一种可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构的制作方法

1.本技术涉及航空涡轮风扇发动机技术领域，尤其涉及一种可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构。


背景技术：

2.小涵道比涡轮风扇发动机通常采用进口可变弯度导叶结构，其包含两个部分：固定支板和可调导叶，可调导叶位于固定支板后侧，通常由内轴颈、外轴颈和叶身构成，并通过内、外轴颈安装在进气承力框架上。为减小气动损失，并保证可调导叶外轴颈与叶尖的过渡区域具备足够的刚性，外轴颈的直径通常选取较大，超过叶尖的最大厚度，此时若想将可调导叶顺利安装到位，可能会与固定支板叶身尾部发生干涉。通常采用三种方法解决上述干涉问题：（1）固定支板叶身尾部靠近叶尖部分向前倾斜以让出足够空间，可调导叶的回转轴自叶尖到叶根始终保持为同一直线，可调导叶的外轴颈与叶尖型面的相交区域通过倒圆过渡。此时，固定支板和可调导叶之间存在较大的未使用空隙；（2）将固定支板和可调导叶分别装配在两个不同的机匣上，两个机匣法兰结合位置选择在可调导叶安装孔处；（3）固定支板叶身尾部靠近叶尖部分向前倾斜以让出足够空间，可调导叶叶身前部靠近叶尖部分采用向前的倾斜回转面与外轴颈进行连接。通常固定支板也采用倾斜回转面，并与可调导叶的倾斜回转面同轴，保证旋转过程不会发生干涉。在这种情况下，固定支板和可调导叶的回转轴虽然同轴，但回转轴自叶尖到叶根并非一条直线，而是两段直线及其转接圆弧组成。
3.由于方法（1）存在较大的未使用空隙，可能造成气动损失；方法（2）由于安装复杂，固定支板和可调导叶分属不同的机匣，不符合单元体设计原则；实际较多采用结构简单和装配便捷的方法（3），但也存在以下问题：可调导叶关闭过程中，可调导叶叶身前部的回转面在旋转时会凸出固定支板叶身尾部型面而产生旋转凸台，导致固定支板与可调导叶的型面过渡不光顺，特别是在倾斜回转面位置，由于倾斜面处的回转半径较大，远大于固定支板叶身尾部叶型厚度，可调导叶的倾斜回转面全部凸出固定支板，导致更严重的气动损失；倾斜回转面的存在会增加固定支板和可调导叶加工难度，增加的制造成本；固定支板倾斜回转面与机匣壳体的转接位置通常会成为进气承力框架的应力集中位置，若固定支板与机匣壳体采用一体化设计，会成为限制进气承力框架寿命的关键位置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供一种可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构，至少部分解决现有技术中存在的可调导叶叶身前部的回转面在旋转时会凸出固定支板叶身尾部型面而产生旋转凸台，导致严重的气动损失的问题。
5.本技术实施例提供一种可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构，所述可变弯度导叶结构包括固定支板和可调导叶，所述固定支板与进气机匣壳体连接，所述可调导叶位于所述固定支板的后侧；所述固定支板包括固定支板叶身、支板头和内环前段，所述固定支板叶身尾部设有内凹的半圆形凹槽，所述可调导叶包括可调导叶叶身、内轴颈和外轴颈，所述可调导叶叶身前部设有外凸的半圆形凸起，所述半圆形凹槽与所述半圆形凸起相配合形成旋转副，所述半圆形凹槽的回转半径大于所述半圆形凸起的半径，所述固定支板与所述可调导叶的旋转轴从叶尖到叶根均为直线；所述支板头上设有关节轴承安装槽，所述关节轴承安装槽内安装带腰形安装座的关节轴承，所述带腰形安装座的关节轴承包括关节球和腰形安装座，所述可调导叶的外轴颈插入所述关节球进行安装，所述腰形安装座的横轴方向的尺寸大于纵轴方向的尺寸，且所述关节球在所述腰形安装座的横轴方向偏心安装。
6.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述固定支板叶身后侧到所述关节轴承安装槽后端的距离大于所述可调导叶的外轴颈的直径。
7.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述可调导叶各截面的半圆形凸起的半径等于该截面可调导叶叶身前部叶型厚度的一半。
8.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述可调导叶叶身型面与所述内轴颈以及所述可调导叶叶身型面和所述外轴颈均采用倒圆转接，且所述内轴颈和所述外轴颈覆盖整个倒圆区域。
9.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述支板头的内壁面构成环形流道面，所述固定支板叶身型面和所述环形流道面在固定支板叶尖和固定支板叶根部位均采用倒圆进行转接。
10.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述可调导叶上的倒圆与所述固定支板上的倒圆的尺寸相同。
11.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述可调导叶的外轴颈的直径大于可调导叶叶尖的最大厚度尺寸，所述可调导叶的内轴颈的直径大于可调导叶叶根的最大厚度尺寸。
12.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述固定支板还包括内环前段，所述内环前段上设有螺栓孔，螺栓通过所述螺栓孔将所述固定支板与轴承座连接。
13.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述固定支板后侧设有内环后段，所述内环后段设有可调导叶安装孔和法兰，所述可调导叶安装孔用于安装内衬套和所述可调导叶，通过所述法兰使所述内环后段与所述轴承座连接。
14.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述可调导叶的内轴颈与所述内衬套配合，所述内衬套设计为空心圆柱销，装配在所述可调导叶安装孔与所述可调导叶的内轴颈之间形成旋转副。
15.有益效果本技术实施例中的可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构，通过将固定支板与可调导叶的旋转轴从叶尖到叶根均设置为直线，取消固定支板和可调导叶上的倾斜回转面，消除了可调导叶在旋转过程中产生的旋转凸台，并且不会形成未使用空隙，从而避免旋
转凸台产生的气动损失。同时，在没有倾斜回转面的情况下，通过使用带腰形安装座的关节轴承，仍能使可调导叶顺利装配到位。
16.通过采用带腰形安装座的关节轴承，可以使固定支板和可调导叶在没有倾斜回转面，且可调导叶外轴颈尺寸不减小的情况下，仍能将可调导叶装配到位。
17.通过将可调导叶各截面叶型在回转面区域内设计成厚度相等、左右对称的形式，且各截面回转半径刚好等于此处叶型厚度的一半。同时，固定支板叶身尾部半圆形凹槽与可调导叶叶身前部凸起的半圆形凸起同轴，且固定支板的半圆形凹槽半径大于可调导叶凸起的半圆形凸起回转半径，从而可以保证可调导叶在旋转过程中，各截面的回转面均不会凸出固定支板的叶身型面。
18.固定支板叶身型面和流道型面在叶尖、叶根部位采用倒圆进行转接。同样地，可调导叶的叶身型面与内轴颈、外轴颈也采用倒圆进行转接。通过将固定支板和可调导叶在叶尖、叶根部位的转接倒圆分别采用相同尺寸，可保证可调导叶在旋转过程中，叶尖、叶根部位的回转面均不会凸出固定支板的转接型面。
19.通过采用带腰形安装座的关节轴承，可以将可调导叶的内轴颈、外轴颈尺寸设计较大，从而可以覆盖整个转接倒圆区域，便于机械加工。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的一些实施例，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。
21.图1为现有公开的小涵道比涡扇发动机进气机匣部件示意图；图2为图1中的b-b面剖视图；图3为现有公开的可变弯度导叶结构示意图；图4为现有公开的可调导叶；图5为根据本发明一实施例的可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构示意图；图6为根据本发明一实施例的固定支板和进气机匣壳体连接方式的三维示意图；图7为根据本发明一实施例的固定支板的三维示意图；图8为图7中的a-a面剖视图；图9为根据本发明一实施例的可调导叶的三维示意图；图10为根据本发明一实施例的带腰形安装座的关节轴承三维示意图；图11为根据本发明一实施例的各高度截面固定支板叶身尾部与可调导叶叶身前部配合状态的示意图；图12为图11中的ea-ea面剖视图、eb-eb面剖视图、ec-ec面剖视图和ed-ed截面剖视图。
22.图中：1、进气机匣组件；2、倾斜回转面；3、可变弯度导叶；4、固定支板；5、可调导叶；6、未使用空隙；7、进气承力框架；8、带腰形安装座的关节轴承；9、垫片；10、锁片；11、螺钉；12、摇臂；13、联动环；14、进气机匣壳体；15、内环前段；16、轴承座；17、内衬套；18、内环后段；19、支板头安装槽；20、固定支板叶尖转接倒圆；21、固定支板叶根转接倒圆；22、支板头；23、固定支板叶身；24、固定支板叶身尾部；25、外轴颈；26、可调导叶叶尖转接倒圆；27、
可调导叶叶身前部；28、可调导叶叶身；29、可调导叶叶根转接倒圆；30、内轴颈；31、关节球；32、腰形安装座；33、旋转凸台；a、a-a面剖切线；b、b-b面剖切线；c、c-c面剖切线；d、d-d面剖切线；ea、ea-ea面剖切线；eb、eb-eb面剖切线；ec、ec-ec面剖切线；ed、ed-ed面剖切线。
具体实施方式
23.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
24.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
25.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
26.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
28.进口可变弯度导叶结构包括固定支板和可调导叶，固定支板通常安装在进气机匣壳体上或与进气机匣壳体焊接成一体化组件，从而构成发动机前支点的进气承力框架。固定支板通常采用空心设计，空心部位可连通前支点内部与进气机匣壳体外部，为前支点的进回油、引气、测试引线和通风提供通道，并起到减重作用。
29.可调导叶位于固定支板后侧，通常由内轴颈、外轴颈和叶身构成，并通过内、外轴颈安装在进气承力框架上。固定支板叶身尾部凹槽和可调导叶叶身前部凸起通常设计成两个同心回转面，当可调导叶以内、外轴颈连线为回转轴进行旋转时，可以保证可调导叶不会与固定支板的任何位置产生干涉。
30.为保证可调导叶能够可靠的旋转，其内、外轴颈通常采用以下三种方法进行固定：（1）可调导叶的内、外轴颈通过衬套分别固定在进气承力框架导叶安装孔和内环安装孔中。衬套通常与垫片、安装座等配合使用，从而构成多对旋转副，且各旋转副均采用间隙配合，以降低旋转阻力。
31.（2）可调导叶的内、外轴颈通过关节轴承分别固定在进气承力框架导叶安装孔和
内环安装孔中，从而构成两对球副，可适应内外轴颈同轴度较差等装配状态，且旋转阻力较小，使用较广泛。
32.（3）以上两种方法的组合。如外轴颈采用关节轴承固定，而内轴颈采用衬套固定。
33.现有公开的小涵道比涡扇发动机进气机匣部件的具体结构参照图1和图2，现有公开的具有倾斜回转面2特征的可变弯度导叶结构在可调导叶旋转过程中产生旋转凸台33。如图1和图2所示，使用带有倾斜回转面2特征的可变弯度导叶结构，在可调导叶关闭过程中，可调导叶叶身前部27回转面会超出固定支板叶身尾部24型面，从而产生旋转凸台33，造成气动损失。
34.现有公开的可变弯度导叶结构示意图请参看图3。现有公开的可调导叶没有使用倾斜回转面2，但固定支板和可调导叶之间产生较大的未使用空隙6，未使用空隙的结构参照图4，该这种结构可能会造成气动损失，较少采用。
35.为了解决上述问题，本技术实施例提供了一种可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构，下面参照附图5至附图12进行详细描述。
36.参照图5，本实施例中的进口可变弯度导叶结构主要由进气承力框架7、可调导叶5、带腰形安装座的关节轴承8、内衬套17、摇臂12、垫片9、螺钉11、锁片10、联动环13、内环后段18和轴承座16等组成。参照图6和图7，进气承力框架7主要由固定支板4和进气机匣壳体14组成，固定支板4由支板头22、固定支板叶身23、内环前段15组成，固定支板叶身23没有弯度，参照图8，固定支板叶身尾部24设有内凹的半圆形凹槽，半圆形凹槽的直径为φd1，凹槽的回转轴自叶尖到叶根为一条直线，即没有倾斜回转面2，支板头22的内壁面是环形流道面，支板头22的外部包含平台和凸起的关节轴承安装槽，所述关节轴承安装槽内安装带腰形安装座的关节轴承8。
37.进气机匣壳体14主要包含法兰边、支板头安装槽19等特征结构，支板头安装槽19和支板头22一一对应，且支板头安装槽19形状和尺寸与支板头22的形状和尺寸相匹配，支板头22装配到位后，通过焊接与进气机匣壳体14连接而形成一个完整组件，各固定支板4的内环前段15周向之间仍保持单件状态。
38.所述固定支板4与进气机匣壳体14连接，所述可调导叶5位于所述固定支板4的后侧，所述可调导叶5包括可调导叶叶身28、内轴颈30和外轴颈25，所述可调导叶叶身前部27设有外凸的半圆形凸起，固定支板叶身尾部24的半圆形凹槽与所述半圆形凸起相配合形成旋转副，所述半圆形凹槽的回转半径大于所述半圆形凸起的半径，且半圆形凹槽与半圆形凸起共用同一回转轴，在低转速状态，可调导叶5需要绕旋转轴关闭一定的角度。上述设计可以保证可调导叶5在旋转过程中，各截面的回转面均不会凸出固定支板叶身尾部24的型面。所述固定支板与所述可调导叶的旋转轴从叶尖到叶根均为直线，即没有倾斜回转面2。
39.固定支板4可由钛合金机械加工而成，固定支板叶身23设计成空心结构，用于提供进回油、引气、测试引线和通风等通道，固定支板叶身尾部24包含半圆形凹槽，与可调导叶叶身前部27配合形成小间隙旋转副，固定支板叶身尾部24半圆形凹槽与可调导叶叶身前部27的回转面同轴，且凹槽半径大于可调导叶叶身前部27的回转半径，从而可以保证可调导叶5在旋转过程中，各截面的回转面均不会凸出固定支板4的叶身型面。
40.可调导叶5通常由钛合金机械加工而成，内轴颈30用于安装内衬套17，外轴颈25用于安装带腰形安装座的关节轴承8、摇臂12、锁片10和螺钉11等零件。可调导叶5的叶身前部
为半圆型，与固定支板4的叶身尾部相互配合而形成旋转副，可调导叶5的叶型在回转轴区域内厚度相等、左右对称，且所述可调导叶各截面的半圆形凸起的半径等于该截面可调导叶叶身前部叶型厚度的一半。固定支板4和可调导叶5在根部和尖部的倒圆大小相等，且可调导叶5的内轴颈30、外轴颈25尺寸可完全覆盖整个倒圆区域。
41.具体的，参照图10所示，所述带腰形安装座的关节轴承8包括关节球31和腰形安装座32，腰形安装座32装配在支板头22上的腰形槽内，并用螺钉与支板头22进行紧固，关节球31装配在腰形安装座32的球形槽内，二者形成球副，通过选择合适的间隙配合尺寸，保证关节球31可以平顺转动。所述可调导叶5的外轴颈25插入所述关节球31进行安装，所述腰形安装座32的横轴方向的尺寸l2大于纵轴方向的尺寸l1，且所述关节球31在所述腰形安装座32的横轴方向偏心安装。
42.在一个实施例中，所述固定支板叶身23后侧到所述关节轴承安装槽后端的距离s大于所述可调导叶5的外轴颈25的直径尺寸φd，从而保证在未装配关节轴承的状态下，可调导叶外轴颈25可以无干涉的装配到位。
43.在一个优选的实施例中，所述可调导叶叶身型面与所述内轴颈30以及所述可调导叶叶身型面和所述外轴颈25均采用倒圆转接，如图9中的可调导叶叶尖转接倒圆26和可调导叶叶根转接倒圆29，且所述内轴颈30和所述外轴颈25覆盖整个倒圆区域；所述支板头22的内壁面构成环形流道面，所述固定支板叶身型面和所述环形流道面在固定支板叶尖和固定支板叶根部位均采用倒圆进行转接，如图7中的固定支板叶尖转接倒圆20和固定支板叶根转接倒圆21，所述可调导叶5上的倒圆与所述固定支板4上的倒圆的尺寸相同。
44.在一个实施例中，所述可调导叶5的外轴颈25的直径大于可调导叶叶尖的最大厚度尺寸，从而保证外轴颈25与叶身的连接刚度；所述可调导叶5的内轴颈30的直径大于可调导叶叶根的最大厚度尺寸，从而保证内轴颈30与叶身的连接刚度。
45.在一个实施例中，所述固定支板4还包括内环前段15，所述内环前段15上设有螺栓孔，螺栓通过所述螺栓孔将所述固定支板4与轴承座16连接。所述固定支板4后侧设有内环后段18，内环后段18通常由钛合金机械加工而成，所述内环后段18设有部分可调导叶安装孔和法兰，所述可调导叶安装孔用于安装内衬套17和所述可调导叶5，通过所述法兰使所述内环后段18与所述轴承座16连接。
46.进一步的，所述可调导叶5的内轴颈30与所述内衬套17配合，所述内衬套17设置为空心圆柱销，通常由金属或复合材料制成，装配在所述可调导叶安装孔与所述可调导叶5的内轴颈30之间形成旋转副。
47.摇臂12、垫片9、锁片10和螺钉11均安装在可调导叶5的外轴颈25上。摇臂12装配在外轴颈25上，用于连接可调导叶5和联动环13。垫片9用于增加螺钉11的压紧面积。螺钉11用于压紧可调导叶5、关节球31和摇臂12。锁片10用于螺钉11的防松。
48.轴承座16通常由钛合金机械加工而成，包含部分可调导叶安装孔和内、外法兰等结构特征。可调导叶安装孔用于安装内衬套17和可调导叶5，内、外法兰分别用于与固定支板4的内环前段15、内环后段18进行连接。
49.可调导叶5在进气承力框架7上安装过程示意图请参看图5。首先，将进气承力框架7和轴承座16装配到位。其次，将可调导叶5连同内衬套17由内向外插入支板头22的腰形槽内。由于可调导叶外轴颈25直径尺寸d小于固定支板叶身23最后侧与安装槽最后端的距离
s，因此可调导叶5可以顺利通过。再其次，将可调导叶5向前平移，使可调导叶5在轴向上初步装配到位。进一步地，将带腰形安装座的关节轴承8装配到固定支板支板头22的腰形槽，同时保证关节球31的中心孔φd2穿过可调导叶外轴颈25小端。此时，可调导叶5在轴向、径向初步装配到位。再进一步地，将摇臂12、垫片9、锁片10、螺钉11、联动环13等依次装配到位，此时可调导叶5完全装配到位。最后，待所有可调导叶5以及带腰形安装座的关节轴承8装配完毕后，将内环后段18装配到位，并采用螺钉11使其与轴承座16连接固定。此时，进气机匣组件1装配完毕。
50.各高度截面固定支板叶身尾部24与可调导叶叶身前部27配合状态的示意图请参看图11和图12。其中，点划线表示的是可调导叶5在设计状态下的装配位置。在设计状态下，各高度截面固定支板4和可调导叶5在配合位置平滑过渡，可调导叶叶身前部27没有凸出固定支板叶身尾部24，如图12所示。
51.可调导叶叶身前部27回转面与固定支板叶身尾部24凹槽同轴，且回转半径略小于凹槽半径。在低转速状态，可调导叶5需要绕旋转轴关闭一定的角度。上述设计可以保证可调导叶5在旋转过程中，各截面的回转面均不会凸出固定支板叶身尾部24的型面。
52.因此，本技术提供了一种可消除旋转凸台的进口可变弯度导叶结构，避免在固定支板和可调导叶上的使用倾斜回转面，使固定支板和可调导叶上的回转轴从叶尖到叶根均为同一直线，从而消除旋转过程中的凸台，并且不会形成较大的未使用空隙，从而减小气动损失。同时，在没有设计倾斜回转面的情况下，通过使用带腰形安装座的关节轴承，仍能使可调导叶顺利装配到位。
53.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权利要求的保护范围为准。