CN109162829A - 变循环发动机的压缩系统 - Google Patents

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Abstract

本申请属于变循环发动机结构设计领域，特别涉及一种变循环发动机的压缩系统；压缩系统包括壳体；CDFS转子轴，其具有轴颈；CDFS转子；压气机二级转子；转接盘，将CDFS转子和第一级转子分别固定设置在轴颈两端；三排静子，第一静子和第二静子分别设置在CDFS转子的轴向两侧，第三静子设置在第一级转子与第二级转子之间；小涵道，开设在第二静子与压气机第一级转子之间的壳体上；阀门，用于控制小涵道出口面积的大小；第一驱动机构，用于控制阀门移动；第二驱动机构，用于驱动第一静子的静子叶片转动。本申请的变循环发动机的压缩系统，能够实现CDFS与压气机的气动匹配以及CDFS出口气流流量分配，进而改变发动机热力循环参数，实现变循环特征。

Description

变循环发动机的压缩系统
技术领域
本申请属于变循环发动机结构设计领域，特别涉及一种变循环发动机的压缩系统。
背景技术
变循环发动机结合一些部件的几何形状、尺寸或者位置的变化调整热力循环参数，与常规混排涡扇发动机相比，变循环发动机与进气道的流量匹配性能好，减小常规混排涡扇发动机在节流过程中出现的溢流阻力和后体阻力，提高风扇的流通能力，从而降低推进系统的安装损失。核心机驱动风扇级(Core driven fan stage，简称CDFS)、前涵道引射器(Front Variable Area Bypass Inject，简称FVABI)是变循环发动机压缩系统的主要部件。
现有技术方案多为不可控气流旁路的传统压缩系统，即使存在级间的气流引出，也多为级间被动引气结构，引气多用于冷却高温部件或封严，而不是用于改变发动机的热力循环，结构上一般由引气腔室及引气管路组成。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种变循环发动机的压缩系统，以解决现有变循环发动机压缩系统存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种变循环发动机的压缩系统，包括壳体，所述变循环发动机的压缩系统还包括位于所述壳体内部的：
核心机驱动风扇级转子轴，其轴向一端固定连接有沿径向向外凸出的呈环状的轴颈；
核心机驱动风扇级转子，其配置有第一转子叶片；
压气机转子，其包括沿轴向相互连接的压气机第一级转子和压气机第二级转子，所述压气机第一级转子和压气机第二级转子均配置有第二转子叶片；
转接盘，用于将所述核心机驱动风扇级转子和所述压气机第一级转子分别固定设置在所述轴颈的轴向两端；
第一静子、第二静子以及第三静子，均配置有静子叶片，所述第一静子和第二静子分别设置在所述核心机驱动风扇级转子的轴向两侧，所述第三静子设置在所述压气机第一级转子与压气机第二级转子之间；
所述变循环发动机的压缩系统还包括：
小涵道，呈环形腔体状，同轴开设在所述第二静子与所述压气机第一级转子之间的所述壳体上；
阀门，呈环状，同轴设置在所述壳体外部且位于所述小涵道的出口处，所述阀门配置成通过受控地移动，以控制所述小涵道出口面积的大小；
第一驱动机构，设置在所述壳体外部，且与所述阀门连接，用于控制所述阀门移动；
第二驱动机构，设置在所述壳体外部，且与所述第一静子的静子叶片连接，用于受控地驱动所述第一静子的静子叶片绕其自身轴线转动。
可选地，所述第一驱动机构包括：
第一转轴，沿所述壳体的径向方向转动安装在所述壳体外侧；
第一作动机构，其驱动端通过第一转接杆与所述第一转轴远离所述壳体的一端固定连接，用于通过所述第一转接杆驱动所述第一转轴绕自身轴线转动；
第一驱动杆，一端与所述第一转轴靠近所述壳体的一端固定连接，所述第一驱动杆的另一端与所述阀门轴向一侧铰接。
可选地，所述第一驱动机构还包括：
第一上安装座，内部设置在轴承，所述第一转轴远离所述壳体的一端端部通过所述轴承转动安装在所述第一上安装座上；
第一下安装座，固定设置在所述壳体外侧，所述第一下安装座内部设置在轴承，所述第一转轴靠近所述壳体的一端端部通过所述轴承转动安装在所述第一下安装座上。
可选地，所述第二驱动机构包括：
第二转轴，沿所述壳体的径向方向转动安装在所述壳体外侧；
第二作动机构，其驱动端通过第二转接杆与所述第二转轴远离所述壳体的一端固定连接，用于通过所述第二转接杆驱动所述第二转轴绕自身轴线转动；
第二驱动杆，一端与所述第二转轴靠近所述壳体的一端固定连接；
第三驱动杆，一端与所述第二驱动杆的另一端铰接；
驱动臂，一端与所述第一静子的静子叶片伸出所述壳体的一端固定连接，所述驱动臂的另一端铰接有驱动环，所述第三驱动杆的另一端与所述驱动环固定连接。
可选地，所述的压缩系统还包括：
设置在所述壳体外侧与所述第二驱动机构的结构相同的第三驱动机构和第四驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述第二静子的静子叶片转动，所述第四驱动机构用于驱动所述第三静子的静子叶片转动。
可选地，所述的压缩系统还包括：
第二壳体，呈环状，设置在所述小涵道出口处，用于将所述小涵道的出口配置成垂直于所述壳体的轴线方向；其中
所述阀门配置成通过受控地沿所述壳体的轴线方向移动，以控制所述小涵道出口面积的大小。
可选地，所述小涵道内沿周向均匀设置有叶栅。
可选地，在所述第二静子的静子叶片上，沿所述壳体的轴线方向且朝向所述压气机第一级转子方向延伸设置有内环，所述内环的端部距所述压气机第一级转子的叶盘具有预定距离。
可选地，所述内环的内环面上沿周向设置有呈网格状的加强筋。
可选地，所述转接盘将所述核心机驱动风扇级转子的叶盘和所述压气机第一级转子的叶盘分别固定设置在所述轴颈的轴向两端。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的变循环发动机的压缩系统，实现了可控旁路气流的压缩系统气动布局，实现了CDFS、压气机、FVABI的紧凑布置，通过对CDFS静子叶片角度调节实现CDFS与压气机的气动匹配，通过对小涵道阀门的控制实现CDFS出口气流流量分配，进而改变发动机热力循环参数，实现变循环特征。
附图说明
图1是本申请变循环发动机的压缩系统部分结构示意图；
图2是本申请变循环发动机的压缩系统中第一驱动机构的结构示意图；
图3是本申请变循环发动机的压缩系统中第二驱动机构的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
本申请的变循环发动机的压缩系统，是在带旁路气流的压缩系统气动布局的基础上提出的，包括CDFS转静子叶片及壳体、小涵道叶栅及壳体、小涵道控制机构及阀门、压气机转静子叶片及壳体。本申请通过提出的结构在具有紧凑空间的结构布置的基础上，实现了气动布局要求，驱动机构可对CDFS静子叶片角度以及旁路气流进行流量进行控制，满足了变循环发动机CDFS、FVABI功能要求。
下面结合附图1至图3对本申请的变循环发动机的压缩系统做进一步详细说明。
本申请的一种变循环发动机的压缩系统，可以包括壳体1以及位于壳体1内部的核心机驱动风扇级转子轴2、核心机驱动风扇级转子3、压气机转子、转接盘5、静子以及驱动机构。
核心机驱动风扇级转子3的包括叶盘以及沿周向均匀设置在叶盘上的第一转子叶片31。
本实施例中，优选压气机转子为至少两级；当为两级时，其包括沿轴向相互连接的压气机第一级转子41和压气机第二级转子42；压气机第一级转子41和压气机第二级转子43同样均包括叶盘以及沿周向均匀设置在叶盘上的第二转子叶片43。
核心机驱动风扇级转子轴2的轴向一端固定连接有沿径向向外凸出的呈环状的轴颈21。通过转接盘5，能够将核心机驱动风扇级转子2和压气机第一级转子41分别固定设置在轴颈21的轴向两端。其中，转接盘5用于实现核心机驱动风扇级转子(CDFS)叶盘与压气机第一级转子41叶盘大间距的轴向转接，轴颈21用于将核心机驱动风扇级转子(CDFS)与压气机转子的前端支撑。
具体地，本实施例中，转接盘5是将核心机驱动风扇级转子3的叶盘和压气机第一级转子41的叶盘分别固定设置在轴颈21的轴向两端。
静子包括至少三级；当为三级时，分别为第一静子61、第二静子62以及第三静子63，且第一静子61、第二静子62以及第三静子63均配置有静子叶片64。其中，第一静子61和第二静子62分别设置在核心机驱动风扇级转子3的轴向两侧，第三静子63设置在压气机第一级转子41与压气机第二级转子42之间。
本申请的变循环发动机的压缩系统还包括小涵道7和阀门71。
小涵道7是呈环形腔体状，同轴开设在第二静子62与压气机第一级转子41之间的壳体1上，用于将壳体1内腔与外界连通。另外，本实施例中，优选在小涵道7内沿周向均匀设置有叶栅73，并且，为了保证壳体的承载能力，叶栅73配置成具有较大厚度。
阀门71呈环状，同轴设置在壳体1外部且位于小涵道7的出口处；阀门71配置成通过受控地移动，以控制小涵道7出口面积的大小。
具体地，本实施例中，还可以包括第二壳体72；第二壳体72呈环状，设置在小涵道7出口处，用于将小涵道7的出口配置成垂直于壳体1的轴线方向；其中，阀门71配置成通过受控地沿壳体1的轴线方向移动，以控制小涵道7出口面积的大小。需要说明的是，为了在壳体1上形成小涵道7，还可以对壳体1其他结构进行一些适应性的改动，此处不再赘述。
驱动机构可以包括第一驱动机构8以及第二驱动机构9。
第一驱动机构8设置在壳体1外部，且与阀门71连接，用于控制阀门71移动；其中，第一驱动机构8的具体结构可以根据需要适合的设置。
具体地，本实施例中，优选第一驱动机构8可以包括第一转轴81、第一作动机构82、第一驱动杆83、第一上安装座84以及第一下安装座85。
第一转轴81沿壳体1的径向方向转动安装在壳体1外侧；第一作动机构82可以优选为作动筒，其驱动端通过第一转接杆(图中未示出)与第一转轴81远离壳体1的一端固定连接，用于通过第一转接杆驱动第一转轴81绕自身轴线转动。第一驱动杆83的一端与第一转轴81靠近壳体1的一端固定连接，第一驱动杆83的另一端与阀门71轴向一侧铰接。
进一步，第一上安装座84内部设置在轴承，第一转轴81远离壳体1的一端端部通过轴承转动安装在第一上安装座84上；第一下安装座85固定设置在壳体1外侧，第一下安装座85内部设置在轴承，第一转轴81靠近壳体1的一端端部通过轴承转动安装在第一下安装座85上。
第二驱动机构9设置在壳体1外部，且与第一静子61的静子叶片64连接，用于受控地驱动第一静子61的静子叶片64绕其自身轴线转动。同样，第二驱动机构9的具体结构可以根据需要适合的设置。
具体地，本实施例中，第二驱动机构9可以包括第二转轴91、第二作动机构92、第二驱动杆93、第三驱动杆、驱动臂94以及驱动环95。
第二转轴91沿壳体1的径向方向转动安装在壳体1外侧；第二作动机构92可以优选为作动筒，其驱动端通过第二转接杆(图中未示出)与第二转轴91远离壳体1的一端固定连接，用于通过第二转接杆驱动第二转轴91绕自身轴线转动；第二驱动杆93一端与第二转轴91靠近壳体1的一端固定连接，本实施例中，进一步优选第二驱动杆93的一端套设第二转轴91上，并通过内、外花键形式固定连接；第三驱动杆(图中未示出)一端与第二驱动杆93的另一端铰接；驱动臂94一端与第一静子61的静子叶片64伸出壳体1的一端固定连接，驱动臂94的另一端铰接有驱动环95，第三驱动杆的另一端与驱动环95固定连接。
需要说明的是，上述第二转轴91可以通过类似第一作动机构(82)中的上、下安装座进行安装，不再赘述。
进一步，本申请的变循环发动机的压缩系统中，还可以包括设置在壳体1外侧与第二驱动机构9的结构相同的第三驱动机构和第四驱动机构；其中，第三驱动机构用于驱动第二静子62的静子叶片64转动，第四驱动机构用于驱动第三静子63的静子叶片64转动，具体结构不再赘述。
进一步，本申请的变循环发动机的压缩系统中，在第二静子62的静子叶片64上，沿壳体1的轴线方向且朝向压气机第一级转子41方向延伸设置有内环65，内环65的端部距压气机第一级转子41的叶盘具有预定距离；并且，内环65的内环面上沿周向设置有呈网格状的加强筋，从而避免振动问题。
本申请的变循环发动机的压缩系统，可分为CDFS、压气机、FVABI，实现了可控旁路气流的压缩系统气动布局，实现了CDFS、压气机、FVABI的紧凑布置；该压缩系统通过CDFS静子角度调节结构实现CDFS与压气机的匹配，通过小涵道驱动机构控制阀门实现CDFS出口进入压气机的气流流量控制，该压缩系统可以改变发动机热力循环参数，实现变循环特征。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变循环发动机的压缩系统，包括壳体(1)，其特征在于，所述变循环发动机的压缩系统还包括位于所述壳体(1)内部的：
核心机驱动风扇级转子轴(2)，其轴向一端固定连接有沿径向向外凸出的呈环状的轴颈(21)；
核心机驱动风扇级转子(3)，其配置有第一转子叶片(31)；
压气机转子，其包括沿轴向相互连接的压气机第一级转子(41)和压气机第二级转子(42)，所述压气机第一级转子(41)和压气机第二级转子(43)均配置有第二转子叶片(43)；
转接盘(5)，用于将所述核心机驱动风扇级转子(2)和所述压气机第一级转子(41)分别固定设置在所述轴颈(21)的轴向两端；
第一静子(61)、第二静子(62)以及第三静子(63)，均配置有静子叶片(64)，所述第一静子(61)和第二静子(62)分别设置在所述核心机驱动风扇级转子(3)的轴向两侧，所述第三静子(63)设置在所述压气机第一级转子(41)与压气机第二级转子(42)之间；
所述变循环发动机的压缩系统还包括：
小涵道(7)，呈环形腔体状，同轴开设在所述第二静子(62)与所述压气机第一级转子(41)之间的所述壳体(1)上；
阀门(71)，呈环状，同轴设置在所述壳体(1)外部且位于所述小涵道(7)的出口处，所述阀门(71)配置成通过受控地移动，以控制所述小涵道(7)出口面积的大小；
第一驱动机构(8)，设置在所述壳体(1)外部，且与所述阀门(71)连接，用于控制所述阀门(71)移动；
第二驱动机构(9)，设置在所述壳体(1)外部，且与所述第一静子(61)的静子叶片(64)连接，用于受控地驱动所述第一静子(61)的静子叶片(64)绕其自身轴线转动。
2.根据权利要求1所述的压缩系统，其特征在于，所述第一驱动机构(8)包括：
第一转轴(81)，沿所述壳体(1)的径向方向转动安装在所述壳体(1)外侧；
第一作动机构(82)，其驱动端通过第一转接杆与所述第一转轴(81)远离所述壳体(1)的一端固定连接，用于通过所述第一转接杆驱动所述第一转轴(81)绕自身轴线转动；
第一驱动杆(83)，一端与所述第一转轴(81)靠近所述壳体(1)的一端固定连接，所述第一驱动杆(83)的另一端与所述阀门(71)轴向一侧铰接。
3.根据权利要求2所述的压缩系统，其特征在于，所述第一驱动机构(8)还包括：
第一上安装座(84)，内部设置在轴承，所述第一转轴(81)远离所述壳体(1)的一端端部通过所述轴承转动安装在所述第一上安装座(84)上；
第一下安装座(85)，固定设置在所述壳体(1)外侧，所述第一下安装座(85)内部设置在轴承，所述第一转轴(81)靠近所述壳体(1)的一端端部通过所述轴承转动安装在所述第一下安装座(85)上。
4.根据权利要求1所述的压缩系统，其特征在于，所述第二驱动机构(9)包括：
第二转轴(91)，沿所述壳体(1)的径向方向转动安装在所述壳体(1)外侧；
第二作动机构(92)，其驱动端通过第二转接杆与所述第二转轴(91)远离所述壳体(1)的一端固定连接，用于通过所述第二转接杆驱动所述第二转轴(91)绕自身轴线转动；
第二驱动杆(93)，一端与所述第二转轴(91)靠近所述壳体(1)的一端固定连接；
第三驱动杆，一端与所述第二驱动杆(93)的另一端铰接；
驱动臂(94)，一端与所述第一静子(61)的静子叶片(64)伸出所述壳体(1)的一端固定连接，所述驱动臂(94)的另一端铰接有驱动环(95)，所述第三驱动杆的另一端与所述驱动环(95)固定连接。
5.根据权利要求4所述的压缩系统，其特征在于，还包括设置在所述壳体(1)外侧与所述第二驱动机构(9)的结构相同的第三驱动机构和第四驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述第二静子(62)的静子叶片(64)转动，所述第四驱动机构用于驱动所述第三静子(63)的静子叶片(64)转动。
6.根据权利要求1-5任一项所述的压缩系统，其特征在于，还包括：
第二壳体(72)，呈环状，设置在所述小涵道(7)出口处，用于将所述小涵道(7)的出口配置成垂直于所述壳体(1)的轴线方向；其中所述阀门(71)配置成通过受控地沿所述壳体(1)的轴线方向移动，以控制所述小涵道(7)出口面积的大小。
7.根据权利要求6所述的压缩系统，其特征在于，所述小涵道(7)内沿周向均匀设置有叶栅(73)。
8.根据权利要求6所述的压缩系统，其特征在于，在所述第二静子(62)的静子叶片(64)上，沿所述壳体(1)的轴线方向且朝向所述压气机第一级转子(41)方向延伸设置有内环(65)，所述内环(65)的端部距所述压气机第一级转子(41)的叶盘具有预定距离。
9.根据权利要求8所述的压缩系统，其特征在于，所述内环(65)的内环面上沿周向设置有呈网格状的加强筋。
10.根据权利要求9所述的压缩系统，其特征在于，所述转接盘(5)将所述核心机驱动风扇级转子(3)的叶盘和所述压气机第一级转子(41)的叶盘分别固定设置在所述轴颈(21)的轴向两端。
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