CN110905608B - 一种冲压空气涡轮系统结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲压空气涡轮系统结构，属于航空应急动力技术领域。本结构的支撑臂转轴方向与飞机纵轴平行，冲压空气涡轮系统的放出运动平面为机身的横截面。飞机正常飞机过程，本冲压空气涡轮系统处于待命状态贮存在RAT舱内。飞机发生能源系统故障时，收放作动筒推动支撑臂，将冲压空气涡轮推置机身外气流中工作，产生机械能，从而驱动冲压空气涡轮后端的能量转换与供给装置，产生应急能源。在冲压空气涡轮推出过程，支撑臂通过舱门连杆作用与RAT舱门联动，推开舱门。本方案设计有涡轮锁定装置，冲压空气涡轮系统回收状态可锁定涡轮，当冲压空气涡轮系统推出至一定角度后，冲压空气涡轮被解锁。

Description

一种冲压空气涡轮系统结构

技术领域

本发明属于航空应急动力领域，具体涉及一种冲压空气涡轮系统，在飞机主能源系统出现故障时，为飞机提供应急能源，保证飞机的可操控性，从而保证飞机适航性、安全性要求。

背景技术

飞机为了保证安全性、适航性要求，通常需要配备冲压空气涡轮系统作为应急动力，为飞机提供应急电源和/或液压源。飞机正常飞行过程，冲压空气涡轮系统收藏在机身内；飞机应急时，通过收放作动筒将冲压空气涡轮放出至机身外部气流中工作，为飞机提供应急能源。

传统的冲压空气涡轮系统机上有两种结构方案，其中一种为冲压空气涡轮系统通过支撑臂铰接在飞机结构件上，应急工作时收放作动筒驱动支撑臂，将冲压空气涡轮推置机身外，此种结构的冲压空气涡轮系统放出的运动平面为机身纵平面(xy平面)；另外一种为冲压空气涡轮系统直接固定在RAT舱门上，作动筒直接驱动RAT舱门展开，将冲压空气涡轮推置机身外，此种结构的冲压空气涡轮系统放出的运动平面为机身横截面(yz平面)。这两种结构均存在一定的弊端：第一种结构要求RAT舱较长，需要打断机身的1～2根隔框框架以及数根桁条，严重影响机身结构强度，飞机结构通常以牺牲重量、增强相邻结构的方案解决该问题；第二种结构冲压空气涡轮系统固定在RAT舱门上，冲压空气涡轮高速运转时，由于气动载荷、动不平衡载荷等交变载荷作用在RAT舱门上，容易引起耦合颤振，飞机结构通常以牺牲重量、增加RAT舱门刚度的方式避免该问题，另外，舱门重量增加，需要收放作动筒推力增加，从而导致总体重量进一步增加。

发明内容

本发明的目的：设计一种新的冲压空气涡轮系统结构，降低冲压空气涡轮系统对飞机机身结构强度和RAT舱门刚度影响，以达到减小飞机总重量的目的。

本发明的技术方案：一种冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：包括RAT舱门1、舱门曲柄A2、涡轮锁定装置3、舱门曲柄B4、舱门连杆5、支撑臂6、能量转换与供给装置7、冲压空气涡轮8、收放作动筒9；冲压空气涡轮8与能量转换与供给装置7同轴布局；支撑臂6的转轴14铰接在飞机结构上，支撑臂6的一端固定到能量转换与供给装置7上；收放作动筒9一端与支撑臂6铰接，另外一端与飞机结构铰接；舱门连杆5一端与支撑臂6铰接，另一端与舱门曲柄B4铰接；RAT舱门1通过螺钉与舱门曲柄A2和舱门曲柄B4的一端固定连接；舱门曲柄A2和舱门曲柄B4的另一端通过铰链安装在飞机结构上，舱门曲柄A2和舱门曲柄B4可绕铰链转动；涡轮锁定装置3包括外壳11和芯轴12，涡轮锁定装置3的外壳11安装在支撑臂6上；涡轮锁定装置3的芯轴12的一端通过制动环13套在支撑臂6转轴上，另一端的插入冲压空气涡轮8的防转孔10中；飞机发生能源系统故障时，收放作动筒9推动支撑臂6，将冲压空气涡轮8推置机身外气流中，并推开RAT舱门1，涡轮锁定装置3的芯轴从冲压空气涡轮8的防转孔10中拔出，冲压空气涡轮8解锁，冲压空气涡轮8在气流的作用下产生旋转机械能，驱动冲压空气涡轮8后端的能量转换与供给装置7，产生应急能源。

进一步的：能量转换与供给装置7为单独的1个发电机或1个液压泵，或同时装载1个发电机和1个液压泵；发电机和/或液压泵与支撑臂6固定连接；冲压空气涡轮系统工作时发电机和/或液压泵所产生的交变载荷通过支撑臂6传递到飞机机身结构上。

进一步的：支撑臂6的转轴14与飞机纵轴平行。

进一步的：支撑臂6从逆航向看为弯曲的曲臂结构。

进一步的：支撑臂6转轴14的转动副、舱门曲柄A2的铰链转动副、舱门曲柄B4的铰链转动副、舱门连杆5两端的铰链转动副以及收放作动筒9两端的铰链转动副的方向相同，均为飞机纵轴方向。

进一步的：RAT舱门1通过舱门连杆5开启，开启动力为收放作动筒9的推力，开启的方向平行于为机身横截面(yz平面)。

进一步的：冲压空气涡轮8为对称分布的两叶片涡轮。

进一步的：处于回收状态的冲压空气涡轮8与RAT舱门1之间的间隙d1应不小于25mm。

进一步的：处于工作状态的冲压空气涡轮8的涡轮扫略圆与RAT舱门1之间的间隙d2应不小于50mm、涡轮扫略圆与飞机机身之间的间隙d3应不小于50mm。

本发明的有益效果：综合了两种传统的冲压空气涡轮系统结构方案，取长补短：1)冲压空气涡轮系统通过支撑臂的转轴铰接到飞机结构上，冲压空气涡轮系统载荷直接作用到机身结构件上，避免传递到RAT舱门上，可减小RAT舱门重量；2)冲压空气涡轮系统放出的运动平面为机身横截面(yz平面)，有效减小RAT舱长度，避免打断机身的隔框框架，减小了对飞机机身结构强度的影响；3)将传统的舱门连杆两端的万向节改进为转动副，简化了舱门连杆结构，提高了可靠性；4)支撑臂与RAT舱门通过舱门连杆连接，显著消减了冲压空气涡轮系统的气动载荷、动不平衡载荷等交变载荷对RAT舱门的影响；5)设计有涡轮锁定装置，可减小冲压空气涡轮系统机身内的贮存空间。

附图说明：

图1是本发明的回收状态主视图；

图2是本发明的回收状态右视图；

图3是本发明的工作状态示意图；

其中，1-RAT舱门、2-舱门曲柄A、3-涡轮锁定装置、4-舱门曲柄B、5-舱门连杆、6-支撑臂、7-能量转换与供给装置、8-冲压空气涡轮、9-收放作动筒、10-冲压空气涡轮的防转孔、11-涡轮锁定装置的外壳、12-涡轮锁定装置的芯轴、13-涡轮锁定装置的制动环、14-支撑臂的转轴、15-冲压空气涡轮的轮毂、16-冲压空气涡轮的叶片。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明设计的冲压空气涡轮系统结构设置1个RAT舱门、1个舱门曲柄A、1个涡轮锁定装置、1个舱门曲柄B、1个舱门连杆、1个支撑臂、1个发电机和/或液压泵、1个冲压空气涡轮、1个收放作动筒。

如图1所示，冲压空气涡轮8与能量转换与供给装置7同轴布局，冲压空气涡轮8直接驱动能量转换与供给装置7工作，同时能量转换与供给装置7为冲压空气涡轮8的结构支撑件。支撑臂6通过转轴结构安装在飞机结构上，构成一个转动副，转动副的方向为飞机纵轴方向，冲压空气涡轮系统工作状态及回收贮存状态所受的载荷均通过支撑臂6转轴传递到飞机机构上。支撑臂6的一端固定到能量转换与供给装置7上。支撑臂6上设计有收放作动筒9铰链，收放作动筒9的一端通过该铰链与支撑臂6连接，另外一端通过螺栓与飞机结构铰接，收放作动筒9的两端分别构成一个转动副。舱门连杆5两端通过铰链分别与支撑臂6和舱门曲柄B4铰接，舱门连杆5两端分别构成一个转动副。RAT舱门1通过螺钉与舱门曲柄A2和舱门曲柄B4固定连接，形成一个刚体。舱门曲柄A2和舱门曲柄B4的另一端分别通过1个铰链安装在飞机结构上，舱门曲柄A2和舱门曲柄B4的铰链中心同轴，共同构成一个转动副，从而使RAT舱门能够绕铰链中心转动。涡轮锁定装置3的外壳11安装通过3个支点固定在支撑臂6上，涡轮锁定装置3的轴芯12的一端通过制动环13套在支撑臂6转轴，轴芯12的另一端的锁销插入冲压空气涡轮8防转孔10中。

在飞机正常飞行过程，冲压空气涡轮系统通过收放作动筒9、支撑臂6、舱门连杆5作用将RAT舱门1关闭，冲压空气涡轮系统处于回收待命状态贮存在RAT舱内，此时涡轮锁定装置3的轴芯12插入冲压空气涡轮8防转孔10中，冲压空气涡轮8被锁定，不能转动。

在飞机发生能源系统故障时，收放作动筒9推动支撑臂6，将冲压空气涡轮8推置机身外气流中，并通过舱门连杆5推开RAT舱门1，涡轮锁定装置3的轴芯12从冲压空气涡轮8防转孔10中拔出，冲压空气涡轮8解锁，冲压空气涡轮8在气流的作用下产生旋转机械能，驱动冲压空气涡轮8后端的能量转换与供给装置7工作，产生应急电能和/或应急液压能。

能量转换与供给装置7为单独的1个发电机或1个液压泵，或同时装载1个发电机和1个液压泵；能量转换与供给装置7与支撑臂6通过法兰螺钉或卡箍固定连接。冲压空气涡轮系统工作过程中，冲压空气涡轮8、能量转换与供给装置7所产生的交变载荷通过支撑臂6传递到飞机机身机构上，减弱了交变载荷对RAT舱门1的影响。

支撑臂6的转轴14与飞机纵轴平行。在冲压空气涡轮系统放出时，收放作动筒9推动支撑臂6绕转轴转动，冲压空气涡轮系统放出运动平面为机身的横截面(yz平面)。这种放出方式可以显著减小冲压空气涡轮系统在飞机纵轴方向的长度，可以减小RAT舱长度，避免打断飞机机身的隔框框架，减小了对飞机机身结构强度的影响。

支撑臂6从逆航向看为弯曲的曲臂结构。该曲臂结构在冲压空气涡轮系统放出过程可以保持支撑臂与飞机结构保持足够距离，防止冲压空气涡轮系统放出过程出现支撑臂与飞机结构发生干涉。在相同空间情况下，曲臂的支撑臂结构较直支撑臂结构，可以增大冲压空气涡轮系统放出角度，更容易保证涡轮扫略圆与机身结构最小间隙要求。

支撑臂6转轴转动副、舱门曲柄A2铰链转动副、舱门曲柄B4铰链转动副、舱门连杆5两端铰链转动副以及收放作动筒9两端铰链转动副的方向相同，均为飞机纵轴方向与航向平行。RAT舱门1与支撑臂6之间通过舱门连杆5进行联动，舱门连杆5两端为单自由度的转动副，冲压空气涡轮系统放出过程，收放作动筒9的推力通过支撑臂6、舱门连杆5传递到RAT舱门1，支撑臂6与RAT舱门1联动，将RAT舱门1推开。这种方案将传统的舱门连杆两端的万向节改进为更为简单的单自由度转动副，简化了舱门连杆结构，提高了可靠性。

进一步的：RAT舱门1通过舱门连杆5开启，开启动力为收放作动筒9的推力，开启的方向平行于为机身横截面(即yz平面)。支撑臂6与RAT舱门1通过舱门连杆5连接，冲压空气涡轮8、能量转换与供给装置7所产生的交变载荷通过支撑臂6传递到飞机机身机构上，显著消减了冲压空气涡轮系统工作过程交变载荷对RAT舱门的影响。

冲压空气涡轮8为沿着轮毂15对称分布的两叶片16涡轮结构。涡轮锁定装置3可将回收待命状态的冲压空气涡轮8锁定不能转动，当冲压空气涡轮系统放出到一定位置后实现冲压空气涡轮8锁定解锁。回收状态的冲压空气涡轮8被锁定不能转动，可以有效减小冲压空气涡轮系统机上贮存空间。

图2所示，回收状态的冲压空气涡轮8和RAT舱门1均为静止状态，为了防止冲压空气涡轮系统贮存状态以及初始放出状态发生冲压空气涡轮8与RAT舱门1碰撞干涉现象，处于回收状态的冲压空气涡轮8与RAT舱门1之间的间隙d1应不小于25mm。

图3所示，工作状态冲压空气涡轮8为运动件，RAT舱门1及机身为静止件，为了防止工作过程高速旋转的冲压空气涡轮8的叶片16与周边结构发生碰撞，处于工作状态的冲压空气涡轮8的涡轮扫略圆与RAT舱门1之间的间隙d2应不小于50mm、涡轮扫略圆与飞机机身之间的间隙d3应不小于50mm。

Claims (7)

1.一种冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：包括RAT舱门(1)、舱门曲柄A(2)、涡轮锁定装置(3)、舱门曲柄B(4)、舱门连杆(5)、支撑臂(6)、能量转换与供给装置(7)、冲压空气涡轮(8)、收放作动筒(9)；

冲压空气涡轮(8)与能量转换与供给装置(7)同轴设置；支撑臂(6)一端的转轴(14)铰接于飞机结构，支撑臂(6)的另一端与能量转换与供给装置(7)固定连接；收放作动筒(9)的一端与支撑臂(6)铰接，另一端与飞机结构铰接；舱门连杆(5)的一端与支撑臂(6)铰接，另一端与舱门曲柄B(4)铰接；舱门曲柄A(2)和舱门曲柄B(4)的一端与RAT舱门(1)固定连接，舱门曲柄A(2)和舱门曲柄B(4)的另一端通过铰链安装于飞机结构上，舱门曲柄A(2)和舱门曲柄B(4)可绕铰链转动；

涡轮锁定装置(3)包括外壳(11)和芯轴(12)，涡轮锁定装置(3)的外壳(11)安装在支撑臂(6)上；涡轮锁定装置(3)的芯轴(12)的一端通过制动环(13)套在支撑臂(6)一端的转轴上，另一端插入冲压空气涡轮(8)的防转孔(10)中；

支撑臂(6)的转轴(14)的转动副、舱门曲柄A(2)的铰链转动副、舱门曲柄B(4)的铰链转动副、舱门连杆(5)两端的铰链转动副以及收放作动筒(9)两端的铰链转动副的方向相同，均为飞机纵轴方向；

在飞机发生能源系统故障时，收放作动筒(9)推动支撑臂(6)，支撑臂(6)通过舱门曲柄B(4)推开RAT舱门(1)；支撑臂(6)推动冲压空气涡轮(8)移动设定位置后，涡轮锁定装置(3)的芯轴(12)从冲压空气涡轮(8)的防转孔(10)中拔出，冲压空气涡轮(8)解锁；支撑臂(6)将冲压空气涡轮(8)推置机身外的气流中，冲压空气涡轮(8)在气流的作用下产生旋转机械能，驱动冲压空气涡轮(8)后端的能量转换与供给装置(7)，产生应急能源。

2.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：能量转换与供给装置(7)为发电机和/或液压泵；发电机和/或液压泵与支撑臂(6)固定连接；冲压空气涡轮系统在工作时发电机和/或液压泵所产生的交变载荷通过支撑臂(6)传递到飞机机身结构上。

3.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：支撑臂(6)的转轴(14)与飞机纵轴平行。

4.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：支撑臂(6)为弯曲的曲臂结构。

5.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：冲压空气涡轮(8)为对称分布的两叶片涡轮。

6.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：处于回收状态的冲压空气涡轮(8)与RAT舱门(1)之间的间隙d1应不小于25mm。

7.根据权利要求6所述的冲压空气涡轮系统结构，其特征在于：处于工作状态的冲压空气涡轮(8)的涡轮扫略圆与RAT舱门(1)之间的间隙d2应不小于50mm、涡轮扫略圆与飞机机身之间的间隙d3应不小于50mm。

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