一种交叠涵道航空发动机的制作方法

1.本技术属于航空发动机领域，特别涉及一种交叠涵道航空发动机。


背景技术：

2.在常规双转子涡扇发动机中，为实现高总压比的目标，常采用增加转子级数、提高转子转速等技术手段。本发明提出的技术背景，是分析如何基于含增压比相对较低高压压气机、耐温能力相对有限单级高压涡轮的成熟核心机，发展出一款高总压比、混合排气、轮廓尺寸相对受限的中涵道涡扇发动机；成熟核心机的高压压气机增压比有限，高压压气机出口和高压涡轮进口均有温度限制要求，混合排气的总体匹配模式也不允许低压压气机中的外涵压比过高，因此需要创造技术方法实现较高的低压压气机内涵压比，统筹实现较高的航空发动机总压比，且需在重量控制、尺寸限制、构型复杂程度等方面予以控制，既如何在不通过增加过多转子级数或采用齿轮传动/三转子等复杂构型的情况下，实现双数的增压比、温度、外涵压比需求。
3.相关的一些现有技术的缺点：1、现有的在常规双转子航空发动机构型中，增压级转子转速与轴流式风扇转子转速相同，但因增压级转子叶尖径向高度远低于轴流式风扇转子，故而其叶尖线速度远低于轴流式风扇转子叶尖线速度，从而导致增压级转子叶片级压比较低，难以采用较少的级数形成较大的增压比；2、现有的方案中，在通过增加级数勉强实现高增压比后，级数过多将带来重量、成本、发动机长度等增加的问题；3、现有的方案中，在实现高总压比目标的同时，“轴流式风扇 增压级”因较高的增压比，会导致增进入成熟核心机的气流温度过高，既会快速超过高压压气机出口限制温度要求，也不能为高压涡轮提供温度相对较低的冷却气源，导致不能充分利用既有成熟核心机，更不能拓展成熟核心机的应用潜力。
4.因此在保证较高增压比的同时，如何同时减少级数、降低温度是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种交叠涵道航空发动机，以解决现有技术难以在保证较高增压比的同时，级数较多、内涵温度较大的问题。
6.本技术的技术方案是：一种交叠涵道航空发动机，包括低压轴系、核心机和承力机匣，所述低压轴系包括设于后端的多级低压涡轮、与航空发动机的中心线同轴并穿过核心机设置的多级低压涡轮轴、设于前端的轴流式风扇，所述多级低压涡轮工作带动多级低压涡轮轴和轴流式风扇转动，所述轴流式风扇与核心机之间设有与多级低压涡轮轴同轴设置的分流环机匣、增压转子件，所述分流环机匣为静子件并与承力机匣相连，所述增压转子件与轴流式风扇相连并由轴流式风扇转子带动进行转动；所述增压转子件为双级转子件，所
述增压转子件的转子径向高度与轴流式风扇转子的径向高度相同并且转速相同；所述轴流式风扇的出口外环连接高温内涵通道，所述轴流式风扇的出口内环连接低温外涵通道，所述高温内涵通道与低温内涵通道经过分流环机匣处进行分流，所述高温内涵通道沿着航空发动机外部连接于分流环流出口处与增压转子件的入口之间，而后从增压转子件出口进入到航空发动机内部与核心机相连；所述低温外涵通道沿航空发动机内部设置，在经过增压转子件与核心机之间的高温内涵通道时，所述低温外涵通道与高温内涵通道交错并且两者内部气流进行热交换，而后低温外涵通道沿着航空发动机的外部设置。
7.优选地，所述增压转子件与轴流式风扇相连并由轴流式风扇转子带动进行转动。
8.优选地，所述轴流式风扇包括轴流式风扇一级转子和轴流式风扇二级转子，所述轴流式风扇二级转子的外缘处设有第一整环叶冠；所述增压转子件包括增压级一级转子和增压级二级转子，所述增压级一级转子和增压级二级转子均设于分流环机匣上，所述增压级一级转子的外缘处设有第二整环叶冠，所述增压级二级转子的外缘处设有第三整环叶冠，所述第一整环叶冠与第二整环叶冠相连，所述第二整环叶冠和第三整环叶冠相连。
9.优选地，所述第一整环叶冠和第二整环叶冠上均设有相邻设置的第一法兰边，所述第一整环叶冠和第二整环叶冠之间设有将两者的第一法兰边固定的第一连接件；所述第二整环叶冠和第三整环叶冠上均设有相邻设置的第二法兰边，第二整环叶冠和第三整环叶冠之间设有将两者的第二法兰边固定的第二连接件。
10.优选地，所述增压级一级转子的内环处连接有第一盘体，所述增压级二级转子的内环连接有第二盘体。
11.优选地，还包括进气机匣，所述轴流式风扇与多级低压涡轮轴之间设置有风扇短轴，所述风扇短轴与多级低压涡轮轴同轴设置，所述风扇短轴包括位于两端的连接段、过渡段和支撑段，两段所述连接段分别与进气机匣和多级低压涡轮轴相连，所述过渡段设于连接段与支撑段之间并且其直径从连接段至支撑段逐渐增大，所述轴流式风扇一级转子和轴流式风扇二级转子设于支撑段上。
12.优选地，所述轴流式风扇二级转子、增压级一级转子和增压级二级转子均为整体叶盘/环结构。
13.优选地，所述承力机匣包括中介机匣，所述中介机匣设于增压转子件和核心机之间，所述中介机匣内设有环形设置的内外涵道交叠区(10)，所述内外涵道交叠区(10)设有间隔交错排布的高温换热通道和低温换热通道，所述高温换热通道与高温内涵通道连通，所述低温换热通道与低温外涵通道连通，所述低温换热通道与高温换热通道之间设有导热材料制成的隔板。
14.优选地，位于增压转子件和内外涵道交叠区(10)之间的高温内涵通道为整环形通道，而后再分成呈环形排布的多个间隔设置的通道与高温换热通道相连，从高温换热通道引出后再次组成整环形通道与核心机的入口相连。
15.优选地，所述增压转子件与多级低压涡轮轴之间连接有第二滚珠轴承，所述中介机匣与核心机之间连接有第一滚珠轴承。
16.本技术的一种交叠涵道航空发动机，在轴流式风扇与核心机之间设置增压转子件，将增压转子件的转子径向高度设置成与轴流式风扇转子的径向高度相同并且转速相同，从而以较小的级数提升航空发动机较大的增压比和总压比；将轴流式风扇的出口外环
连接高温内涵通道，将轴流式风扇的出口内环连接低温外涵通道，通过设置分流环机匣对高温内涵通道和低温外涵通道内的排气进行分流，高温内涵通道在经过增压转子件后会与低温外涵通道有一定的交错，通过将两个通道内的排气在交错位置进行热交换，能够有效降低高温内涵道排气的温度，满足核心机入口的温度需求，使得航空发动机能够在合适温度区间内稳定工作。
附图说明
为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
17.图1为本技术整体结构示意图；图2为本技术低压转子结构示意图；图3为本技术内涵道气流流向结构示意图；图4为本技术外涵道气流流向结构示意图；图5为本技术中介机匣的内外涵交叠区结构示意图。
18.1、进气口；2、进气机匣；3、轴流式风扇；4、轴流式风扇一级导向叶片；5、分流环机匣；6、高温内涵通道；7、低温外涵通道；8、增压级一级导向叶片；9、增压级二级导向叶片；10、内外涵道交叠区；11、中介机匣；12、外涵道进气口；13、高压进气口；14、高压压气机；15、燃烧室；16、高压涡轮；17、涡轮间机匣；18、多级低压涡轮；19、排气口；20、第一滚棒轴承；21、第二滚棒轴承；22、低压涡轮轴；23、第一滚珠轴承；24、第二滚珠轴承；25、第三滚棒轴承；26、轴流式风扇一级转子；27、轴流式风扇二级转子；28、第一整环叶冠；29、第一法兰边；30、第一连接件；31、第二整环叶冠；32、增压级一级转子；33、第一盘体；34、第二法兰边；35、第二连接件；36、第三整环叶冠；37、增压级二级转子；38、第二盘体；39、内涵气流流向指示线；40、外涵气流流向指示线。
具体实施方式
19.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
20.一种交叠涵道航空发动机，如图1
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4所示，包括低压轴系、核心机和承力机匣。低压轴系穿过核心机并位于核心机的两侧，低压轴系包括轴流式风扇3、低压涡轮轴22和多级低压涡轮18，多级低压涡轮18位于核心机的后部，低压涡轮轴22与航空发动机的中心线同轴设置并穿过高压轴系，低压涡轮轴22提供动力带动低压涡轮轴22和轴流式风扇3转动，轴流式风扇3工作排出内涵道气流和外涵道气流，内涵道气流进入到核心机内供核心机工作，外涵道气流从核心机外侧排出。
21.核心机包括高压压气机14、环形燃烧室15和高压涡轮16，高压涡轮16带动高压压气机14工作，提供高温高压驱动环形燃烧室15燃烧，实现动力输出。
22.其中，航空发动机的入口为其前端、出口为其后端。
23.轴流式风扇3与核心机之间设有与低压涡轮轴22同轴设置的分流环机匣5和增压转子件，分流环机匣5为静子件并与承力机匣相连；增压转子件为双级转子件，增压转子件的转子径向高度与轴流式风扇3转子的径向高度相同或相近同时两者的转速相同；
轴流式风扇3与航空发动机的进气口1相连，轴流式风扇3转子的出口外环连接高温内涵通道6，轴流式风扇3转子的出口内环连接低温外涵通道7，此时高温内涵通道6位于低温外涵通道7的外侧，高温内涵通道6与低温内涵通道经过分流环机匣5处进行分流，高温内涵通道6沿着航空发动机外部连接于分流环机匣5出口处与增压转子件的入口之间，而后从增压转子件出口进入到高压压气机14前端的高压进气口13处，以实现与核心机相连，内涵气流整体流向沿图3中的内涵气流流向指示线39前进；低温外涵通道7沿航空发动机内部设置，在经过增压转子件与核心机之间的高温内涵通道6时，低温外涵通道7与高温内涵通道6交错并且两者内部气流进行热交换，而后低温外涵通道7进入到核心机挖侧的外涵道进气口12处，而后沿着核心机的外部设置并延伸至排气口19处，在排气口19处时与内涵道气流混合排出，外涵气流整体流向沿图4中的外涵气流流向指示线40前进。
24.通过将增压转子件的转子径向高度与轴流式风扇3转子的径向高度相同并且转速相同，使得增压转子件工作能够产生较高的增压比，并且仅采用较少级数的双转子航空发动机构型，即可实现高总压比的目标，对于因高增压比带来的温增问题，通过将高温内涵通道6连接轴流式风扇3转子的出口外环、低温外环通道连接轴流式风扇3转子的出口内环，这样低温外涵通道7内的外涵道气流在排出时会与高温内涵通道6内的内涵道气流在排出时必然会有一定的交叉，在交叉位置进行热交换以对内涵道气流进行降温，降温后的内涵道气流满足了核心机的工作需求，同时由于航空发动机整体的级数较少，这样发动机的重量较轻，成本较低，发动机长度也较短，整体的空间结构布置合理。
25.优选地，增压转子件与轴流式风扇3相连并由轴流式风扇3转子带动进行转动，这样在保证增压转子件能够正常工作的同时，增压转子件与低压涡轮轴22有足够的空间，低温外涵通道7能够有足够的空间绕过增压转子件进行排气，空间布置合理。
26.优选地，轴流式风扇3包括风扇一级转子26、风扇二级转子27、风扇一级导向叶片4，风扇一级导向叶片4设于风扇一级转子26和风扇二级转子27之间，风扇二级转子27的外缘处设有第一整环叶冠28；增压转子件包括增压级一级转子32、增压级一级导向叶片8、增压级二级转子37、增压级二级导向叶片9，增压级一级转子32、增压级一级导向叶片8、增压级二级转子37、增压级二级导向叶片9均设于分流环机匣5上，增压级一级转子32的外缘处设有第二整环叶冠31，增压级二级转子37的外缘处设有第三整环叶冠36，第一整环叶冠28与第二整环叶冠31相连，第二整环叶冠31和第三整环叶冠36相连。
27.通过设置第一整环叶冠28、第二整环叶冠31和第三整环叶冠36来实现风扇一级转子26、风扇二级转子27、增压级一级转子32、增压级二级转子37的同步转动，结构稳定，通过将增压级一级导向叶片8和增压级二级导向叶片9设于分流环机匣5上来保证不影响增压级转子旋转部件的空间布局。
28.优选地，第一整环叶冠28和第二整环叶冠31上均设有相邻设置的第一法兰边29，第一整环叶冠28和第二整环叶冠31之间设有将两者的第一法兰边29固定的第一连接件30；第二整环叶冠31和第三整环叶冠36上均设有相邻设置的第二法兰边34，第二整环叶冠31和第三整环叶冠36之间设有将两者的第二法兰边34固定的第二连接件35。连接件可以为螺栓等，通过设置连接件能够保证风扇二级转子27与增压级一级转子32、增压级一级转子32与增压级二级转子37之间的紧密稳定固定，有效保证风扇二级转子27、增压级一级转子32与增压级二级转子37之间转动的同步。
29.优选地，增压级一级转子32的内环处连接有第一盘体33，增压级二级转子37的内环连接有第二盘体38。第一盘体33和第二盘体38能够分别对增压级一级转子32和增压级二级转子37进行稳定支撑，以防止增压级一级转子32和增压级二级转子37在工作过程中产生变形，保证增压级转子的工作稳定性。
30.优选地，还包括进气机匣2，轴流式风扇3与低压涡轮轴22之间设置有风扇短轴，风扇短轴与低压涡轮轴22同轴设置，风扇短轴包括位于两端的连接段、过渡段和支撑段，两段连接段分别与进气机匣2和低压涡轮轴22相连，过渡段设于连接段与支撑段之间并且其直径从连接段至支撑段逐渐增大，风扇一级转子26和风扇二级转子27设于支撑段上。通过设置直径较大的支撑段，能够保证轴流式风扇3和增压转子件均具有不错的增压比。
31.优选地，风扇二级转子27、增压级一级转子32和增压级二级转子37均为整体叶盘/环结构，从而保证风扇二级转子27、增压级一级转子32和增压级二级转子37的刚度，保证三者的工作稳定性。
32.如图5所示，优选地，承力机匣包括中介机匣11和涡轮间机匣17，涡轮间机匣17设于高压涡轮16和多级低压涡轮18之间，高压涡轮16与涡轮间机匣17之间设置有第二滚棒轴承21，多级低压涡轮18与涡轮间机匣17之间设置有第一滚棒轴承20，中介机匣11设于增压转子件和核心机之间，中介机匣11内设有环形设置的内外涵道交叠区10，内外涵道交叠区10设有间隔交错排布的高温换热通道和低温换热通道，高温换热通道与高温内涵通道6连通，低温换热通道与低温外涵通道7连通，低温换热通道与高温换热通道之间设有导热材料制成的隔板。
33.通过设置交错排布的内外涵道交叠区10，能够保证外涵道气流与内涵道气流与具有足够大的换热面积从而进行有效的换热，隔板的设置保证了低温换热通道与高温换热通道之间的封闭性。
34.优选地，位于增压转子件和内外涵道交叠区10之间的高温内涵通道6通道为整环形通道，而后再分成呈环形排布的多个间隔设置的通道与高温换热通道相连，从高温换热通道引出后再次组成整环形通道与核心机的入口相连。通过将内外涵道交叠区10的入口和出口处的高温内涵通道6均设置为整环形通道，保证内涵道气流在进入到内外涵道交叠区10与核心机时的高效与畅通。内外涵道交叠区10在入口与出口处的低温外涵通道7同样为整环形，以保证外涵道气流流动的顺畅性。
35.优选地，增压转子件与低压涡轮轴22之间连接有第二滚珠轴承24，中介机匣11与核心机之间连接有第一滚珠轴承23，进气机匣2与风扇短轴之间设有第三滚棒轴承25。中介机匣11和涡轮间机匣17通过第一滚珠轴承23和第二滚棒轴承21对核心机进行稳定支撑、通过第一滚棒轴承20、第二滚珠轴承24和第三滚棒轴承25对低压轴系、增压转子件进行稳定支撑。
36.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。