CN110925034A - 一种航空发动机可调排气结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机可调排气结构，包括排气支板、螺杆，弹簧，挡板，其中，排气支板为柱状结构，底边设有凸台，固定于主燃烧室机匣上，排气支板内上部设有螺杆孔，下部为中空结构，与卸荷腔引气管相通；螺杆通过螺杆孔伸入中空结构并与挡板固定连接，挡板与排气支板内壁贴合并可上下移动；排气支板下部侧壁上开设有若干排气孔，螺杆设置有凸台，弹簧置于螺杆孔内并通过凸台的限位处于压缩状态，通过弹簧张力保证螺杆在排气支板内处于最低状态。本发明可实现发动机卸荷腔排气面积的可调，随发动机工况的高低调整排气面积；可实现发动机在低工况下，发动机不放气或较少放气，增大低工况下向前的轴向力数值，解决转子轴向力反向问题。

Description

一种航空发动机可调排气结构
技术领域
本发明所属航空发动机结构设计，具体为一种新型的可调排气结构，应用于航空发动机压力平衡设计领域。本发明也可用于动力机械等相关领域。
背景技术
在航空发动机研制过程中，压力平衡是重要的设计环节，具体表现在转子轴向力数值方面。目前我国大量在研、在役型号发动机设计大量参考苏俄结构，通过对发动机局部盘腔(一般为卸荷腔)放气以实现压力平衡。减小发动机在工作中转子轴向力的大小，进而保证发动机轴承所受载荷在合理水平之内，提高发动机轴承的设计及使用寿命。
现阶段发动机排气结构，基本为弯管直排外涵，此结构优点为结构简单，缺点有两个，其中一个方面为发动机排气管附近外涵气体局部温度偏高，影响外涵的流动特性，同时影响复材机匣的设计使用。另一方面由于目前排气结构放气面积固定，在发动机全工况下实施排气，不仅造成了低转速下发动机转子轴向力反向情况的发生，同时转子轴向力(全工况下)变化范围偏大，增加设计难度，影响轴承的实际使用。
发明内容
发明目的
为了解决航空发动机卸荷腔压力排气面积可调的技术问题，公开了一种新型航空发动机可调排气结构。
技术方案
一种航空发动机可调排气结构，其特征在于，包括排气支板、螺杆，弹簧，挡板，其中，排气支板为柱状结构，底边设有凸台，固定于主燃烧室机匣上，排气支板内上部设有螺杆孔，下部为中空结构，与卸荷腔引气管相通；螺杆通过螺杆孔伸入中空结构并与挡板固定连接，挡板与排气支板内壁贴合并可上下移动；排气支板下部侧壁上开设有若干排气孔，螺杆设置有凸台，弹簧置于螺杆孔内并通过凸台的限位处于压缩状态，通过弹簧张力保证螺杆在排气支板内处于最低状态，
进一步地，所述排气支板纵剖面为H型，还包括有压帽，压帽为柱状结构，通过螺纹置于排气支板上部，排气支板上下部通过隔层分离，隔层上开设有孔用于通过螺杆，压帽将螺杆的凸台压于隔层上，所述螺杆孔设置于排气支板内部上部的压帽内，螺杆孔为阶梯孔，下部大直径用于安装弹簧。
进一步地，所述排气孔直径范围为1.5mm至2.5mm之间。
进一步地，所述排气孔直径为2mm。
进一步地，所述排气孔总面积不小于卸荷腔引气管的横截面面积。
进一步地，还包括有石棉垫，石棉垫置于压帽与隔层之间。
进一步地，所述螺杆与挡板通过自锁螺母固定连接。
进一步地，所述螺杆在运动中与隔层上的孔之间形成密封。
进一步地，所述排气支板底边设有凸台，通过凸台上的安装孔固定于主燃烧室机匣上。
有益效果
a)可实现发动机卸荷腔排气面积的可调，随发动机工况的高低调整排气面积；
b)可实现发动机在低工况下，发动机不放气或较少放气，增大低工况下向前的轴向力数值，解决转子轴向力反向问题；
c)基于卸荷腔排气面积可调，可有效缩小转子轴向力的变化范围，提高轴承的使用寿命；
d)通过设计密集的排气孔，使卸荷腔排出高温气体与外涵快速充分掺混，减少外涵局部温度过高及避免高温气体对结构件的热冲击。
附图说明
图1为排气支板结构示意图；
图2为石棉垫结构示意图；
图3为螺杆结构示意图；
图4为弹簧结构示意图；
图5为压帽结构示意图；
图6为挡板结构示意图；
图7为自锁螺母结构示意图；
图8为本发明结构剖面示意图；
图9为本发明结构装配示意图。
其中，1为排气支板；2为石棉垫；3为螺杆；4为弹簧；5为压帽；6为挡板；7为自锁螺母；
具体实施方式
下面结合说明书附图，将本发明的具体技术方案进行详细叙述。
本发明的一个具体实施例中，排气支板1为柱状结构，内部上下中空，中间设有隔层，纵剖面为H形：下部为排气部位，与发动机机匣上的卸荷腔引气管相通，用于将发动机卸荷腔内高温高压气体排出，为了能够减少高温气体的聚集效应，设计有若干排气孔，直径为1.5mm至2.5mm之间，使排出的高温其它能够迅速与外涵气体进行掺混，不仅能够减少高温气体聚集，同时可减少排出高温气体动能(避免对其它结构进行热冲击)。上方为机构运动位置，内部装配排气反馈控制装置。
在本发明的一个实施例中，排气孔的直径优选为2mm，排气孔总面积不小于卸荷腔引气管的横截面面积。
在本发明的另一个实施例中，排气支板下部中空，上部一体，其内开设有螺杆孔，凸台和弹簧在螺杆孔内与螺杆装配。
石棉垫2装配在排气支板1上方的部位，通过压帽5将其固定在排气支板1 中部的隔层，目的是隔绝排气支板下方卸荷腔排气的高温传导，以给弹簧4及相关结构提供相对较低温度的工作环境。
螺杆3主要分为三个部分，上方部位主要通过肩部来驱动弹簧运动。螺杆中部在运动中与排气支板1中部形成密封结构，对高温气体形成封严。螺杆下方通过设计螺纹部位，通过拧紧自锁螺母与固定挡板6形成驱动结构。发动机在低状态变化到高状态时，卸荷腔内气体压力升高，此时高温高压气体给挡板6向上载荷，该载荷传递到螺杆3上，并最终压缩弹簧4向上运动，以达到增加卸荷腔排气面积。反之在发动机由高状态降低到低状态过程中，卸荷腔内气体压力降低，此时弹簧4推动螺杆3，最终驱动挡板6向下运动，以达到减小卸荷腔排气面积。
弹簧4根据发动机实际排气量需要进行具体设计，其主要作用是在发动机不同工况下实现伸长或压缩，进而实现对卸荷腔排气面积的可调。
压帽5主要起安装固定作用，通过螺纹与排气支板1进行拧紧固定，对石棉垫2起压紧固定作用，中部设计螺杆导引部位，可以避免在工作中螺杆偏斜。
挡板6通过自锁螺母7与螺杆3进行安装固定，并形成压力驱动结构，通过感受卸荷腔内压力变化进行上下运动，以实现卸荷腔排气面积可调。
本发明一实施例在具体工作时，步骤如下所示：
a)按图9完成排气可调结构的装配，并通过排气支板1底部的螺栓孔固定在主燃烧室机匣上；
b)在发动机低工况下，卸荷腔排气压力较低，挡板6在排气支板1的相对底部位置，当发动机状态由低工况变化到高状态时，卸荷腔内气体压力升高，此时高温高压气体给挡板6向上载荷，该载荷传递到螺杆3上，并最终压缩弹簧4向上运动，以达到增加卸荷腔排气面积；
c)在发动机由高状态降低到低状态过程中，卸荷腔内气体压力降低，此时弹簧4推动螺杆3，最终驱动挡板6向下运动，以达到减小卸荷腔排气面积；
d)通过挡板6可传递不同工况下卸荷腔载荷情况，挡板6在排气支板1下部往复运动，所处位置不同，排气支板排气面积不同，以最终实现卸荷腔排气面积可调；
e)整个排气可调结构内部设置了温度隔离结构，挡板6实现了对卸荷腔排出的高温气体的第一层隔离，挡板6上方未参与卸荷腔排气的排气孔与外涵气流进行对流，不仅可以对螺杆头部传递的热量进行冷却，同时实现了第二层温度隔离，排气支板中部的隔层与石棉垫形成了第三层温度隔离。因此通过上述三个隔热措施，能够提供弹簧一个适宜的工作环境；
f)排气可调结构内部设计了多重密封措施，防止卸荷腔排出的高温气体进入，第一层挡板6、自锁螺母7与螺杆3间通过结构压紧，保证了卸荷腔高温直排气流的进入，第二层螺杆3中部与排气支板1隔层位置小间隙配合，能够基本阻止高温反流气体进入，第三层螺杆3肩部外侧与压帽5内侧小间隙配合，再次提供一定程度密封功能，通过上述三种密封措施，可以有效解决外部高温气体进入影响弹簧正常工作；
卸荷腔排气温度较高，传统结构在实际过程中无法避免弹簧的高温工作问题，因此无法实现卸荷腔排气面积可调，本方案整个排气可调结构各零部件结构简单，装拆方便，便于后期使用维护。基于对隔热，密封性能的特殊考虑，可以有效解决弹簧的工作温度问题，满足发动机对卸荷腔排气面积可调的要求。

Claims (9)

1.一种航空发动机可调排气结构，其特征在于，包括排气支板、螺杆，弹簧，挡板，其中，排气支板为柱状结构，固定于主燃烧室机匣上，排气支板内上部设有螺杆孔，下部为中空结构，与卸荷腔引气管相通；螺杆通过螺杆孔伸入中空结构并与挡板固定连接，挡板与排气支板内壁贴合并可上下移动；排气支板下部侧壁上开设有若干排气孔，螺杆设置有凸台，弹簧置于螺杆孔内并通过凸台的限位处于压缩状态，通过弹簧张力保证螺杆在排气支板内处于最低状态。
2.根据权利要求1的航空发动机可调排气结构，其特征在于，排气支板纵剖面为H型，还包括有压帽，压帽为柱状结构，通过螺纹置于排气支板上部，排气支板上下部通过隔层分离，隔层上开设有孔用于通过螺杆，压帽将螺杆的凸台压于隔层上，所述螺杆孔设置于排气支板内部上部的压帽内，螺杆孔为阶梯孔，下部大直径用于安装弹簧。
3.根据权利要求1的航空发动机可调排气结构，其特征在于，所述排气孔直径范围为1.5mm至2.5mm之间。
4.根据权利要求3的航空发动机可调排气结构，其特征在于，所述排气孔直径为2mm。
5.根据权利要求1的航空发动机可调排气结构，其特征在于，所述排气孔总面积不小于卸荷腔引气管的横截面面积。
6.根据权利要求2的航空发动机可调排气结构，其特征在于，还包括有石棉垫，石棉垫置于压帽与隔层之间。
7.根据权利要求1的航空发动机可调排气结构，其特征在于，所述螺杆与挡板通过自锁螺母固定连接。
8.根据权利要求2的航空发动机可调排气结构，其特征在于，所述螺杆在运动中与隔层上的孔之间形成密封。
9.根据权利要求2的航空发动机可调排气结构，其特征在于，所述排气支板底边设有凸台，通过凸台上的安装孔固定于主燃烧室机匣上。
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CN113982707A (zh) * 2021-11-04 2022-01-28 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种航空发动机卸荷腔排气转向支板

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