。而我国在这方面的研究才刚刚起步，还处于变循环原理的研究阶段。所以目前实现发动机变循环的模式转换机构的较为完善合理的结构形式的设计还未见文献记载。
(三)发明内容
1、目的：
本发明的目的是为了提供一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，它与变循环发动机的被动控制式模式转换阀和可调后涵道引射器等其它模式转换机构的配合调节可以实现发动机在涡轮风扇和涡轮喷气两种循环模式之间的转换，使发动机在更宽广的工作范围内具有最优性能。
2、技术方案：
本发明提出了一套发动机的变循环工作方案，并根据该方案的要求，设计出了变循环发动机的模式转换机构，其中包括三个主要机构：1.被动控制式模式转换阀、2.可调前涵道引射器、3.可调后涵道引射器。(注：本专利申请的是可调前涵道引射器，另两个机构的专利另外申请。)
该可调前涵道引射器的详细技术方案如下：
本发明一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，它由：中介机匣前段、中介机匣后段、连接幅板、液压作动器、液压作动器铰接凸耳、铰接销轴、平动锥体、封严胀圈组成。该引射器位于变循环发动机风扇和燃烧室之间的中介机匣上，中介机匣前后两段靠连接幅板相连，液压作动器铰接凸耳固定在中介机匣前段，液压作动器通过其上的铰接凸轴固定在液压作动器铰接凸耳上。中介机匣前后两段之间的空间构成了引射流道，引射流道的入口位于核心驱动风扇后的导叶和高压压气机第一级动叶之间。
所述中介机匣，见图1，是圆柱形薄壳筒腔体，腔体内外壁根据流道的要求在不同的阶段位置有不同的直径，并且被引射流道分割成中介机匣前段和中介机匣后段两部分，前后两段用连接幅板相连，在中介机匣前段的外侧末端被平动锥体包裹住的部分加工有一个横截面是矩形的凹槽，用来容纳封严胀圈；
所述连接幅板，见图3，是前后两端呈弧形、两侧为直边，中空且壁厚满足强度要求的支撑幅板，用于连接和支撑中介机匣的前、后两段，它们沿周向均匀的分布在引射流道内；
所述液压作动器，见图4，是作用力和行程满足需要的航空发动机用液压传动机构，包括：活塞杆和液压缸两部分，在液压缸的头部两侧加工有用于安装的圆柱形铰接凸轴，整个传动机构沿周向均匀的安装在中介机匣前段上；
所述液压作动器铰接凸耳，见图3，每组凸耳由两个头部呈半圆形，主体成锥形的凸块组成，它沿周向均匀的设置在中介机匣前段上，通过液压缸上的铰接凸轴与其相铰接；
所述铰接销轴，是一根圆柱形销轴，它穿过液压作动器活塞杆上的铰接头和平动锥体上的外壁铰接凸耳的中心通孔，起连接作用；
所述平动锥体，见图5，是一个锥形的薄壁筒体，在筒体前端外壁面上安装有外壁铰接凸耳，每组凸耳由头部呈半圆形的两个凸块组成，它沿周向均匀分布。
所述封严胀圈，见图6，是横截面为矩形的金属圈，圈上开有45度的斜切口，封严胀圈的外径和与它相接触的平动锥体前端壁面内径相同。
其中，该连接幅板的数量为8个；
其中，该液压作动器的数量为4个；
其中，该液压作动器铰接凸耳的数量为4组；
其中，该铰接销轴的数量为4根；
其中，该平动锥体的数量为4组；
其中，该封严胀圈的数量为1组；
变循环发动机模式转换机构在变循环过程中的工作流程如下：
当发动机工作在高功率状态时，后涵道引射器关闭，前涵道引射器处于完全打开状态，如图1所示，使得模式转换阀前后出现负压差，从而使模式转换阀在气体压力的作用下被动关闭，这样发动机就工作在单涵道的涡喷模式下。
当发动机工作在低功率状态时，后涵道引射器打开，前涵道引射器处于关小状态，如图2所示，使得模式转换阀前后出现正压差，从而使模式转换阀在气体压力的作用下被动打开，这样发动机就工作在双涵道的涡扇模式下。
3、功效及优点：
本发明：可调前涵道引射器，可以满足变循环发动机在不同状态时对内外涵道气流流量的不同需求，通过对该机构进行的运动学仿真计算证明：在本发明中设计出的可调前涵道引射器与其它模式转换机构的配合调节可以使发动机很好的完成工作模式的转换，即完成变循环。整个机构结构简单，零件数目少，重量轻，可靠性高。
(四)附图说明
图1为本发明可调前涵道引射器完全打开时的二维装配结构示意图；
图2为本发明可调前涵道引射器关小状态时的二维装配结构示意图；
图3为本发明中介机匣及在其上设置的连接幅板和液压作动器铰接凸耳结构示意图；
图4为本发明液压作动器结构示意图；
图5为本发明平动锥体结构示意图；
图6为本发明封严胀圈结构示意图；
图中符号说明如下：
1.中介机匣前段 2.中介机匣后段 3.连接幅板 4.液压作动器 5.液压作动器铰接凸耳 6.铰接销轴 7.平动锥体 8.封严胀圈 9.凹槽 10.活塞杆 11.液压缸 12.外壁铰接凸耳 13.外机匣 14.核心驱动风扇后的导叶 15.高压压气机第一级动叶 16.铰接凸轴
(五)具体实施方式
本发明一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其具体实施方式如下：
如图1、2所示为可调前涵道引射器的二维装配结构示意图。它由：中介机匣前段1、中介机匣后段2、连接幅板3、液压作动器4、液压作动器铰接凸耳5、铰接销轴6、平动锥体7、封严胀圈8组成。该引射器位于变循环发动机风扇和燃烧室之间的中介机匣上，中分机匣前、后段1、2靠连接幅板3相连，液压作动器铰接凸耳5固定在中介机匣前段1，液压作动器4通过其上的铰接凸轴16固定在液压作动器铰接凸耳5上。中介机匣前、后段1、2之间的空间构成了引射流道，引射流道的入口位于核心驱动风扇后的导叶14和高压压气机第一级动叶15之间。
所述中介机匣，见图1，是圆柱形薄壳筒腔体，腔体内外壁根据流道的要求在不同的阶段位置有不同的直径，并且被引射流道分割成中介机匣前段1和中介机匣后段2两部分，前后两段用连接幅板3相连，在中介机匣前段1的外侧末端被平动锥体7包裹住的部分加工有一个横截面是矩形的凹槽9，用来容纳封严胀圈8；
所述连接幅板3，见图3，是前后两端呈弧形、两侧为直边，中空且壁厚满足强度要求的支撑幅板，用于连接和支撑中介机匣的前、后段1、2，共有8个，沿周向均匀的分布在引射流道内；
所述液压作动器4，见图4，是作用力和行程满足需要的航空发动机用液压传动机构，包括：活塞杆10和液压缸11两部分，在液压缸11的头部两侧加工有用于安装的圆柱形铰接凸轴16，整个机构中共有4个液压作动器4，沿周向均匀的安装在中介机匣前段1上；
所述液压作动器铰接凸耳5，见图3，每组凸耳由两个头部呈半圆形，主体成锥形的凸块组成，共4组，沿周向均匀的设置在中介机匣前段1上，通过液压缸11上的铰接凸轴14与其相铰接；
所述铰接销轴6，是一根圆柱形销轴，它穿过液压作动器活塞杆10上的铰接头和平动锥体7上的外壁铰接凸耳12的中心通孔，起连接作用，共有4根；
所述平动锥体7，见图5，是一个锥形的薄壁筒体，在筒体前端外壁面上安装有外壁铰接凸耳12，每组凸耳由头部呈半圆形的两个凸块组成，共有4组，沿周向均匀分布。
所述封严胀圈8，见图6，是横截面为矩形的金属圈，圈上开有45度的斜切口，封严胀圈8的外径和与它相接触的平动锥体7前端壁面内径相同，该封严胀圈8的数量为1个。
本发明：可调前涵道引射器，可以满足变循环发动机在不同状态时对内外涵道气流流量的不同需求，整个机构结构简单，零件数目少，重量轻，可靠性高。
Claims (7)
1.一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其特征在于：它是由中介机匣前段、中介机匣后段、连接幅板、液压作动器、液压作动器铰接凸耳、铰接销轴、平动锥体、封严胀圈组成；该引射器位于变循环发动机风扇和燃烧室之间的中介机匣上，中介机匣前后两段靠连接幅板相连，液压作动器铰接凸耳固定在中介机匣前段，液压作动器通过其上的铰接凸轴固定在液压作动器铰接凸耳上；中介机匣前、后两段之间的空间构成了引射流道；
所述中介机匣前、后段，是圆柱形薄壳筒腔体，腔体内外壁根据流道的要求在不同的阶段位置有不同的直径，并且被引射流道分割成中介机匣前段和中介机匣后段两部分，在中介机匣前段的外侧末端被平动锥体包裹住的部分加工有一个横截面是矩形的凹槽，用来容纳封严胀圈；
所述连接幅板，是前后两端呈弧形、两侧为直边，中空且壁厚满足强度要求的支撑幅板，用于连接和支撑中介机匣的前、后两段，沿周向均匀的分布在引射流道内；
所述液压作动器，是作用力和行程满足需要的航空发动机用液压传动机构，包括：活塞杆和液压缸两部分，在液压缸的头部两侧加工有用于安装的圆柱形铰接凸轴，该机构沿周向均匀的安装在中介机匣前段上；
所述液压作动器铰接凸耳，每组凸耳由两个头部呈半圆形，主体成锥形的凸块组成，它沿周向均匀的设置在中介机匣前段上，通过液压缸上的铰接凸轴与其相铰接；
所述铰接销轴，是一根圆柱形销轴，它穿过液压作动器活塞杆上的铰接头和平动锥体上的外壁铰接凸耳的中心通孔，起连接作用；
所述平动锥体，是一个锥形的薄壁筒体，在筒体前端外壁面上安装有外壁铰接凸耳，每组凸耳由头部呈半圆形的两个凸块组成，它们沿周向均匀分布；
所述封严胀圈，是横截面为矩形的金属圈，圈上开有45度的斜切口，封严胀圈的外径和与它相接触的平动锥体前端壁面内径相同。
2.根据权利要求1所述的一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其特征在于：该连接幅板的数量为8个。
3.根据权利要求1所述的一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其特征在于：该液压作动器的数量为4个。
4.根据权利要求1所述的一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其特征在于：该液压作动器铰接凸耳的数量为4组。
5.根据权利要求1所述的一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其特征在于：该铰接销轴的数量为4根。
6.根据权利要求1所述的一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其特征在于：该平动锥体的数量为4组。
7.根据权利要求1所述的一种变循环发动机模式转换机构中的可调前涵道引射器，其特征在于：该封严胀圈的数量为1个。
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