CN207920670U - 各向异性刚度的静子构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种各向异性刚度的静子构件，其包括含有流道的周向支板机匣、传动轴、鼠笼和静子件，所述静子件安装在所述周向支板机匣内，所述鼠笼通过弹性支撑件安装在所述静子件内，由所述静子件支撑所述鼠笼，所述传动轴安装在所述鼠笼中；所述鼠笼的各向刚度不同，所述周向支板机匣的各向刚度不同，使所述静子构件在竖直方向的刚度大于水平方向的刚度。本实用新型在不改变发动机接口和机匣静子件结构的基础上，通过设计一种沿周向刚度可变的静子构件来改善转子支撑刚度不均匀性，设计周期短、收益高。

Description

各向异性刚度的静子构件

技术领域

本实用新型涉及航空发动机领域，特别涉及各向异性刚度的静子构件。

背景技术

在航空发动机领域中，转子剧烈振动会严重威胁航空发动机部件或者性能试验件的运行安全。其中，转子径向支撑刚度在周向的不均匀性(如转子水平和竖直方向的支撑刚度不一致)是造成转子剧烈振动的一大因素。严重的支撑刚度周向不均匀性会激发转子的反进动临界转速模态，并降低航空发动机部件或者性能试验件的运行稳定性。然而，由于航空发动机部件或者性能试验件在飞机或者试验台架上的安装等原因，航空发动机转子的水平和竖直刚度总会不一致，转子剧烈振动的潜在风险始终存在。

针对上述转子支撑刚度不均匀的风险，目前的传统应对方法大致分为以下几个方面：一方面，优化航空发动机部件或者性能试验件的安装方式，但这涉及与飞机或者试验台架的接口迭代，能优化的空间并不大。另一方面，减少发动机机匣上的附属零件的数目，或者减薄机匣纵向安装边的厚度等，以降低转子支撑刚度的周向不均匀性，但发动机机匣上的附属零件往往具有特殊用途，有时可能是不可替代的，而减薄机匣纵向安装边厚度，也会降低机匣安装边的强度和结构的气密性。

优化航空发动机的安装方式涉及接口迭代，周期长且收益不高；减少发动机机匣上的附属零件的数目或者减薄机匣纵向安装边的厚度收益不高，且会降低局部结构的强度。

有鉴于此，本实用新型提出了一种可用于改善这种转子支撑刚度不均匀性的静子构件，即设计一种沿周向刚度可变的发动机静子构件，用来补偿抵消由于安装等原因带来的转子支撑刚度不均匀性，减少由此产生的转子剧烈振动。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中航空发动机转子剧烈振动的缺陷，提供一种各向异性刚度的静子构件。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种各向异性刚度的静子构件，其特点在于，所述静子构件包括含有流道的周向支板机匣、传动轴、鼠笼和静子件，所述静子件安装在所述周向支板机匣内，所述鼠笼通过弹性支撑件安装在所述静子件内，由所述静子件支撑所述鼠笼，所述传动轴安装在所述鼠笼中；

所述鼠笼的各向刚度不同，所述周向支板机匣的各向刚度不同，使所述静子构件在竖直方向的刚度大于水平方向的刚度。

根据本实用新型的一个实施例，所述鼠笼的水平方向上的肋条厚度大于竖直方向上的肋条厚度。

根据本实用新型的一个实施例，所述周向支板机匣包括若干支板，相邻两个所述支板之间的间隙在靠近一侧水平区域的部分小于靠近另一侧的部分。

根据本实用新型的一个实施例，所述鼠笼在各向上具有不同的刚度值，θ向刚度满足以下公式：K(θ)＝f{θ,n,a(n),d(n)}；

其中，n为鼠笼的肋条个数；a(n)为第n条鼠笼的肋条的角向位置；d(n)为第n条鼠笼的肋条的厚度。

根据本实用新型的一个实施例，所述传动轴与所述鼠笼之间安装有轴承。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型各向异性刚度的静子构件在不改变发动机接口和机匣静子件结构的基础上，通过设计一种沿周向刚度可变的静子构件来改善转子支撑刚度不均匀性，设计周期短、收益高。相较于目前的传统应对方法，本实用新型各向异性刚度静子构件突破了固定思维，其沿周向刚度可变，用来补偿抵消由于安装等原因带来的转子支撑刚度不均匀性。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术中均匀刚度的鼠笼的结构示意图。

图2为现有技术中均匀分布的带流道支板机匣的立体图。

图3为现有技术中均匀分布的带流道支板机匣的主视图。

图4为本实用新型各向异性刚度的静子构件的结构示意图。

图5为本实用新型各向异性刚度的静子构件中鼠笼的结构示意图。

图6为本实用新型各向异性刚度的静子构件中鼠笼的侧视图。

图7为图6中沿A-A线剖开的剖视图。

图8为本实用新型各向异性刚度的静子构件中带流道支板机匣的立体图。

图9为本实用新型各向异性刚度的静子构件中带流道支板机匣的主视图。

具体实施方式

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。现在将详细参考本实用新型的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。

图1为现有技术中均匀刚度的鼠笼的结构示意图。图2为现有技术中均匀分布的带流道支板机匣的立体图。图3为现有技术中均匀分布的带流道支板机匣的主视图。

如图1至图3所示，现有技术中静子构件采用鼠笼为均匀刚度的鼠笼，即鼠笼由若干个周向均布的具有相同厚度尺寸的肋条构成，鼠笼在水平和竖直方向上的刚度是一致的。另外，现有技术中静子构件采用带流道支板的机匣，在传统构型下，其流道支板在周向上的分布和支板尺寸均是一致的。这种传统结构会造成航空发动机转子的水平和竖直刚度总会不一致，转子剧烈振动的潜在风险始终存在。

图4为本实用新型各向异性刚度的静子构件的结构示意图。图5为本实用新型各向异性刚度的静子构件中鼠笼的结构示意图。图6为本实用新型各向异性刚度的静子构件中鼠笼的侧视图。图7为图6中沿A-A线剖开的剖视图。图8为本实用新型各向异性刚度的静子构件中带流道支板机匣的立体图。图9为本实用新型各向异性刚度的静子构件中带流道支板机匣的主视图。

如图4至图9所示，本实用新型公开了一种各向异性刚度的静子构件10，静子构件10包括含有流道的周向支板机匣11、传动轴12、鼠笼13和静子件14，将静子件14安装在周向支板机匣11内，鼠笼13通过弹性支撑件15安装在静子件14内，由静子件14支撑鼠笼13，传动轴12安装在鼠笼13中，且传动轴12与鼠笼13之间安装有轴承16。特别地，此处鼠笼13的各向刚度不同，周向支板机匣11的各向刚度不同，使静子构件10在竖直方向的刚度大于水平方向的刚度。

优选地，鼠笼13的水平方向上的肋条131厚度大于竖直方向上的肋条132厚度。周向支板机匣包11括若干支板111，相邻两个支板之间的间隙在靠近一侧水平区域的部分小于靠近另一侧的部分。

本实施例中的鼠笼13在各向上具有不同的刚度值，例如θ向刚度满足以下公式：K(θ)＝f{θ,n,a(n),d(n)}；

其中，n为鼠笼的肋条个数；a(n)为第n条鼠笼的肋条的角向位置；d(n)为第n条鼠笼的肋条的厚度。

根据上述结构描述，本实用新型各向异性刚度的静子构件可以通过下述方式进行各向异性刚度的设计：

首先，计算获得航空发动机转子在水平和竖直两个方向上的刚度。

其次，依据两个方向上转子支撑刚度的差异，选择需要进行“各向异性刚度”设计的静子构件，并且确定所述静子构件在水平和竖直两个方向上的刚度设计目标值(目标值应可以减少上述刚度的差异)。

例如，通过计算，航空发动机在水平方向的刚度大于竖直方向，选择鼠笼构型的静子构件或者带流道支板的机匣开展刚度设计，并保证其竖直方向的刚度大于水平方向。当然，本实用新型包括但不限于上述两种静子构件，此处仅为举例，其他静子构件也可以采用上述方式。

接着，依据水平和竖直两个方向上的刚度设计目标值，设计目标静子构件的结构特征和尺寸。例如对于鼠笼构型的静子构件，为了实现“竖直方向的刚度大于水平方向”，可以通过调整鼠笼条的厚度和角度在周向的分布(比如设置鼠笼水平方向的肋条厚度大于竖直方向的肋条厚度)，从而实现刚度设计目标，即实现“各向异性”。

再例如，对于带流道支板的机匣，为了实现“各向异性”，可以通过调整流道支板在周向上的分布(比如设置支板偏向水平一侧)。

然后，考虑到转子支撑刚度计算值与实际值之间可能的差异影响，可以设计并试制多组具有不同水平和竖直方向刚度组合的静子构件。根据后续整机刚度试验结果或者试车中整机的振动水平，选择合适的转子支撑结构，最大程度地改善转子支撑刚度的不均匀性。

综上所述，本实用新型各向异性刚度的静子构件在不改变发动机接口和机匣静子件结构的基础上，通过设计一种沿周向刚度可变的静子构件来改善转子支撑刚度不均匀性，设计周期短、收益高。相较于目前的传统应对方法，本实用新型各向异性刚度静子构件突破了固定思维，其沿周向刚度可变，用来补偿抵消由于安装等原因带来的转子支撑刚度不均匀性。

由上述描述可见，这种沿周向刚度可变的发动机静子构件，可避免更改发动机接口带来的周期长和收益低的弱点，并可以不减少发动机机匣上的附属零件的数目或者不减薄机匣纵向安装边，保证附属零件的功能行和机匣安装边强度。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种各向异性刚度的静子构件，其特征在于，所述静子构件包括含有流道的周向支板机匣、传动轴、鼠笼和静子件，所述静子件安装在所述周向支板机匣内，所述鼠笼通过弹性支撑件安装在所述静子件内，由所述静子件支撑所述鼠笼，所述传动轴安装在所述鼠笼中；

所述鼠笼的各向刚度不同，所述周向支板机匣的各向刚度不同，使所述静子构件在竖直方向的刚度大于水平方向的刚度。

2.如权利要求1所述的各向异性刚度的静子构件，其特征在于，所述鼠笼的水平方向上的肋条厚度大于竖直方向上的肋条厚度。

3.如权利要求1所述的各向异性刚度的静子构件，其特征在于，所述周向支板机匣包括若干支板，相邻两个所述支板之间的间隙在靠近一侧水平区域的部分小于靠近另一侧的部分。

4.如权利要求2所述的各向异性刚度的静子构件，其特征在于，所述鼠笼在各向上具有不同的刚度值，θ向刚度满足以下公式：K(θ)＝f{θ,n,a(n),d(n)}；

其中，n为鼠笼的肋条个数；a(n)为第n条鼠笼的肋条的角向位置；d(n)为第n条鼠笼的肋条的厚度。

5.如权利要求1所述的各向异性刚度的静子构件，其特征在于，所述传动轴与所述鼠笼之间安装有轴承。