CN103939219B - 一种变循环发动机可调机构中的模式转换阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变循环发动机可调机构中的模式转换阀，用于改变发动机工作状态以适应不同的飞行条件，属于航空航天技术中的高性能燃气涡轮发动机技术领域；所述转换阀位于发动机外涵道进口，它包括外机匣、阀门片、封严环、连杆、同步环、液压作动筒、前封气机匣、后封气机匣和封严胀圈；本发明与变循环发动机可调机构中的前涵道引射器和后涵道引射器配合调节，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。

Description

一种变循环发动机可调机构中的模式转换阀

技术领域

本发明涉及一种变循环发动机可调机构中的模式转换阀，用于改变发动机工作状态以适应不同的飞行条件。属于航空航天技术中的高性能燃气涡轮发动机技术领域。

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。一台典型的变循环发动机可调机构包括：模式转换阀、可调前涵道引射器、可调后涵道引射器。三个可调机构配合调节，使发动机满足特定的工作状态。

典型的模式转换阀位于外涵道进口，当飞机在其飞行包线的某状态飞行时，阀门能调到关闭位置迫使外涵气流流入核心机。当在另一状态飞行时，阀门能调到打开位置，使流过风扇的气流一部分流入外涵，满足飞行需要。由于模式转换阀在全开与全关位置切换来控制外涵流量，就要求它不仅能减少压力损失，还要能有效地封严，因为模式转换阀拥有可移动的阀体，所以需要有效的封严来减少不必要的泄漏。

目前国外已发展出比较成熟得分变循环方案的验证机，其模式转换阀实现方式和具体结构形式的设计已很精良，但都是严格保密的，已对外公布的专利都是比较早期设计，质量笨重，控制精度差。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。目前我国存在少量模式转换阀相关专利，但仅仅作为概念研究提出，具体形状设计不甚明确，在控制压力损失与实现有效封严上都存在不少问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种变循环发动机可调机构中的模式转换阀，其与变循环发动机可调机构中的前涵道引射器和后涵道引射器配合调节，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。

本发明的技术解决方案是：本发明一种变循环发动机可调机构中的模式转换阀，该转换阀位于发动机外涵进口，它由：外机匣前段1、外机匣后段2、阀门片3、封严环4、连杆5、同步环6、作动筒9、前封气机匣7、后封气机匣8和封严胀圈10等组成。外机匣前段1与外机匣后段2装配成完整的发动机外涵进口部分的外壁，外机匣前段1与外机匣后段2通过安装边的螺栓连接。外机匣后段2内壁上周向均布有若干对安装凸耳2-4，用来安装阀门片3；阀门片3前端设有阀门片安装凸耳3-1，阀门片安装凸耳3-1通过螺栓安装于外机匣后段安装凸耳2-4上，阀门片3绕穿过阀门片安装凸耳3-1的螺栓转动，当阀门片3顺时针旋转到后端与外机匣后段2内部的分流机匣接触时为关闭状态，此时外涵道完全被关闭，当阀门片3逆时针旋转到阀门片3内壁母线与外机匣后段2内壁平行时为打开状态，此时外涵道完全被打开；阀门片3外表面靠近末端处有连杆安装凸耳3-2，安装凸耳3-2上面安装有连杆5来驱动阀门片3转动；连杆5两端都有安装凸耳，连杆5后端安装凸耳5-2连接于阀门片3外表面的凸耳3-2上，连杆5前端凸耳5-1连接于位于外机匣后段2外的同步环6上，并由同步环6驱动；同步环6为套在外机匣后段2外面的截面为“工”字形的圆环，沿安装于外机匣后段2外面的同步环导轨2-2前后滑动，同步环6外侧分布有若干对安装凸耳6-2，每对安装凸耳6-2连接一根连杆5的前端凸耳5-1，凸耳6-2的对数与连杆5和阀门片3的数量相一致，正好对应安装；同步环6外侧分布有若干液压作动筒连接柱6-1，在此连接柱6-1上安装有液压作动筒滑动杆末端的球铰9-3，同步环驱动力由液压作动筒滑动杆9-2提供；液压作动筒9由筒体9-1与滑动杆9-2组成，筒体9-1安装于外机匣后段2上的固定安装座2-1，通过精确控制油压来使滑动杆9-2在筒体9-1内前后移动，由于连杆5连接着外机匣后段2内的阀门片3与外机匣后段2外的同步环6，必然要在外机匣后段2上开槽2-3来通过连杆5，为保证外涵气体不泄露，本发明设计了两个封气机匣；前封气机匣7前壁通过螺栓孔7-1安装于外机匣前段1外表的安装边1-1上的螺栓孔1-2，前封气机匣7的后面通过安装边7-2与后封气机匣8的安装边通过螺栓相连，后封气机匣8的后面与外机匣后段2通过螺栓安装，在后封气机匣8的侧壁开有孔8-2来使作动筒滑动杆9-2通过，为保证封严，在所述孔部位设计有封严涨圈10。

整体结构功能实现形式为：液压作动筒9的滑动杆9-2伸缩带动其末端球铰9-3连接的同步环6沿机匣前后移动，同步环6通过连杆5将其前后移动的运动转化为阀门片3绕轴的转动，在转动到相应位置时，实现外涵道的打开与关闭。为保证外涵气流不外泄，在所有运动件外包有前封气机匣7和后封气机匣8。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明一种变循环发动机模式转换机构中的主动式模式转换阀，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模式转换阀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。而且通过同步环及其导轨的合理设计，该机构实现了采用液压作动筒推动同步环进而完成所有阀门片的平稳联动，并能同时满足内外涵道的面积需求，使得整个机构结构简单，零件数目少，重量轻，可靠性高。通过阀门片的型面设计，能有效降低气流在此处的压力损失；通过设计封严部分，能保证在阀门在关闭状态时存在的气流泄露足够小。

附图说明

图1为本发明装配示意图(连杆所在截面)；

图2为本发明装配示意图(作动筒所在截面)；

图3为本发明装配示意图(导轨所在截面)；

图4为本发明装配俯视图；

图5为本发明中外机匣前段示意图；

图6为本发明中外机匣后段示意图；

图7为本发明中阀门片示意图；

图8为本发明中封严环示意图；

图9为本发明中连杆示意图；

图10为本发明中同步环示意图；

图11为本发明中作动筒示意图；

图12a为本发明中前封气机匣内部视图；

图12b为本发明中前封气机匣外部视图；

图13a为本发明中后封气机匣外部视图；

图13b为本发明中后封气机匣内部视图；

图14为本发明中封严涨圈示意图。

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模式转换阀，其具体实施方式如下：

如图1、2、3、4所示，为模式转换阀的装配二维图，该转换阀机构的主要运动部件包括阀门片3、连杆5、同步环6、液压作动筒9等。静止时，阀门片3通过其前端的凸耳3-2连接于外机匣后段2上的凸耳，阀门片3外表末端的凸耳3-2连接于连杆5，连杆另一端在连接于同步环6，同步环6再连接于液压作动筒9，整套机构由液压作动筒9驱动产生运动，从而实现发动机外涵道的开关。

阀门片3通过其前端的凸耳3-1安装在外机匣后段2上的安装凸耳2-4，阀门片3可绕其前端凸耳3-1的安装轴孔的轴线转动，当其顺时针旋转到后端的封严环4与外机匣后段2上的分流机匣接触时为关闭状态，此时外涵道完全被关闭，当其逆时针旋转到阀门片3母线与外机匣后段内壁平行时为打开状态，此时外涵道完全被打开。阀门片3外表面有连杆安装凸耳3-2，上面安装有连杆5来驱动阀门片3转动。连杆5两端分别有安装凸耳，后端5-2连接于阀门片外表面的连杆安装凸耳3-2上，前端5-1穿出外机匣后段连接于机匣外的同步环6上，并由同步环6驱动。同步环6为套在外机匣后段2外面的截面为“工”字形的圆环，同步环6内部周向分布有4个导槽6-3，安装时套在外机匣后段2上的同步环导轨2-2上，从而保证同步环6可沿安装于外机匣后段2外面的同步环导轨2-2前后滑动。同步环6外侧分布有2个作动筒连接臂6-1，在此连接臂上安装着作动筒滑动杆9-2末端的球铰9-3，同步环6运动动力由作动筒滑动杆9-2提供。液压作动筒由筒体9-1与滑动杆9-2组成，筒体9-1安装于外机匣后段2上的固定安装座2-1，通过精确控制油压来使滑动杆9-2在筒体内前后移动，进而驱动同步环6套在外机匣后段2外前后移动。由于连杆连5接着外机匣后段2内的阀门片3与外机匣后段2外的同步环6，必然要在机匣上开槽来通过连杆5，为保证外涵气体不泄露，本发明设计了两个封气机匣，其中前封气机匣7与外机匣前段1通过螺栓安装，后封气机匣8前端安装于前封气机匣7，后端安装于外机匣后段2外表的安装边，在后封气机匣8的侧壁设计有带孔凸台8-2来使作动筒滑动杆9-2通过，为保证封严，在孔部位设计有封严涨圈10。

如图5、6所示，外机匣是圆柱形薄壳筒体，不同的阶段位置有不同的直径，其前端有安装边，为了阀门片3的安装方便，需要将外机匣分割成前后两段，两段通过外机匣前段1的前端安装边与前封气机匣7一起用螺栓连接，外机匣后段2内壁周向均匀分布有24对阀门片安装凸耳2-4，见图3，用于安装阀门片3，每对凸耳中间有对应开槽2-3用来通过连杆。外机匣后段2外表设周向分布有若干导轨2-2，用来与同步环6上导槽6-3配合限制同步环6转动。外机匣后段2还周向设计有若干作动筒安装台2-1。

如图7所示，阀门片3为圆锥曲面扇形薄壁件，周向均匀分为24片，数目与外机匣后段2上安装凸耳2-4数目对应。阀门片3前端设计有安装凸耳3-1，用来安装在外机匣后段2上，凸耳孔轴线为阀门片3的转轴。阀门片3后端为封严环安装槽3-3，用来安装封严环10。阀门片3一侧设计有封严边3-4，在关闭时能与相邻阀门片形成封严。为增强阀门片3刚性，减小阀门片3在受气动载荷时的变形，阀门片3外表设计有加强筋3-5，其中靠近阀门片3两侧各有一条沿阀门片3母线方向，在凸耳3-1与3-2之间有一道横跨阀门片3外表面，连接着两侧的加强筋。阀门片3外表面设计有连杆安装凸耳3-2，用于连接连杆5。

如图8所示，封严环4为圆环段，其截面形状与阀门片安装槽3-4的截面相同，其伸出部分与外机匣后段2的分流环接触部分配合，其圆心角与阀门片3一样，使之能刚好嵌入阀门片后端的封严槽3-4内，在关闭时与分流环形成封严。材料可选取封严橡胶。

如图9所示，连杆5为长杆件，其两端各有安装凸耳，中间为杆身5-3。截面为矩形。前端为与同步环6连接的前端凸耳5-1，为单个；后端为与阀门片3连接的后端凸耳5-2，共2个，并列排布。

如图10所示，同步环6为圆环件，直径略大于外机匣后段2，其截面为“工”字形，同步环内侧周向均匀分布6个导槽，用来与外机匣后段2外的导轨2-2配合安装，来限制同步环6的周向转动以及给同步环6的运动方向做引导。同步环6后侧周向均匀分布有24对安装凸耳6-2，其外侧周向分布有2个作动筒安装臂6-1，用来与作动筒滑动杆9-2的球铰9-3连接。在运动时，同步环6沿发动机外机匣后段2前后滑动。

如图11所示，作动筒9是航空专用用液压作动筒，根据行程及载荷需要采用。

如图12所示，前封气机匣7为薄壁圆筒件，为安装方便，机匣上下分半。前封气机匣7前端开有螺栓孔，用来与外机匣前段1连接，前封气机匣7后端有安装边7-2，用来与后封气机匣8连接。

如图13所示，后封气机匣8为薄壁圆筒件，为安装方便，机匣上下分半。后封气机匣8后端与外机匣后段2上的安装边通过螺栓连接，在后端周向分布有两个圆台8-2，圆台8-2中间开孔，用来使作动筒滑动杆9-2伸入。为保证封严，圆台内部设计有封严涨圈10的安装槽。

如图14所示，封严胀圈10为小圆环片，用于增强作动筒滑动杆9-2与后封气机匣8之间的封严。

Claims (4)

1.一种变循环发动机可调机构中的模式转换阀，其特征在于：所述转换阀位于发动机外涵道进口，它包括外机匣前段(1)、外机匣后段(2)、阀门片(3)、封严环(4)、连杆(5)、同步环(6)、作动筒(9)、前封气机匣(7)、后封气机匣(8)和封严胀圈(10)；外机匣前段(1)与外机匣后段(2)装配成完整的发动机外涵进口部分的外壁；外机匣后段(2)内壁上有若干对安装凸耳(2-4)，用来安装阀门片(3)；阀门片(3)前端设有阀门片安装凸耳(3-1)，阀门片安装凸耳(3-1)通过螺栓安装于外机匣后段安装凸耳(2-4)上，阀门片(3)绕穿过阀门片安装凸耳(3-1)的螺栓转动，当阀门片(3)顺时针旋转到后端与外机匣后段(2)内部的分流机匣接触时为关闭状态，此时外涵道完全被关闭，当阀门片(3)逆时针旋转到阀门片(3)内壁母线与外机匣后段(2)内壁平行时为打开状态，此时外涵道完全被打开；连杆(5)两端都有安装凸耳，连杆(5)后端安装凸耳(5-2)连接于阀门片(3)外表面的凸耳(3-2)上，连杆(5)前端安装凸耳(5-1)连接于位于外机匣后段(2)外的同步环(6)上，并由同步环(6)驱动；同步环(6)为沿安装于外机匣后段(2)外面的同步环导轨(2-2)前后滑动，同步环(6)外侧分布有若干对安装凸耳(6-2)，每对安装凸耳(6-2)连接一根连杆(5)的前端凸耳(5-1)，凸耳(6-2)的对数与连杆(5)和阀门片(3)的数量相一致，正好对应安装；同步环(6)外侧分布有若干液压作动筒连接柱(6-1)，在此连接柱(6-1)上安装有液压作动筒滑动杆末端的球铰(9-3)，同步环(6)的驱动力由液压作动筒滑动杆(9-2)提供；液压作动筒(9)由筒体(9-1)与滑动杆(9-2)组成，筒体(9-1)安装于外机匣后段(2)上的固定安装座(2-1)，通过精确控制油压来使滑动杆(9-2)在筒体(9-1)内前后移动，在外机匣后段(2)上开有槽(2-3)用来通过连杆(5)；前封气机匣(7)前壁通过螺栓孔(7-1)安装于外机匣前段(1)外表的安装边(1-1)上的螺栓孔(1-2)，前封气机匣(7)的后面通过安装边(7-2)与后封气机匣(8)的安装边通过螺栓相连，后封气机匣(8)的后面与外机匣后段(2)连接在一起，在后封气机匣(8)的侧壁开有孔(8-2)使作动筒滑动杆(9-2)通过，在所述孔(8-2)的孔部位设计有封严胀圈(10)。

2.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的模式转换阀，其特征在于：所述外机匣前段(1)与外机匣后段(2)通过安装边的螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的模式转换阀，其特征在于：所述阀门片(3)前端通过安装凸耳(3-1)与外机匣后段(2)上的安装凸耳(2-4)相连，后端通过安装凸耳(3-2)与连杆(5)相连。

4.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的模式转换阀，其特征在于：所述同步环(6)为套在外机匣后段(2)外面的截面为“工”字形的圆环，可沿外机匣后段(2)前后滑动。