CN108678872B - 采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机及柔性机匣 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机柔性机匣，包括：安装机匣，为圆柱形薄壁圆管；多组连杆调节机构，设置在安装机匣的内表面，包括位置调节连杆、位置调节驱动装置、形状调节连杆和形状调节驱动装置；以及多组鳞片式组合内壁，设置在连杆调节机构上；位置调节驱动装置设置在位置调节连杆与安装机匣之间，位置调节驱动装置用于驱动位置调节连杆，以调节鳞片式组合内壁的径向位置；形状调节驱动装置设置在位置调节连杆与形状调节连杆之间、并且设置在形状调节连杆与鳞片式组合内壁之间，形状调节驱动装置用于驱动形状调节连杆，以调节鳞片式组合内壁的曲率。本公开还提供了一种发动机，包括上述柔性机匣，燃气发生器和混合器。

Description

采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机及柔性机匣

技术领域

本公开涉及一种采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机及其柔性机匣。

背景技术

随着飞行器飞行包线的扩展和任务复杂性的提高，航空发动机需要根据任务来调节自身工作状态，在全飞行包线内兼顾高空高速大推力和低空低速低耗油，在保证飞行器机动性能的同时提升飞行器的作战半径。因此，国内外提出多种涵道比调节机构，使发动机具有根据不同工况调节涵道比的能力。

专利US3938328是由Boeing公司于1973年提出的一种多循环发动机方案。该方案在涡扇发动机基础上，在第一级风扇后端增加了一个外环通道，并分别在风扇和低压涡轮处设置了调换内外环气流的调节机构，以改变进入核心机的气流状态，满足不同飞行任务的最佳推力和油耗需求，但该调节机构内部结构较复杂，且不能实现涵道比连续变化。

专利US4068471是由GE公司于1975年提出的一种变循环发动机方案。该方案在CDFS与高压压气机之间设置了由内涵到外涵的通道和转动阀门，由此在工作过程中改变发动机涵道比，实现变循环。然而，该方案采用调节阀门堵塞前段风扇后气流走向的方式，一是涵道比变化范围十分有限，二是涵道比调节过程不连续，易影响发动机的气动稳定性。

专利US20050047942在带有FLADE的自适应循环发动机基础上，在对转风扇和CDFS之间及CDFS和高压压气机之间分别设置了涵道引射器，以控制发动机在不同飞行条件下的涵道比。多组调节阀门和涵道引射器的设置增加了结构的复杂度，在涵道比调节过程中同样会影响发动机的气动不稳定性。

专利CN105840549A提出了一种波纹型机匣，可以通过步进电机与蜗杆调节波纹型机匣的径向位置，但是该机匣结构径向位置调节范围十分有限，仅能应用于叶顶间隙的调节，无法满足发动机整机涵道比调节的需求。

由此可见，国内外提出多种涵道比调节机构尚难以满足不同飞行任务的最佳推力和油耗需求：一是涵道比变化范围十分有限，全包线综合性能提升受限；二是涵道比调节过程不连续，调节过程中发动机的气动效率低；三是涵道内部调节结构复杂度高，发动机气动稳定性差。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提出了一种采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机及其柔性机匣。

根据本公开的一个方面，采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机柔性机匣包括：

安装机匣，为圆柱形薄壁圆管；

多组连杆调节机构，设置在安装机匣的内表面，包括位置调节连杆、位置调节驱动装置、形状调节连杆和形状调节驱动装置；以及

多组鳞片式组合内壁，设置在连杆调节机构上，鳞片式组合内壁相互交叠，以形成近圆形的发动机外涵道的外边界，从而为发动机外涵气流提供流道，

位置调节驱动装置设置在位置调节连杆与安装机匣之间，位置调节驱动装置用于驱动位置调节连杆，以调节鳞片式组合内壁的径向位置，

形状调节驱动装置设置在位置调节连杆与形状调节连杆之间、并且设置在形状调节连杆与鳞片式组合内壁之间，形状调节驱动装置用于驱动形状调节连杆，以调节鳞片式组合内壁的曲率。

根据本公开的至少一个实施方式，鳞片式组合内壁及连杆调节机构的数量为多个，数量根据发动机的尺寸及涵道比调节量进行设定。

根据本公开的至少一个实施方式，多组连杆调节机构的一组连杆调节机构中，形状调节连杆和形状调节驱动装置的数量，根据发动机对外涵道的外边界的圆度精度调节进行设定。

根据本公开的至少一个实施方式，多组鳞片式组合内壁的一组鳞片式组合内壁中，鳞片式组合内壁的数量，根据发动机对外涵道的外边界的圆度精度调节进行设定。

根据本公开的至少一个实施方式，通过鳞片式组合内壁的径向位置的调节，来改变外涵道的横截面积，从而调节发动机涵道比；以及

通过鳞片式组合内壁的曲率的调节，来提升外涵道的外边界的整体圆度。

根据本公开的至少一个实施方式，在发动机需要调节至最大涵道比的情况下，

通过位置调节连杆及位置调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁的径向位置，使得外涵道的横截面积为最大横截面积；以及

通过形状调节连杆和形状调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁，使得鳞片式组合内壁调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道外边界的整体圆度。

根据本公开的至少一个实施方式，在发动机需要调节至最小涵道比的情况下，

通过位置调节连杆及位置调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁的径向位置，使得外涵道的横截面积为最小横截面积；以及

通过形状调节连杆和形状调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁，使得鳞片式组合内壁调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道外边界的整体圆度。

根据本公开的至少一个实施方式，在发动机需要调节至中间涵道比的情况下，

通过位置调节连杆及位置调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁的径向位置，使得外涵道的横截面积为介于最小横截面积与最大横截面积之间的中间横截面积；以及

通过形状调节连杆和形状调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁，使得鳞片式组合内壁调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道外边界的整体圆度。

根据本公开的又一方面，一种发动机包括：

如上所述的发动机柔性机匣；

燃气发生器；以及

混合器，

在发动机工作时，进气道的气流分为内涵气流和外涵气流，内涵气流经过燃气发生器后成为内涵出口气流，

外涵气流经过外涵道后成为外涵出口气流，

外涵出口气流与内涵出口气流经过混合器混合，形成尾喷管气流。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的至少一个实施方式的柔性机匣结构示意图。

图2是根据本公开的至少一个实施方式的最大涵道比状态下的柔性机匣结构示意图。

图3是根据本公开的至少一个实施方式的最小涵道比状态下的柔性机匣结构示意图。

图4是根据本公开的至少一个实施方式的中等涵道比状态下的柔性机匣结构示意图。

图5是根据本公开的至少一个实施方式的单组柔性机匣调节机构的结构示意图。

图6是根据本公开的至少一个实施方式的柔性机匣安装在发动机上的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

在本公开的一个可选实施方式中，采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机柔性机匣包括：

安装机匣1，为圆柱形薄壁圆管；

多组连杆调节机构，设置在安装机匣1的内表面，包括位置调节连杆2、位置调节驱动装置3、形状调节连杆4和形状调节驱动装置5；以及

多组鳞片式组合内壁6，设置在连杆调节机构上，鳞片式组合内壁6相互交叠，以形成近圆形的发动机外涵道的外边界，从而为发动机外涵气流提供流道，

位置调节驱动装置3设置在位置调节连杆2与安装机匣1之间，位置调节驱动装置3用于驱动位置调节连杆2，以调节鳞片式组合内壁6的径向位置，

形状调节驱动装置5设置在位置调节连杆2与形状调节连杆4之间、并且设置在形状调节连杆4与鳞片式组合内壁6之间；形状调节驱动装置5用于驱动形状调节连杆4，以调节鳞片式组合内壁6的曲率。

如图1和图5所示，发动机柔性机匣包括安装机匣1、多组鳞片式组合内壁6和多组连杆调节机构。安装机匣1为圆柱形薄壁圆管。连杆调节机构安装在安装机匣1的内表面。连杆调节机构由位置调节连杆2、位置调节驱动装置3、形状调节连杆4和形状调节驱动装置5组成。鳞片式组合内壁6安装在连杆调节机构上。位置调节驱动装置3设置在位置调节连杆2与安装机匣1之间。形状调节驱动装置5设置在位置调节连杆2与形状调节连杆4之间、并且设置在形状调节连杆4与鳞片式组合内壁6之间。位置调节驱动装置3和形状调节驱动装置5可以对相连的结构，即位置调节连杆2和形状调节连杆4之间的角度进行调节，进而调节鳞片式组合内壁6的径向位置和整体圆度。具体地，位置调节驱动装置3可以驱动位置调节连杆2转动，位置调节连杆2可以带动鳞片式组合内壁6的径向位置发生相应改变。形状调节驱动装置5可以驱动形状调节连杆4转动，形状调节连杆4可以带动调节鳞片式组合内壁6的曲率发生相应改变。

在本公开的一个可选实施方式中，鳞片式组合内壁6及连杆调节机构的数量为多个，数量根据发动机的尺寸及涵道比调节量进行设定。

在本公开的一个可选实施方式中，多组连杆调节机构的一组连杆调节机构中，形状调节连杆4和形状调节驱动装置5的数量，根据发动机对外涵道的外边界的圆度精度调节进行设定。

在本公开的一个可选实施方式中，多组鳞片式组合内壁6的一组鳞片式组合内壁6中，鳞片式组合内壁6的数量，根据发动机对外涵道的外边界的圆度精度调节进行设定。

在本公开的一个可选实施方式中，通过鳞片式组合内壁6的径向位置的调节，来改变外涵道的横截面积，从而调节发动机涵道比；以及通过鳞片式组合内壁6的曲率的调节，来提升外涵道的外边界的整体圆度。

如图1、图5和图6所示，连杆调节机构和鳞片式组合内壁6的数量，可根据发动机的尺寸限制条件以及涵道比调节量的需求进行调整。鳞片式组合内壁6相互交叠，可以形成近圆形发动机外涵道的外边界，为发动机外涵气流9提供流道。单组调节机构中形状调节连杆4和形状调节驱动装置5的数量，可根据发动机对外涵道的外边界的圆度精度调节要求进行调整。单组鳞片式组合内壁6中鳞片式组合内壁6的数量，同样可以根据发动机对外涵道外边界的圆度精度调节要求进行调整。位置调节连杆2和位置调节驱动装置3可以在一定范围内调节鳞片式组合内壁6的径向位置，进而改变外涵道的横截面积。在外涵道内边界不变的情况下，可以实现外涵道体积的调节。在内涵道体积不变的情况下，可以进一步实现发动机外涵道气流流量和内涵道气流流量的分配比例的调节，进而实现发动机涵道比的调节。形状调节连杆4和形状调节驱动装置5可以在一定范围内调节鳞片式组合内壁6的曲率，进而在调节外涵道的横截面积的同时，提升鳞片式组合内壁6的整体圆度，也就是提升了外涵道外边界的整体圆度。

在本公开的一个可选实施方式中，在发动机需要调节至最大涵道比的情况下，通过位置调节连杆2及位置调节驱动装置3来调节鳞片式组合内壁6的径向位置，使得外涵道的横截面积为最大横截面积；以及

通过形状调节连杆4和形状调节驱动装置5来调节鳞片式组合内壁6，使得鳞片式组合内壁6调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道外边界的整体圆度。

如图2、图5和图6所示，当发动机需要调节至最大涵道比状态时，连杆调节机构中的位置调节驱动装置3驱动位置调节连杆2转动，从而带动调节鳞片式组合内壁6的径向位置，直到外涵道的横截面积达到最大。形状调节连杆4和形状调节驱动装置5调节鳞片式组合内壁6至当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道外边界的整体圆度。此时外涵道的横截面积最大，发动机处于最大涵道比状态。

在本公开的一个可选实施方式中，在发动机需要调节至最小涵道比的情况下，通过位置调节连杆2及位置调节驱动装置3来调节鳞片式组合内壁6的径向位置，使得外涵道的横截面积为最小横截面积；以及

通过形状调节连杆4和形状调节驱动装置5来调节鳞片式组合内壁6，使得鳞片式组合内壁6调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道外边界的整体圆度。

如图3、图5和图6所示，当发动机需要调节至最小涵道比状态时，连杆调节机构中的位置调节驱动装置3驱动位置调节连杆2转动，从而带动调节鳞片式组合内壁6的径向位置，直到外涵道的横截面积达到最小。形状调节连杆4和形状调节驱动装置5调节鳞片式组合内壁6的曲率至与当前径向位置对应，以便提升外涵道外边界的整体圆度。此时外涵道横截面积最小，发动机处于最小涵道比状态。

在本公开的一个可选实施方式中，在发动机需要调节至中间涵道比的情况下，通过位置调节连杆2及位置调节驱动装置3来调节鳞片式组合内壁6的径向位置，使得外涵道的横截面积为介于最小横截面积与最大横截面积之间的中间横截面积；以及

通过形状调节连杆4和形状调节驱动装置5来调节鳞片式组合内壁6，使得鳞片式组合内壁6调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道外边界的整体圆度。

如图4、图5和图6所示，当发动机需要调节至中间涵道比状态时，连杆调节机构中的位置调节驱动装置3和位置调节连杆2开始工作，调节鳞片式组合内壁6的径向位置，使外涵道的横截面积介于最大横截面积与最小横截面积之间。形状调节连杆4和形状调节驱动装置5调节鳞片式组合内壁6至当前径向位置对应的曲率，提升外涵道外边界的整体圆度。此时外涵道横截面积适中，发动机处于中间涵道比状态。

在本公开的一个可选实施方式中，一种发动机包括：

如上所述的采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁6的发动机柔性机匣；

燃气发生器；以及

混合器，

在发动机工作时，进气道的气流分为内涵气流8和外涵气流9，内涵气流8经过燃气发生器后成为内涵出口气流10，

外涵气流9经过外涵道后成为外涵出口气流11，

外涵出口气流11与内涵出口气流10经过混合器混合，形成尾喷管气流12。

如图6所示，当发动机工作时，调节涵道比以及外涵道外边界的整体圆度，进气道气流7通过风扇后，分成内涵气流8与外涵气流9两部分，随后,内涵气流8在经过燃气发生器后成为内涵出口气流10，外涵气流9经过外涵道后成为外涵出口气流11，外涵出口气流11与内涵出口气流10通过混合器混合，最终形成尾喷管气流12排出发动机外。

与变循环发动机的涵道比调节机构(如模式转换阀、涵道引射器等)相比，本公开的采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机柔性机匣仅设置单一外涵道，可通过改变鳞片式组合内壁6的径向位置来调节外涵道的直径，直接改变发动机外涵道的流通面积，进而调节外涵道体积，改变发动机的涵道比，从而实现发动机涵道比的大范围的连续稳定调节。

在本公开中，调节外涵道横截面积的同时，还可以通过改变鳞片式组合内壁6的曲率来调节外涵道外边界的整体圆度，以提升外涵道气体的流动效率。本公开的采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机柔性机匣为实现航空发动机的涵道比调节功能提出了一种机匣部件设计思路和结构方案。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种采用连杆调节机构和鳞片式组合内壁的发动机柔性机匣，其特征在于，包括：

安装机匣，为圆柱形薄壁圆管；

多组连杆调节机构，设置在所述安装机匣的内表面，包括位置调节连杆、位置调节驱动装置、形状调节连杆和形状调节驱动装置；以及

多组鳞片式组合内壁，设置在所述连杆调节机构上，所述鳞片式组合内壁相互交叠，以形成近圆形的发动机外涵道的外边界，从而为发动机外涵气流提供流道，

所述位置调节驱动装置设置在所述位置调节连杆与所述安装机匣之间，所述位置调节驱动装置用于驱动所述位置调节连杆，以调节所述鳞片式组合内壁的径向位置，

所述形状调节驱动装置设置在所述位置调节连杆与所述形状调节连杆之间、并且设置在所述形状调节连杆与所述鳞片式组合内壁之间，所述形状调节驱动装置用于驱动所述形状调节连杆，以调节所述鳞片式组合内壁的曲率。

2.根据权利要求1所述的柔性机匣，其特征在于，所述鳞片式组合内壁及所述连杆调节机构的数量为多个，所述数量根据发动机的尺寸及涵道比调节量进行设定。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的柔性机匣，其特征在于，

所述多组连杆调节机构的一组连杆调节机构中，所述形状调节连杆和所述形状调节驱动装置的数量，根据发动机对外涵道的外边界的圆度精度调节进行设定。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的柔性机匣，其特征在于，

多组鳞片式组合内壁的一组鳞片式组合内壁中，所述鳞片式组合内壁的数量，根据发动机对外涵道的外边界的圆度精度调节进行设定。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的柔性机匣，其特征在于，

通过所述鳞片式组合内壁的径向位置的调节，来改变外涵道的横截面积，从而调节发动机涵道比；以及

通过所述鳞片式组合内壁的曲率的调节，来提升外涵道的外边界的整体圆度。

6.根据权利要求1所述的柔性机匣，其特征在于，在发动机需要调节至最大涵道比的情况下，

通过所述位置调节连杆及位置调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁的径向位置，使得外涵道的横截面积为最大横截面积；以及

通过所述形状调节连杆和形状调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁，使得鳞片式组合内壁调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道的外边界的整体圆度。

7.根据权利要求6所述的柔性机匣，其特征在于，在发动机需要调节至最小涵道比的情况下，

通过所述位置调节连杆及位置调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁的径向位置，使得外涵道的横截面积为最小横截面积；以及

通过所述形状调节连杆和形状调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁，使得鳞片式组合内壁调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道的外边界的整体圆度。

8.根据权利要求7所述的柔性机匣，其特征在于，在发动机需要调节至中间涵道比的情况下，

通过所述位置调节连杆及位置调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁的径向位置，使得外涵道的横截面积为介于所述最小横截面积与所述最大横截面积之间的中间横截面积；以及

通过所述形状调节连杆和形状调节驱动装置来调节鳞片式组合内壁，使得鳞片式组合内壁调节至与当前径向位置对应的曲率，从而提升外涵道的外边界的整体圆度。

9.一种发动机，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的柔性机匣；

燃气发生器；以及

混合器，

在所述发动机工作时，进气道的气流分为内涵气流和外涵气流，所述内涵气流经过所述燃气发生器后成为内涵出口气流，

所述外涵气流经过外涵道后成为外涵出口气流，

所述外涵出口气流与所述内涵出口气流经过混合器混合，形成尾喷管气流。