一种风扇转子迎角可调的航空发动机的制作方法

1.本技术属于航空发动机领域，特别涉及一种风扇转子迎角可调的航空发动机。


背景技术：

2.航空发动机在面临高进气畸变的运行环境下，一般会在风扇转子前布置带可调导叶的进气机匣，因进气机匣为静子件，采用第一作动筒驱动的可调导向叶片的传统实现方法，已经过了大量的实践应用，方法较为成熟可靠。本发明涉及的航空发动机，同样面临高进气畸变的影响，但因重量限制因素，本发明需要尽力裁剪非必要结构以实现减重的目标。考虑本发明涉及的航空发动机为高、低压双转子轴系布局，为实现向飞机更好的推力传递，结合传统经验，位于风扇转子和高压压气机转子之间的中介机匣予以保留；考虑核心机包含多级且大跨距的高压转子轴系，因不适宜在高、低压涡轮之间布置中介轴承，传统民用航空发动机在高压涡轮和低压涡轮之间布置涡轮间机匣、在低压涡轮后布置涡轮后机匣的方法，在本发明涉及航空发动机中也已裁剪了涡轮后机匣；在此背景下，为进一步实现重量控制目标，则需裁剪风扇转子前的进气机匣，而取消风扇转子前带可调导叶的进气机匣后，本发明涉及航空发动机需解决适应高抗畸变进气条件的问题，传统提高航空发动机气动裕度的方法已难以满足本发明背景航空发动机的现实需求。
3.与本发明相关的现有技术方案“基于液压驱动的可变直径和安装角的风扇转子”，其第一级风扇转子的每个叶片与风扇轮盘之间均通过液压驱动的方式连接，通过在转子上驱动液压装置实现风扇转子安装角的调节，缺点一是布置在旋转件上的液压装置难以操控；二是液压装置中液体的移动将给旋转件带来的不平衡量，将导致航空发动机振动加剧，进而破坏航空发动机的正常运行；三是航空发动机内部空间有限，在旋转腔内布置多个液压装置不具备工程可实现性。
4.与本发明相关的现有技术方案“一种低速增压风洞滑流试验模型变迎角装置”，调节机构布置在非旋转的静子件上，是传统的角度调整机械调节结构，不具备直接或简单改进应用到本发明所涉及的航空发动机旋转件中部件调节的技术条件。
5.因此如何在去除进气机匣的条件下，在不破坏转子平衡性的基础上对风扇转子的迎角进行调节，以适应高抗畸变进气条件是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供了一种风扇转子迎角可调的航空发动机，以解决现有技术中在适应高抗畸变进气条件时，难以去除进气机匣的条件下，在不破坏转子平衡性的基础上对风扇转子的迎角进行调节。
7.本技术的技术方案是：一种风扇转子迎角可调的航空发动机，包括低压轴系、高压轴系、设于低压轴系和高压轴系之间的承力机匣，所述低压轴系包括风扇一级转子叶片、风扇短轴、低压涡轮轴，所述低压涡轮轴的后侧设有出口机匣，所述出口机匣内设有与航空发动机中心线同轴设置的第一作动筒，所述第一作动筒的活塞杆上转动连接有设于低压涡轮
轴内并与低压涡轮轴同轴设置的调节长杆，所述调节长杆远离第一作动筒的一端伸入至风扇一级转子叶片内；所述风扇短轴上设有风扇一级盘，所述风扇一级转子叶片转动配合于风扇一级盘内，所述风扇一级盘上连接有传动组件，所述传动组件的内侧与调节长杆回转配合、侧向与风扇一级转子叶片相连，所述调节长杆能够将自身的直线运动转化为传动组件的回转运动。
8.优选地，所述传动组件包括限位座和调节圆盘；所述限位座连接于风扇一级盘上，所述调节圆盘同轴设于限位座的内侧并与限位座转动配合；所述调节长杆的端部设有同轴设置的丝杠，所述丝杠(31)与调节圆盘(32)的内壁相配合，所述调节圆盘的侧壁上设有与风扇一级转子叶片的尾部圆杆铰接配合的传力件。
9.优选地，所述传力件包括销钉和第一调节片，所述销钉沿航空发动机的径向插设于调节圆盘上，所述第一调节片的一端与尾部圆杆固定配合、另一端与销钉转动配合。
10.优选地，所述调节圆盘的外环面上同轴连接有第一滚珠轴承和第一滚棒轴承，所述第一滚珠轴承和第一滚棒轴承并排设置并且外部与限位座相连。
11.优选地，所述低压涡轮轴与调节长杆之间设置有套齿。
12.优选地，所述第一作动筒的活塞杆上同轴设置有推套，所述推套为中空圆柱形，所述调节长杆的端部插入至推套内，所述推套内壁与调节长杆的端部外壁之间连接有第二滚珠轴承和第二滚棒轴承。
13.优选地，所述低压涡轮轴的内侧设有环形的与调节长杆同轴设置的外环跑道，所述外环跑道内同轴设有第四滚棒轴承，所述调节长杆的外壁与第四滚棒轴承的内壁相连，所述第四滚棒轴承能够沿着外环跑道的轴线方向前后移动。
14.优选地，所述风扇一级盘对应尾部圆杆的位置处开设有沿航空发动机中心线径向设置的圆柱形的转动腔，所述尾部圆杆插设于转动腔内并且末端从转动腔内伸出，所述尾部圆杆与转动腔的内壁之间设有第三滚珠轴承和第三滚棒轴承。
15.优选地，所述低压轴系还包括设于风扇一级转子叶片后侧的静叶前缘和静叶后缘，所述静叶前缘和静叶后缘的外部设有第二作动筒和联动环，所述第二作动筒的活塞杆与联动环相连，所述静叶前缘和静叶后端的外缘上设有静叶转动杆，所述联动环上设有第二调节片，所述第二调节片与静叶转动杆铰接配合。
16.优选地，所述第一作动筒与出口机匣之间设有第一连接件，所述第一连接件共有多组并沿着第一作动筒的外周面均匀间隔设置，所述第一连接件包括设于出口机匣上的第一连接板、设于第一作动筒上的第二连接板、螺纹连接于第一连接板和第二连接板上的螺栓。
17.本技术的一种风扇转子迎角可调的航空发动机，通过在出口机匣内同轴设置第一作动筒，在低压涡轮轴内同轴设置调节长杆，第一作动筒的活塞杆与调节长杆相连并能够带动调节长杆沿轴向进行移动，同时调节长杆与第一作动筒的活塞杆转动配合以保证调节长杆能够跟随传动组件进行转动，调节长杆通过与传动组件螺纹配合，传动组件与风扇一级转子叶片相连，能够将自身的移动的力带动传动组件和风扇一级转子叶片的迎角进行小角度的调节，不会破坏转子的平衡，同时能够实现在静子件上布置调节机构对旋转件进行调节的技术难题，能够适应高抗畸变进气条件的要求。
18.优选地，通过在风扇一级盘上设置限位座，在限位座内转动连接调节圆盘与调节
长杆上的丝杠螺纹配合，结构稳定，配合高效。
附图说明
19.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。
20.图1为本技术整体结构示意图；
21.图2为本技术调节长杆沿航空发动机中心线轴向运动示意图；
22.图3为本技术风扇一级转子叶片、传动组件和调节长杆的配合结构示意图；
23.图4为本技术静子前缘迎角调节示意图。
24.1、风扇一级转子叶片；2、尾部圆杆中心线；3、静叶前缘；4、轴线；5、静叶后缘；6、第二作动筒；7、后面级风扇转子叶片；8、第五滚棒轴承；9、风扇短轴；10、第四滚珠轴承；11、中介机匣；12、第五滚珠轴承；13、多级高压压气机；14、低压涡轮轴；15、双级高压涡轮；16、第七滚棒轴承；17、涡轮间机匣；18、第六滚棒轴承；19、多级低压涡轮；20、出口机匣；21、第一作动筒；22、连接件；23、推套；24、第二滚珠轴承；25、第二滚棒轴承；26、调节长杆；27、航空发动机中心线；28、套齿；29、第四滚棒轴承；30、外环跑道；31、丝杠；32、调节圆盘；33、第一滚珠轴承；34、第一滚棒轴承；35、限位座；36、安装件；37、销钉；38、第一调节片；39、尾部圆杆；40、第三滚珠轴承；41、第三滚棒轴承；42、第三连接件；43、风扇一级盘；44、联动环；45、第二调节片；46、静叶转动杆；47、调节前风扇一级转子迎角；48、调节前静子迎角；49、调节前风扇二级转子迎角；50、调节后风扇一级转子迎角；51、调节后静子迎角；52、调节后风扇二级转子迎角。
具体实施方式
25.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。
26.一种风扇转子迎角可调的航空发动机，如图1、图2所示，包括低压轴系、高压轴系和承力机匣。低压轴系穿过高压轴系、也即是核心机并位于高压轴系的两侧，低压轴系包括风扇一级转子叶片1、后面级风扇转子叶片7、风扇短轴9、低压涡轮轴14和多级低压涡轮19，多级低压涡轮19位于高压轴系的后部，低压涡轮轴14与航空发动机中心线27同轴设置并穿过高压轴系。
27.多级低压涡轮19提供动力带动低压涡轮轴14转动，低压涡轮轴14通过风扇短轴9传动带动风扇一级转子叶片1和后面级风扇转子叶片7转动，实现风扇的稳定工作，后面级风扇转子叶片7包括风扇二级转子叶片、静叶等。
28.高压轴系包括多级高压压气机13、环形燃烧室和双级高压涡轮15，双级高压涡轮15带动多级高压压气机13工作，提供高温高压驱动环形燃烧室燃烧，实现动力输出。
29.承力机匣包括中介机匣11和涡轮间机匣17。中介机匣11设于低压轴系前端部件和高压压气机之间，涡轮间机匣17设于双级高压涡轮15和多级低压涡轮19之间。低压轴系前端部件通过第五滚棒轴承8、第四滚珠轴承10支撑在中介机匣11上，多级低压涡轮19通过第六滚棒轴承18支撑在涡轮间机匣17上，高压轴系通过第五滚珠轴承12支撑在中介机匣11上、通过第七滚棒轴承16支撑在涡轮间机匣17上。
30.航空发动机还包括静子调节机构、转子调节机构等组件，在此不再赘述。
31.航空发动机的空气由风扇处进入，风扇做功形成的内涵空气进入到高压压气机内，外涵空气从外涵通道流出，高压压气机将空气进一步压缩，形成高温高压气体，驱动燃烧室燃烧，而后内涵空气到达高压轴系出口处，与外涵常温空气混合后排出。
32.风扇及相关机构为航空发动机的前部，多级低压涡轮19为航空发动机的后部。
33.航空发动机的后部设有出口机匣20，出口机匣20呈圆锥结构，出口机匣20与航空发动机中心线27同轴设置，出口机匣20内同轴设有第一作动筒21，出口机匣20与第一作动筒21之间设有对作动筒进行支撑的第一连接件22。第一作动筒21的活塞杆上转动连接有设于低压涡轮轴14内并与低压涡轮轴14同轴设置的调节长杆26，调节长杆26的另一端与风扇短轴9相连并位于风扇一级转子叶片1内。
34.风扇短轴9与风扇一级盘43之间设有第三连接件4222，第三连接件4222具体为通过连接板和螺栓结构实现风扇短轴9和风扇一级盘43的固定，风扇一级转子叶片1沿发动机的径向方向转动配合于风扇一级盘43内，风扇一级盘43上连接有传动组件，传动组件的内侧与调节长杆26回转配合、侧向与风扇一级转子叶片1相连，调节长杆26能够将自身的直线运动转化为传动组件的回转运动。
35.由于作动筒、调节长杆26、风扇一级盘43均与航空发动机中心线27同轴设置，因此不会破坏转子的平衡性，风扇一级转子叶片1由于与风扇一级盘43转动配合，风扇短轴9带动风扇一级盘43转动，这样风扇一级盘43能够在多级低压涡轮19的带动下带动风扇一级转子叶片1正常工作，同时提供了风扇一级转子叶片1旋转的自由度。
36.正常工作时，调节长杆26在传动组件的带动下进行转动，进行风扇一级转子叶片1迎角的调节时，第一作动筒21的活塞杆伸出，带动调节长杆26沿着轴线4方向向前移动，传动组件由于与风扇一级盘43相连，自身不会发生左右的移动，并且由于传动组件与调节长杆26螺纹配合，因此调节长杆26向前移动的力带动传动组件进行小角度的旋转，并通过与风扇一级转子叶片1相连从而带动风扇一级转子叶片1进行转动，从而实现迎角的调节，操作简单可行、旋转稳定，同时实现了在静子件上布置调节机构对旋转件进行调节的技术难题。
37.风扇一级转子叶片1能够适应高抗畸变进气条件从而稳定工作，满足工程中对无进口可调导叶但面临高进气畸变的航空发动机的实用需求，符合航空发动机独特的空间、运行环境、加工制造、装配分解等特征或操作，能够推广使用。
38.如图2、图3所示，优选地，传动组件包括限位座35和调节圆盘32；限位座35与风扇一级盘43之间设有第二连接件22，第二连接件22通过螺栓实现限位座35和风扇一级盘43之间的连接，调节圆盘32同轴设于限位座35的内侧并与限位座35转动配合；调节长杆26的端部设有同轴设置的丝杠31，丝杠31与调节圆盘32的内壁采用滚珠丝杠的配合形式，将直线运动转化为回转运动，调节圆盘32的侧壁上设有与风扇一级转子叶片1的尾部圆杆39配合的传力件。
39.正常工作时，调节圆盘32与调节长杆26沿圆周方向同步转动，调节长杆26沿轴向移动时，调节圆盘32在与限位座35的转动配合下不会沿轴线4进行移动，由于丝杠31与调节圆盘32螺纹配合，这样丝杠31移动的力会带动调节圆盘32进行小角度旋转，调节圆盘32的旋转再带动风扇一级转子叶片1的尾部圆杆39进行旋转，从而实现风扇一级转子叶片1迎角
的稳定调节。
40.优选地，传力件包括销钉37和第一调节片38，调节圆盘32对应销钉37的位置处设有横置的u型件，销钉37沿航空发动机的径向插设于u型件上实现稳定安装，第一调节片38的一端与尾部圆杆39固定配合、另一端与销钉37铰接配合。调节圆盘32进行小角度旋转时，同时带动销钉37和第一调节片38进行小角度旋转，第一调节片38带动尾部圆杆39进行旋转，安装方便，结构稳定。
41.优选地，调节圆盘32的外环面上同轴连接有第一滚珠轴承33和第一滚棒轴承34，第一滚珠轴承33和第一滚棒轴承34并排设置并且外部与限位座35相连，这样调节圆盘32与限位座35发生相对的转动时，配合稳定，摩擦力小。
42.优选地，低压涡轮轴14与调节长杆26之间设置有套齿28。风扇一级转子叶片1受气流力矩作用下，将反过来带动转子调节机构传递力矩，调节圆盘32与丝杠31的螺纹连接处在力矩的反作用容易出现粘接，调节长杆26在轴线4位置被第一作动筒21的活塞杆限定不变的情况下，调节长杆26也会跟随粘接在一起的调节圆盘32反向晃动，从而影响风扇一级转子叶片1迎角的调节。
43.通过设置套齿28，低压涡轮轴14与调节长杆26相互卡紧，保证低压涡轮轴14与调节长杆26能够旋转，调节长杆26和调节圆盘32也就不会出现反向晃动的问题，避免了风扇一级转子叶片1迎角失稳从而反向驱动调整圆盘的风险，进而实现从静子单一驱动源到转子联调装置随动调节的“动态力矩角度调节传动链”以实现航空发动机风扇转子叶片迎角可调，且匹配“防失稳力矩锁定链”保证转子叶片迎角调整的稳定性。
44.优选地，第一作动筒21的活塞杆上同轴设置有推套23，推套23为中空圆柱形，调节长杆26的端部插入至推套23内，推套23内壁与调节长杆26的端部外壁之间连接有第二滚珠轴承24和第二滚棒轴承25。由于推套23与调节长杆26同轴设置，并且在第二滚珠轴承24和第二滚棒轴承25的连接下，两者之间的摩擦力小，连接稳定，保障了调节长杆26随作动筒轴向移动的同时不会限制调节长杆26自身的旋转，实现了从非旋转的静子件作动筒推套23到旋转的旋转件调节长杆26的界面转换和轴向载荷传递功能。
45.优选地，低压涡轮轴14的内侧设有环形的与调节长杆26同轴设置的外环跑道30，外环跑道30内同轴设有第四滚棒轴承29，调节长杆26的外壁与第四滚棒轴承29的内壁相连，第四滚棒轴承29能够沿着外环跑道30的轴线4方向前后移动。
46.由于调节长杆26会产生轴向的移动，将第四滚棒轴承29连接在外环跑道30与调节长杆26之间，能够跟随调节长杆26的移动而进行移动，这样第四滚棒轴承29和外环跑道30能够配合推套23对调节长杆26进行稳定支撑。
47.优选地，风扇一级盘43对应尾部圆杆39的位置处开设有沿航空发动机中心线27径向设置的圆柱形的转动腔，每个风扇一级转子叶片1处均设有转动腔，尾部圆杆39插设于转动腔内并且末端从转动腔内伸出，尾部圆杆39与转动腔的内壁之间设有第三滚珠轴承40和第三滚棒轴承41。
48.通过第三滚珠轴承40和第三滚棒轴承41能够保证风扇一级盘43能够与尾部圆杆39稳定的转动配合尾部圆杆39伸出的部分与第一调节片38相连。
49.如图1、图4所示，优选地，低压轴系还包括设于风扇一级转子叶片1后侧的静叶前缘3和静叶后缘5，静叶前缘3和静叶后缘5的外部设有第二作动筒6和联动环44，第二作动筒
6的活塞杆与联动环44相连，静叶前缘3和静叶后端的外缘上设有静叶转动杆46，联动环44环上设有第二调节片45，第二调节片45与静叶转动杆46铰接配合。
50.第二作动筒6推动联动环44转动，联动环44通过第二调节片45带动静叶转动杆46进行小角度转动，从而驱使静子前缘进行小角度的转动，从而配合风扇一级转子叶片1在气动流道叶型匹配上进行协同调节，调节后的流露也符合后面级风扇转子叶片7的运动，以复合航空发动机实际的运动环境和规律，能够更好地适应高抗畸变进气条件。如调节前风扇一级转子迎角47、风扇一级转子叶片1出口角暨调节前静子迎角48、调节前静子后缘出口角暨调节前风扇二级转子迎角49，而调节后风扇一级转子迎角50、调节后静子迎角51、调节后风扇二级转子迎角52，调节前、后气流角匹配符合航空发动机工程应用需求。
51.优选地，第一作动筒21与出口机匣20之间设有第一连接件22，第一连接件22共有多组并沿着第一作动筒21的外周面均匀间隔设置，第一连接件22包括设于出口机匣20上的第一连接板、设于第一作动筒21上的第二连接板、螺纹连接于第一连接板和第二连接板上的螺栓，通过螺栓和连接板的配合固定，能够保证第一作动筒21在出口机匣20内固定稳定。从而保证风扇一级转子叶片1迎角调节的性能。
52.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。