CN113482778A - 涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构 - Google Patents

涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构，涉及航空涡桨发动机技术领域，本发明的减振装置包括与发动机安装节连接的支撑座，依次布置在支撑座两侧的二级隔热垫和金属与硫化橡胶组合体，以及连接支撑座和隔热垫、金属与硫化橡胶组合体的长螺栓和防松螺母。减振安装系统为具有若干该减振装置、位于同一个垂直于发动机轴线的平面内的数个安装节和安装架。本发明可承受发动机飞行时的各种载荷，降低发动机和飞机之间的振动传递，避免飞机机体结构与发动机结构之间的共振；减振安装系统具有若干该减振装置、位于同一个垂直于发动机轴线的平面内的数个安装节以及安装架，简化飞机和发动机上的安装结构。

Description

涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构
技术领域
本发明属于航空涡桨发动机技术领域，具体是一种涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构。
背景技术
发动机一般通过位于不同位置的多个安装节与飞机实现连接，目前大多数发动机均采用双平面支撑的形式，由主安装节、辅助安装节共同承受发动机产生的各种载荷；安装结构一般采用超静定安装，主安装节与飞机固定连接，辅助安装节在轴向具有一定间隙，以补偿发动机工作时机匣的热膨胀量；双面安装可对发动机进行有效固定和支撑，缺点是飞机安装结构较为复杂，发动机拆装工作量较大。
由于螺旋桨振动的作用，涡桨发动机的振动比涡轴涡扇发动机更为严重，涡桨发动机应采用减振安装系统与飞机连接；合理的减振安装系统设计可有效降低飞机整机振动水平，减小机体结构、机载系统设备、管路的动应力水平，改善机舱振动噪声环境，改善飞行员工作环境，避免机体结构与发动机结构之间的共振，也可有效减弱飞机机动、着陆等冲击载荷对发动机本身的影响；涡桨发动机产生的振动较大，而且发动机自身重量也大，发动机安装用减振装置的减振效率要求较高，同时还要求具有高的安全性、可靠性、环境适应性和寿命，增加了发动机安装用减振装置的设计难度；目前国内涡桨发动机安装时常采用金属丝网隔振器和橡胶减振拉杆，减振效率较差，且仅在某一方向上具备较好减振功能；此类减振器本身不具备承受机动飞行时发动机产生的主要机动载荷的能力，同时该类减振器缺乏良好隔热设计，不能在温度较高的环境中使用。
因此，本发明提供了一种涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构，以解决如下问题：
1)飞机上发动机安装结构较为复杂，发动机拆装工作量较大；
2)减振效率较差，且仅在某一方向上具备较好减振功能；
3)减振器本身不具备承受机动飞行时发动机产生的主要机动载荷的能力；
4)减振器缺乏良好隔热设计，不能在温度较高的环境中使用。
根据本发明的一个方面，提供一种涡桨发动机减振装置，包括与发动机安装节可拆卸安装的支撑座，所述支撑座的两侧依次对称装配有二级隔热垫和金属与硫化橡胶组合体来起到减振作用，所述支撑座、两个二级隔热垫和两个金属与硫化橡胶组合体通过长螺栓与防松螺母紧固来组成减振装置，所述减振装置通过长螺栓与安装架拉紧配合。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述支撑座与发动机安装节之间垫有一级隔热垫。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述金属与硫化橡胶组合体由第一金属骨架、橡胶体和第二金属骨架通过硫化橡胶工艺粘接而成，所述第一金属骨架和第二金属骨架与橡胶体相粘接的侧面均设置有环形凸台。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述金属与硫化橡胶组合体的橡胶体的材质包括氢化丁腈橡胶或乙丙类橡胶。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述橡胶体的预压缩变形量与防松螺母拧紧力矩在弹性限度内呈正比例关系，所述橡胶体的安装预压缩变形量为橡胶体总厚度的10％-20％。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述长螺栓与支撑座、两个二级隔热垫以及两个第一金属骨架之间设有限位套筒。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述限位套筒与长螺栓为间隙配合，所述限位套筒的轴向长度小于装配状态下两个金属与硫化橡胶组合体的第三内圆孔孔底面的轴向距离。
根据本发明的另一个方面，提供一种减振安装系统结构，包括若干与发动机安装节连接的减振装置，若干减振装置皆通过安装架与机体连接，通过调整减振装置在周向的角向位置和减振装置本身的刚度来控制减振安装系统结构各方向的刚度和承载能力。
根据本发明的另一个实例性的实施例，若干所述发动机安装节以经过发动机轴线的竖直面和水平面对称布置，任一发动机安装节与相邻的两个发动机安装节之间的夹角同发动机载荷适配。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述发动机安装节设于发动机重心远离螺旋桨的一侧，所述发动机安装节与发动机重心的距离不大于200mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明减振效率好，减振装置和具有该减振装置的减振安装系统可有效承受发动机机动飞行时的各种载荷，降低发动机和飞机之间的振动传递，避免机体结构与发动机结构之间的共振，有效降低飞机结构和发动机整机振动水平，减小机体结构、机载系统设备、管路的振动应力水平，改善机舱振动噪声环境，改善飞行员工作环境，也可有效减弱飞机机动、着陆等冲击载荷对发动机本身的影响。
2、本发明结构简单发动机安装节均位于垂直于发动机轴线的一个平面上，有效简化发动机上的安装结构，简化飞机上发动机的安装结构，结构简单，零件数量少。
3、本发明可承受发动机产生的全部机动载荷。金属及橡胶结构承载能力强，可承受发动机产生的各种载荷，发动机安装时无需其他与飞机连接的承力结构。
4、本发明安装拆卸方便，仅使用数个螺栓与发动机安装节连接，仅有长螺栓与飞机框架有连接关系，拆装所需工具少、拆装步骤少。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为减振装置剖视图；
图2为减振装置爆炸图；
图3为金属与硫化橡胶组合示意图；
图4为减振装置整体结构示意图；
图5为安装系统结构示意图；
图6为安装系统结构侧视图。
图中：1、发动机安装节；2、减振装置；3、安装架；4、发动机；5、螺旋桨；G、发动机重心；
21、一级隔热垫；22、支撑座；23、二级隔热垫；24、金属与硫化橡胶组合体；25、限位套筒；26、长螺栓；27、防松螺母；
22a、平板；22b、立板；22c、第一内圆孔；22d、定位凸台；
23a、第二内圆孔；
24a、第一金属骨架；24b、橡胶体；24c、第二金属骨架；24d、圆孔；24e、定位孔；24f、第三内圆孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的涡桨发动机减振装置及减振安装系统结构限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的一个总体技术构思，如图1-4所示，提供一种涡桨发动机减振装置，包括与发动机安装节1可拆卸安装的支撑座22，发动机安装节1和支撑座22之间垫有一级隔热垫21，支撑座22整体呈倒置的T型板结构，底部平板22a的四角开设有圆形通孔，用来与发动机安装节1连接，与底板相垂直的为同来装配两个二级隔热垫23和两个金属与硫化橡胶组合体24的立板22b，立板22b轴线上开设有用来安装长螺栓26的第一内圆孔22c，立板22b的两侧面均设有相对第一内圆孔22c对称设置的定位凸台22d用来安装二级隔热垫23和金属与硫化橡胶组合体24，二级隔热垫23和金属与硫化橡胶组合体24上分别开设有与第一内圆孔22c相适配的第二内圆孔23a和第三内圆孔24f；长螺栓26与立板22b之间套有限位轴套，支撑座22的两侧通过定位凸台22d对称装配有两个二级隔热垫23和两个金属与硫化橡胶组合体24，两个二级隔热垫23和两个金属与硫化橡胶组合体24皆套在限位轴套上；长螺栓26同时穿过金属与硫化橡胶组合体24中部的第三内圆孔24f、二级隔热垫23中部的第二内圆孔23a和支撑座22中间的第一内圆孔22c，同时，长螺栓26的螺母与金属与硫化橡胶组合体24外端面抵接，长螺栓26的螺杆与飞机框架连接，通过防松螺母27拧紧，通过对长螺栓26施加适当的拧紧力矩来调节两侧橡胶的装配预压缩量，通过长螺栓26将飞机安装框架、两件金属与硫化橡胶组合体24、两件二级隔热垫23和支撑座22拉紧。
在本实施例中，金属与硫化橡胶组合体24通过金属结构件与橡胶材料硫化粘接而成减振主体，通过在橡胶体24b的两侧分别硫化粘接第一金属骨架24a和第二金属骨架24c而成，利用橡胶材料的粘弹性及阻尼性能实现减隔振功能。
在本实施例中，金属与硫化橡胶组合体24上开设有同轴的圆孔24d和第三内圆孔24f，圆孔24d开设在第二金属骨架24c上用来装配长螺栓26，第三内圆孔24f开设在橡胶体24b和第二金属骨架24c上，便于装配在支撑座22上，同时，金属与硫化橡胶组合体24在第二金属骨架24c的一侧还对称开设有两排定位孔24e以便于金属与硫化橡胶组合体24的定位安装。
在本实施例中，限位套筒25与长螺栓26为间隙配合，轴向长度小于装配状态下两个金属与硫化橡胶组合体24上第三内圆孔24f孔底所在平面的轴向距离，在金属与硫化橡胶组合体24承受载荷压缩到一定程度时与金属与硫化橡胶组合体24内圆孔24d端壁贴紧，阻止金属与硫化橡胶组合体24被进一步轴向压缩。
在本实施例中，减振装置2通过一级隔热垫21和二级隔热垫23进行隔热，降低发动机安装节1向减振装置2的传热，保证橡胶件工作温度在合适范围内。
在本实施例中，金属与硫化橡胶组合体24由第一金属骨架24a、橡胶体24b和第二金属骨架24c依次通过硫化橡胶工艺粘接而成来组成一个稳定整体，所述第一金属骨架24a和第二金属骨架24c与橡胶体24b相粘接的侧面均设置有环形凸台以便于装配，凸台高度为2mm-5mm。
在本实施例中，金属与硫化橡胶组合体24的橡胶体24b采用氢化丁腈橡胶或乙丙类橡胶等减振效率好、环境适应性优良的橡胶材料，材料阻尼比不低于0.1。
在本实施例中，减振装置2安装过程中通过调整防松螺母27拧紧力矩改进长螺栓26轴向拉力来调节橡胶体24b的预压缩变形量，橡胶体24b的预压缩变形量与防松螺母27拧紧力矩在弹性限度内呈正比例关系，但橡胶体24b的安装预压变形量控制在橡胶体24b总厚度的10％-20％。
在本实施例中，一级隔热垫21和二级隔热垫23采用隔热性能好的石英类材料。
在本实施例中，长螺栓26通过采用自锁螺母、开口销或者止动垫片实现防松。
在实际使用时，首先，将一级隔热垫21放置在支撑座22和发动机安装节1之间；然后，将支撑座22与发动机安装节1用螺栓连接紧固，将两件金属与硫化橡胶组合体24放置在支撑座22两侧，使两件二级隔热垫23位于支撑座22和橡胶与金属硫化组合体之间；然后，使长螺栓26同时穿过金属与硫化橡胶组合体24中部的第三内圆孔24f、二级隔热垫23中部的第二内圆孔23a和支撑座22中间的第一内圆孔22c，并与飞机安装框架连接；最后，防松螺母27拧入长螺栓26一端的螺纹上，在防松螺母27上施加拧紧力矩，通过长螺栓26将安装架3、两件金属与硫化橡胶组合体24、两件二级隔热垫23和支撑座22拉紧。
按照上述步骤操作后，减振装置2结构如图2所示，发动机4产生的载荷通过支撑座22传递至金属与硫化橡胶组合体24，然后传递至长螺栓26上，通过长螺栓26传递至飞机框架上，从而承受发动机4产生的机动载荷，并将涡桨发动机4和螺旋桨5产生的拉力或推力传递给飞机。金属与硫化橡胶组合体24采用承载能力强、减振效率好的氢化丁腈橡胶或乙丙类橡胶，通过橡胶降低发动机4和飞机之间的振动传递。在隔热上，通过一级隔热垫21和二级隔热垫23设计，降低发动机安装节1向金属与硫化橡胶组合体24的传热，降低橡胶件工作环境温度，从而提高整个减振装置2的耐温能力。
根据本发明的另一个总体技术构思，如图5-6所示，提供一种减振安装系统结构，包括若干与发动机安装节1连接的减振装置2，若干减振装置2与安装架3通过法兰边的螺栓连接形成可拆卸连接，从而使得减振装置2与机体相接，同时，长螺栓26贯穿整个减振装置2且其端部与固定在飞机机体上的安装架3刚性连接；在使用时，通过控制减振装置2在周向的角向位置和减振装置2本身的刚度来控制减振安装系统结构各方向的刚度和承载能力。
在本实施例中，若干发动机安装节以经过发动机轴线的竖直面和水平面对称布置，任一发动机安装节与相邻的两个发动机安装节之间的夹角同发动机载荷适配，发动机安装节1的数量为3个或4个。
在本实施例中，发动机安装节1布置时保证发动机重心G位于发动机4和螺旋桨5之间，安装节距离发动机重心G的距离不大于200mm。
在本实施例中，安装系统通过调整安装节和减振装置2角向布局来调节垂直发动机4轴线方向上的系统刚度，控制机动飞行过程中发动机4的径向位移。
在实际使用时，首先，将发动机安装节1安装在发动机4上，或与发动机4集成设计；然后，将减振装置2安装在发动机安装节1上，采用法兰连接；最后，将减振装置2与安装架3连接，而安装架3则与飞机结构连接。
按上述步骤操作后，减振安装系统结构如图5，发动机4产生的载荷通过发动机安装节1传递至减振装置2，然后由减振装置2传递至安装架3。通过减振装置2降低发动机4向安装架3和飞机结构之间的振动载荷传递，通过调整发动机安装节1和减振装置2角向布局来调节垂直发动机4轴线方向上的系统刚度，控制飞机飞行过程中发动机4的径向位移。
本发明不仅适用于涡桨发动机，还可适用于活塞发动机与地面燃气轮机的安装，可由航空发动机领域推广至地面燃机及舰艇用动力装置的减振安装。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.涡桨发动机减振装置，其特征在于，包括与发动机安装节(1)可拆卸安装的支撑座(22)，所述支撑座(22)的两侧均依次对称装配有二级隔热垫(23)和金属与硫化橡胶组合体(24)来起到减振作用，所述支撑座(22)、两个二级隔热垫(23)和两个金属与硫化橡胶组合体(24)通过长螺栓(26)与防松螺母(27)紧固来组成减振装置(2)，所述减振装置(2)通过长螺栓(26)与安装架(3)拉紧配合。
2.根据权利要求1所述的涡桨发动机减振装置，其特征在于，所述支撑座(22)与发动机安装节(1)之间垫有一级隔热垫(21)。
3.根据权利要求1所述的涡桨发动机减振装置，其特征在于，所述金属与硫化橡胶组合体(24)由第一金属骨架(24a)、橡胶体(24b)和第二金属骨架(24c)通过硫化橡胶工艺粘接而成，所述第一金属骨架(24a)和第二金属骨架(24c)与橡胶体(24b)相粘接的侧面均设置有环形凸台。
4.根据权利要求3所述的涡桨发动机减振装置，其特征在于，所述橡胶体(24b)的材质为氢化丁腈橡胶或乙丙类橡胶。
5.根据权利要求3所述的涡桨发动机减振装置，其特征在于，所述橡胶体(24b)的预压缩变形量与防松螺母(27)拧紧力矩在弹性限度内呈正比例关系，所述橡胶体(24b)的安装预压缩变形量为橡胶体(24b)总厚度的10％-20％。
6.根据权利要求3所述的涡桨发动机减振装置，其特征在于，所述长螺栓(26)与支撑座(22)、两个二级隔热垫(23)以及两个第一金属骨架(24a)之间设有限位套筒(25)。
7.根据权利要求6所述的涡桨发动机减振装置，其特征在于，所述限位套筒(25)与长螺栓(26)为间隙配合，所述限位套筒(25)的轴向长度小于装配状态下两个金属与硫化橡胶组合体(24)的第三内圆孔(24f)孔底面的轴向距离。
8.减振安装系统结构，其特征在于，包括若干与发动机安装节(1)连接的减振装置(2)，若干减振装置(2)皆通过安装架(3)与机体连接，通过调整减振装置(2)在周向的角向位置和减振装置(2)本身的刚度来控制减振安装系统结构各方向的刚度和承载能力。
9.根据权利要求8所述的减振安装系统结构，其特征在于，若干所述发动机安装节(1)以经过发动机(4)轴线的竖直面和水平面对称布置，任一发动机安装节(1)与相邻的两个发动机安装节(1)之间的夹角同发动机载荷适配。
10.根据权利要求8所述的减振安装系统结构，其特征在于，所述发动机安装节(1)设于发动机重心(G)远离螺旋桨(5)的一侧，所述发动机安装节(1)与发动机重心(G)的距离不大于200mm。
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