CN103038485B - 改进侧向涡轮喷气发动机以限制其变形 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涡轮喷气发动机的悬挂系统，所述涡轮喷气发动机带有连接到前挂架上的中机匣外环(13)和连接到后挂架上的主结构；外环和主结构通过臂(35a-35f)而保持同轴关系，至少其中一些臂的形状设计成和/或布置成可通过在外环和主结构之间形成变形扭矩而变形，以响应涡轮喷气发动机的推力，与应对该推力所产生的不同应力。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及固定到机身侧部的双气流涡轮喷气发动机。特别涉及到中机匣和安装推进室、压气机和涡轮主结构之间连接部分的改进，目的是限制整个涡轮喷气发动机在由其所产生主要推力以及还可能是热应力作用下的变形。该项发明改进了涡轮喷气发动机的性能。
背景技术
在装有侧面安装式涡轮喷气发动机的飞机上，每台涡轮喷气发动机都通过两个纵向间隔挂架而固定在机身上：即将中机匣外环固定到机身上的前挂架；以及将主推进结构后部固定到机身上的后挂架。该主结构本身则通过径向臂而固定到中机匣外环上。
图1为这种安装形式的示意图，该图示出了装有涡轮喷气发动机11的飞机的机身部分10。涡轮喷气发动机包括带有中机匣外环13的风扇12、主结构15的机匣、前挂架17，和后挂架19。后挂架19固定在风扇的刚性后整流罩上，通常称之为外风扇函道(OFD)21，其输送副气流并一直延伸到其所固定的中机匣外环13上。此外，外风扇函道21后部通过径向穿过其而延伸的联杆25固定到主结构15的后部。
在图2中，箭头F1-F4示出了在发动机轴向推力作用下所产生的各种力。特别是，可以看出，在沿施加涡轮喷气发动机推力(F1)轴线和前挂架17固定点之间存在一个杠杆臂。这种布置会引起变形现象，在这种现象下，涡轮喷气发动机在整体上会出现“香蕉”形状，如图所示。热源的应力通常会加剧这种现象。弯曲箭头F5表示在涡轮喷气发动机上所产生的弯曲力矩，该力矩导致其变形为“香蕉”形状。通常，通过加强外风扇函道的刚性来解决这种现象，从而在转子叶片顶部获得具有良好的泄漏性能。然而，设置刚性很大的外风扇通道会引起结构重量增加，尤其是，在叶片丢失的情况下，引起负载大大增加。
发明内容
本发明旨在消除所有这些问题。
本发明首先提供了一种双气流涡轮喷气发动机，其可通过两个纵向间隔挂架，即前挂架和后挂架，侧向固定到飞机的机身上，每台涡轮喷气发动机都包括固定到所述前挂架上的中机匣外环和固定到所述后挂架上的推进主结构，所述中机匣外环和所述主结构都通过一组臂而保持同轴关系，每个臂带有中空的正截面(rightsection)并通过其端部而固定到所述外环和所述主结构上，涡轮喷气发动机的特征在于，至少其中一些臂的形状涉及成和/或布置成可通过所述外环和所述主结构之间形成变形扭矩而变形，作为涡轮喷气发动机推力的反应，所述变形扭矩的方向与该涡轮喷气发动机推力作用下所产生的应力相反，该应力是由推力轴和所述前挂架之间的杠杆臂所产生的。
主结构可直接或通过外风扇函道固定到后挂架上。
在某些实施方案中，这种臂布置成可在剪力和扭转之间提供联接，这样，所述臂的正截面的扭转中心就位于该臂中平面之外，即相对于所述中平面的所述前挂架的相反一侧。所述“扭转中心”的定义如下。
更确切地说，这种臂可以是敞开的，或者，其可以包括从外环到主结构侧向延伸的狭槽。
在另一个实施方案中，这种臂的正截面呈非对称性。例如，所述截面可以是近似梯形的。在这种情况下，有利的是，所述臂可以与整流罩相连，从而改善其流线型。
在可能的另一个实施方案中，该涡轮喷气发动机的某些臂径向延伸，与所述前挂架的固定点相齐平，与此同时，另一些臂在相对于所述固定点的该径向方向的其它各侧面上平行于对应的径向方向延伸。
本发明还提供了构成涡轮喷气发动机中机匣的分组件，特别是，包括了上述外环和连接到具有上述特性的所述主结构上的臂。
根据几个按照本发明原理给出的如下实施方案说明，可以更好地理解本发明，本发明的其它优点会更清楚地显现出来，所述仅作为示例，并参照附图。
附图说明
图1和图2为上面所述示意图，示出了现有技术及其存在的问题；
图3示出了根据本发明的涡轮喷气发动机中机匣外环和主结构静止部件之间的安装情况；
图4为外环和飞机机身之间的固定部分的示意图；
图5为图3所示臂的正截面；
图6为类似于图5的正截面，示出了该臂的另一种形式；以及
图7为类似于图4的示意图，示出了再一个不同的实施方式。
具体实施方式
特别是，参照图3至图5，可以看出，固定到机身19上且位于中机匣后部附近的涡轮喷气发动机的固定结构部分30。该结构部分的轴线为X。涡轮喷气发动机的推力沿轴线X作用。更具体地说，可以看出中机匣13的外环通过前挂架17固定到机身上。中机匣外环上设有径向臂35a-35f（在该示例中，是沿周围有规律间隔的六个臂），这些径向臂主要在冷的副气流通道38内延伸，而且一直延伸到通道间空间42内，该空间是在通道间外环42和起涡轮喷气发动机前部支架作用的中枢(hub)43之间形成。由通道间外环42和中枢43构成的组件形成了涡轮喷气发动机“主”结构15的组成部分。中机匣13的外环带有两个连接板46和47，用来连接到前挂架上，以便沿飞机机身固定。这两个连接板位于两个相邻的径向臂35a,35b的端部。
从机械的角度来讲，臂35a-35f可以看作是嵌入到外环13内的“横梁”。每个臂带有杏仁形状的正截面，中空，且围绕其含轴线X的中平面P呈对称状态。
根据本发明，至少其中一些径向臂形状设计成和/或布置成通过在所述外环13和所述主结构15之间形成变形扭矩而变形，特别是作为对涡轮喷气发动机推力的反应，所述变形扭矩的方向与发动机轴和所述前挂架之间的杠杆臂在该涡轮喷气发动机推力作用下所产生的应力相反，如图2中弯曲箭头F5所示。
在所述示例中，其中任何一个径向臂35a-35f正截面中的扭转中心O被确定为当沿发动机轴线X方向施加力时不会产生力矩的点。该力是靠来自涡轮喷气发动机本身的推力来产生。
通常，这种臂的对称正截面是闭合的，这样，扭转中心就位于闭合的正截面中心处。
另外，在上述示例中，本发明的特征还在于，这种臂35a-35f布置成可在剪力和扭转之间提供联接，这样，所述臂的正截面的扭转中心O就会位于该臂中平面P之外，即在相对于所述前挂架17，相对于该中平面偏远一侧，该侧含有穿过该径向臂中部的径向轴线Y。
如图3所示，为了使得扭转中心O沿所期望方向向外偏转，且无需改变截面形状，对于该臂来讲，足够在其中一个表面上设狭槽39a-39f并从外环向主结构方向延伸。换句话说，该臂带有C形状的正截面，张开程度或大或小，以形成所述狭槽。
值得关注的是，为了获得变形应力，该应力能够完全抵抗趋于从整体上引起涡轮喷气发动机在其固定点17和19之间的“香蕉形状”变形的力，为此，采用可引起这种变形的相同原因，即涡轮喷气发动机的推力和热应力。
在臂的端面49上设有侧向狭槽39(优选为其中任何一个臂)，位于与该端面成切向的平面上，且该平面大体上与含有涡轮发动机轴线X的臂的径向平面P相平行，这样，含有狭槽39的该敞开端面大体上朝向机身，即朝向前固定点。
例如，从图3中可以看出，固定到挂架17上的径向臂35a和35b的狭槽39a和39b为打开状态，彼此面对，而在径向上与其对准的径向臂35e和35f的狭槽的打开表面在沿圆周方向上与彼此面对表面相反。径向臂35c和35d的狭槽39c和39d也向固定点17打开。在这些径向臂上的所有的变形力都会有助于对可能引起涡轮喷气发动机“香蕉形状”变形的各个力给予补偿。
如图所示，每个径向臂上的狭槽39a-39f都是采用弹性密封件51或类似装置来填封，这种密封件不会产生机械作用但又可防止因为狭槽而影响空气流动。
另外，这些狭槽也可沿位于通道间壳体42和中枢43之间的臂的延伸段而延伸。
为获得类似效果，也可采用另外一种方法，即赋予这种臂59a-59f一个非对称的正截面。例如，在图6中，该截面为近似梯形。在这种情况下，形成梯形的短边的端面60可以取代带有狭槽的端面。换句话说，并参照图3，梯形截面应该按照相似方式分布，即径向臂的窄小端面取代了分开表面。
有利的是，在这种情况下，这种非对称臂与整流罩61,62相关，例如，使其呈对称的杏仁形状截面，从而改善其流线型。在其本身而言，整流罩的刚性不足以对扭转中心O的位置产生任何影响。
在另一种可能的情况下，如图7所示，其中一些臂35c,35d相对于其通常严格径向的位置而偏离。例如，可以看出，其中每个臂平行于相应的径向方向c,d（即，在图3上其所占用的位置）延伸，在相对于前挂架17固定点的该径向方向的另一边上。相反，相对于固定点而径向延伸的臂35a,35b,35e,和35f则不会出现偏离。
在这种方式下，臂可以是对称且闭合的正截面。然而，上述任何解决方案都可以相互结合，即不同类型的臂可以在中机匣外环和主结构之间延伸。
Claims (9)
1.一种双气流涡轮喷气发动机，可通过由前挂架(17)和后挂架(19)组成的两个纵向间隔的挂架侧向固定到飞机机身上，所述涡轮喷气发动机包括连接到所述前挂架(17)上的中机匣外环(13)和固定所述后挂架(19)上的推进主结构(15)，所述中机匣外环和所述主结构通过一组臂(35a-35f)保持为同轴关系，每个臂带有正截面，中空，并通过其端部固定到所述外环和所述主结构上，涡轮喷气发动机的特征在于，至少一些臂的形状设计成和/或布置成为响应涡轮喷气发动机推力而通过在所述外环(13)和所述主结构(15)之间形成变形扭矩而变形，变形扭矩的方向与该涡轮喷气发动机推力作用下由推力轴和所述前挂架之间杠杆臂所产生的应力相反。
2.根据权利要求1所述的双气流涡轮喷气发动机，其特征在于，这种臂(35a-35f)布置成在剪力和扭转之间提供联接，这样，所述臂的正截面的扭转中心(O)就会位于该臂中平面(P)之外，在相对于所述中平面的所述前挂架(17)相反一侧。
3.根据权利要求1所述的双气流涡轮喷气发动机，其特征在于，这种臂包括从所述外环延伸到主结构的狭槽(39e-39f)。
4.根据权利要求3所述的双气流涡轮喷气发动机，其特征在于，所述狭槽由弹性密封件(51)或类似部件封填。
5.根据权利要求1所述的双气流涡轮喷气发动机，其特征在于，这种臂(59a-59f)带有呈非对称的正截面。
6.根据权利要求5所述的双气流涡轮喷气发动机，其特征在于，所述截面呈大体梯形。
7.根据权利要求5所述的双气流涡轮喷气发动机，其特征在于，所述臂与整流罩(61,62)相关，以改善其流线型。
8.根据权利要求1所述的双气流涡轮喷气发动机，其特征在于，某些臂沿着所述前挂架(17)的固定点径向延伸，另一些臂(35c,35d)沿着平行于对应的径向方向(c,d)的方向延伸，后者是在相对于所述固定点的该对应的径向方向的另一侧。
9.一种中机匣，包括外环和臂(35a,35f)，所述臂可将所述外环连接到主推进结构(15)上，所述机匣的特征在于，其布置成可装配到根据前面任一权利要求所述的一种双气流涡轮喷气发动机上。
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