CN110529428A - 一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子 - Google Patents

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莫鹏
冀国锋
吴秀宽
陈倩
林森
李俊励
杨加寿
廖文兵
王勇
熊珊
林垲
梁湘华
吴俊�
孙瑛聪
班永丽
赵志恒
尹先桃
李旭
李智伟
张俊
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Abstract

本发明提供了一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，包括一级叶盘、二级叶盘、三级叶盘、多段鼓筒组成，一级叶盘两侧设有鼓筒，二级叶盘与三级叶盘的前侧设有鼓筒，一级叶盘后侧的鼓筒和二级叶盘的鼓筒用螺栓固定联接，三级叶盘的鼓筒通过螺栓与二级叶盘固定联接，三段鼓筒的直径由后向前逐级收拢，整个转子通过第一级叶盘前端鼓筒的安装边安装在传动轴上；该转子的结构强度及功能能够满足中涵道比航空发动机增压级转子结构需要。

Description

一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子
技术领域
本发明属于航空发动机转子设计技术领域，涉及一种航空发动机低压压气机转子，特别涉及一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子。
背景技术
中涵道比航空发动机是介于大涵道比民用航空发动机和小涵道比军用航空发动机之间的一种航空发动机类型，其优点是即保留了小涵道比发动机适应高速飞行的部分特性又兼顾了大涵道比发动机的燃油经济性，适用于多任务、多用途远程长航时飞行任务需求。
中等涵道比航空发动机增压级前为大风扇，不便于设计进口导流器，风扇/ 增压级转子的支承形式常采用转子后双支点的悬臂支承形式，其形式近似于大涵道比民用航空发动机，但其增压级结构与大涵道比发动机增压级相比，具有尺寸空间小、结构紧凑及转速高的特点，因此，其设计难度不亚于大涵道比发动机增压级设计。
发明内容
发明目的：为了提供可用于中等涵道比航空发动机的增压级结构，本发明提供了一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，可解决中等涵道比航空发动机的增压级结构设计问题。
技术方案：本发明的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，包括一级叶盘、二级叶盘、三级叶盘、多段鼓筒组成，一级叶盘两侧设有鼓筒，二级叶盘与三级叶盘的前侧设有鼓筒，一级叶盘后侧的鼓筒和二级叶盘的鼓筒用螺栓固定联接，三级叶盘的鼓筒通过螺栓与二级叶盘固定联接，三段鼓筒的直径由后向前逐级收拢，整个转子通过第一级叶盘前端鼓筒的安装边安装在传动轴上。其中，三个叶盘采用止口定心、定位，螺栓压紧的方式进行联接。
进一步的，叶盘由叶片和盘体构成，盘体包含外缘板、幅板和盘心，叶片连接在盘体的外缘板上，盘体的幅板宽度小于盘心宽度，盘体幅板与盘心的应力水平相近。该结构形式具有质量轻，质心半径小的特点，易于不平衡量的调节。盘体外缘板的外缘弧线采用直线代替。即保证气动性能又方便工艺。叶片的叶型由气动设计确定，叶片材料采用钛合金，叶片与盘体的外缘板的连接采用转接圆弧光滑过渡，避免出现应力集中。
进一步的，所有鼓筒与叶盘的连接位置都在盘体的应力载荷恰当半径附近。该设计可以避免转子工作时叶盘与鼓筒变形不协调而产生的额外应力。鼓筒与叶盘一体成型。鼓筒作为整体叶盘的伸臂一体设计，减少零件数量和重量，保证刚性。
进一步的，一级叶盘和二级叶盘之间的鼓筒上设有篦齿，二级叶盘和三级叶盘之间的鼓筒上设有篦齿，三级叶盘后端也设有篦齿。上述设计可以防止转子叶盘级间的气体回流损失，同时可控制气流进入盘腔的气流流量和压力，保证防冰引气量和石墨封严压力，保持一定的轴向力。
进一步的，去除一级叶盘的前鼓筒外缘和三级叶盘尾部篦齿内侧的材料。上述两个位置应力较小、半径较大，去除材料利于配重，实现平衡。
有益技术效果：本发明提供的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，从功能需求出发，针对中涵道比增压级结构特点及其主要设计问题，提出相关设计思路及方法，设计了一种可以悬臂工作的增压级三级转子结构，其结构强度及功能满足中涵道比航空发动机增压级转子结构需要。
附图说明
图1是本发明的转子结构示意图；
图2是本发明的转子叶片示意图；
图3是本发明的转子总体立体结构示意图；
其中，1—一级叶盘，2—二级叶盘，3—三级叶盘，4—鼓筒，5—篦齿，6 —螺栓，7—传动轴，1-1—叶片，1-2—外缘，1-3—幅板，1-4—盘心。
具体实施方式
本部分是本发明的一种实施方式，用于帮助理解本发明的构思。
本发明的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，包括一级叶盘 1、二级叶盘2、三级叶盘3、多根鼓筒4组成，一级叶盘1、二级叶盘2与三级叶盘3的两侧各设有鼓筒4，一级叶盘1和二级叶盘2通过各自的鼓筒4用螺栓6固定联接，二级叶盘2和三级叶盘3通过各自的鼓筒4用螺栓6固定联接，整个转子通过第一级叶盘1前端鼓筒4的安装边安装在传动轴7上。
各部件的设计方式如下：
叶盘由叶片1-1和盘体组成。
叶片1-1的叶型由气动设计输入，其结构基本已确定，叶片材料采用钛合金。
盘体设计：盘体主要承受叶片1-1离心载荷，三个盘体与叶片的联接均采用整体叶盘设计，减轻重量，减小气动损失。盘体设计采用近等强度设计，包含外缘板1-2，幅板1-3和盘心1-4结构，该结构形式具有质量轻，质心半径小的特点，易于不平衡量的调节。盘外缘板1-2的弧度按流道内表面设计，因流道内表面曲率不大，采用直线代替，即保证气动流道又方便工艺，盘心半径根据支点结构限制进行设计，留有足够的转静子间隙保证安全。
鼓筒设计：鼓筒4主要承受轴向力、扭矩、弯矩、不平衡离心力等载荷，采用盘鼓混合式结构和恰当半径的设计思想，鼓筒与盘联接于恰当半径附近。鼓筒4作为整体叶盘的伸臂一体设计，减少零件数量和重量，保证刚性。三级转子盘间通过伸臂联接，一级叶盘1的鼓筒4与传动轴直接联接，保证合适的鼓筒长度和传力传扭路径。因传动轴联接处半径较小，三级叶盘3的鼓筒4采用由后向前逐级收敛的形式，避免伸臂因锥角过大在轴向力的作用下不稳定失效。
各级盘联接形式：三个叶盘间采用止口定心、定位，螺栓压紧的方式进行联接。螺栓螺母具备自锁功能，保证在工作中不会因振动而脱落。各级盘依靠螺栓的压紧力进行传力、传扭。一、二级叶盘通过在安装边处进行联接，二、三级叶盘在二级叶盘幅板1-3处联接，保证螺栓6有足够装配操作空间。由后向前依次采用18、20、24个螺栓保证轴向力、扭矩传递以及整个转子的刚性。
封严设计：为减小气流损失，在一、二级静子对应位置采用3道篦齿进行封严，在第三级转子尾部采用4道篦齿控制气流进入盘腔的气流流量和压力，保证防冰引气量和石墨封严压力。
平衡配重设计：采用去材料的形式，去材料的部位设在一级叶盘前鼓筒外缘和三级叶盘鼓筒封严篦齿内缘，该位置应力较小、半径较大，利于配重。
工艺性、装配性分析：盘体、鼓筒、篦齿及配重部位设计结构简单，刀具加工路径无障碍，满足加工可达性，整体叶盘、鼓筒设计材料的利用率一般，但与分体式设计相比材料利用率相差不大，但减小了零件的数量和最终重量。三级转子轴向装拆，路径简单，螺栓易于装拆，保证了叶尖、篦齿、各表面尺寸便于测量及后期的维修；去材料配重位置在转子前后两端，便于加工；满足工艺装配性要求。
二维强度计算：通过有限元分析软件对转子进行二维强度计算，根据计算结果对结构、传力路径进行了优化。
详细结构设计及优化：对设计方案进行三维建模和细节结构设计，利用有限元分析软件对详细设计结构进行三维静强度计算和振动分析，保证零件满足强度判断准则，常用转速避开共振点。
静强度校核：采用循环对称算法对转子扇区进行计算，计算时在轮盘安装端面施加轴向和周向位移约束，对模型施加气动载荷和离心载荷。计算结果根据按强度储备系数进行校核，如当量应力静强度储备系数≥1.4，离心拉伸应力静强度储备系数≥3；轮盘按最大离心径向应力≤0.65*σb辐板周向应力≤ 0.85*σ0.2内径周向应力≤0.95*σ0.2；轮盘破裂储备(子午面破坏)≥1.30；轮盘破裂储备(圆柱面破坏)≥1.25。
振动分析：在预应力分析基础上，对增压级转子整体盘叶模态分析，计算常用转速下的振动特性，得到了各节径对应转速下的各阶固有频率。根据转子前、后整流叶片数目，得到风扇转子叶片的倍频系数，绘制振动特性图，通过振动特性图分析转子在常用工作转速下的振动特性，对可能存在振动的零件，结合静强度计算结果进行结构和重量的调整以实现调频，确保在已知可能出现的激振倍频下，转子常用工作转速附近不存在共振点。
完善设计：根据静强度计算结果设计叶尖间隙、篦齿间隙量。由于增压级叶片尺寸较短，宽弦设计，载荷小，其冷、热态叶型差距不大，对气动性能影响可忽略，不进行罩量设计及冷热态转换。
最终，设计得到一种结构强度及功能满足中涵道比航空发动机增压级转子需求的悬臂式增压级三级转子。

Claims (9)

1.一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，包括一级叶盘(1)、二级叶盘(2)、三级叶盘(3)、多段鼓筒(4)组成，一级叶盘(1)两侧设有鼓筒(4)，二级叶盘(2)与三级叶盘(3)的前侧设有鼓筒(4)，一级叶盘(1)后侧的鼓筒(4)和二级叶盘(2)的鼓筒(4)用螺栓(6)固定联接，三级叶盘(3)的鼓筒(4)通过螺栓(6)与二级叶盘(2)固定联接，三段鼓筒(4)的直径由后向前逐级收拢，整个转子通过第一级叶盘(1)前端鼓筒(4)的安装边安装在传动轴(7)上。
2.根据权利要求1所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，所述的一级叶盘(1)、二级叶盘(2)、三级叶盘(3)由叶片(1-1)和盘体构成，盘体包含外缘板(1-2)、幅板(1-3)和盘心(1-4)，叶片连接在盘体的外缘板(1-2)上，盘体的幅板(1-3)宽度小于盘心(1-4)宽度，盘体幅板(1-3)与盘心(1-4)的应力水平相近。
3.根据权利要求2所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，盘体外缘板(1-2)的外缘弧线采用直线代替。
4.根据权利要求2所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，所述的叶片(1-1)的叶型由气动设计确定，叶片(1-1)材料采用钛合金，叶片(1-1)与盘体的外缘板(1-2)的连接采用转接圆弧光滑过渡。
5.根据权利要求2所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，所述的多段鼓筒(4)与叶盘的连接位置在盘体的应力载荷恰当半径附近。
6.根据权利要求5所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，所述的鼓筒(4)与叶盘(1、2、3)一体成型。
7.根据权利要求1所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，所述的二级叶盘(2)的鼓筒(4)上设有篦齿(5)，三级叶盘(3)的鼓筒(4)上设有篦齿(5)，三级叶盘(3)后端设有篦齿(5)。
8.根据权利要求7所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，去除所述的一级叶盘(1)的前鼓筒(4)外缘和三级叶盘(3)尾部篦齿(5)内侧的材料。
9.根据权利要求1所述的一种中涵道比航空发动机悬臂式增压级三级转子，其特征在于，所述的一级叶盘(1)、二级叶盘(2)、三级叶盘(3)和多段鼓筒(4)之间采用止口定心、定位，螺栓压紧的方式进行联接。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114017385A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 中国航发沈阳发动机研究所 一种压气机中多级转子传扭结构
CN114033553A (zh) * 2021-09-22 2022-02-11 浙江意动科技股份有限公司 一种涡喷发动机转子传动轴及其轴向锁紧装置
CN117150869A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种金属基复合材料整体叶环破裂模拟试验设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6511294B1 (en) * 1999-09-23 2003-01-28 General Electric Company Reduced-stress compressor blisk flowpath
CN1514111A (zh) * 2003-07-16 2004-07-21 沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任 一种与燃气轮机配套的透平机
CN202266495U (zh) * 2011-07-19 2012-06-06 中航商用航空发动机有限责任公司 中心拉杆式高压压气机转子
RU149750U1 (ru) * 2014-04-22 2015-01-20 Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, узел соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, проставка узла соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6511294B1 (en) * 1999-09-23 2003-01-28 General Electric Company Reduced-stress compressor blisk flowpath
CN1514111A (zh) * 2003-07-16 2004-07-21 沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任 一种与燃气轮机配套的透平机
CN202266495U (zh) * 2011-07-19 2012-06-06 中航商用航空发动机有限责任公司 中心拉杆式高压压气机转子
RU149750U1 (ru) * 2014-04-22 2015-01-20 Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, узел соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, проставка узла соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114033553A (zh) * 2021-09-22 2022-02-11 浙江意动科技股份有限公司 一种涡喷发动机转子传动轴及其轴向锁紧装置
CN114017385A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 中国航发沈阳发动机研究所 一种压气机中多级转子传扭结构
CN117150869A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种金属基复合材料整体叶环破裂模拟试验设计方法
CN117150869B (zh) * 2023-10-31 2024-01-09 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种金属基复合材料整体叶环破裂模拟试验设计方法

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