CN112983651B - 小型航空双转子无人机发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型航空双转子无人机发动机，包括依次连接的第一机匣、中介支撑机匣以及第二机匣，第一机匣内设置静止导流叶片，第二机匣内设置燃烧室、高压转子，高压转子内部设置低压转子，高压转子两端分别安装高压涡轮以及高压压气机叶片总成，低压转子两端伸出高压转子，且分别安装低压涡轮以及风扇叶片总成；还包括：第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构。本发动机属于新型支撑结构的无人机用航空中等涵道涡扇发动机，具有稳定性好、易维护等优点。

Description

小型航空双转子无人机发动机
技术领域
本发明涉及发动机相关技术领域，具体是一种小型航空双转子无人机发动机。
背景技术
在小型无人机使用的发动机结构中，双转子结构的发动机为主要结构形式。双转子发动机主要是将高压转子和低压转子通过中介轴承联接在一起的结构。中介轴承的外圈安装于高压转子正转，内圈安装于低压转子反转。由于中介轴承的结构限制，轴承及其容易损坏，造成无人机发动机维修、维护成本大幅度增加。因此，有必要设计一种新型的支撑结构，在保证无人机双转子发动机稳定性的同时，降低其维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型航空双转子无人机发动机，本发动机属于新型支撑结构的无人机用航空中等涵道涡扇发动机，具有稳定性好、易维护等优点。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
小型航空双转子无人机发动机，包括依次连接的第一机匣、中介支撑机匣以及第二机匣，第一机匣内设置静止导流叶片，第二机匣内设置燃烧室、高压转子，高压转子内部设置低压转子，高压转子两端分别安装高压涡轮以及高压压气机叶片总成，低压转子两端伸出高压转子，且分别安装低压涡轮以及风扇叶片总成；还包括：
第一轴承支撑结构，所述第一轴承支撑结构设置于风扇叶片总成远离低压转子的一端用于在一端支撑风扇叶片总成；
第二轴承支撑结构，所述第二轴承支撑结构设置于风扇叶片总成与低压转子连接的一端用于在另一端支撑风扇叶片总成；
第三轴承支撑结构，所述第三轴承支撑结构设置于高压压气机叶片总成远离高压涡轮的一端用于支撑高压压气机叶片总成；
第四轴承支撑结构，所述第四轴承支撑结构设置于高压涡轮以及低压涡轮之间用于支撑高压转子；
第五轴承支撑结构，所述第五轴承支撑结构设置于低压涡轮处，用于支撑低压涡轮。
进一步，所述第一轴承支撑结构包括第一轴承座以及第一轴承；
所述第一轴承座设置于所述静止导流叶片上；
所述第一轴承为滚珠或滚棒轴承，第一轴承外圈连接所述第一轴承座、内圈连接所述风扇叶片总成。
进一步，所述第二轴承支撑结构包括第二轴承座以及第二轴承；
所述第二轴承座固定安装于所述中介支撑机匣；
所述第二轴承为角接触轴承，第二轴承外圈连接所述第二轴承座、内圈连接所述风扇叶片总成。
进一步，所述第三轴承支撑结构包括第三轴承座以及第三轴承；
所述第三轴承座固定安装于所述中介支撑机匣；
所述第三轴承为角接触轴承，第三轴承外圈连接所述第三轴承座、内圈连接所述高压压气机叶片总成。
进一步，所述第四轴承支撑结构包括第四轴承座以及第四轴承；
所述第四轴承座位于高压涡轮以及低压涡轮之间，第四轴承座固定连接至第二机匣；
所述第四轴承为滚棒轴承，第四轴承外圈连接所述第四轴承座、内圈连接所述高压转子。
进一步，所述第四轴承座同时作为喷嘴导流器使用。
进一步，所述第五轴承支撑结构包括第五轴承座以及第五轴承；
所述第五轴承座固定安装于第二机匣；
所述第五轴承为滚棒轴承，第五轴承内圈连接所述第五轴承座、外圈连接所述低压涡轮。
进一步，所述的第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构中，轴承均通过供油管路进行油雾润滑。
进一步，所述的第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构中，用于轴承的支撑部分均带有气体冷却通道。
进一步，所述的燃烧室为环形燃烧室，燃烧室设置于高压压气机叶片总成以及高压涡轮之间。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明属于新型支撑结构的无人机用航空中等涵道涡扇发动机，本发明通过对发动机转子支撑结构的合理布局，将原型机中的中介轴承设计为独立轴承，只负责高压转子的支撑，因此，本发动机避免了原中介轴承容易损坏导致发动机稳定性降低、维修维护成本增高的问题，本发明中的支撑结构设计，能够保证发动机的稳定性运行。
2、本发明中，整体支撑结构布局合理，易于发动机的装配，且所有使用的轴承油雾润滑，轴承支撑部分均带有气体冷却通道，能够提高轴承寿命。
附图说明
附图1是本发明的总体结构示意图。
附图2是图1中A部结构放大图；
附图3是图1中B部结构放大图；
附图4是图1中C部结构放大图；
附图5是图1中D部结构放大图；
附图6是图1中E部结构放大图。
附图中所示标号：
1、静止导流叶片；2、风扇叶片总成；3、第一机匣；4、低压转子；5、中介支撑机匣；6、高压压气机叶片总成；7、高压转子；8、燃烧室；9、第二机匣；10、高压涡轮；11、低压涡轮；12、第一轴承座；13、第一轴承；14、第二轴承座；15、第二轴承；16、第三轴承座；17、第三轴承；18、第四轴承座；19、第四轴承；20、第五轴承座；21、第五轴承。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1-6所示，本实施例提供的一种小型航空双转子无人机发动机相关结构示意图。其中，图1是总体结构示意图；图2-图6分别是第一轴承支撑结构至第二轴承支撑结构相关细节示意图，且分别是图1中对应的A-E部分的放大图。
本实施例所提供的小型航空双转子无人机发动机属于新型支撑的无人机用航空中等涵道涡扇发动机，推力在100-800公斤范围。
本实施例的无人机发动机结构主要包括依次连接的第一机匣3、中介支撑机匣5以及第二机匣9，三者组成了发动机的整体机匣结构。第一机匣3内设置静止导流叶片1，静止导流叶片1位于发动机的最外端，第二机匣9内设置燃烧室8、高压转子7、低压转子4，燃烧室8设计为环形结构，便于安装。具体的，高压转子7两端分别安装高压涡轮10以及高压压气机叶片总成6，高压涡轮10以及高压压气机叶片总成6均是套接在高压转子7上，低压转子4位于高压转子7的内部，其两端伸出高压转子7，且分别安装低压涡轮11以及风扇叶片总成2；具体的，低压涡轮11以及风扇叶片总成2是分别安装在低压转子4的端部。本实施例的发动机结构中，针对高压转子以及低压转子4的支撑，设置了第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构。其中，第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第五轴承支撑结构用于支撑低压转子4，第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构用于支撑高压转子7。
第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构的具体布置方式如下：
第一轴承支撑结构设置于风扇叶片总成2远离低压转子4的一端用于该端支撑风扇叶片总成2；具体的，第一轴承支撑结构是布置在静止导流叶片1后端以及风扇叶片总成2前端，第一轴承支撑结构它包括了第一轴承座12以及第一轴承13；第一轴承座12设置于所述静止导流叶片1上，实际上，第一轴承座12是静止导流叶片1的一部分，即静止导流叶片1作为支撑体支撑了第一轴承13；第一轴承13采用滚珠或滚棒轴承，第一轴承13外圈连接第一轴承座12、内圈连接风扇叶片总成2，从而实现风扇叶片总成2和第一轴承座12之间的相对转动。可见，第一轴承支撑结构它主要是通过支撑与低压转子4连接的风扇叶片总成2的一端来实现低压转子4的支撑，使用静止导流叶片1直接作为轴承支撑结构，使得结构较为紧凑。
第二轴承支撑结构设置于风扇叶片总成2与低压转子4连接的一端用于在该端支撑风扇叶片总成2，具体的，第二轴承支撑结构是布置在风扇叶片总成2的末端，与第一轴承支撑结构对应，分别支撑风扇叶片总成2的两端。第二轴承支撑结构具体包括第二轴承座14以及第二轴承15，第二轴承座14是通过相应的连接结构固定安装于中介支撑机匣5上，第二轴承15采用角接触轴承，第二轴承15的外圈连接第二轴承座14、内圈连接风扇叶片总成2，用于实现风扇叶片总成2和第二轴承座14之间的相对运动。可见，第二轴承支撑结构主要是通过支撑与低压转子4连接的风扇叶片总成2实现对低压转子4支撑的，如此，即相当于在低压转子4的一端是由第一轴承支撑机构和第二轴承支撑结构共同支撑的，且第一轴承支撑机构和第二轴承支撑结构同时支撑了风扇叶片总成2的一端，由于风扇叶片总成2是连接至低压转子4一端的，使得该端结构较长，但通过第一轴承支撑机构和第二轴承支撑结构的共同支撑，能够保证风扇叶片总成2和低压转子4的稳定旋转运动；第二轴承支撑结构通过中介支撑机匣5安装，结构紧凑。
第三轴承支撑结构是设置于高压压气机叶片总成6远离高压涡轮10的一端用于支撑高压压气机叶片总成6。具体的，第三轴承支撑结构包括第三轴承座16以及第三轴承17，第三轴承座16是通过连接件固定安装于中介支撑机匣5上，第三轴承座16与第二轴承座14分别位于中介支撑机匣5的两侧，第三轴承17采用角接触轴承，第三轴承17外圈连接第三轴承座16、内圈连接高压压气机叶片总成6，用于实现高压压气机叶片总成6和第三轴承座16之间的相对运动。可见，第三轴承支撑结构它实际上是通过支撑与高压转子7连接的高压压气机叶片总成6而实现高压转子7外端支撑的。由于高压压气机叶片总成6是套设在高压转子7上，与风扇叶片总成2悬空置于低压转子4一端的方式不同，因此，在高压转子7的该端，仅通过第三轴承支撑结构的支撑即可保证高压转子7的稳定性。且第三轴承支撑结构通过中介支撑机匣5安装，结构紧凑。
第四轴承支撑结构改变了传统高压转子7和低压转子4之间通过中介轴承支撑的连接方式。第四轴承支撑结构设置于高压涡轮10以及低压涡轮11之间用于支撑高压转子7。第四轴承支撑结构仅是单独支撑了高压转子7的一端。第四轴承支撑结构包括第四轴承座18以及第四轴承19；第四轴承座18位于高压涡轮10以及低压涡轮11之间，第四轴承座18固定连接至第二机匣9；第四轴承19采用滚棒轴承，第四轴承19外圈连接所述第四轴承座18、内圈连接所述高压转子7，用于实现高压转子7和第四轴承座18之间的相对转动。第四轴承19也可以采用角接触轴承，但需要考虑轴向弹性支撑的安装，因此，优选方案下采用滚棒轴承。第四轴承支撑结构将原来的中介轴承支撑改为了独立的支撑结构，仅需要支撑高压转子7的运动，因此，会使得本发动机不会存在因中介轴承易损坏而导致的发动机稳定性降低或维修维护成本高的问题。实际上，在本实施例中，第四轴承支撑结构是通过高压转子尾端的支撑板即高低压涡轮中间的喷嘴导流器实现支撑的，将喷嘴导流器固定连接至第二机匣9直接作为第四轴承座18使用，能够保证结构的紧凑型，便于轴承的安装。
第五轴承支撑结构设置于低压涡轮11处，用于支撑低压涡轮11。第五轴承支撑结构包括第五轴承座20以及第五轴承21，第五轴承座20固定安装于第二机匣9，第五轴承21采用滚棒轴承，第五轴承21内圈连接所述第五轴承座20、外圈连接所述低压涡轮11，用于实现低压涡轮11和第五轴承座20之间的相对转动。可见，第五轴承支撑结构实际上是通过对与低压转子4连接的低压涡轮11的支撑实现对低压转子4另一端支撑的。
综上可知，本实施例的发动机结构中，第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构主要用于低压转子4一端的支撑，且同时支撑了风扇叶片总成2的两端，第五轴承支撑结构主要用于低压转子4另一端的支撑，第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构主要用于高压转子7两端的支撑。通过该新型的支撑结构，不但能够保证发动机的稳定运行，而且能够使得发动机整体结构紧凑，避免传统支撑方式中的多个不足点。
作为优选，本实施例中，第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构中所有轴承均采用油雾润滑，轴承支撑部分均带有气体冷却通道，以提高轴承的使用寿命。

Claims (10)

1.小型航空双转子无人机发动机，包括依次连接的第一机匣、中介支撑机匣以及第二机匣，第一机匣内设置静止导流叶片，第二机匣内设置燃烧室、高压转子，高压转子内部设置低压转子，高压转子两端分别安装高压涡轮以及高压压气机叶片总成，低压转子两端伸出高压转子，且分别安装低压涡轮以及风扇叶片总成；其特征在于，还包括：
第一轴承支撑结构，所述第一轴承支撑结构设置于风扇叶片总成远离低压转子的一端用于在一端支撑风扇叶片总成；
第二轴承支撑结构，所述第二轴承支撑结构设置于风扇叶片总成与低压转子连接的一
端用于在另一端支撑风扇叶片总成，所述第二轴承支撑结构包括第二轴承座以及第二轴承；
所述第二轴承座固定安装于所述中介支撑机匣，第二轴承外圈连接所述第二轴承座、内圈连接所述风扇叶片总成；
第三轴承支撑结构，所述第三轴承支撑结构设置于高压压气机叶片总成远离高压涡轮的一 端用于支撑高压压气机叶片总成；
第四轴承支撑结构，所述第四轴承支撑结构设置于高压涡轮以及低压涡轮之间用于支撑高压转子，所述第四轴承支撑结构包括第四轴承座以及第四轴承，第四轴承座固定连接至第二机匣，第四轴承外圈连接所述第四轴承座、内圈连接所述高压转子；
第五轴承支撑结构，所述第五轴承支撑结构设置于低压涡轮处，用于支撑低压涡轮。
2.根据权利要求1所述的小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述第一轴承支撑结构包括第一轴承座以及第一轴承；
所述第一轴承座设置于所述静止导流叶片上；
所述第一轴承为滚珠或滚棒轴承，第一轴承外圈连接所述第一轴承座、内圈连接所述风扇叶片总成。
3.根据权利要求1所述的小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述第二轴承为角接触轴承。
4.根据权利要求1所述小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述第三轴承支撑结构包括第三轴承座以及第三轴承；
所述第三轴承座固定安装于所述中介支撑机匣；
所述第三轴承为角接触轴承，第三轴承外圈连接所述第三轴承座、内圈连接所述高压压气机叶片总成。
5.根据权利要求1所述小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述第四轴承为滚棒轴承。
6.根据权利要求1所述小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述第四轴承座同时作为喷嘴导流器使用。
7.根据权利要求1所述小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述第五轴承支撑结构包括第五轴承座以及第五轴承；
所述第五轴承座固定安装于第二机匣；
所述第五轴承为滚棒轴承，第五轴承内圈连接所述第五轴承座、外圈连接所述低压涡轮。
8.根据权利要求1-7任一项所述小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述的第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构中，轴承均通过供油管路进行油雾润滑。
9.根据权利要求1-7任一项所述小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述的第一轴承支撑结构、第二轴承支撑结构、第三轴承支撑结构、第四轴承支撑结构、第五轴承支撑结构中，用于轴承的支撑部分均带有气体冷却通道。
10.根据权利要求1所述小型航空双转子无人机发动机，其特征在于，所述的燃烧室为环形燃烧室，燃烧室设置于高压压气机叶片总成以及高压涡轮之间。
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