自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀.pdf



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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310485817.1(22)申请日 2023.05.04(71)申请人 北京航空航天大学地址 100191 北京市海淀区学院路37号(72)发明人 毛建兴胡殿印陆炜鑫王荣桥(74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251专利代理师 江亚平顾炜(51)Int.Cl.F02C 9/00(2006.01)F02K 3/075(2006.01)(54)发明名称一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀(57)摘要本发明涉及一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换。
2、阀,所述模式切换阀位于发动机第二外涵,采用液压作动筒驱动,使用封严条与安装于机匣上的承力框架实现封严,实现第二外涵的气流通路的开闭,改变第一外涵与第二外涵的流量分配,从而切换发动机工作模式。该模式切换阀应用于宽域自适应循环发动机,采用了不同于传统自适应循环发动机的“逆风”放置方向。为了降低“逆风”放置产生的气动阻力和失稳风险,创新性的采用了栅格减阻的设计方案。该机构设计合理,运动可靠,气密性良好。权利要求书1页 说明书4页 附图9页CN 116498447 A2023.07.28CN 116498447 A1.一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,其特征在于:所述模式切换阀位于。
3、发动机第一外涵和第二外涵之间,包括第二外涵外机匣(1)、第二外涵前段内机匣(2)、第二外涵后段内机匣(3)、同步环(4)、液压作动筒(5)、栅格支撑框架(6)、栅格(7)、同步杆(8)、传动杆(9)、滑块(10)、导轨(11)、同步环支座(12)、封严条(13);第二外涵后段内机匣(3)内壁有若干对第一凸耳(32),以安装栅格支撑框架(6),栅格支撑框架(6)上装有5片可以旋转的栅格(7),栅格(7)之间采用同步杆(8)连接以保证旋转角度一致;栅格支撑框架(6)通过传动杆(8)与同步环(4)连接,同步环(4)沿安装于第二外涵后段内机匣(3)前后滑动,由液压作动筒(5)驱动;液压作动筒(5)由球。
4、铰(51)、作动筒拉杆(52)与筒体(53)组成,液压作动筒(5)通过作动筒拉杆(52)前端的第五凸耳(54)与球铰(51)连接同步环(4)上的作动筒连接柱(41);当液压作动筒(5)驱动同步环(4)向发动机进气方法运动时,第二外涵打开,发动机切换为涡扇工作模式;当液压作动筒(5)驱动同步环(4)反向运动时,第二外涵关闭,发动机切换为涡喷工作模式。2.根据权利要求1所述的自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,其特征在于:采用“逆风”放置方向,模式切换阀的主体结构安装在第二外涵后段内机匣(3),当发动机从涡喷工作模式切换到涡扇工作模式,模式切换阀沿着逆气流方向向前运动;所述主体结构包。
5、括栅格支撑框架(6)、栅格(7)、同步杆(8)、传动杆(9)。3.根据权利要求1所述的自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,其特征在于:所述栅格(7)采用流线型设计并且能够在栅格支撑框架(6)上旋转,其在模式切换过程中打开气流通路,减小模式切换过程中的气动阻力。4.根据权利要求1所述的自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,其特征在于:所述栅格支撑框架(6)在侧面和顶面装有橡胶的封严条(13),以减少模式切换阀的漏气,提高发动机工作效率。5.根据权利要求1所述的自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,其特征在于:当发动机第二外涵关闭,处于涡喷工作模式时,栅格支撑。
6、框架(6)向外展开产生的空隙借助第二外涵外机匣(1)的承力框架(11)填充,实现气体封严。6.根据权利要求1所述的自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,其特征在于:所述栅格(7)的最前缘栅格(71)设有第一圆弧凸台(78),所述第二外涵外机匣(1)设有第二圆弧凸台(12),确保发动机涡喷与涡扇两种工作模式下,栅格(7)固定锁死,不发生转动。权利要求书1/1 页2CN 116498447 A2一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀技术领域0001本发明属于航空航天技术中的高性能燃气涡轮发动机技术领域,具体涉及一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀。背景技术。
7、0002自适应循环发动机是指发动机能够根据不同的工作状态调整热力循环模式,使发动机满足在不同外界环境与不同飞行任务情况下的性能需求。0003自适应循环发动机采用三外涵模式,通过模式切换阀、可变涵道引射器、可调导叶等可调机构从而调整发动机涵道比,涡轮前温度、增压比等循环参数,从而使发动机能够在更宽的工作领域内达到最优的工作性能。其中模式切换阀位于第二外涵,用于打开和关闭第二外涵的气流通路,实现发动机涡喷工作模式和涡扇工作模式的转换。不同于传统变循环发动机模式切换阀(如CN201410168812、CN200910091284)的“顺风”放置方向,自适应循环发动机中模式切换阀采用“逆风”放置方向,。
8、这一结构设计要求导致模式切换阀在模式切换过程中需要承受巨大的气动阻力并且容易发生失稳。发明内容0004为解决上述技术问题,本发明提供一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,在发动机工作模式切换过程中,模式切换阀可以打开栅格,形成气流通路以降低气动阻力与结构失稳风险,从而降低模式切换阀的结构强度设计要求,缩小模式切换阀的体积质量。该模式切换阀为“逆风”放置方向,在模式切换过程中能够打开栅格,降低模式切换阀受到的气动阻力并且具有较好的结构稳定性与气密性。0005为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:0006一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,该模式切换阀位于发动机。
9、第一外涵和第二外涵之间,由第二外涵外机匣、第二外涵前段内机匣、第二外涵后段内机匣、同步环、液压作动筒、栅格支撑框架、栅格、同步杆、传动杆、滑块、导轨、同步环支座、封严条组成。第二外涵后段内机匣内壁有48对第一凸耳,以安装栅格支撑框架。栅格支撑框架侧面与顶面采用封严条包裹,封严条用橡胶制作,可以提高模式切换阀的气密性。栅格支撑框架侧面设有第一销钉孔,栅格同样设有第二销钉孔,通过第一销钉、第二销钉连接栅格与栅格支撑框架,使栅格可以转动。0007进一步地,栅格设计为流线型,以减小模式切换阀切换过程中的气动阻力,各个栅格侧面均设有第四凸耳,用于栅格与同步杆的连接,同步杆确保各个栅格的转动角度相一致。其。
10、中最前缘栅格还设有圆第一弧凸台,发动机在涡扇工作模式下,第一圆弧凸台紧压在第二外涵前段内机匣上,限制了最前缘栅格的转动,通过同步杆,栅格同步转动,使栅格之间相互压紧封严。0008进一步地,栅格支撑框架前端设有第三凸耳,通过传动杆与同步环上设有的第六凸耳连接。同步环安装于第二外涵后段内机匣,滑块通过4个螺钉固定在同步环上,滑块沿说明书1/4 页3CN 116498447 A3着导轨轴向运动,导轨固定在同步环支座上,同步环支座通过螺钉固定在第二外涵后段内机匣上。0009进一步地,液压作动筒驱动同步环前后滑动。液压作动筒由球铰、作动筒拉杆与筒体组成,作动筒拉杆的前端设有第五凸耳,通过球铰连接同步环上。
11、的作动筒连接柱。第二外涵外机匣设有承力框架和第二圆弧凸台:承力框架通过焊接的方式与第二外涵后段内机匣相连接,除了起到传递载荷,支撑发动机的作用,还可以实现发动机涡喷工作模式下,模式切换阀的封严;在涡喷工作模式下,第二圆弧凸台紧压在最前缘栅格上,限制了最前缘栅格的转动,通过同步杆,栅格同步转动,使栅格之间相互压紧封严,与最前端栅格上的第一圆弧凸台作用相一致。0010进一步地,所述栅格支撑框架上装有5片栅格。0011进一步地,所述同步环上设有2个滑块,由2个液压作动筒驱动。0012本发明与现有技术相比的优点在于:0013本发明一种自适应循环发动机可调机构中的栅格减阻型模式切换阀,该机构使用了栅格结。
12、构,在满足开闭涵道,切换发动机的工作模式的基本要求下,实现模式切换过程的减阻需求,尤其是在涡喷工作模式切换到涡扇工作模式的切换过程中,模式切换阀需要逆风向前推动,收到气动阻力极大。该机构可以大大减小该过程的模式切换阀所受阻力,从而降低对结构强度与驱动系统的要求,实现结构的轻量化。此外,该结构还具有运动可靠,气密性良好等特点。附图说明0014图1a、图1b、图1c分别为本发明涡喷工作模式的断面图、正三轴测视图和正视图;0015图2a、图2b、图2c分别为本发明模式切换过程中间状态的断面图、正三轴测视图和正视图;0016图3a、图3b、图3c分别为本发明涡喷工作模式的断面图、正三轴测视图和正视图;。
13、0017图4为本发明液压作动筒和同步环的连接方式示意图;0018图5为本发明液压作动筒示意图;0019图6为本发明同步环示意图;0020图7为本发明滑块示意图;0021图8为本发明同步环支座示意图;0022图9为本发明导轨示意图;0023图10为本发明第二外涵后端内机匣示意图;0024图11a、图11b、图11c为本发明栅格结构的装配示意图;0025图12为本发明第二外涵外机匣示意图。具体实施方式0026为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发。
14、明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。说明书2/4 页4CN 116498447 A40027如图1a,图1b,图1c、图2a、图2b、图2c、图3a、图3b、图3c所示,为栅格减阻型模式切换阀的在涡喷工作模式、模式切换过程中间状态、涡扇工作模式三种情况下的断面视图、正三轴测视图、正视图。栅格减阻型模式切换阀由第二外涵外机匣1、第二外涵前段内机匣2、第二外涵后段内机匣3、同步环4、液压作动筒5、栅格支撑框架6、栅格7、同步杆8、传动杆9、滑块10、导轨11、同步环支座12、封严条13组成,各部件连接方式如图4图12所示。第二外涵后段内机匣3内壁有若干对第一凸耳。
15、32,以安装栅格支撑框架6,栅格支撑框架6上装有5片可以旋转的栅格7,栅格7之间采用同步杆8连接以保证旋转角度一致;栅格支撑框架6通过传动杆9与同步环4连接,同步环4沿安装于第二外涵后段内机匣3前后滑动,由液压作动筒5驱动。其中主要活动部件有同步环4、液压作动筒5、栅格支撑框架6、栅格7、同步杆8、传动杆9等。由液压作动筒5提供动力,驱动同步环4轴向运动,同步环4上连接的24根传动杆9带动栅格支撑框架6旋转,开闭第二外涵,实现发动机的工作模式的切换。0028如图1a图1c所示:发动机处于涡喷工作模式下,液压作动筒5沿着气流方向向后运动,直到栅格支撑框架6与第二外涵外机匣1相接触,第二外涵流道关。
16、闭。如图2a图2c所示:发动机处于模式切换的过程中,栅格7收到第二外涵气流影响,栅格7会自动打开,形成气流通路,大大降低模式切换阀收到的气动阻力。如图3a图3c所示,液压作动筒5沿着气流方向向前运动,直到栅格支撑框架6与第二外涵前段内机匣2相接触,第二外涵流道打开。0029如图4、图5所示,为液压作动筒5和同步环4的连接方式示意图。同步环4上设有作动筒连接柱41,连接柱上套有球铰51,球铰51通过作动筒拉杆52上的第五凸耳54与作动筒5连接,作动筒体53中的液压油驱动作动筒拉杆52,使得同步环4沿着发动机轴向前后运动。0030如图6所示,同步环4设计了4个凹槽,其中2个凹槽设有作动筒连接柱41。
17、,另外两个凹槽设有均设有4个第一螺纹孔43,用于安装滑块10,第一螺纹孔43与作动筒连接柱41沿着周向交叉分布。同步环侧面均匀设有24个第六凸耳42,用于安装传动杆9。0031如图7所示,导轨11为简单圆柱。0032如图8所示,滑块10为标准型箱式直线滑块,设有4个螺栓孔101用于与同步环4上的第一螺纹孔43连接。导轨11从滑块内部通孔102穿过,实现同步环的4轴向滑动。0033如图9所示,同步环支座12为T型构件,底部两侧各有一个第二螺纹孔122,用于与第二外涵后段内机匣3连接固定。同步环支座12上端有通孔121,用于与导轨11固定连接。0034如图10所示,第二外涵后段内机匣3开有8个第三。
18、螺纹孔31,用于安装固定同步环支座12。第二外涵后段内机匣3内壁设有48对第一凸耳32,用于栅格支撑框架6的安装连接,栅格支撑框架6和第二外涵后段内机匣3采用销钉连接,使栅格支撑框架6可以相对第二外涵后段内机匣3转动。0035如图11a,图11b,图11c所示,栅格支撑框架6后端设有两个第二凸耳61,用于与第二外涵后段内机匣3连接;前端也设有一个第三凸耳63,用于与传动杆9的连接。栅格支撑框架6内侧设有5对第一销钉孔62,用于栅格7的安装;栅格支撑框架6外侧使用橡胶材料制成的封严条13包裹,以增强气密性。一个栅格支撑框架6上设有5个栅格7,栅格7设计为流线型,可以进一步降低模式切换过程中的阻力。
19、,栅格7侧面开有第二销钉孔76,用于栅格7与栅格支撑框架6的连接。各个栅格7均设有第四凸耳77以连接同步杆8,同步杆8使各个栅格7旋转角度相一致,其中最前缘栅格71还设有第一圆弧凸台78,使发动机在涡扇工作模式说明书3/4 页5CN 116498447 A5下,第一圆弧凸台78与第二外涵前端内机匣2接触,栅格7之间相互压紧锁死,避免栅格7打开导致漏气。0036如图12所示,第二外涵外机匣1设有24个承力框架11,承力框架11与第二外涵后段内机匣3通过焊接连接,一方面可以传递载荷,另一方面可以实现发动机涡喷工作模式下模式切换阀的封严。第二外涵外机匣1还设有设有24个第二圆弧凸台12,使发动机在涡。
20、喷工作模式下,第二圆弧凸台12与最前缘栅格71接触,栅格7之间相互压紧锁死,避免漏气。0037本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改,均应涵盖在本发明的范围之内。说明书4/4 页6CN 116498447 A6图1a图1b说明书附图1/9 页7CN 116498447 A7图1c图2a说明书附图2/9 页8CN 116498447 A8图2b图2c说明书附图3/9 页9CN 116498447 A9图3a图3b说明书附图4/9 页10CN 116498447 A10图3c图4图5说明书附图5/9 页11CN 116498447 A11图6图7图8说明书附图6/9 页12CN 116498447 A12图9图10说明书附图7/9 页13CN 116498447 A13图11a图11b图11c说明书附图8/9 页14CN 116498447 A14图12说明书附图9/9 页15CN 116498447 A15。
- 内容关键字: 自适应 循环 发动机 可调 机构 中的 栅格 减阻型 模式 切换
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