CN103939234B - 一种变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器 - Google Patents

Abstract

一种变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，包括：作动筒、双臂连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、阀体连杆、内机匣、外机匣、阀体、同步环连杆、同步环连接铰座、同步环、同步环支座、单臂连臂、直线轴承导轨、直线轴承和直线轴承固定架。本发明采用外置式作动筒和同步环，具有对气流通道阻塞小、运动可靠、同步协调、易于应用实践等优点。

Description

一种变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器

技术领域

本发明涉及一种变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，用于实现后涵道引射器状态转换，以调节发动机的工作状态，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

国外变循环发动机设计起步于20世纪70年代，而国内变循环发动机设计于本世纪才开始进行。变循环发动机的可调机构主要包括三部分：模式转换阀、前涵道引射器、后涵道引射器，其中后涵道引射器位于低压涡轮之后、加力燃烧室之前，与模式转换阀、前涵道引射器配合调节，是可调机构必不可少的一部分。

美国专利USPatent4069661于1978年提出的后涵道引射器，在涵道内直接布置作动筒，这种早期设计的驱动方式，缺点甚多，如堵塞气流、液压系统布置困难等，在后来的设计中基本已被淘汰。

美国专利USPatent4409788于1983年提出的后涵道引射器，采用外置式作动筒，一个主动转轴通过大圆弧驱动条带动两个转轴，它将作动筒放置于机匣外部，有效地降低了作动机构对于流道气流的不利影响，但其缺点在于连接各转轴的大圆弧驱动条不是整环设计，刚性不足，不具备同步性；结构不具备周期对称性，导致运动不协调，有可能在调节过程中出现卡死现象。

美国专利USPatent5307624于1994年提出的后涵道引射器，采用旋转式作动器，一个旋转作动器直接驱动阀体，将作动筒放置于机匣外部(嵌于外机匣上)，其缺点是周向仅一处作用力于阀体，周向力分布不均，导致运动不协调，有可能在调节过程中出现卡死现象；依靠转轴直接驱动阀体移动，包括平移和转动，其中只有轴向平移影响阀体的开关效果，驱动效率低。

美国专利USPatent5343697于1994年提出的后涵道引射器，采用外置式作动筒，一个主动的转轴带动三个从动的转轴，引入球铰和轴承，增加了机构的灵活性。其缺点在于阀体在一处受驱动力，其余三处受到阻力，周向力严重分布不均，很容易导致运动不协调，在调节过程中出现卡死现象；依靠转轴直接驱动阀体移动，包括平移和转动，其中只有轴向平移影响阀体的开关效果，驱动效率低。

中国专利200920277531.X于2009年提出的后涵道引射器，采用外置式作动筒，周向布置一圈作动筒，分别驱动一块阀门片。其缺点在于对机匣形状要求过高，机匣需要在合适位置需有一个布置作动筒的台阶；作动筒个数太多；连杆太多，累计误差大。

综上，上述现有技术普遍存在结构不对称导致易卡死、缺乏同步性导致不协调的不足和缺点，本发明提出的装置采用同步环以保证各处作动件的同步性、同时兼顾了机构的对称性，有效地克服了这方面的缺点。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术结构不对称导致易卡死、缺乏同步性导致不协调的不足，提供一种变循环发动机后涵道引射器同步驱动装置，采用外置式作动筒和同步环，具有对气流通道阻塞小、运动可靠、同步协调、易于应用实践等优点。

本发明的技术解决方案是：一种变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，包括：作动筒、双臂连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、阀体连杆、内机匣、外机匣、阀体、同步环连杆、同步环连接铰座、同步环、同步环支座、单臂连臂、直线轴承导轨、直线轴承、直线轴承固定架。两个作动筒对称安装于外机匣外表面；作动筒与双臂连臂连接；双臂连臂与转轴配合；四个周向均布的转轴与阀体通过阀体连杆连接；阀体被直线轴承和直线轴承固定架限制，只能沿直线轴承导轨前后轴向移动；双臂连臂的另一条臂与同步环连杆连接；同步环连杆与同步环通过同步环连接铰座连接；同步环通过同步环支座安装定位于外机匣外部；同步环分别与双臂连臂和单臂连臂分别通过同步环连接铰座和同步环连杆连接。

所述作动筒为2个，对称布置于外机匣外部；

所述双臂连臂为2个，对称布置于外机匣外部；

所述转轴为4个，周向均布于外机匣外部；

所述阀体为1个，阀体上周向均布四组通孔、凸台和安装台。

所述外机匣上面有2处用于安装作动筒的凸台、4处用于安装轴承座的通孔、12处用于定位同步环的支撑滑条、8处安装同步环支架的螺栓孔、4处用于安装直线轴承导轨的凸起。

所述同步环为1个，上面有4处用于安装同步环连接铰座的螺栓孔；

所述单臂连臂为2个，对称布置于外机匣外部；

本发明与现有技术相比具有的优点如下：

(1)将作动筒放置于机匣外部，仅使流道内部存在较少的零部件从而有效地降低了作动机构对于流道气流的不利影响；

(2)采用同步环，保证四个转轴的同步响应，机构运动保持协调，防止出现卡死现象，提高了可靠性；

(3)作动筒和转轴对称分布，机构运动保持协调性，防止出现卡死现象，提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明正等测视图；

图2a为本发明左视图；

图2b为本发明沿转轴剖视图；

图3为本发明双臂连臂处沿转轴剖视图；

图4为本发明单臂连臂处沿转轴剖视图；

图5为本发明沿直线轴承剖视图；

图6a本发明作动筒主视图；

图6b为本发明作动筒俯视图；

图7a为本发明双臂连臂主视图；

图7b为本发明双臂连臂仰视图；

图8a为本发明转轴主视图；

图8b为本发明转轴俯视图；

图9a为本发明套筒主视图；

图9b为本发明套筒俯视图；

图10a为本发明轴承座主视图；

图10b为本发明轴承座俯视图；

图11a为本发明阀体连杆主视图；

图11b为本发明阀体连杆俯视图；

图12a为本发明内机匣、外机匣左视图；

图12b为本发明内机匣、外机匣正等测视图；

图13a为本发明阀体左视图；

图13b为本发明阀体正等测视图；

图14a为本发明同步环连杆主视图；

图14b为本发明同步环连杆俯视图；

图15a为本发明同步环连接铰座左视图；

图15b为本发明同步环连接铰座正等测视图；

图16a为本发明同步环正等测试图；

图16b为本发明同步环正等测试图局部放大视图；

图17a为本发明同步环支座左视图；

图17b为本发明同步环支座正等测视图；

图18a为本发明单臂连臂主视图；

图18b为本发明单臂连臂仰视图。

图19为本发明直线轴承导轨；

图20a为本发明直线轴承示意图主视图；

图20b为本发明直线轴承示意图正等测视图；

图21a为本发明直线轴承固定架主视图。

图21b为本发明直线轴承固定架正等测视图。

具体实施方式

如图1、图2a、图2b、图3-5所示，本发明装置由作动筒1、双臂连臂2、转轴3、套筒4、轴承5、轴承座6、弹性挡圈7、阀体连杆8、内机匣9、外机匣10、阀体11、同步环连杆12、同步环连接铰座13、同步环14、同步环支座15、单臂连臂16、直线轴承导轨17、直线轴承18、直线轴承固定架19组成。

本装置的整体布局如图1、图2a、图2b所示，同步环14通过同步环支座15安装定位于10外机匣外部，同步环14与连臂(双臂连臂2和单臂连臂16)有四处连接：在区域I内，两处同步环14被对称分布的双臂连臂2驱动；在区域II内，两处同步环14驱动对称分布的单臂连臂16。

区域I内的连接如图3所示，同步环14被对称分布的双臂连臂2驱动。作动筒1提供驱动力，其后方的杆端关节球轴承1-1通过螺栓连接固定于外机匣10外表面；作动筒1杆端关节球轴承1-2与双臂连臂2的一端叉形结构的圆形通孔2-1通过螺栓、螺母连接；双臂连臂2的六边形通孔2-3与转轴3圆柱体部分上端六棱柱3-2通过面接触配合，并通过螺栓压紧；轴承5安装于轴承座6内，轴承座6上方设计有凸台6-1、下方设计有凹槽6-2,凹槽6-2处安装的弹性挡圈7与凸台6-1共同对轴承5定位，轴承座6通过4处螺栓孔6-4固定于外机匣10上的轴承孔10-2；双臂连臂2一端凸台2-2与轴承5之间通过套筒4进行定位；转轴3的末端叉形结构的圆形通孔3-5与阀体连杆8一端的杆端关节球轴承8-1通过螺栓、螺母连接；阀体连杆8另一端关节球轴承8-1通过螺栓固定于阀体11前端的连接凸台11-2处。双臂连臂2的另一端叉形结构的圆形通孔2-4与同步环连杆12的一端的杆端关节球轴承12-1通过螺栓、螺母连接；同步环连杆12的另一端的杆端关节球轴承12-1与同步环连接铰座13的叉形结构的圆形通孔13-2通过螺栓、螺母连接；同步环连接铰座13通过螺栓孔13-1固定于同步环14上螺栓孔14-1处；同步环14一方面通过内表面14-3与外机匣10上的凸条10-3配合(凸条10-3支撑内表面14-3)，另一方面通过侧面14-2与同步环支座15的支撑滑条15-3贴合，同步环14仅能绕发动机中心轴转动；同步环支座15通过螺栓孔15-2固定于外机匣10上的螺栓孔10-4处。

区域II内的连接如图3所示，同步环14驱动对称分布的单臂连臂16。同步环14通过螺栓孔14-1固定同步环连接铰座13，同步环连接铰座13通过叉形结构的圆形通孔13-2与同步环连杆12的一端的杆端关节球轴承12-1通过螺栓、螺母连接；同步环连杆12的另一端的杆端关节球轴承12-1与单臂连臂16的一端叉形结构的圆形通孔2-4通过螺栓、螺母连接；单臂连臂16的六边形通孔16-3与转轴3圆柱体部分上端六棱柱3-2通过面接触配合，并通过螺栓压紧；轴承5安装于轴承座6内，轴承座6上方设计有凸台6-1、下方设计有凹槽6-2,凹槽6-2处安装的弹性挡圈7与凸台6-1共同对轴承5定位，轴承座6通过4处螺栓孔6-4固定于外机匣10上的轴承孔10-2；单臂连臂16一端凸台2-2与轴承5之间通过套筒4进行定位；转轴3的末端叉形结构的圆形通孔3-5与阀体连杆8一端的杆端关节球轴承8-1通过螺栓、螺母连接；阀体连杆8另一端关节球轴承8-1通过螺栓固定于阀体11前端的连接凸台11-2处。

阀体11的安装连接如图5所示，直线轴承18被直线轴承固定架19通过螺栓、螺母固定于阀体上的安装台11-3上；直线轴承18在直线轴承导轨17上做直线滑动；直线轴承导轨17通过螺栓孔17-1固定于外机匣10上的凸起10-5处。

运动过程中，两处对称分布的作动筒1通过杆件伸缩驱动双臂连臂2转动，双臂连臂2带动转轴3转动，同时双臂连臂2的另一条臂拉动同步环连杆12，同步环连杆12拉动同步环连接铰座13，从而带动同步环14周向转动；而在另外两处对称分布的同步环驱动单臂连臂处，同步环14周向转动，由同步环连接铰座13和同步环连杆12拉动单臂连臂16，单臂连臂16带动转轴3转动。周向均匀分布的四处转轴3的转动驱动阀体11的前后移动，从而达到调节目的。

如图6a、图6b所示，作动筒1为航空标准液压作动筒，根据所需驱动力和调节时间要求进行选择。作动筒1后方设计有关节轴承1-1，安装于外机匣10外表面的凸台10-1处；作动筒1杆端设计有杆端关节球轴承1-2，与双臂连臂2的一端的叉形结构的圆形通孔2-1通过螺栓、螺母连接；

如图7a、图7b所示，双臂连臂2为L结构，其中一条臂末端设计为叉形并开有圆形通孔2-1，通过螺栓、螺母与作动筒1的杆端关节球轴承1-2连接；另一条臂也设计为叉形并开有圆形通孔2-4，通过螺栓、螺母与同步环连杆12的杆端关节球轴承12-1连接，为了使同步环连杆12与同步环14的中圆总是保持近似相切以提高驱动效率，叉形结构设计了一个倾斜角，该倾斜角随着发动机的半径改变而改变，在本装置中取11度；双臂连臂2拐弯处设计有凸台2-2和六边形通孔2-3，凸台2-2用于与套筒4定位，六边形通孔2-3与转轴3上端六棱柱3-2配合，用于将作动筒1的驱动力转化为施加在转轴3上的扭矩。

如图8a、图8b所示，转轴3由圆柱体部分和梁部分共同组成。转轴3圆柱体部分设计为空心3-1，用于减重；转轴3圆柱体部分上端设计有六棱柱3-2，通过与双臂连臂2的六边形通孔2-3配合，用于传递扭矩；转轴3圆柱体部分内表面设计有内螺纹3-3，用于螺栓连接；转轴3的轴肩3-4用于轴承5内环的定位。转轴3梁部分端部设计为叉形并开有圆形通孔3-5，通过螺栓、螺母与阀体连杆8一端的关节轴承8-1连接。

如图9a、图9b所示，套筒4的内径与轴承5内环内径相等，外径取为轴承5内环外径和外环内径的平均值，以满足定位要求。

轴承5为标准件双列深沟球轴承，4001X2WB-2RS/YA2型，内径与相应轴段外径相等。

如图10a、图10b所示，轴承座6为圆柱筒形结构。轴承座6上端内壁设计有凸台6-1，用于轴承5定位；轴承座6的凹槽6-2，用于安装弹性挡圈7；轴承座6的法兰安装边6-3开有4处圆柱形通孔6-4，通过螺栓、螺母固定于外机匣10的螺栓孔10-2处。

弹性挡圈7为标准件，GB/T893.1-1986孔用弹性挡圈A型，尺寸根据轴承5外环外径进行选取。

如图11a、图11b所示，阀体连杆8共分三段组装而成，第一段和第三段为标准件外螺纹杆端关节轴承8-1，SA8C型；第二段为圆柱型结构8-2，圆柱两端外部设计有六棱柱结构8-3，用于组合安装时的装夹和固定，圆柱两端内部设计有内螺纹8-4，用于安装关节轴承8-1。

如图12a、图12b所示，内机匣9和外机匣10均为薄壁圆筒件，外机匣10外表面设计有凸台10-1，用以安装作动筒1后方的关节轴承1-1；外机匣10设计有通孔10-2并开有通孔，用以安装轴承座6；滑条10-3用来支撑同步环14；螺栓孔10-4用于安装同步环支座15；凸起10-5用于安装直线轴承导轨17。

如图13a、图13b所示，阀体11为薄壁圆筒件，位于发动机外涵道出口，表面形状由气动设计确定；阀体11前端开有通孔11-1，周向均布4处，用于通过直线轴承导轨17；阀体11前端焊有4处周向均布的连接凸台11-2，通过螺栓与阀体连杆8固定；安装台11-3用于安装直线轴承18。

如图14a、图14b所示，同步环连杆12共分三段组装而成，第一段和第三段为标准件外螺纹杆端关节轴承12-1，SA8C型；第二段为圆柱型结构12-2，圆柱两端外部设计有六棱柱结构12-3，用于组合安装时的装夹和固定，圆柱两端内部设计有内螺纹12-4，用于安装关节轴承12-1。同步环连杆12与阀体连杆8的不同之处在于第二段圆柱型结构12-2和8-2的长度不同。

如图15a、图15b所示，同步环连接铰座13设计为叉形并开有圆形通孔13-2，通过螺栓、螺母与同步环连杆12的杆端关节球轴承12-1连接，底座的螺栓孔13-1用于将其固定于同步环14上。

如图16a、图16b所示，同步环14周向均匀分布四处螺栓孔14-1，与同步环连接铰座13的螺栓孔13-1对应，同步环14侧边的槽14-2与同步环支座15的支撑滑条15-3配合用于安装和定位；

如图17a、图17b所示，同步环支座15由“L”形的底座15-1和支撑滑条15-3组成，两者之间通过螺母15-4连接固定。“L”形的底,15-1上有两个螺栓孔15-2用于安装在外机匣10上，支撑滑条15-3形状要与同步环14侧边的槽14-2吻合，用于定位同步环14。

如图18a、图18b所示，单臂连臂16末端设计为叉形并开有圆形通孔16-1，通过螺栓、螺母与作动筒1的杆端关节球轴承1-2连接，为了使同步环连杆12与同步环14的中圆总是保持近似相切以提高驱动效率，叉形结构设计了一个倾斜角，该倾斜角随着发动机的半径改变而改变，在本发明实施例中取11度；单臂连臂16另一端设计有凸台16-2和六边形通孔16-3，凸台16-2用于与套筒4定位，六边形通孔16-3与转轴3上端六棱柱3-2配合，用于将作动筒1的驱动力转化为施加在转轴3上的扭矩。

如图19所示，直线轴承导轨17直径8mm，两端各有螺栓孔17-1，用于将直线轴承导轨17安装在外机匣10上凸起10-5处。

如图20a、图20b所示，直线选自标准系列LB81625，内径8mm，外径16mm；外表面的槽口18-1和直线轴承固定架19上限位条19-1配合，用于定位。

如图21a、图21b所示，直线轴承固定架19上通过螺栓孔19-1固定于阀体11上的安装台11-3处，限位条19-2用于固定直线轴承18。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于包括：作动筒(1)、双臂连臂(2)、转轴(3)、套筒(4)、轴承(5)、轴承座(6)、弹性挡圈(7)、阀体连杆(8)、内机匣(9)、外机匣(10)、阀体(11)、同步环连杆(12)、同步环连接铰座(13)、同步环(14)、同步环支座(15)、单臂连臂(16)、直线轴承导轨(17)、直线轴承(18)和直线轴承固定架(19)；作动筒(1)与双臂连臂(2)连接；双臂连臂(2)与转轴(3)配合；四个周向均布的转轴(3)与阀体(11)通过阀体连杆(8)连接；阀体(11)被直线轴承(18)和直线轴承固定架(19)限制，只能沿直线轴承导轨(17)前后轴向移动；双臂连臂(2)的另一条臂与同步环连杆(12)连接；同步环连杆(12)与同步环(14)通过同步环连接铰座(13)连接；同步环(14)通过同步环支座(15)安装定位于外机匣(10)外部；同步环(14)与双臂连臂(2)通过同步环连接铰座(13)连接,同步环(14)与单臂连臂(16)通过同步环连杆(12)连接。

2.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述作动筒(1)为2个，对称布置于外机匣(10)外部。

3.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述双臂连臂(2)为2个，对称布置于外机匣(10)外部。

4.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述转轴(3)为4个，周向均布于外机匣(10)外部。

5.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述外机匣(10)上面有2处用于安装作动筒(1)的凸台(10-1)、4处用于安装轴承座(6)的通孔(10-2)、12处用于定位同步环(14)的支撑滑条(10-3)、8处用于安装同步环支架的螺栓孔(10-4)、4处用于定位安装直线轴承导轨(17)的凸起(10-5)。

6.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述阀体(11)为1个，阀体(11)上周向均布四组通孔(11-1)、凸台(11-2)和安装台(11-3)。

7.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述同步环(14)为1个，上面有4处用于安装同步环连接铰座(13)的螺栓孔(14-1)。

8.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的共同驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述单臂连臂(16)为2个，对称布置于外机匣(10)外部。