CN114087070A - 可变面积的前涵道引射器和自适应变循环发动机 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种可变面积的前涵道引射器和自适应变循环发动机，所述可变面积的前涵道引射器包括：外层机匣，所述外层机匣为筒状；内层机匣，所述内层机匣为筒状，所述内层机匣整体上位于所述外层机匣的径向内侧，所述内层机匣和所述外层机匣之间形成第一涵道，在气体流动的方向上，所述第一涵道的下游侧比上游侧向径向外侧延伸；阀筒，所述阀筒能够相对于所述外层机匣轴向滑动地连接于所述外层机匣，所述阀筒位于所述外层机匣的径向外侧，通过所述阀筒滑动能够改变所述第一涵道的开度；以及作动筒，所述作动筒能够驱动所述阀筒沿所述轴向滑动。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种可变面积的前涵道引射器和自适应变循环发动机。
背景技术
变循环推进航空发动机相对于传统的固定循环的航空发动机具有很多的优势。伴随着航空发动机设计水平的不断提高，满足变循环要求的发动机循环和结构不断被提出和演进，变循环推进航空发动机逐步用于主战飞机动力。
自适应变循环发动机相对于变循环发动机，在双外涵变循环发动机的基础上又增加了一个外涵道，增加的外涵道可以进一步提高发动机涵道比变化范围，优化包线内发动机综合性能，减少溢流阻力，还可以解决进气口边界层分离的问题。外涵道的气流加压较小，温度较低而流量充足，是理想的冷源，而且不干扰核心发动机的工作，适合于提供充足的冷却容量，可为激光武器、飞机本体等提供有效冷却，增强飞机的隐身性能。
自适应变循环发动机相对于常规的涡扇发动机，增加的涵道导致机匣层数的增加，带来了很多装配结构设计问题。机匣需要满足内外层机匣变形协调，空间结构布局，单元体装配，预留窜动余量，内层机匣密封，可靠性等多方面的苛刻要求。
核心机驱动风扇级(CDFS)是自适应变循环发动机的重要部件，可变面积的前涵道引射器(FVABI)是核心机驱动风扇中不可或缺的部件，起到改变发动机涵道比的作用，其调节的精度和可靠性直接关系到自适应变循环发动机的工作性能。
现有的自适应变循环发动机中，可变面积前涵道引射器为作动筒外置的节流式可变面积的前涵道引射器，该结构零部件数量较多，使用的联动机构及拉杆使整体结构的重量较大，这不利于航空发动机的轻量化。
发明内容
本申请旨在提出一种可变面积的前涵道引射器和自适应变循环发动机，使可变面积的前涵道引射器的重量较轻，满足自适应变循环发动机的轻量化需求。
本申请提出一种可变面积的前涵道引射器和自适应变循环发动机，所述可变面积的前涵道引射器包括：
外层机匣，所述外层机匣为筒状；
内层机匣，所述内层机匣为筒状，所述内层机匣整体上位于所述外层机匣的径向内侧，所述外层机匣和所述内层机匣通过叶片焊接在一起，所述内层机匣和所述外层机匣之间形成第一涵道，在气体流动的方向上，所述第一涵道的下游侧比上游侧向径向外侧延伸；
阀筒，所述阀筒能够相对于所述外层机匣轴向滑动地连接于所述外层机匣，所述阀筒位于所述外层机匣的径向外侧，通过所述阀筒滑动能够改变所述第一涵道的开度；以及
作动筒，所述作动筒能够驱动所述阀筒沿所述轴向滑动。
优选地，所述阀筒为分半机匣。
优选地，所述阀筒的内周设置有一个或多个导向槽，所述导向槽沿所述轴向延伸，所述导向槽内设置有能够沿所述导向槽滑动的滑块，所述滑块固定连接于所述外层机匣。
优选地，所述阀筒的外周设置有位于所述导向槽的径向外侧的加强筋。
优选地，所述阀筒设置有镂空部。
优选地，每个所述导向槽内具有多个所述滑块。
优选地，所述外层机匣和所述阀筒之间设置有密封环。
本申请还提出一种自适应变循环发动机，所述自适应变循环发动机包括上述技术方案中任一项所述的可变面积的前涵道引射器。
优选地，所述自适应变循环发动机还包括中间机匣，所述作动筒包括作动筒基部和作动筒伸出部，所述作动筒伸出部能够相对于所述作动筒基部伸出或缩回，所述作动筒基部能够转动地连接于所述中间机匣，所述作动筒伸出部能够转动地连接于所述阀筒。
优选地，所述中间机匣包括第一中间机匣、第二中间机匣、第三中间机匣、第四中间机匣和中间机匣支板，所述第一中间机匣、所述第二中间机匣、所述第三中间机匣均为圆筒状，所述第四中间机匣为圆锥筒状，所述第一中间机匣设置于所述第二中间机匣的径向外侧，所述第二中间机匣设置于所述第三中间机匣的径向外侧，所述第三中间机匣设置于所述第四中间机匣的径向外侧，在4层机匣之间形成了3个环形的空间，
所述作动筒连接于所述第二中间机匣的内周面。
通过采用上述技术方案，在满足调节精度、可靠性等方面要求的基础上，使可变面积的前涵道引射器的零件数量较少，结构简单，重量较轻。
附图说明
图1示出了根据本申请的实施方式的自适应变循环发动机的局部结构示意图。
图2示出了根据本申请的实施方式的自适应变循环发动机的可变面积的前涵道引射器的剖视图。
图3示出了图2的局部放大图。
图4示出了根据本申请的实施方式的自适应变循环发动机的可变面积的前涵道引射器的阀筒子部的结构示意图。
图5示出了图4的局部放大图。
图6示出了根据本申请的实施方式的自适应变循环发动机的中间机匣的结构示意图。
附图标记说明
100可变面积的前涵道引射器
200中间机匣 201第一中间机匣 202第二中间机匣 203第三中间机匣 204第四中间机匣 205中间机匣支板
1外层机匣 11外层机匣第一子部 111连接件 12外层机匣第二子部
2内层机匣 21内层机匣第一子部 22内层机匣第二子部 23内层机匣第三子部
3叶片
4阀筒 41导向槽 411第一滑块 412第二滑块 42加强筋 43镂空部
5作动筒
6密封环。
具体实施方式
为了更加清楚地阐述本申请的上述目的、特征和优点，在该部分结合附图详细说明本申请的具体实施方式。除了在本部分描述的各个实施方式以外，本申请还能够通过其他不同的方式来实施，在不违背本申请精神的情况下，本领域技术人员可以做相应的改进、变形和替换，因此本申请不受该部分公开的具体实施例的限制。本申请的保护范围应以权利要求为准。
如图1所示，本申请提出一种自适应变循环发动机，其包括可变面积的前涵道引射器(FVABI)100和中间机匣200，可变面积的前涵道引射器100的后述作动筒5连接于中间机匣200。
如图1至图6所示，本申请提出一种可变面积的前涵道引射器100，其包括外层机匣1、内层机匣2、叶片3、阀筒4和作动筒5。作动筒5连接于中间机匣200和阀筒4，通过驱动阀筒4动作来调节后述第一涵道的开度，从而改变发动机的涵道比。
如图2至图3所示，外层机匣1为圆筒状(不限于直筒，机匣的轴向截面可以为弧形)，外层机匣1包括外层机匣第一子部11和外层机匣第二子部12，外层机匣第一子部11和外层机匣第二子部12均为圆筒状，外层机匣第一子部11和外层机匣第二子部12可以通过法兰和螺栓连接。
如图2至图3所示，内层机匣2整体上位于外层机匣1的径向内侧，外层机匣1和内层机匣2可以通过叶片3焊接在一起。内层机匣2包括内层机匣第一子部21、内层机匣第二子部22和内层机匣第三子部23。内层机匣第一子部21、内层机匣第二子部22和内层机匣第三子部23均为筒状或环状。内层机匣第一子部21和内层机匣第二子部22通过螺栓连接，内层机匣第二子部22和内层机匣第三子部23通过法兰和螺栓连接。在气体流动的方向上，内层机匣2可以形成为渐扩的圆锥筒状。
内层机匣2和外层机匣1之间形成第一涵道，在气体流动的方向上，第一涵道的下游侧比上游侧向径向外侧延伸。外层机匣1和其径向外侧未示出的其他机匣之间形成第二涵道，第二涵道与第一涵道的气流量之比为发动机涵道比。图2和图3中的箭头表示气体在第一涵道的流动方向。
如图2和图3所示，阀筒4为筒状，阀筒4能够沿轴向滑动地连接于外层机匣1，阀筒4位于外层机匣1的径向外侧，通过阀筒4滑动可以改变第一涵道的开度，进而改变第一涵道的气流量。
如图4和图5所示，阀筒4的内壁设置有导向槽41，导向槽41沿阀筒4的轴向延伸，导向槽41可以为T型槽或燕尾槽。在阀筒4的周向上，导向槽41可以设置有多个，例如导向槽41可以设置4个。作动筒5驱动阀筒4时，阀筒4可以在导向槽41的导向下沿轴向运动。
导向槽41内设置有能够沿导向槽41滑动的滑块，滑块固定连接于外层机匣1，使阀筒4能够相对于外层机匣1沿轴向滑动。
可选地，每个导向槽41内可以设置多个滑块，通过多个滑块可以稳定地支撑阀筒4，使阀筒4滑动顺畅。滑块可以包括第一滑块411和第二滑块412，第一滑块411可以通过连接件111连接于外层机匣第一子部11，例如连接件111连接于外层机匣第一子部11和外层机匣第二子部12相连处的法兰。第二滑块412可以连接于外层机匣第二子部12，例如，连接于外层机匣第二子部12的轴向一端部。这样，便于滑块的安装，便于保持相关部件的强度。
如图3所示，外层机匣第二子部12和阀筒4的内壁之间设置有密封环6，密封环可以为石墨密封环，通过密封环6密封外层机匣第二子部12和阀筒4之间的缝隙，可以使第一涵道和第二涵道隔绝。
如图3至图5所示，阀筒4的外壁设置有加强筋42，加强筋42可以位于导向槽41的径向外侧，加强筋42可以增强阀筒4的强度，使阀筒4不会因设置导向槽41而影响强度。
阀筒4设置有镂空部43，镂空部43可以减轻阀筒4的重量，进而对航空发动机减重，使航空发动机的重量较轻。
阀筒4可以为分半机匣，换言之，阀筒4包括两个半圆弧瓦片状的阀筒子部，通过将两个阀筒子部连接在一起可以形成圆筒状的阀筒4。图4示出了阀筒子部。通过这样使用分半机匣可以在装配过程中先安装外层机匣1、内层机匣2和叶片3，使航空发动机的机匣容易装配。
如图1和图6所示，中间机匣200包括第一中间机匣201、第二中间机匣202、第三中间机匣203、第四中间机匣204和中间机匣支板205，第一中间机匣201、第二中间机匣202、第三中间机匣203均可以为圆筒状，第四中间机匣204可以为圆锥筒状。第一中间机匣201设置于第二中间机匣202的径向外侧，第二中间机匣202设置于第三中间机匣203的径向外侧，第三中间机匣203设置于第四中间机匣204的径向外侧，在4层机匣之间形成了3个环形的空间，即三个涵道。第一中间机匣201、第二中间机匣202、第三中间机匣203和第四中间机匣204通过中间机匣支板205相连，中间机匣支板205可以是中空的，其内可以设有油路、通气路、线缆等。
如图1至图3所示，作动筒5包括作动筒基部51和作动筒伸出部52，作动筒伸出部52能够相对于作动筒基部51伸出或缩回。作动筒5可以为直线电动丝杆机构或液压作动筒。
作动筒基部51能够转动地连接于第二中间机匣202的内周面，作动筒伸出部52能够转动地连接于阀筒4。在作动筒伸出部52相对于作动筒基部51伸出或缩回时，作动筒5相对于中间机匣200整体摆动。
本申请的可变面积的前涵道引射器的结构简单，零件数量较少，可以在满足调节精度、可靠性等方面要求的基础上，使可变面积的前涵道引射器的重量较轻，进而满足自适应变循环发动机的轻量化需求。
虽使用上述实施方式对本申请进行了详细说明，但对于本领域技术人员来说，本申请显然并不限于在本说明书中说明的实施方式。本申请能够在不脱离由权利要求书所确定的本申请的主旨以及范围的前提下加以修改并作为变更实施方式加以实施。因此，本说明书中的记载以示例说明为目的，对于本申请并不具有任何限制性的含义。
Claims (10)
1.一种可变面积的前涵道引射器，其特征在于，所述可变面积的前涵道引射器包括：
外层机匣(1)，所述外层机匣(1)为筒状；
内层机匣(2)，所述内层机匣(2)为筒状，所述内层机匣(2)整体上位于所述外层机匣(1)的径向内侧，所述外层机匣(1)和所述内层机匣(2)通过叶片(3)焊接在一起，所述内层机匣(2)和所述外层机匣(1)之间形成第一涵道，在气体流动的方向上，所述第一涵道的下游侧比上游侧向径向外侧延伸；
阀筒(4)，所述阀筒(4)能够相对于所述外层机匣(1)轴向滑动地连接于所述外层机匣(1)，所述阀筒(4)位于所述外层机匣(1)的径向外侧，通过所述阀筒(4)滑动能够改变所述第一涵道的开度；以及
作动筒(5)，所述作动筒(5)能够驱动所述阀筒(4)沿所述轴向滑动。
2.根据权利要求1所述的可变面积的前涵道引射器，其特征在于，所述阀筒(4)为分半机匣。
3.根据权利要求1所述的可变面积的前涵道引射器，其特征在于，所述阀筒(4)的内周设置有一个或多个导向槽(41)，所述导向槽(41)沿所述轴向延伸，所述导向槽(41)内设置有能够沿所述导向槽(41)滑动的滑块，所述滑块固定连接于所述外层机匣(1)。
4.根据权利要求3所述的可变面积的前涵道引射器，其特征在于，所述阀筒(4)的外周设置有位于所述导向槽(41)的径向外侧的加强筋(42)。
5.根据权利要求4所述的可变面积的前涵道引射器，其特征在于，所述阀筒(4)设置有镂空部(43)。
6.根据权利要求3所述的可变面积的前涵道引射器，其特征在于，每个所述导向槽(41)内具有多个所述滑块。
7.根据权利要求1所述的可变面积的前涵道引射器，其特征在于，所述外层机匣(1)和所述阀筒(4)之间设置有密封环(6)。
8.一种自适应变循环发动机，其特征在于，所述自适应变循环发动机包括权利要求1至7中任一项所述的可变面积的前涵道引射器(100)。
9.根据权利要求8所述的自适应变循环发动机，其特征在于，所述自适应变循环发动机还包括中间机匣(200)，所述作动筒(5)包括作动筒基部(51)和作动筒伸出部(52)，所述作动筒伸出部(52)能够相对于所述作动筒基部(51)伸出或缩回，所述作动筒基部(51)能够转动地连接于所述中间机匣(200)，所述作动筒伸出部(52)能够转动地连接于所述阀筒(4)。
10.根据权利要求8所述的自适应变循环发动机，其特征在于，所述中间机匣(200)包括第一中间机匣(201)、第二中间机匣(202)、第三中间机匣(203)、第四中间机匣(204)和中间机匣支板(205)，所述第一中间机匣(201)、所述第二中间机匣(202)、所述第三中间机匣(203)均为圆筒状，所述第四中间机匣(204)为圆锥筒状，所述第一中间机匣(201)设置于所述第二中间机匣(202)的径向外侧，所述第二中间机匣(202)设置于所述第三中间机匣(203)的径向外侧，所述第三中间机匣(203)设置于所述第四中间机匣(204)的径向外侧，在4层机匣之间形成了3个环形的空间，
所述作动筒(5)连接于所述第二中间机匣(202)的内周面。
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