CN108626027A - 变涵道比涡扇航空发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变涵道比涡扇航空发动机，包括涡轮、差速器、压气机和风扇转子，所述差速器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端连接所述涡轮，所述第一输出端连接所述压气机，所述第二输出端连接所述风扇转子，其中所述第一输出端的转速为所述输入端的转速与所述第二输出端的转速之和的一半。

Description

变涵道比涡扇航空发动机
技术领域
本发明主要涉及航空发动机领域，尤其涉及一种变涵道比涡扇航空发动机。
背景技术
由飞机发动机的设计原理可知，在马赫数小于1时，以涡扇循环为主要功率输出的发动机效率较高，以涡喷循环为主要功率输出的发动机效率较低；当马赫数大于1时，则涡扇循环为主要功率输出的发动机效率开始降低，而以涡喷循环为主要功率输出的发动机效率开始提高。同时，以涡喷循环为主要功率输出的发动机拥有更高的推重比。因此对于持续高马赫数的飞行任务，涡喷循环为主导的功率输出方式是有利的。反之，如果任务强调低马赫数和长航程，则涡扇循环为主导的功率输出方式是有利的。
涡扇航空发动机的功率由涡扇循环和涡喷循环共同实现输出。通过发动机的空气分为两路，第一路通过压气机和涡轮(称为内涵道)，第二路通过动力涡轮带动的风扇(称为外涵道)。内涵道空气主要用于涡喷循环，外涵道空气主要用于涡扇循环。外涵道空气质量流量与内涵道空气流量之比称为涵道比。
根据前述推知，若能用合适的方法改变涡扇航空发动机的涵道比，能够在一定程度上提高其性能、效率及环境适应性。一种已知的变涵道比航空发动机通过一种类似挡板的结构控制低压压气机的排气量来达到变涵道比的目的。目前变涵道比航空发动机仍然不成熟，在性能、效率等方面还有提升空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变涵道比涡扇航空发动机，提高涡扇航空发动机的性能、效率及环境适应性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种变涵道比涡扇航空发动机，包括涡轮、差速器、压气机和风扇转子，所述差速器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端连接所述涡轮，所述第一输出端连接所述压气机，所述第二输出端连接所述风扇转子，其中所述第一输出端的转速为所述输入端的转速与所述第二输出端的转速之和的一半。
在本发明的一实施例中，所述差速器包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮作为所述输入端，所述第二齿轮作为所述第一输出端且与所述第一齿轮啮合，所述第三齿轮设于所述第二输出端且与所述第二齿轮啮合。
在本发明的一实施例中，所述第一齿轮的转轴与所述第二齿轮的转轴相互垂直，所述第三齿轮的转轴与所述第二齿轮的转轴相互垂直。
在本发明的一实施例中，所述差速器还包括支撑架，所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮设于所述支撑架上。
在本发明的一实施例中，所述第二齿轮的数量为2个。
在本发明的一实施例中，上述的变涵道比涡扇航空发动机还包括第一制动器，用于对所述第一输出端制动。
在本发明的一实施例中，上述的变涵道比涡扇航空发动机还包括第二制动器，用于对所述第二输出端制动。
在本发明的一实施例中，上述的变涵道比涡扇航空发动机还包括第二制动器，用于对所述第二输出端制动。
在本发明的一实施例中，所述第一制动器设于发动机外机匣上。
在本发明的一实施例中，所述第二制动器设于发动机外机匣上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过差速器调整风扇转子和低压压气机的转速配比，达到调整涵道比的目的，这能够在一定程度上提高涡扇航空发动机的性能、效率及环境适应性；
2、通过差速器结构将低压涡轮、风扇转子、低压压气机连接起来，如果锁定风扇转子，涡轮转速将只传递给压气机，此时涡扇航空发动机可以在风扇停转时，以涡喷方式输出功率，这为降低发动机遇到外部异物时的损伤提供了一条可行的途径。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的变涵道比涡扇航空发动机的原理图。
图2是根据本发明一实施例的差速器的原理图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
图1是根据本发明一实施例的变涵道比涡扇航空发动机的原理图。参考图1所示，本实施例的变涵道比涡扇航空发动机10，包括涡轮11、差速器12、压气机13和风扇转子14。差速器12具有输入端12a、第一输出端12b和第二输出端12c。输入端21连接涡轮11，第一输出端12b连接压气机13，第二输出端12c连接风扇转子14。根据差速器的特点，在本实施例中，第一输出端12b的转速为输入端21的转速与第二输出端23c的转速之和的一半，即其中输入端12a的转速为ω1，第一输出端12b的转速为ω3，第二输出端12c的转速为ω2。
在一些实施例中，涡轮11可为低压涡轮。在一些实施例中，压气机13可为低压压气机。
图2是根据本发明一实施例的差速器的原理图。在本实施例中，差速器12包括第一齿轮21、第二齿轮22和第三齿轮23，第一齿轮21作为输入端12a，第二齿轮22作为第一输出端12b且与第一齿轮21啮合，第三齿轮23设于第二输出端12c且与第二齿轮22啮合。在本实施例中，第一齿轮21的转轴与第二齿轮22的转轴相互垂直。类似地，第三齿轮23的转轴与第二齿轮22的转轴也相互垂直。差速器12还可包括支撑架24，第一齿轮21、第二齿轮22和第三齿轮23设于支撑架上。可以理解，支撑架24的结构可以是多种多样的，本发明的实施例对此不作限定。
继续参考图2所示，第二齿轮22的数量可为2个，以便向压气机13提供更为稳定的转矩输出。可以理解，第二齿轮22的数量是可以变化的，可以是一个，在有些情况下也可以更多。
本实施例的发动机工作时，涡轮11的转动传递至第一齿轮21上，这里记为ω1。第一齿轮21的转动利用差速器分流至24，即压气机13的叶片和第三齿轮23及风扇转子14上，压气机叶片的转速记为ω3，风扇转子的转速记为ω2。根据前述可知由此可知，在ω1一定时，调整ω2转速将导致ω3变化，反之亦然。
回到图1所示，一些实施例的变涵道比涡扇航空发动机还可包括第一制动器15，用于对第一输出端制动。具体地说，第一制动器15对压气机13制动。通过制动，可以降低降低压气机13的转速。
类似地，一些实施例的变涵道比涡扇航空发动机还可包括第二制动器16，用于对第二输出端制动。具体地说，第二制动器16对风扇转子14制动。通过制动，可以降低降低风扇转子14的转速。
在一些实施例中，第一制动器15、第二制动器16可设于发动机外机匣上。不过可以理解，在不违背本发明的原理的情况下，第一制动器15、第二制动器16可设于其他位置上。
通过第一制动器15、第二制动器16，可控制风扇转子14和压气机13的叶片的转动阻力，从而达到控制两者转速配比的目的。
具体地说，当需要提高风扇转子14的转速，降低压气机13的转速，提高涵道比时，第二制动器16不起制动作用，第一制动器15对压气机13的叶片施加阻力，则此时涡轮11的功率输出向风扇转子14倾斜，风扇转子14转速提高，压气机13转速降低；当需要降低风扇转子14的转速，提高压气机13的转速，降低涵道比时，第一制动器15不起制动作用，第二制动器16对风扇转子14施加阻力，则此时涡轮11的功率输出向压气机13倾斜，风扇转子14转速降低，压气机14转速提高。
极限情况下，若风扇转子14受到如鸟撞等外部损伤，需要停止转动，以防止离心力过大造成进一步破坏时，第二制动器16可以抱死风扇转子，使涡轮11的功率只输出至压气机13中，发动机完全以涡喷循环实现功率输出。
由此，本发明的上述实施例通过差速器调整风扇转子和低压压气机的转速配比，从而达到调整涵道比的目的。
本发明的上述实施例相比已有技术，具有如下优点：
1、通过差速器调整风扇转子和低压压气机的转速配比，达到调整涵道比的目的，这能够在一定程度上提高涡扇航空发动机的性能、效率及环境适应性；
2、通过差速器结构将低压涡轮、风扇转子、低压压气机连接起来，如果锁定风扇转子，涡轮转速将只传递给压气机，此时涡扇航空发动机可以在风扇停转时，以涡喷方式输出功率，这为降低发动机遇到外部异物时的损伤提供了一条可行的途径。
同时，本发明使用了特定词语来描述本发明的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本发明至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本发明的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本发明披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本发明实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本发明对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种变涵道比涡扇航空发动机，包括涡轮、差速器、压气机和风扇转子，所述差速器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端连接所述涡轮，所述第一输出端连接所述压气机，所述第二输出端连接所述风扇转子，其中所述第一输出端的转速为所述输入端的转速与所述第二输出端的转速之和的一半。
2.根据权利要求1所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，所述差速器包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮作为所述输入端，所述第二齿轮作为所述第一输出端且与所述第一齿轮啮合，所述第三齿轮设于所述第二输出端且与所述第二齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，所述第一齿轮的转轴与所述第二齿轮的转轴相互垂直，所述第三齿轮的转轴与所述第二齿轮的转轴相互垂直。
4.根据权利要求2所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，所述差速器还包括支撑架，所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮设于所述支撑架上。
5.根据权利要求2所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，所述第二齿轮的数量为2个。
6.根据权利要求1或2所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，还包括第一制动器，用于对所述第一输出端制动。
7.根据权利要求1或2所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，还包括第二制动器，用于对所述第二输出端制动。
8.根据权利要求6所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，还包括第二制动器，用于对所述第二输出端制动。
9.根据权利要求6所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，所述第一制动器设于发动机外机匣上。
10.根据权利要求7所述的变涵道比涡扇航空发动机，其特征在于，所述第二制动器设于发动机外机匣上。
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