CN103993983B - 一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器 - Google Patents

Abstract

一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，包括作动筒、连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、连杆、内机匣、外机匣、阀体、滑动条、摩擦块、摩擦块安装台；本发明通过作动机构驱动，可使发动机外涵道出口面积连续可调，机构简单，零件数量少，重量轻，相比于现有变循环发动机后涵道引射器设计方案具有更高的稳定性和可靠性。

Description

一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器

技术领域

本发明涉及一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，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

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，实现发动机在涡扇和涡喷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，是可调机构中必不可少的一部分。

美国专利USPatent4285194、USPatent4409788分别于1981年和1983年提出了一种相似的掺混进气式后涵道引射器。其优点在于：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。其缺点在于：机构设计有同步环和驱动环，作动筒的驱动力需通过连臂-转轴-连杆-驱动环-连杆五级传动机构才能传递至引射器阀体，传递过程中由于各零件的变形累积及连接处的间隙累积，在调节过程中后涵道引射器的阀体相对于作动筒将产生一定的时间滞后，从而降低后涵道引射器的可靠性；由于机构零件较多，若采用增加机构刚性的方法控制变形累积，将会使机构重量大幅增加，将会削弱变循环发动机在性能上的优势。

美国专利USPatent5307624于1994年提出了一种掺混进气式后涵道引射器。其优点在于：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；通过阀体遮挡带孔机匣的方式控制气流流量，由于机匣固定，移动部件仅为环形阀体，因而可靠性较高。其缺点在于：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，所允许的移动范围较小。

美国专利USPatent5343697于1994年提出了一种平行进气式后涵道引射器。其优点在于：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；将引射器阀体设计为双层结构，有效地增加了薄壁圆筒型阀体的刚性。其缺点在于：双层阀体设计使得阀体重量成倍增加，将会削弱变循环发动机在性能上的优势。

美国专利USPatent5694767于1997年提出了一种掺混进气式后涵道引射器。其优点在于：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。其缺点在于：掺混气流出射方向于主流方向近乎垂直，将会产生较大的掺混损失；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，且在阀体移动范围较大时转轴的转动范围较大，使作动筒的驱动力不能得到充分利用。

美国专利USPatent4069661于1978年提出了一种掺混进气式和一种平行进气式后涵道引射器。掺混进气式后涵道引射器优点在于：通过周向分布多处的百叶窗型阀体可使引射器达到完全打开和完全关闭两种极限状态；缺点在于调节机构过于复杂，零件数量过多，可靠性较低。平行进气式后涵道引射器优点在于：采用改变喉道位置的双突起型结构调节引射器出口面积，机构简单可靠；缺点在于将大部分作动机构置于流道内部，影响气流流动效果。

中国专利200910242864.3于2009年提出了一种混合进气式后涵道引射器。其优点在于：引射器能够同时实现平行进气和掺混进气两种进气模式，如果能恰当调节流量比例，将使引射器兼具两种进气模式的优势。其缺点在于：多级连杆机构的使用将导致机构重量增加、可靠性降低；作动筒位于机匣台阶后方，其安装对机匣形状提出特殊要求。

综上，上述现有技术普遍存在的不足和缺点包括：作动机构大部分位于流道内部而阻碍气流流动；传动机构级数过多，传递过程中产生变形累积及间隙累积，阀体作动时间滞后，使得机构重量增加，可靠性降低；阀体运动包括平移和转动，其中只有轴向平移影响阀体的开关效果，所允许的移动范围较小，驱动力无法得到充分利用；薄壁圆筒型阀体刚性较差，改进措施使得重量大幅增加。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术在作动机构位置、调节机构级数、阀体运动形式及薄壁圆筒型阀体刚性方面的不足，提供一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，通过作动机构驱动，可使发动机外涵道出口面积连续可调，机构简单，零件数量少，重量轻，具有更高的稳定性和可靠性。

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平行进气式后涵道引射器，包括：作动筒、连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、连杆、内机匣、外机匣、阀体、滑动条、摩擦块、摩擦块安装台；作动筒后方关节轴承通过螺栓连接固定于外机匣外表面；作动筒杆端关节轴承与连臂连接；连臂与转轴通过面接触配合，并通过螺栓压紧；轴承安装于轴承座内，下方设计有弹性挡圈用以定位，并固定于外机匣上；连臂与轴承之间通过套筒进行定位；转轴与连杆一端的关节轴承连接；连杆另一端关节轴承固定于阀体上的连接凸台；阀体与外机匣内表面预留间隙，保证运动过程中不发生摩擦；摩擦块安装于焊接在阀体上的摩擦块安装台；滑动条沿发动机轴向焊接于外机匣内表面，运动过程中与摩擦块配合，用以支撑阀体并起到轴向导向作用；所述作动筒、连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、连杆、阀体上的连接凸台共同构成组件A；组件A周向分布多处，相互之间无连接关系，每个组件A能够单独提供动力；滑动条、摩擦块、摩擦块安装台构成组件B，组件B周向分布多处，共同完成阀体支撑；为了便于安装，组件A与组件B在周向错开一定角度。

所述组件A与组件B在周向错开45°。

所述阀体，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；阀体前端焊有多处周向分布的连接凸台，用于与连杆固定；阀体两端开槽，周向分布多处，用于通过滑动条；阀体采用周向分瓣设计，分瓣处设计有安装边以固定，位于连接凸台与开槽之间，以减小阀体承受拉压载荷时的变形。

本发明为一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，通过作动机构控制，可以使发动机外涵道出口流道面积在一定范围内连续可调，其优点如下：

(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)作动筒周向分布多处，作动过程中同时施加驱动力，如果一处作动筒发生故障而无法正常工作，在其余几处作动筒的驱动下，阀体仍然可以稳定可靠地移动；

(3)驱动力仅通过连臂-转轴-连杆三级传动机构传递至阀体，有效降低了传递过程中由于各零件的变形累积、连接处的间隙累积，所造成的时间滞后，且可靠性较高；

(4)将引射器阀体设计为分瓣结构，设计安装边以固定，不仅降低了薄壁圆筒型阀体的加工难度，且有效地增加了阀体的刚性；

(5)阀体仅存在沿发动机轴向方向的移动，直接改变引射器出口面积，驱动力得到充分利用。

附图说明

图1为本发明立体结构图；

图2a为本发明转轴所在剖面的主视图；

图2b为该主视图局部放大图；

图3a为本发明转轴所在剖面的右视图；

图3b为该右视图局部放大图；

图4a为本发明阀体连接凸台所在剖面的主视图；

图4b为该主视图局部放大图；

图5a为本发明阀体连接凸台所在剖面的右视图；

图5b为该右视图局部放大图；

图6a为本发明的俯视图；

图6b为该俯视图局部放大图；

图7a本发明作动筒主视图；

图7b为本发明作动筒俯视图；

图8a为本发明连臂主视图；

图8b为本发明连臂仰视图；

图9a为本发明转轴主视图；

图9b为本发明转轴俯视图；

图10a为本发明套筒主视图；

图10b为本发明套筒俯视图；

图11a为本发明轴承座主视图；

图11b为本发明轴承座俯视图；

图12a为本发明连杆主视图；

图12b为本发明连杆俯视图；

图13为本发明内机匣、外机匣主视图；

图14a为本发明阀体右视图；

图14b为该右视图局部放大图；

图14c为该右视图在A-A处的剖视图；

图14d为该右视图在B-B处的剖视图；

图14e为该右视图在C-C处的剖视图；

图15a为本发明Ⅰ类摩擦块主视图；

图15b为本发明Ⅰ类摩擦块在A-A处的剖视图；

图15c为本发明Ⅱ类摩擦块主视图；

图15d为本发明Ⅱ类摩擦块在B-B处的主视图；

图16a为本发明Ⅰ类摩擦块安装台主视图；

图16b为本发明Ⅰ类摩擦块安装台在A-A处的剖视图；

图16c为本发明Ⅱ类摩擦块安装台主视图；

图16d为本发明Ⅱ类摩擦块安装台在B-B处的剖视图；

图16e为本发明Ⅲ类摩擦块安装台主视图；

图16f为本发明Ⅲ类摩擦块安装台在C-C处的剖视图；

图16g为本发明Ⅳ类摩擦块安装台主视图；

图16h为本发明Ⅳ类摩擦块安装台在D-D处的剖视图。

具体实施方式

本发明一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，其具体实施方式如下：

如图1、图2a、图2b图3a,图3b、图4a、图4b、图5a、图5b、图6a和图6b所示，此种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，位于发动机低压涡轮出口与加力燃烧室进口之间，内外涵道气流的掺混处。本发明后涵道引射器由作动筒1、连臂2、转轴3、套筒4、轴承5、轴承座6、弹性挡圈7、连杆8、内机匣9、外机匣10、阀体11、滑动条12、摩擦块13、摩擦块安装台14组成。作动筒1后方关节轴承1-1通过螺栓连接固定于外机匣外10表面；作动筒1杆端关节轴承1-2与连臂2一端叉形结构的圆形通孔2-1通过螺栓、螺母连接；连臂2另一端的六边形通孔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下方设计有凹槽6-2，安装弹性挡圈7用以轴承5的定位，并通过4处螺栓、螺母固定于外机匣10上的凸台10-2；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与连杆8一端的关节轴承8-1通过螺栓、螺母连接；连杆8另一端关节轴承8-1通过螺栓固定于阀体11前端的连接凸台11-2；阀体11与外机匣10内表面为间隙配合，保证运动过程中不发生摩擦；摩擦块13通过圆形通孔13-1、六边形盲孔13-2及侧面、下表面开槽13-3、13-4安装于焊接在阀体11上的摩擦块安装台14，并通过螺栓、螺母进行固定；滑动条12沿发动机轴向焊接于外机匣10内表面，运动过程中与摩擦块13配合，用以支撑阀体11并起到轴向导向作用。作动筒1、连臂2、转轴3、套筒4、轴承5、轴承座6、弹性挡圈7、连杆8、阀体11上的连接凸台11-2共同构成组件A，组件A周向均布4处；滑动条12、摩擦块13、摩擦块安装台14构成组件B，组件B周向均布4处；为了便于安装，组件A与组件B在周向错开45°。

运动过程中，作动筒1通过杆件伸缩驱动连臂2转动，连臂2带动转轴3转动，转轴3通过连杆8驱动阀体11沿滑动条12方向即轴向方向移动，由于阀体11的凹面形状及最小半径处与内机匣9的相对位置，其轴向移动将连续改变发动机外涵道出口的流道面积，从而达到调节作用。

如图7a、图7b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；作动筒1杆端设计有关节轴承1-2，与连臂2一端叉形结构的圆形通孔2-1通过螺栓、螺母连接；

如图8a、图8b所示，连臂2一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杆端关节轴承连接；连臂2另一端设计有凸台2-2和六边形通孔2-3，凸台用于与套筒4定位，六边形通孔通过与转轴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9a、图9b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，通过与连臂2一端的六边形通孔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圆柱体部分中部设计有轴肩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、螺母与连杆8一端的关节轴承8-1连接。

如图10a、图10b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11a、图11b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下端内壁设计有凹槽6-2，用于安装弹性挡圈7；轴承座6外壁设计有法兰安装边6-3并开有4处圆柱形通孔6-4，通过螺栓、螺母固定于外机匣10的凸台10-2。

弹性挡7圈为标准件，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12a、图12b所示，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；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13所示，内机匣9、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设计有凸台10-2并开有通孔10-3、10-4，用以安装轴承座6。

如图14a-14e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11-1由气动设计确定；阀体11前端焊有4处周向均布的开有盲孔的连接凸台11-2，并设计有内螺纹11-3，通过螺栓与连杆8固定；阀体11两端开槽11-4，周向均布4处，用于通过滑动条12；阀体11采用周向均布分瓣设计，共分4瓣，分瓣处设计有安装边11-5，通过铆接固定，位于连接凸台11-2与开槽11-4之间，以减小阀体11承受拉压载荷时的变形。

如图5b所示，滑动条12为长条形六面体，焊接于外机匣10内表面，用于阀体11的导向和支撑。

如图15a-15d所示，摩擦块13分为Ⅰ类和Ⅱ类，Ⅰ类位于阀体11前端左侧和阀体11后端右侧，Ⅱ类位于阀体11前端右侧和阀体11后端左侧。摩擦块13上开有圆形通孔13-1、六边形盲孔13-2，用于安装螺栓、螺母以将摩擦块13固定于摩擦块安装台14；摩擦块13侧面、下表面开槽13-3、13-4，与摩擦块安装台14上的突起14-2、14-3配合，用以摩擦块13在发动机径向和周向方向的精确定位。

如图16a-16h所示，摩擦块安装台14分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类，Ⅰ类位于阀体11前端左侧，Ⅱ类位于阀体11前端右侧，Ⅲ类位于阀体11后端右侧，Ⅳ类位于阀体11后端左侧。摩擦块安装台14焊接于阀体11前后两端，用于安装摩擦块13；摩擦块安装台14上开有圆形通孔14-1，用于安装螺栓、螺母以将摩擦块13固定于摩擦块安装台14；摩擦块安装台14上设计有沿发动机轴向方向的两处突起14-2、14-3，与摩擦块13上的两处开槽13-3、13-4配合，用以摩擦块13在发动机径向和周向方向的精确定位。

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 (3)

1.一种变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，其特征在于：其包括作动筒、连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、连杆、内机匣、外机匣、阀体、滑动条、摩擦块、摩擦块安装台；作动筒后方关节轴承通过螺栓连接固定于外机匣外表面；作动筒杆端关节轴承与连臂连接；连臂与转轴通过面接触配合，并通过螺栓压紧；轴承安装于轴承座内，轴承座下方设计有弹性挡圈用以定位，并固定于外机匣上；连臂与轴承之间通过套筒进行定位；转轴与连杆一端的关节轴承连接；连杆另一端关节轴承固定于阀体上的连接凸台；阀体与外机匣内表面预留间隙，保证运动过程中不发生摩擦；摩擦块安装于焊接在阀体上的摩擦块安装台；滑动条沿发动机轴向焊接于外机匣内表面，运动过程中与摩擦块配合，用以支撑阀体并起到轴向导向作用；所述作动筒、连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、连杆、阀体上的连接凸台共同构成组件A；组件A周向分布多处，相互之间无连接关系，每个组件A能够单独提供动力；滑动条、摩擦块、摩擦块安装台构成组件B，组件B周向分布多处，共同完成阀体支撑；为了便于安装，组件A与组件B在周向错开一定角度。

2.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，其特征在于：所述组件A与组件B在周向错开45°。

3.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的平行进气式后涵道引射器，其特征在于：所述阀体，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；阀体前端焊有多处周向分布的连接凸台，通过螺栓或螺母与连杆固定；阀体两端开槽，周向分布多处，用于通过滑动条；阀体采用周向分瓣设计，分瓣处设计有安装边以固定，位于连接凸台与开槽之间，以减小阀体承受拉压载荷时的变形。