CN104675524B - 分流环、发动机防冰装置以及涡扇发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分流环、发动机防冰装置以及涡扇发动机，涉及航空发动机技术领域。解决了已有技术存在除冰过程中会对空气动力学性能造成影响、成本较高技术问题。该分流环包括外层壳体、内层壳体、介于内层壳体与外层壳体之间的至少一条扰流肋，外层壳体、内层壳体与扰流肋之间形成中空的流体通道；流体通道的进流口与出流口中至少出流口设置在内层壳体上，或者，流体通道的进流口与出流口中至少出流口为外层壳体边沿与内层壳体边沿之间的缝隙所形成。该发动机防冰装置以及该涡扇发动机各自均包括本发明提供的分流环，还包括热空气生成装置、阀门、入流管以及出流管。本发明用于提高发动机防冰装置的可靠性，并降低其成本。

Description

分流环、发动机防冰装置以及涡扇发动机

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种分流环、设置该分流环的发动机防冰装置以及设置该发动机防冰装置的涡扇发动机。

背景技术

当飞机在飞行任务中遇到较冷的云层或在有结冰条件的地面工作时，发动机进口的某些表面比如分流环头部会产生结冰现象，如果不及时将这些积冰清理，会改变结冰部件的流道形状，从而影响结冰部位的空气动力学性能；更为严重的情况是如果结冰部位的冰块脱落，则有可能会被吸入核心机损坏发动机转子，或被卷入风扇动叶撞击发动机机匣的内侧结构并对其造成损坏。

由于分流环（或称：分流器）是位于涡扇发动机风扇动叶出口、增压级进口用于分隔涡扇发动机内外流道的一种环形装置。发动机内部分流环等位置的防冰设计是必须的，尤其是经常飞越极端气候航线的飞机。

已有技术至少存在以下技术问题：

一般的，对于分流环头部的防冰设计主要有以下两大类：

一类是已有的气防冰设计，比如将高压压气机中的热空气引入中空的进气导流叶片（英文简写为：IGV）进行除冰，或将高压压气机中的热空气引入分流环内部进行冲击换热除冰，并在分流环适当位置开孔加强换热，这类设计应用广泛，结构相对简单，可靠性较高，但是采用已有的气防冰设计会对发动机的空气动力学性能产生影响，比如：中空IGV的厚度增大而导致的空气动力学损耗，以及分流环前缘排出的热空气对流道内气体流动的影响等，并且由于传统气防冰设计的热空气由设在分流环或中空IGV上的一系列小孔排出，如果该部位小孔由于外界原因被堵塞，则有可能导致防冰系统无法正常工作。

另一类则是电防冰设计，即在分流器的前缘模制树脂，并将加热电线圈安装在树脂内，以在结冰条件期间通过提高加热电线圈以及树脂的温度的方式防止分流环区域结冰或者从分流环区域上除冰，采用电防冰的优点是该工作系统不会影响发动机的相关零部件的空气动力学性能，但同时电防冰系统也带来了新的问题：那就是零部件的增加导致系统的复杂性与加工难度大大增加，工作可靠性降低，这样大大增加了运营成本。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种分流环、设置该分流环的发动机防冰装置以及设置该发动机防冰装置的涡扇发动机，解决了已有技术存在除冰过程中会对发动机的空气动力学性能造成影响、成本较高技术问题。本发明优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明实施例提供的分流环，包括外层壳体、内层壳体、介于所述内层壳体与所述外层壳体之间的至少一条扰流肋，其中：

所述外层壳体、所述内层壳体与所述扰流肋之间形成中空的流体通道；

所述流体通道的进流口与出流口中至少出流口设置在所述内层壳体上，或者，所述流体通道的进流口与出流口中至少出流口为所述外层壳体边沿与所述内层壳体边沿之间的缝隙所形成。

在一个优选或可选地实施例中，所述外层壳体与所述内层壳体形成所述分流环的头部，所述流体通道的进流口与出流口均设置在所述内层壳体上，且所述外层壳体与所述内层壳体通过铆钉铆接在一起。

在一个优选或可选地实施例中，所述铆钉贯穿所述外层壳体、所述扰流肋以及所述内层壳体。

在一个优选或可选地实施例中，所述外层壳体、所述内层壳体两者均为旋转体状且两者的轴心线相重合，所述扰流肋呈条形，且所述扰流肋的最大延展方向与所述内层壳体的周向方向相同。

在一个优选或可选地实施例中，所述扰流肋在所述内层壳体径向方向上的尺寸为0.5cm～1.5cm，在所述内层壳体轴向方向上的尺寸为0.5cm～1.5cm。

在一个优选或可选地实施例中，所述内层壳体与所述外层壳体之间设置有至少两排所述扰流肋，每排所述扰流肋包括至少两条所述扰流肋，相邻的两排所述扰流肋之间的间距相同，相邻的两条所述扰流肋之间的间距也相同。

在一个优选或可选地实施例中，所述扰流肋采用插接或焊接的方式与所述内层壳体的外表面相连接，所述内层壳体的外表面的轮廓线呈圆台状，所述扰流肋在所述内层壳体的周向方向上的尺寸为π/6*R，其中：R为所述内层壳体外表面上与所述扰流肋相连接的区域的半径的最大值、最小值或平均值。

在一个优选或可选地实施例中，相邻的两条所述扰流肋在所述内层壳体轴向方向上的间隔为4cm～6cm，与所述内层壳体的外表面上半径相同区域连接的所述扰流肋之间的间隔为π/12*R。

本发明实施例提供的发动机防冰装置，包括本发明实施例提供任一技术方案提供的分流环，还包括热空气生成装置、阀门、入流管以及出流管，其中：

所述热空气生成装置的热空气出口通过所述入流管与所述分流环内流体通道的进流口相连通，所述阀门设置在所述入流管上且能控制所述入流管的导通面积；

所述分流环内流体通道的出流口与所述出流管相连通，所述出流管的出气端口朝向所述分流环内。

本发明实施例提供的涡扇发动机，包括内涵空气流道、外涵空气流道以及本发明实施例任一技术方案提供的发动机防冰装置，其中：所述分流环介于所述内涵空气流道、所述外涵空气流道之间。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

由于外层壳体、内层壳体与扰流肋之间形成了中空的流体通道，故而可以采用热空气生成装置（优选为压气机）为流体通道供应热空气（或称：热气流）的方式加热分流环，避免分流环尤其分流环的头部结冰，因为流体通道的出流口设置在内层壳体上，或者，流体通道的出流口为外层壳体边沿与内层壳体边沿之间的缝隙所形成，故而由流体通道的出流口流出的气流不会对设置该分流环的发动机的空气动力学性能构成影响，同时，由于本发明未采用电防冰设计，无需在分流环上设置树脂以及加热电线圈，故而不仅结构更为简单、可靠性好，而且成本低廉，所以解决了已有技术存在除冰过程中会对空气动力学性能造成影响、成本较高技术问题。

本发明提供的优选技术方案与已有技术相比至少可以产生如下技术效果：

1、介于外层壳体与内层壳体之间的扰流肋的设置不仅起到了支撑、隔开外层壳体与内层壳体的作用，而且扰流肋增大了分流环与热空气的接触面积，提高了热空气为分流环传导热能的效率，强化了换热效果；

2、铆钉贯穿设置在扰流肋内，不仅可以起到良好的固定连接外层壳体与内层壳体的作用，而且铆钉未阻挡热空气，不会影响热空气的传输。

本发明提供的优选技术方案与已有技术相比所取得的其他技术效果，本文将在具体实施方式分层次详细阐述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所提供的涡扇发动机的局部示意图；

图2为本发明实施例所提供的涡扇发动机上分流环与导流叶片之间连接关系的一张局部剖面放大示意图；

图3为本发明实施例所提供的涡扇发动机上分流环与导流叶片之间连接关系的又一张局部剖面放大示意图；

图4为本发明实施例所提供的分流环的立体结构的示意图；

附图标记：1、大涵道比分排涡扇发动机；2、中心轴线；3、环境大气；4、风扇转子叶片；5、分流环；6、外涵空气流道；7、风扇出口导叶；8、支板；9、内涵空气流道；10、导流叶片；11、声衬；12、入流管；13、外层壳体；14、内层壳体；15、扰流肋；16、铆钉；17、阀门；18、出流管。

具体实施方式

下面可以参照附图图1～图4以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与已有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案（包括优选技术方案）做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本发明实施例提供了一种不影响发动机的空气动力学性能、结构简单、成本低廉的分流环、设置该分流环的发动机防冰装置以及设置该发动机防冰装置的涡扇发动机。

下面结合图1～图4对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1～图4所示，本发明实施例所提供的分流环5，包括外层壳体13、内层壳体14、介于内层壳体14与外层壳体13之间的至少一条扰流肋15，其中：

外层壳体13、内层壳体14与扰流肋15之间形成中空的流体通道。

流体通道的进流口与出流口中至少出流口设置在内层壳体14上，或者，流体通道的进流口与出流口中至少出流口为外层壳体13边沿与内层壳体14边沿之间的缝隙所形成。

由于外层壳体13、内层壳体14与扰流肋15之间形成中空的流体通道，故而可以采用热空气生成装置（优选为压气机）为流体通道供应热空气（优选为从压气机中间级引出热空气，当然，热空气也可以被温度较高的液体所取代）的方式加热分流环5，避免分流环5结冰，因为流体通道的出流口设置在内层壳体14上，或者，流体通道的出流口为外层壳体13边沿与内层壳体14边沿之间的缝隙所形成，故而由流体通道的出流口流出的气流不会对设置该分流环5的发动机的空气动力学性能构成影响，同时，由于本发明未采用电防冰设计，无需在分流环5上设置树脂以及加热电线圈，故而不仅结构更为简单、可靠性好，而且成本低廉。

作为一种优选或可选地实施方式，外层壳体13与内层壳体14形成分流环5的头部。流体通道的进流口与出流口均设置在内层壳体14上，且外层壳体13与内层壳体14通过铆钉16铆接在一起。

内层壳体14的后方以及内部空间充裕，便于流体通道的进流口与出流口与入流管12以及出流管18进行连接。

使用铆钉16铆接的方式固定外层壳体13与内层壳体14，不仅工艺简单，而且装配效率较高。当然，使用螺钉或螺栓取代铆钉16或直接将外层壳体13与内层壳体14、扰流肋15三者焊接在一起的技术方案也应在本发明的保护范围之内。

作为一种优选或可选地实施方式，铆钉16贯穿外层壳体13、扰流肋15以及内层壳体14。铆钉16贯穿设置在扰流肋15内，不仅可以起到固定连接外层壳体13与内层壳体14的作用，而且铆钉16不会阻挡热空气的流动，进而不会影响热空气的传输。

本发明提供的分流环5头部形成了双层中空结构，该结构可用如下或类似工艺获得：

首先制造外层壳体13即分流环5头部外壳体，可采用换热系数较高的合金，以改善防冰装置工作效果，然后制作内层壳体14即分流环5内侧壳体，分流环5内侧壳体嵌有离散分布的扰流肋15、内层壳体14、外层壳体13通过铆钉16连接，这些铆钉16穿过扰流肋15将内外壳体紧固在一起。

作为一种优选或可选地实施方式，外层壳体13、内层壳体14两者均为旋转体状且两者的轴心线相重合，扰流肋15呈条形，且扰流肋15的最大延展方向与内层壳体14的周向方向相同。

扰流肋15对进入流体通道的气流不仅可以起到导向作用，而且扰流肋15可以增大热空气与分流环5的接触面积。扰流肋15的最大延展方向与内层壳体14的周向方向相同时可以使气流沿内层壳体14的周向方向流动，有利于热空气内的热量均匀的传递至分流环5。

本发明中扰流肋15材料优选为采用轻质合金，扰流肋15的材料可以与外层壳体13或内层壳体14相同，也可以与外层壳体13或内层壳体14不同。扰流肋15的结构形式不仅限于本实施例所公开的结构，它可以为柱状结构，板式结构等，所有其他结构形式的扰流肋15均应该在本发明的保护范围之内。

作为一种优选或可选地实施方式，扰流肋15在内层壳体14径向方向上的尺寸（该尺寸可以理解为扰流肋15的高度尺寸）为0.5cm～1.5cm，优选为1.0cm，在内层壳体14轴向方向上的尺寸（该尺寸可以理解为扰流肋15的宽度尺寸）为0.5cm～1.5cm，优选为1.0cm。上述尺寸的扰流肋15不仅可以起到良好的支撑、隔开内层壳体14与外层壳体13的作用，而且耗费材料少，有利于降低分流环5的成本与重量。

作为一种优选或可选地实施方式，内层壳体14与外层壳体13之间设置有至少两排扰流肋15，每排扰流肋15包括至少两条扰流肋15，相邻的两排扰流肋15之间的间距相同，相邻的两条扰流肋15之间的间距也相同。

多条、多排扰流肋15不仅增大了分流环5与热空气的接触面积，强化了换热效果，而且有利于气流内的热量均匀的传递至分流环5。

作为一种优选或可选地实施方式，扰流肋15采用插接或焊接（优选为插接）的方式与内层壳体14的外表面相连接，内层壳体14的外表面的轮廓线呈圆台状，扰流肋15在内层壳体14的周向方向上的尺寸（该可以理解为扰流肋15的长度尺寸）为π/6*R，其中：R为内层壳体14外表面上与扰流肋15相连接的区域的半径的最大值、最小值或平均值，优选为平均值。

可以先将扰流肋15固定（例如：以插接的方式镶嵌）入内层壳体14的外表面，然后在将外层壳体13套接在内层壳体14以及扰流肋15之外，这样安装更为简单、方便。

作为一种优选或可选地实施方式，相邻的两条扰流肋15在内层壳体14轴向方向上的间隔为4cm～6cm，与内层壳体14的外表面上半径相同的区域相连接的扰流肋15之间在内层壳体14周向方向上的间隔为π/12*R。

上述间隔的尺寸太大不利于分流环5快速吸收热空气的热量，反之，则不利于热空气的快速流动，本发明公开的上述间隔可以既保证热空气的快速流动，又保证热空气热量的吸收效果。

本发明实施例提供的发动机防冰装置，优选为应用于涡扇发动机增压级进口处，该发动机防冰装置包括本发明任一技术方案提供的分流环5，还包括热空气生成装置（优选为压气机）、阀门17（优选为电控阀门即电子阀门）、入流管12以及出流管18，其中：

热空气生成装置的热空气出口通过入流管12与分流环5内流体通道的进流口相连通，阀门17设置在入流管12上且能控制入流管12的导通面积。

分流环5内流体通道的出流口与出流管18相连通，出流管18的出气端口朝向分流环5内。

本发明实施例提供的发动机防冰装置还可以包括：风扇动叶、声衬11、双层中空结构的分流环5、扰流肋15、增压级进口导流叶片、风扇出口导流叶片等。

通过控制阀门17的开度可以控制热空气生成装置的热空气出口输入分流环5的流体通道的热空气的流量，进而控制气流传导给分流环5的热量，由此可以控制分流环5的防冰性能的强弱。

本发明还可以根据需要设置用于检测分流环5天气状况、周围环境温度以及结冰情况的检测装置，检测装置根据检测结果自动控制阀门17的开度。

本发明实施例提供的涡扇发动机，包括内涵空气流道、外涵空气流道以及本发明任一技术方案提供的发动机防冰装置，其中：分流环5介于内涵空气流道（简称：内涵道）9、外涵空气流道（简称：外涵道）6之间。

涡扇发动机尤其大涵道比分排涡扇发动机适宜采用本发明提供的发动机防冰装置对分流环5进行防冰，当然，本发明提供的发动机防冰装置也可以应用于对分流环5之外的其他发动机零部件的防冰作业。

下文集中阐述本发明优选技术方案提供的涡扇发动机的主要构造：大涵道比分排涡扇发动机1包括风扇转子叶片4、分流环5、外涵空气流道6、风扇出口导叶7、支板8、内涵空气流道9、增压级进口导流叶片10、声衬11。

该发动机在气流方向上具有进气口、风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮等，环境大气首先从进气口被吸入，并经过风扇转子叶片增压，从风扇转子叶片流出的空气被环形的分流环5同心地分开，一部分经由分流环5外围的外涵空气流道6排出，另一部分经由分流环5内侧的内涵空气流道流入增压级。从压气机引出的用于涡轮冷却或其他用途的热空气分出一股引入入流管12，经过入流管12从一端流入具有双层中空结构的分流环内部，热空气在这些中空通道内流动，并通过扰流肋15强化换热效果，以达到对分流环尤其外层壳体的防冰除冰目的，然后热空气从分流环中空结构的另一端出流管18排出。

本发明热空气生成装置生成的热空气是在考虑发动机实际结构特点而在发动机中间级适当位置引出的具有适当温度的气体，其中“适当位置”和“适当温度”是在考虑引气位置的选择和分流环结构材料特性的基础上决定的，本发明的应用场景并不局限于某种具体机型。

综上所述，本发明的优势在于该防冰装置原理简单、工作可靠性高，对发动机气体动力学性能无影响，另外该防冰装置用于防冰除冰的热空气量较已有技术减少，换热面积增大，大大提高了防冰装置的工作效率。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种分流环，其特征在于，包括外层壳体、内层壳体、介于所述内层壳体与所述外层壳体之间的至少一条扰流肋，其中：

所述外层壳体、所述内层壳体与所述扰流肋之间形成中空的流体通道；

所述流体通道的进流口与出流口中至少出流口设置在所述内层壳体上，或者，所述流体通道的进流口与出流口中至少出流口为所述外层壳体边沿与所述内层壳体边沿之间的缝隙所形成。

2.根据权利要求1所述的分流环，其特征在于，所述外层壳体与所述内层壳体形成所述分流环的头部，所述流体通道的进流口与出流口均设置在所述内层壳体上，且所述外层壳体与所述内层壳体通过铆钉铆接在一起。

3.根据权利要求2所述的分流环，其特征在于，所述铆钉贯穿所述外层壳体、所述扰流肋以及所述内层壳体。

4.根据权利要求1所述的分流环，其特征在于，所述外层壳体、所述内层壳体两者均为旋转体状且两者的轴心线相重合，所述扰流肋呈条形，且所述扰流肋的最大延展方向与所述内层壳体的周向方向相同。

5.根据权利要求4所述的分流环，其特征在于，所述扰流肋在所述内层壳体径向方向上的尺寸为0.5cm～1.5cm，在所述内层壳体轴向方向上的尺寸为0.5cm～1.5cm。

6.根据权利要求4所述的分流环，其特征在于，所述内层壳体与所述外层壳体之间设置有至少两排所述扰流肋，每排所述扰流肋包括至少两条所述扰流肋，相邻的两排所述扰流肋之间的间距相同，相邻的两条所述扰流肋之间的间距也相同。

7.根据权利要求6所述的分流环，其特征在于，所述扰流肋采用插接或焊接的方式与所述内层壳体的外表面相连接，所述内层壳体的外表面的轮廓线呈圆台状，所述扰流肋在所述内层壳体的周向方向上的尺寸为π/6*R，其中：R为所述内层壳体外表面上与所述扰流肋相连接的区域的半径的最大值、最小值或平均值。

8.根据权利要求7所述的分流环，其特征在于，相邻的两条所述扰流肋在所述内层壳体轴向方向上的间隔为4cm～6cm，与所述内层壳体的外表面上半径相同区域连接的所述扰流肋之间的间隔为π/12*R。

9.一种发动机防冰装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的分流环，还包括热空气生成装置、阀门、入流管以及出流管，其中：

所述热空气生成装置的热空气出口通过所述入流管与所述分流环内流体通道的进流口相连通，所述阀门设置在所述入流管上且能控制所述入流管的导通面积；

所述分流环内流体通道的出流口与所述出流管相连通，所述出流管的出气端口朝向所述分流环内。

10.一种涡扇发动机，其特征在于，包括内涵空气流道、外涵空气流道以及权利要求9所述的发动机防冰装置，其中：所述分流环介于所述内涵空气流道、所述外涵空气流道之间。