CN110030111B - 一种变循环发动机核心机驱动风扇级结构 - Google Patents

一种变循环发动机核心机驱动风扇级结构 Download PDF

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Abstract

本申请属于飞机发动机结构设计领域，特别涉及一种变循环发动机核心机驱动风扇级结构，包括静子和转子。所述静子的进口机匣、中机匣和出口机匣依次连接，进口可变弯度静子叶片一端与所述进口机匣连接，另一端设置有进口可变弯度静子内环，出口静子叶片一端与所述出口机匣连接，另一端设置有出口静子内环；所述转子安装在所述中机匣中，叶片的叶根与轮盘连接，所述叶片的叶尖与所述中机匣之间留有预定间隙，前封严环一端与所述轮盘的前端连接，另一端通过篦齿抵接所述进口可变弯度静子内环，鼓筒一端与所述轮盘的后端连接，且该端径向延伸至所述叶片的缘板，所述鼓筒另一端与篦齿盘连接，所述篦齿盘通过篦齿与所述出口静子内环连接。

Description

一种变循环发动机核心机驱动风扇级结构
技术领域
本申请属于飞机发动机结构设计领域，特别涉及一种变循环发动机核心机驱动风扇级结构。
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)是变循环发动机变几何特征部件之一。
核心机驱动风扇级因其通过高压转子驱动与传统的风扇有所不同，为了实现变循环发动机热力循环参数的匹配，风扇与压气机之间设计的功能级在功能上与风扇相近，结构上又要满足高压气机的设计要求，结构布局困难。
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核心机驱动风扇级结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种变循环发动机核心机驱动风扇级结构，包括：
静子，所述静子包括进口机匣、中机匣、出口机匣、进口可变弯度静子叶片以及出口静子叶片，所述进口机匣、所述中机匣和所述出口机匣依次连接，所述进口可变弯度静子叶片一端与所述进口机匣连接，另一端设置有进口可变弯度静子内环，所述出口静子叶片一端与所述出口机匣连接，另一端设置有出口静子内环；
转子，所述转子安装在所述中机匣中，所述转子包括轮盘、叶片、前封严环、鼓筒以及篦齿盘，所述叶片的叶根与所述轮盘连接，所述叶片的叶尖与所述中机匣之间留有预定间隙，所述前封严环一端与所述轮盘的前端连接，另一端通过篦齿抵接所述进口可变弯度静子内环，所述鼓筒一端与所述轮盘的后端连接，且该端径向延伸至所述叶片的缘板，所述鼓筒另一端与所述篦齿盘连接，所述篦齿盘通过篦齿与所述出口静子内环连接。
可选地，所述叶片的叶根设置有燕尾型榫头，所述轮盘设置有相适配的榫槽，通过榫头与榫槽的配合实现所述叶片与所述轮盘的连接。
可选地，所述中机匣与所述叶片的叶尖对应的位置喷涂有可磨耗涂层。
可选地，所述进口机匣、所述中机匣以及所述出口机匣均为整环结构，所述进口机匣和所述中机匣通过螺栓连接，所述中机匣和所述出口机匣通过螺栓连接。
可选地，所述进口可变弯度静子叶片包括固定静子叶片段以及可调静子叶片段，其中，
所述固定静子叶片段一端为轴颈结构，通过双螺母固定于所述进口机匣上，另一端为缘板结构；
可调静子叶片段一端为轴颈结构，通过螺栓固定于所述进口机匣上，另一端也为轴颈结构用于连接所述进口可变弯度静子内环。
可选地，所述出口静子叶片一端为轴颈结构，通过螺栓固定于所述出口机匣上，另一端也为轴颈结构用于连接所述出口静子内环。
可选地，所述可调静子叶片段与所述进口机匣连接处设置有圆形衬套，所述可调静子叶片段与所述进口可变弯度静子内环连接处设置有方形衬套；
所述出口静子叶片与所述出口机匣连接处设置有圆形衬套，所述出口静子叶片与所述出口静子内环连接处设置有方形衬套。
可选地，所述进口可变弯度静子内环包括前整环段和后整环段，所述前整环段和所述后整环段通过螺栓连接，所述进口可变弯度静子内环与所述前封严环篦齿对应部分喷涂有涂层；
所述出口静子内环包括前整环段和后整环段，所述前整环段和所述后整环段通过螺栓连接，所述出口静子内环与所述篦齿盘篦齿对应部分喷涂有涂层。
可选地，还包括进口可变弯度静子叶片摇臂、第一联动环、出口静子叶片摇臂以及第二联动环，
所述第一联动环设置在所述进口机匣外侧的角度调节机构上，所述进口可变弯度静子叶片摇臂一端连接所述可调静子叶片段的轴颈结构，另一端通过第一销钉连接所述第一联动环；
所述第二联动环设置在所述出口机匣外侧的角度调节机构上，所述出口静子叶片摇臂一端连接所述出口静子叶片的轴颈结构，另一端通过第二销钉连接所述第二联动环。
可选地，所述第一联动环以及所述第二联动环均为整环结构。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，在满足气动功能要求的基础上，充分考虑了核心机驱动风扇级的特点，综合了传统风扇、压气机的结构特点，结构紧凑、强度可靠、结构布局合理。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的变循环发动机核心机驱动风扇级结构的整体示意图；
图2是本申请一个实施方式的变循环发动机核心机驱动风扇级结构的转子示意图；
图3是本申请一个实施方式的变循环发动机核心机驱动风扇级结构的静子示意图。
其中：
1-转子；2-静子；3-轮盘；4-叶片；5-前封严环；6-鼓筒；7-篦齿盘；8-进口机匣；9-中机匣；10-出口机匣；11-进口可变弯度静子叶片；12-出口静子叶片；13-进口可变弯度静子内环；14-出口静子内环；15-进口可变弯度静子叶片摇臂；16-第一联动环；17-出口静子叶片摇臂；18-第二联动环；19-固定静子叶片段；20-可调静子叶片段；21-圆形衬套；22-方形衬套；23-第一销钉；24-第二销钉。
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。
下面结合附图1至图3对本申请做进一步详细说明。
本申请的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，包括：转子1和静子2。
具体的，静子2包括进口机匣8、中机匣9、出口机匣10、进口可变弯度静子叶片11以及出口静子叶片12。其中，进口机匣8、中机匣9和出口机匣10依次螺栓连接，进口可变弯度静子叶片11一端安装在进口机匣8上，另一端设置有进口可变弯度静子内环13，出口静子叶片12一端安装在出口机匣10上，另一端连接有出口静子内环14；转子1安装在中机匣9中，转子1包括轮盘3、叶片4、前封严环5、鼓筒6以及篦齿盘7，其中，叶片4设置在轮盘3的径向外侧，叶片4的叶根与轮盘3连接，叶片4的叶尖与中机匣9之间留有预定间隙，前封严环5一端与轮盘3的前端连接，另一端通过篦齿抵接进口可变弯度静子内环13，鼓筒6一端与轮盘3的后端连接，且该端径向延伸至叶片4的缘板，鼓筒6另一端与篦齿盘7连接，篦齿盘7通过篦齿与出口静子内环14连接。
在本申请的一个实施方式中，轮盘3为盘轴一体结构，叶片4的叶根设置有轴向燕尾型榫头，轮盘3设置有相适配的榫槽，通过榫头与榫槽的配合实现叶片4与轮盘3的连接。
在本申请的一个实施方式中，前封严环5通过螺栓装配于轮盘3的前端，前封严环5另一端设置有2道篦齿，用于与进口可变弯度静子内环13抵接，起封严作用，同时前封严环对叶片4起到轴向限位作用。鼓筒6通过螺栓设置在轮盘3后端，径向延伸至叶片4缘板位置，以防止气流通过榫头、榫槽回流。篦齿盘7一方面用于核心机驱动风扇级转子1与压气机转子的转接，以缓解核心机驱动风扇级转子1与压气机转子轴向跨距大的问题，另一方面用于核心机驱动风扇级转子1与压气机转子的级间封严。
在本申请的变循环发动机核心机驱动风扇级结构中，进口机匣8、中机匣9、出口机匣10均为整环结构，保持了较好的周向刚度，有利于转静子径向间隙控制。进口机匣8、出口机匣10上均设计有静子叶片安装孔，中机匣9与叶片4叶尖对应位置喷涂有可磨耗涂层，用于保护叶片4叶尖。
在本申请的一个实施方式中，进口可变弯度静子叶片11包括固定静子叶片段19和可调静子叶片段20两部分。固定静子叶片段19一端为轴颈结构，通过双螺母固定于进口机匣8上，另一端为缘板结构用于形成流路。可调静子叶片段20一端为轴颈结构，通过螺栓固定于进口机匣8上，另一端同样为轴颈结构用于支撑静子内环13，为了防止进口可变弯度静子叶片11转动过程中磨损，可调静子叶片段20与进口机匣8连接处设置有圆形衬套21，可调静子叶片段20与进口可变弯度静子内环13连接处设置有方形衬套22，通过进口可变弯度静子叶片11角度调节可以实现大的CDFS部件流量调节范围。出口静子叶片12结构与进口可变弯度静子叶片11的可调静子叶片段20结构相同，出口静子叶片12一端为轴颈结构，通过螺栓固定于出口机匣10上，另一端也为轴颈结构用于连接出口静子内环14，并且，出口静子叶片12与出口机匣10连接处设置有圆形衬套21，出口静子叶片12与出口静子内环14连接处设置有方形衬套22。
在本申请的一个实施方式中，进口可变弯度静子内环13、出口静子内环14均包括前整环段和后整环段，前整环段和后整环段通过螺栓连接用于形成内流路，进口可变弯度静子内环13与前封严环5篦齿对应部分喷涂有涂层，构成篦齿封严结构，出口静子内环14与篦齿盘7篦齿对应部分喷涂有涂层，构成篦齿封严结构。
本申请的变循环发动机核心机驱动风扇级结构还包括进口可变弯度静子叶片摇臂15、第一联动环16、出口静子叶片摇臂17以及第二联动环18。第一联动环16设置在进口机匣8外侧的角度调节机构上，第二联动环18设置在出口机匣10外侧的角度调节机构上，进口可变弯度静子叶片摇臂15和出口静子叶片摇臂17结构形式相同，一端为异型孔结构，另一端为关节轴承结构，进口可变弯度静子叶片摇臂15异型孔结构的一端，连接可调静子叶片段20的与进口机匣8连接的轴颈结构，关节轴承结构的一端通过第一销钉23连接第一联动环16，出口静子叶片摇臂17异型孔结构的一端，连接出口静子叶片12的与出口机匣10连接的轴颈结构，关节轴承结构的一端通过第二销钉24连接第二联动环18。摇臂结构通过关节轴承偏转实现位移补偿，适用于大范围角度调节工况。本实施例中，第一联动环16、第二联动环18均为整环结构，周向刚度均匀，有利于保证可调静子叶片级内角度的一致性。
本申请的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，在满足气动功能要求的基础上，充分考虑了核心机驱动风扇级的特点，综合了传统风扇、压气机的结构特点，结构紧凑、强度可靠，结构布局合理。同时为满足核心机驱动风扇级宽的流量调节范围提供了摇臂、联动环结构。
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 (9)

1.一种变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，包括：
静子(2)，所述静子(2)包括进口机匣(8)、中机匣(9)、出口机匣(10)、进口可变弯度静子叶片(11)以及出口静子叶片(12)，所述进口机匣(8)、所述中机匣(9)和所述出口机匣(10)依次连接，所述进口可变弯度静子叶片(11)一端与所述进口机匣(8)连接，另一端设置有进口可变弯度静子内环(13)，所述出口静子叶片(12)一端与所述出口机匣(10)连接，另一端设置有出口静子内环(14)，所述进口机匣(8)、所述中机匣(9)以及所述出口机匣(10)均为整环结构，所述进口机匣(8)和所述中机匣(9)通过螺栓连接，所述中机匣(9)和所述出口机匣(10)通过螺栓连接；
转子(1)，所述转子(1)安装在所述中机匣(9)中，所述转子(1)包括轮盘(3)、叶片(4)、前封严环(5)、鼓筒(6)以及篦齿盘(7)，所述叶片(4)的叶根与所述轮盘(3)连接，所述叶片(4)的叶尖与所述中机匣(9)之间留有预定间隙，所述前封严环(5)一端与所述轮盘(3)的前端连接，另一端通过篦齿抵接所述进口可变弯度静子内环(13)，所述鼓筒(6)一端与所述轮盘(3)的后端连接，且该端径向延伸至所述叶片(4)的缘板，所述鼓筒(6)另一端与所述篦齿盘(7)连接，所述篦齿盘(7)通过篦齿与所述出口静子内环(14)连接。
2.根据权利要求1所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，所述叶片(4)的叶根设置有燕尾型榫头，所述轮盘(3)设置有相适配的榫槽，通过榫头与榫槽的配合实现所述叶片(4)与所述轮盘(3)的连接。
3.根据权利要求1所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，所述中机匣(9)与所述叶片(4)的叶尖对应的位置喷涂有可磨耗涂层。
4.根据权利要求1所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，所述进口可变弯度静子叶片(11)包括固定静子叶片段(19)以及可调静子叶片段(20)，其中，
所述固定静子叶片段(19)一端为轴颈结构，通过双螺母固定于所述进口机匣(8)上，另一端为缘板结构；
可调静子叶片段(20)一端为轴颈结构，通过螺栓固定于所述进口机匣(8)上，另一端也为轴颈结构用于连接所述进口可变弯度静子内环(13)。
5.根据权利要求4所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，所述出口静子叶片(12)一端为轴颈结构，通过螺栓固定于所述出口机匣(10)上，另一端也为轴颈结构用于连接所述出口静子内环(14)。
6.根据权利要求5所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，所述可调静子叶片段(20)与所述进口机匣(8)连接处设置有圆形衬套(21)，所述可调静子叶片段(20)与所述进口可变弯度静子内环(13)连接处设置有方形衬套(22)；
所述出口静子叶片(12)与所述出口机匣(10)连接处设置有圆形衬套(21)，所述出口静子叶片(12)与所述出口静子内环(14)连接处设置有方形衬套(22)。
7.根据权利要求6所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，所述进口可变弯度静子内环(13)包括前整环段和后整环段，所述前整环段和所述后整环段通过螺栓连接，所述进口可变弯度静子内环(13)与所述前封严环(5)篦齿对应部分喷涂有涂层；
所述出口静子内环(14)包括前整环段和后整环段，所述前整环段和所述后整环段通过螺栓连接，所述出口静子内环(14)与所述篦齿盘(7)篦齿对应部分喷涂有涂层。
8.根据权利要求7所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，还包括进口可变弯度静子叶片摇臂(15)、第一联动环(16)、出口静子叶片摇臂(17)以及第二联动环(18)，
所述第一联动环(16)设置在所述进口机匣(8)外侧的角度调节机构上，所述进口可变弯度静子叶片摇臂(15)一端连接所述可调静子叶片段(20)的轴颈结构，另一端通过第一销钉(23)连接所述第一联动环(16)；
所述第二联动环(18)设置在所述出口机匣(10)外侧的角度调节机构上，所述出口静子叶片摇臂(17)一端连接所述出口静子叶片(12)的轴颈结构，另一端通过第二销钉(24)连接所述第二联动环(18)。
9.根据权利要求8所述的变循环发动机核心机驱动风扇级结构，其特征在于，所述第一联动环(16)以及所述第二联动环(18)均为整环结构。
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