CN114526175B - 一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，包括：曲柄，所述曲柄包括曲轴和固定在所述曲轴一端的圆柱齿轮；所述曲轴贯穿固定在所述加力燃烧室中的外涵机匣上；旋转板，所述旋转板为环状结构，套设于所述加力燃烧室的头部外圈，所述旋转板一侧的环形端面上设置面齿轮，所述面齿轮与所述曲柄的圆柱齿轮相互啮合；驱动装置，所述驱动装置设置于外涵机匣外壁，驱动端与曲轴连接，以驱动曲柄绕中心轴旋转，带动旋转板周向旋转。本发明采用驱动源外置在外涵机匣上、齿轮传动结构以及柔性支撑结构，具有流阻低、结构空间紧凑、运动副少、定心可靠、对轴径向误差不敏感等优点，满足双外涵机匣结构特点等综合性要求。

Description

一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器。
背景技术
根据航空发动机设计理念，对于持续高马赫数飞行任务，需要单位推力高的涡喷循环，对于低马赫数和长航程飞行任务，需要低耗油率的涡扇循环。当需要兼有超声速和亚声速飞行时，则需要能同时兼顾二者的变循环发动机。
为了兼顾航空发动机超声速时高单位推力、亚声速时低耗油率的需求，变循环发动机应运而生。变循环发动机，是通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变发动机的热力循环，研究的重点在于改变涵道比，发动机在爬升、加速和超声速飞行时，减小涵道比，使发动机的性能接近于涡喷发动机以增大推力；在起飞和亚声速飞行时，增大涵道比，使之以涡扇发动机状态工作以降低耗油率和噪声。为了更好的进行发动机热管理以及发动机与飞机的飞发匹配，在上述常规变循环发动机基础上，双外涵变循环发动机应运而生。在上述涉及到的需要变几何发动机部件中，后涵道引射器由于其工作温度高、所处区域存在较大轴向和径向热膨胀差、双外涵机匣结构限制等特点，设计难度较大，需要加以重点关注和研究。
根据双外涵变循环发动机中后涵道引射器自身特点以及目前研究进展情况，可以得出后涵道引射器的主要设计要求：对气流通道堵塞小以满足降阻需要、减少调节机构所需空间以满足有限空间要求、驱动器数量尽可能少以提升一致性、减少摩擦副并提高同步性以降低运动卡滞风险、合理的结构布局以匹配双外涵机匣结构特点等，但目前现有技术还不能完全满足上述各项设计要求。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，以实现降阻、空间紧凑、高一致性、避免运动卡滞以及满足双外涵机匣结构特点等综合性要求。
本申请实施例提供以下技术方案：
一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，包括：
曲柄，所述曲柄包括曲轴和固定在所述曲轴一端的圆柱齿轮；所述曲轴贯穿固定在所述加力燃烧室中的外涵机匣上；
旋转板，所述旋转板为环状结构，套设于所述加力燃烧室的头部外圈，所述旋转板一侧的环形端面上设置面齿轮，所述面齿轮与所述曲柄的圆柱齿轮相互啮合；
驱动装置，所述驱动装置设置于外涵机匣外壁，驱动端与所述曲轴连接，以驱动所述曲柄绕中心轴旋转，带动所述旋转板周向旋转。
进一步地，还包括柔性支撑架和滚珠，所述旋转板的外壁周向均布至少三个所述柔性支撑架，所述柔性支撑架的支撑端面上设置滚珠内置槽，所述滚珠设置于所述滚珠内置槽中，所述外涵机匣的内壁周向开设滚珠凹槽，所述滚珠与所述滚珠凹槽相贴合，当所述旋转板周向旋转时，所述滚珠在所述滚珠凹槽内周向旋转。
进一步地，所述柔性支撑架在径向上可吸收的热膨胀量为2~8mm。
进一步地，所述旋转板的环形侧壁上周向开设多个活动进气孔。
进一步地，所述活动进气孔的数量和尺寸与所述加力燃烧室的头部上周向均布的固定进气孔的数量和尺寸一致。
进一步地，所述旋转板上设置的面齿轮为4组，且分别周向均布于所述旋转板一侧的环形端面上。
进一步地，所述驱动装置包括摇臂和液压作动筒，所述液压作动筒的固定端与所述外涵机匣外壁的支架连接，所述液压作动筒的活动端与所述摇臂连接，所述摇臂与所述曲轴的端部固定连接。
进一步地，所述外涵机匣为双外涵机匣，所述双外涵机匣包括外层机匣和内层机匣，所述外层机匣和内层机匣之间通过流道支板固定连接，所述曲柄的曲轴固定设置在所述流道支板中。
进一步地，还包括衬套，所述曲柄的曲轴与所述流道支板相接触的位置均设置所述衬套。
进一步地，还包括曲柄盖板，所述曲柄盖板通过曲柄螺栓固定在所述外涵机匣上，以将所述曲柄固定。
本发明实施例提出一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，采用驱动源外置在外涵机匣上、齿轮传动结构以及柔性支撑结构，具有流阻低、结构空间紧凑、运动副少、定心可靠、对轴径向误差不敏感等优点，可以满足后涵道引射器的降阻、空间紧凑、高一致性、避免运动卡滞以及满足双外涵机匣结构特点等综合性要求。
在具体结构中，第一，驱动装置布置在外涵机匣外部，有利于控制内部涵道气流损失；第二，带圆柱齿轮的曲柄通过巧妙的衬套等安装结构连接固定在双外涵机匣上的流道支板中，很好的解决了双外涵机匣结构限制；第三，带圆柱齿轮的曲柄上的圆柱齿轮与带面齿轮的旋转板上的面齿轮相互啮合，可以实现两者之间传递90°交角的旋转运动，这种圆柱齿轮和面齿轮的垂直传动结构，创新的解决了空间紧凑、降低流阻、减少摩擦副、提高同步性、降低运动卡滞风险等难题；第四，滚珠与双外涵机匣上的滚珠凹槽相贴合，可以实现带面齿轮的旋转板的轴向限位和径向支撑，且在柔性支撑架的共同作用下，还可以实现旋转板在径向的浮动支撑，可以解决工作温度高以及由此带来的轴向和径向热膨胀差等问题；第五，通过旋转板在加力燃烧室头部上绕X轴的旋转运动，可以实现两者进气孔之间不同的重合度，进而实现了第一外涵道的空气进入内涵道的面积可调。显然，本发明实施例提供一种流阻低、结构空间紧凑、运动副少、定心可靠、对轴径向误差不敏感的用于双外涵变循环一体化加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例的齿轮传动后涵道引射器示意图；
图2为图1所示实施例提供的齿轮传动后涵道引射器中旋转板结构示意图；
图3为图1所示实施例提供的齿轮传动后涵道引射器中曲柄结构示意图；
图4为本发明实施例提供的加力燃烧室示意图；
图5为图4所示实施例提供的加力燃烧室中双外涵机匣结构示意图；
图6为图4所示实施例提供的加力燃烧室中加力燃烧室头部结构示意图；
其中，双外涵机匣-11、支架-11-1、流道支板-11-2、滚珠凹槽-11-3、变循环一体化加力燃烧室头部-12、固定进气孔-12-1、齿轮传动后涵道引射器-13、旋转板-14、活动进气孔-14-1、面齿轮-14-2、曲柄-15、圆柱齿轮-15-1、柔性支撑架-16、滚珠-17、摇臂-18、摇臂螺母-19、衬套-20、上衬套-21、下衬套-22、螺栓-23、螺母-24、液压作动筒-25、曲柄盖板-26、盖板螺栓-27。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
上述背景技术中已经说明，由于后涵道引射器工作温度高、所处区域存在较大轴向和径向热膨胀差、双外涵机匣结构限制等特点，设计难度较大；同时后涵道引射器的设计要求有：对气流通道堵塞小以满足降阻需要、减少调节机构所需空间以满足有限空间要求、驱动器数量尽可能少以提升一致性、减少摩擦副并提高同步性以降低运动卡滞风险、合理的结构布局以匹配双外涵机匣结构特点等，目前现有技术不能完全满足上述各项设计要求。
针对上述设计难点和设计要求，本发明提出一种创新的齿轮传动后涵道引射器，可以有效满足上述各种设计要求。本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图1-图6所示，本发明实施例的一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，包括：
曲柄15，所述曲柄15包括曲轴和固定在所述曲轴一端的圆柱齿轮15-1；所述曲轴贯穿固定在所述加力燃烧室中的外涵机匣上；
旋转板14，所述旋转板14为环状结构，套设于所述加力燃烧室的头部外圈，所述旋转板14一侧的环形端面上设置面齿轮14-2，所述面齿轮14-2与所述曲柄15的圆柱齿轮15-1相互啮合；
驱动装置，所述驱动装置设置于外涵机匣外壁，驱动端与所述曲轴连接，以驱动所述曲柄15绕中心轴旋转，带动所述旋转板14周向旋转。
本实施例中，所述驱动装置包括摇臂18和液压作动筒25，所述液压作动筒25的固定端与所述外涵机匣外壁的支架11-1连接，所述液压作动筒25的活动端与所述摇臂18连接，所述摇臂18与所述曲轴的端部固定连接。
本实施例中，还包括柔性支撑架16和滚珠17，所述旋转板14的外壁周向均布至少三个所述柔性支撑架16，本实施例优选的，所述旋转板14上布置有12个柔性支撑架16和滚珠17。所述柔性支撑架16的支撑端面上设置滚珠内置槽，所述滚珠17设置于所述滚珠内置槽中，所述外涵机匣的内壁周向开设滚珠凹槽11-3，所述滚珠17与所述滚珠凹槽11-3相贴合，当所述旋转板14周向旋转时，所述滚珠17在所述滚珠凹槽11-3内周向旋转。
其中，所述外涵机匣为双外涵机匣11，所述双外涵机匣11包括外层机匣和内层机匣，所述外层机匣和内层机匣之间通过流道支板11-2固定连接，所述曲柄15的曲轴固定设置在所述流道支板11-2中。还包括衬套，所述曲柄15的曲轴与所述流道支板11-2相接触的位置均设置所述衬套。
具体实施时，如图1所示，所述的齿轮传动后涵道引射器可以包括：旋转板14、曲柄15、柔性支撑架16、滚珠17、摇臂18、摇臂螺母19、衬套20、上衬套21、下衬套22、螺栓23、螺母24、液压作动筒25、曲柄盖板26、盖板螺栓27。
如图1所示，在该齿轮传动后涵道引射器的结构中，摇臂18通过摇臂螺母19固定在曲柄15上，可以实现绕曲柄15的中心线旋转运动；曲柄15通过摇臂18、摇臂螺母19、衬套20、上衬套21、下衬套22、曲柄盖板26、盖板螺栓27的巧妙连接固定在外涵机匣上的流道支板11-2中，很好的解决了双外涵机匣11结构限制；同时曲柄15与摇臂18之间通过端面配合连接，可以共同实现以相同角度的旋转运动，方便将摇臂18的旋转运动传递到内部执行部分，即旋转板14上；带曲柄15上的圆柱齿轮15-1与旋转板14上的面齿轮14-2相互啮合，可以实现两者之间传递90°交角的旋转运动，这种圆柱齿轮15-1和面齿轮14-2的垂直传动结构，创新的解决了空间紧凑、降低流阻、减少摩擦副、提高同步性、降低运动卡滞风险等难题。
所述旋转板14上带有柔性支撑架16和滚珠17，其中柔性支撑架16固定在旋转板14上，滚珠17内置于柔性支撑架16中，可以实现滚珠17周向自由旋转；滚珠17与双外涵机匣11上的滚珠凹槽11-3相贴合，可以实现旋转板14的轴向限位和径向支撑，且在柔性支撑架16的共同作用下，还可以实现旋转板14在径向的浮动支撑，可以解决工作温度高以及由此带来的轴向和径向热膨胀差等问题，优选地，所述柔性支撑架16在径向上可吸收的热膨胀量为2~8mm，可满足工况需求。旋转板14与变循环一体化加力燃烧室头部12之间采用圆柱面贴合安装，旋转板14上开设有周向均布的活动进气孔14-1，变循环一体化加力燃烧室头部12上同样开设有大小相同的周向均布的固定进气孔12-1，通过旋转板14绕X轴的旋转运动，可以实现活动进气孔14-1与固定进气孔12-1之间不同的重合度，其中完全重合对应完全打开面积，部分重合对应部分打开面积，完全不重合对应完全关闭面积，即：实现了第一外涵道的空气进入内涵道的面积可调。
具体实施时，所述上衬套21的上端面至下衬套22的下端面的距离，略小于曲柄15上对应的配合长度，以实现曲柄15在双外涵机匣11上的流道支板11-2中自由旋转功能。
如图2所示，图2为图1所示实施例提供的齿轮传动后涵道引射器中旋转板14结构示意图，本发明实施例中的旋转板14可以包括：活动进气孔14-1、面齿轮14-2。
如图2所示的旋转板14的结构中，多个活动进气孔14-1周向均布于旋转板14上，优选地，活动进气孔14-1周向设置的数量为12处，保持与变循环一体化加力燃烧室头部12上的支板数量一致；其大小与变循环一体化加力燃烧室头部12上周向均布的固定进气孔12-1基本一致，通过旋转板14绕X轴的旋转运动，可以实现活动进气孔14-1与固定进气孔12-1之间不同的重合度，进而实现了第一外涵道的空气进入内涵道的面积可调。具体实施时，该活动进气孔14-1的形状可以是方形的，也可以是圆形，单个活动进气孔14-1的面积在2000mm2~20000 mm2之间。
在一种优选的实施方式中，所述旋转板14上的面齿轮14-2为4组，沿周向均布于旋转板14一侧的环形端面上，每1组面齿轮14-2的齿数在5~25个之间。
如图3所示，图3为图1所示实施例提供的齿轮传动后涵道引射器中曲柄15结构示意图，本发明实施例中的曲柄15的主要特征是：圆柱齿轮15-1。曲柄15上的圆柱齿轮15-1，其主要参数与旋转板14上的面齿轮14-2保持一致，且两者之间的齿轮比为整数关系，可以实现两者之间传递90°交角的旋转运动。
所述曲柄15的旋转中心线平行于Y轴，曲柄15上布置有圆柱齿轮15-1，用于与旋转板14上的面齿轮14-2相互啮合；其中，曲柄15上的圆柱齿轮15-1的齿数在10~100个之间，齿宽在10~30mm之间。
具体实施时，旋转板14上的面齿轮14-2的主要参数与曲柄15上的圆柱齿轮15-1保持一致，旋转板14上的面齿轮14-2与曲柄15上的圆柱齿轮15-1之间的齿轮比为整数关系，且齿轮比在6~16之间。
所述液压作动筒25和摇臂18的数量最少为1个，最多与曲柄15的数量保持一致。在一种优选的实施方式中，所述曲柄15为4个，沿周向均布于双外涵机匣11上，其中2个曲柄15上配套有液压作动筒25和摇臂18等，作为主动驱动；另外2个曲柄15仅安装于双外涵机匣11上的流道支板11-2，作为随动驱动。
如图4所示，图4为所述加力燃烧室的示意图，基于本发明上述各实施例提供的齿轮传动后涵道引射器，本发明实施例中的加力燃烧室可以包括：双外涵机匣11、变循环一体化加力燃烧室头部12和齿轮传动后涵道引射器13等。
如图4所示的加力燃烧室的结构中，双外涵机匣11的两层机匣之间流通的为第二外涵道的空气；双外涵机匣11内层与变循环一体化加力燃烧室头部12的外层之间流通的为第一外涵道的空气；变循环一体化加力燃烧室头部12内流通的为内涵道的高温燃气；液压作动筒25的固定端与双外涵机匣11上的支架11-1连接，液压作动筒25的活动端与摇臂18通过螺栓23、螺母24连接，可以将液压作动筒25的轴向伸缩运动转化为摇臂18的旋转运动，由于布置在外涵机匣外部，有利于控制内部涵道气流损失。
如图5所示，图5为图4所示加力燃烧室中的双外涵机匣11结构示意图，本发明实施例中的双外涵机匣11可以包括：支架11-1、流道支板11-2、滚珠凹槽11-3等。结合图1和图5所示，其中支架11-1位于双外涵机匣11外部，提供液压作动筒25的固定端安装接口，流道支板11-2位于双外涵机匣11的两层机匣中间，提供曲柄15的安装接口，且起到连接双外涵机匣11的两层机匣的作用，滚珠凹槽11-3位于双外涵机匣11的内层机匣内侧，起到滚珠17轴向定位和周向旋转通道的作用。
如图6所示，图6为图4所示加力燃烧室中的变循环一体化加力燃烧室头部12结构示意图，所述的变循环一体化加力燃烧室头部12可以包括：固定进气孔12-1。结合图2和图6所示，固定进气孔12-1周向均布于变循环一体化加力燃烧室头部12上，其大小与旋转板14上的活动进气孔14-1基本一致，通过旋转板14绕X轴的旋转运动，可以实现活动进气孔14-1与固定进气孔12-1之间不同的重合度，进而实现了第一外涵道的空气进入内涵道的面积可调。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，包括：
曲柄，所述曲柄包括曲轴和固定在所述曲轴一端的圆柱齿轮；所述曲轴贯穿固定在所述加力燃烧室中的外涵机匣上；
旋转板，所述旋转板为环状结构，套设于所述加力燃烧室的头部外圈，所述旋转板一侧的环形端面上设置面齿轮，所述面齿轮与所述曲柄的圆柱齿轮相互啮合；
驱动装置，所述驱动装置设置于外涵机匣外壁，驱动端与所述曲轴连接，以驱动所述曲柄绕中心轴旋转，带动所述旋转板周向旋转；
还包括柔性支撑架和滚珠，所述旋转板的外壁周向均布至少三个所述柔性支撑架，所述柔性支撑架的支撑端面上设置滚珠内置槽，所述滚珠设置于所述滚珠内置槽中，所述外涵机匣的内壁周向开设滚珠凹槽，所述滚珠与所述滚珠凹槽相贴合，当所述旋转板周向旋转时，所述滚珠在所述滚珠凹槽内周向旋转；
所述外涵机匣为双外涵机匣，所述双外涵机匣包括外层机匣和内层机匣，所述外层机匣和内层机匣之间通过流道支板固定连接，所述曲柄的曲轴固定设置在所述流道支板中。
2.根据权利要求1所述的用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，所述柔性支撑架在径向上可吸收的热膨胀量为2~8mm。
3.根据权利要求1所述的用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，所述旋转板的环形侧壁上周向开设多个活动进气孔。
4.根据权利要求3所述的用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，所述活动进气孔的数量和尺寸与所述加力燃烧室的头部上周向均布的固定进气孔的数量和尺寸一致。
5.根据权利要求1所述的用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，所述旋转板上设置的面齿轮为4组，且分别周向均布于所述旋转板一侧的环形端面上。
6.根据权利要求1所述的用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，所述驱动装置包括摇臂和液压作动筒，所述液压作动筒的固定端与所述外涵机匣外壁的支架连接，所述液压作动筒的活动端与所述摇臂连接，所述摇臂与所述曲轴的端部固定连接。
7.根据权利要求1所述的用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，还包括衬套，所述曲柄的曲轴与所述流道支板相接触的位置均设置所述衬套。
8.根据权利要求1所述的用于加力燃烧室的齿轮传动后涵道引射器，其特征在于，还包括曲柄盖板，所述曲柄盖板通过曲柄螺栓固定在所述外涵机匣上，以将所述曲柄固定。
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