CN109854378B - 一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空动力装置，具体涉及一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机。本发明的技术方案如下：包括高压系统、低压系统和承力系统；高压系统包括高压压气机、燃烧室、高压涡轮和第一离合器，低压系统包括风扇、低压涡轮和第二离合器，承力系统包括前机匣、中介机匣和涡轮后机匣；高压系统通过第三轴承和第四轴承形成转动系统，高压压气机通过前轴颈与第一离合器的一端相连，第一离合器的另一端与风扇相连；低压系统通过第一轴承、第二轴承和第五轴承形成转动系统，第二离合器的一端与所述风扇相连，第二离合器的另一端与低压涡轮轴相连。本发明具有飞行包线宽、工作状态多、适应性强、应用面广等优点。

Description

一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机

技术领域

本发明涉及一种航空动力装置，具体涉及一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机。

背景技术

涡轮风扇发动机是航空发动机中一种重要的结构类型，因其推进效率高、推力大而得到广泛应用。传统的涡轮风扇发动机主要由高压和低压两个系统组成，高、低压系统又都包括静子系统和转子系统，高、低压系统的静子系统通过机匣等零组件相互连接，形成统一的静子系统；高、低压系统的转子系统则分别布置在各自的轴承上，形成两个独立的转动系统，虽然两个转子系统工作时结构上相互独立、互不影响，但使得发动机的工作状态比较单一、飞行包线较小，尽管在发动机的风扇和压气机等部件上设计了若干级数个进口可调叶片，但发动机总体的调节能力仍较为有限。从使用需求及未来发展趋势角度，传统的涡轮风扇发动机因其有限的工作范围、相对单一的工作状态难以适应未来飞机多任务的发展要求。

发明内容

本发明提供一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机，具有飞行包线宽、工作状态多、适应性强、应用面广等优点。

本发明的技术方案如下：

一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机，包括高压系统、低压系统和承力系统；高压系统包括高压压气机、燃烧室、高压涡轮和第一离合器，低压系统包括风扇、低压涡轮和第二离合器，承力系统包括前机匣、中介机匣和涡轮后机匣；高压系统通过第三轴承和第四轴承形成转动系统，高压压气机通过前轴颈与第一离合器的一端相连，第一离合器的另一端与风扇相连；低压系统通过第一轴承、第二轴承和第五轴承形成转动系统，第二离合器的一端与所述风扇相连，第二离合器的另一端与低压涡轮轴相连；前机匣承受并传递第一轴承的载荷，中介机匣承受并传递第三轴承的载荷，涡轮后机匣承受并传递第五轴承的载荷；第二轴承和第四轴承为中介轴承，第二轴承安装在前轴颈和低压涡轮轴之间，第四轴承安装在后轴颈和低压涡轮轴之间。

所述的具有模式调节能力的涡轮风扇发动机，其优选方案为，第一轴承安装在前机匣上，第三轴承安装在中介机匣上，第五轴承安装在涡轮后机匣上。

本发明的有益效果为：一、本发明的航空发动机通过在不同的位置布置离合器，能够实现常规工作模式、高压系统带风扇模式和高压系统模式等三种工作模式的转换，进一步拓宽了发动机的飞行包线；二、本发明的航空发动机可根据飞行任务的需要产生大、中、小三种推力量级，能够有效的降低发动机的耗油率；三、本发明的航空发动机其模式转换的思想还可应用于汽车、轮船、机床等具有相似使用要求的其他工业产品中。

附图说明

图1为具有模式调节能力的航空发动机总体结构示意图；

图2为常规工作模式工作示意图；

图3为高压系统驱动风扇工作模式示意图；

图4为高压系统独立工作模式示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机，包括高压系统19、低压系统20和承力系统21等三个子系统；所述高压系统19包括高压压气机5、燃烧室6、高压涡轮8和第一离合器12，所述低压系统20包括风扇2、低压涡轮9和第二离合器13，所述承力系统21包括前机匣1、中介机匣3、涡轮后机匣10；高压系统19通过第三轴承15和第四轴承17形成转动系统，所述高压压气机5通过前轴颈4与第一离合器12的一端相连，所述第一离合器12的另一端与风扇2相连；低压系统20通过第一轴承11、第二轴承14和第五轴承18形成转动系统，所述第二离合器13的一端与风扇2相连，另一端与低压涡轮轴16相连；所述前机匣1承受并传递第一轴承11的载荷，所述中介机匣3承受并传递第三轴承15的载荷，所述涡轮后机匣10承受并传递第五轴承18的载荷；所述第二轴承14和第四轴承17为中介轴承，所述第二轴承14安装在前轴颈4和低压涡轮轴16之间，所述第四轴承17安装在后轴颈7和低压涡轮轴16之间。

第一轴承11安装在前机匣1上，第三轴承15安装在中介机匣3上，第五轴承18安装在涡轮后机匣10上。

实施方式一：结合附图1和图2，当飞机满载起飞或需要推力较大时，第一离合器12断开，第二离合器13接通，低压涡轮9通过低压涡轮轴16将扭矩传递给风扇2，驱动其工作，此时发动机处于常规工作模式，高压系统19和低压系统20同时工作，发动机由外涵和内涵气流同时产生推力，且推力最大。

实施方式二：结合附图1和图3，当飞机需求发动机提供中等推力量级时，第一离合器12接通，第二离合器13断开，此时切换成高压系统19驱动风扇2工作模式，由于高压系统19需要输出一部分功率传递给风扇2，因此高压系统19将降速转动，发动机由高压系统19和风扇2产生推力。

实施方式三：结合附图1和图4，当飞机处于轻载或低速巡航时，发动机仅需要提供满足最低要求的推力即可，此时第一离合器12和第二离合器13均断开，风扇2停止转动，仅由高压系统19单独工作，发动机推力来自于内涵的高温燃气流，此时推力最小。

本发明的航空发动机共设计有第一离合器12和第二离合器13等两个离合器，两个离合器均可实现与风扇2的接通与驱动，但两个离合器分别属于高压系统19和低压系统20等两个不同的转子系统，因此发动机在工作中，必须保证第一离合器12和第二离合器13只能同时有一个与风扇2接通，另一个必须处于断开状态，否则发动机将会产生比较严重的故障。

Claims (2)

1.一种具有模式调节能力的涡轮风扇发动机，其特征在于，包括高压系统、低压系统和承力系统；高压系统包括高压压气机、燃烧室、高压涡轮和第一离合器，低压系统包括风扇、低压涡轮和第二离合器，承力系统包括前机匣、中介机匣和涡轮后机匣；高压系统通过第三轴承和第四轴承形成转动系统，高压压气机通过前轴颈与第一离合器的一端相连，第一离合器的另一端与风扇相连；低压系统通过第一轴承、第二轴承和第五轴承形成转动系统，第二离合器的一端与所述风扇相连，第二离合器的另一端与低压涡轮轴相连；前机匣承受并传递第一轴承的载荷，中介机匣承受并传递第三轴承的载荷，涡轮后机匣承受并传递第五轴承的载荷；第二轴承和第四轴承为中介轴承，第二轴承安装在前轴颈和低压涡轮轴之间，第四轴承安装在后轴颈和低压涡轮轴之间。

2.根据权利要求1所述的具有模式调节能力的涡轮风扇发动机，其特征在于，第一轴承安装在前机匣上，第三轴承安装在中介机匣上，第五轴承安装在涡轮后机匣上。