CN108223193A - 一种基于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构 - Google Patents

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罗飞腾
韦宝禧
田雨菲
江强
凌文辉
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Abstract

本发明公开了一种基于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构，机构包括密封外罩、可调壁板、铰链、磁力传动装置、丝杠、丝杠螺母、摆动连杆和固定座；可调壁板与流道本体之间以及可调壁板之间均通过铰链连接，流道中部的可调壁板上设有固定座，磁力传动装置分为两部分安装在密封外罩的内外两侧，磁力传动装置位于密封外罩内侧的部分与丝杠连接，摆动连杆一端与丝杠螺母固连，另一端和可调壁板上的固定座活动连接，磁力传动装置位于密封外罩外侧的部分通过磁力带动密封外罩内侧部分产生非接触同步转动，丝杠螺母在丝杠上产生直线位移，摆动连杆带动可调壁板产生联动实现流道的几何调节。本发明能同时解决发动机流道几何可调和确保密封性的难题。

Description

一种基于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构
技术领域
本发明属于航空航天发动机技术领域，具体涉及一种二元密封可调机构，适用于火箭冲压组合循环发动机。
背景技术
火箭冲压组合循环发动机(RBCC)有机地结合了火箭发动机和冲压发动机的优点，是实现大空域、宽马赫数和高速高机动飞行的最佳组合动力之一。为了使发动机在整个飞行弹道上都具有较优的推进性能，需要根据发动机在不同工作环境条件下改变其流道结构，即实现发动机内流道的几何可调，如图1所示。但是传统的动力和传动结构存在结构密封和***质量等重大缺陷，尤其是在几何可调和密封性存在矛盾。目前，由于工作环境恶劣，燃烧室的几何可调在三大部件(进气道、燃烧室、尾喷管)中最难实现。在国内外的RBCC发动机研究中，多数的发动机燃烧室采用固定几何结果，但这不能达到RBCC发动机在宽马赫数(亚声速-超声速-高超声速)来流条件下都具有最优性能的目标和需求。为了达到此目标，国内外一些研究机构对燃烧室流道的几何调节进行了探索性的研究，但是无一例外的因克服不了密封问题而使研究受阻。这些研究的密封的实现，基本上全部是采取在相对运动的壁板之间通过在密封材料上施加外力的方案，但是，这种方案存在两个重大缺陷：第一，该种密封方案实质上属于静密封方式，在结构发生频繁的重复性相对运动之后的密封性很难保证，而且，在燃烧室等承受高温载荷的部件受热后发生的变形，使密封更难实现；第二，为了保证密封，需要在两个发生相对运动的结构件之间施加巨大的正压力从而需要动力装置提供巨大的动力以抵消滑动阻力实现两者的相对运动。可以说，流道几何可调和密封性之间的矛盾，成为阻碍RBCC发动机和冲压发动机拓展工作范围的主要难点之一。
发明内容
本发明提供了一种基于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构，能够同时解决发动机流道几何可调和确保密封性的难题。
一种基于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构，该机构包括密封外罩、可调壁板、铰链、磁力传动装置、丝杠、丝杠螺母、摆动连杆和固定座；
所述可调壁板与流道本体之间以及可调壁板之间均通过铰链活动连接，流道中部的可调壁板上设有固定座，所述磁力传动装置分为两部分安装在密封外罩的内外两侧，磁力传动装置位于密封外罩内侧的部分与丝杠连接，摆动连杆的一端与丝杠上的丝杠螺母固定连接，另一端和可调壁板上的固定座活动连接，磁力传动装置位于密封外罩外侧的部分通过磁力带动密封外罩内侧的部分产生非接触同步转动，丝杠螺母在丝杠上产生直线位移，由摆动连杆带动可调壁板产生联动，实现流道的几何调节。
进一步地，所述磁力传动装置包括电机、齿轮组和磁力联轴器，磁力联轴器由内传动轴和外传动轴组成，外传动轴和内传动轴的端面上分别固定有外磁力体和内磁力体，电机固定连接在密封外罩的外侧，电机的输出端连接齿轮组中的小齿轮，齿轮组中的大齿轮连接磁力联轴器中的外传动轴，密封外罩的内侧通过支撑结构连接内传动轴，电机、齿轮组和外传动轴组成磁力传动装置的外侧部分，内传动轴和内磁力体组成磁力传动装置的内侧部分。
有益效果
1、本发明的调节壁板的铰链和插接结构为流道几何调节提供了足够的自由度，电磁联轴器和螺杆组件为流道几何调节提供了非接触式动力传递，密封外罩回避了可调壁板与固定侧壁之间的动密封这一“国际性”难题，通过流道内与密封腔两者之间的气压平衡，实现了可调壁板与固定结构的无障碍相对运动，同时保证了全流道的绝对密封。
2、采用本发明的可调流道机构能够在保证密封的前提下实现流道调节，可用于二元构型的冲压发动机及RBCC等冲压基组合发动机。而宽范围的冲压发动机及冲压基组合发动机，是未来超/高超声速武器及民用运载飞行器的主要动力装置。该可调流道结构的发明，可为我国宽速域飞行器动力装置的设计和性能优化奠定技术基础。
附图说明
图1为RBCC发动机结构示意图；
图2为本发明在RBCC发动机中的应用示意图；
图3为本发明的结构示意图放大图；
图4为磁力联轴器结构示意图。
其中：1-密封外罩、2-可调壁板、3-铰链、4-磁力传动装置、5-电机、6-齿轮组、7-磁力联轴器、8-丝杠螺母、9-丝杠、10-固定座、11-摆动连杆、12-外磁力体、13-内传动轴、14-内磁力体、15-外传动轴。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供了一种于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构，该机构在实施例中用于RBCC发动机或者冲压燃烧室的型面调节，主要包括可调壁板2、铰链3、密封外罩3、磁力传动装置4、丝杠9、丝杠螺母8、摆动连杆11和固定座10；
可调壁板2与流道本体、以及可调壁板2之间采用铰链3连接，固定座10与可调壁板2通过螺钉固连，固定座10与摆动连杆11下端采用轴连，摆动连杆11上端与丝杠螺母8通过焊接或螺栓固连，丝杠9旋入丝杠螺母8中，丝杠9上端与磁力传动装置4固连。
其中，如附图3所示，磁力传动装置4包括电机5、齿轮组6和磁力联轴器7，电机5固定连接在密封外罩1的外侧，电机5的输出端连接齿轮组6中的小齿轮，齿轮组6中的大齿轮连接磁力联轴器7中的外传动轴15，密封外罩1的内侧通过支撑结构连接磁力联轴器7中的内传动轴13，如附图4所示，外传动轴15和内传动轴13的端面上分别固定有外磁力体12和内磁力体14，外传动轴15在转动的同时通过磁力带动内传动轴13产生同步转动；内传动轴同轴连接丝杠9，丝杠螺母8与丝杠9进行配合，摆动连杆11的两端分别与丝杠螺母8和可调壁板上的固定座连接。
工作过程：电机产生的扭矩通过齿轮组6传递和磁力联轴器7传递到丝杠9，丝杠螺母将丝杠的旋转运动转化为上下直线平动，螺母带动摆动连杆作复合运动，并将驱动力传递到固定座，从而带动可调壁板进行流道型面调节运动，实现流道的可调。在此过程中，电机动力采用非接触式的磁力传动，避免了在接触式传动中的传动轴穿过密封罩，从而使密封外罩内的腔体保持密封，流道内的燃气不会发生泄露。位于内磁力***置的角度传感器(图中未示出)可将内传动轴的转速传递给综合控制器(图中未示出)，形成位移反馈，实现整个***的闭环控制。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构，其特征在于，该机构包括密封外罩、可调壁板、铰链、磁力传动装置、丝杠、丝杠螺母、摆动连杆和固定座；
所述可调壁板与流道本体之间以及可调壁板之间均通过铰链活动连接，流道中部的可调壁板上设有固定座，所述磁力传动装置分为两部分安装在密封外罩的内外两侧，磁力传动装置位于密封外罩内侧的部分与丝杠连接，摆动连杆的一端与丝杠上的丝杠螺母固定连接，另一端和可调壁板上的固定座活动连接，磁力传动装置位于密封外罩外侧的部分通过磁力带动密封外罩内侧的部分产生非接触同步转动，丝杠螺母在丝杠上产生直线位移，由摆动连杆带动可调壁板产生联动，实现流道的几何调节。
2.根据权利要求1所述的基于磁力传动的二元发动机流道密封可调机构，其特征在于，所述磁力传动装置包括电机、齿轮组和磁力联轴器，磁力联轴器由内传动轴和外传动轴组成，外传动轴和内传动轴的端面上分别固定有外磁力体和内磁力体，电机固定连接在密封外罩的外侧，电机的输出端连接齿轮组中的小齿轮，齿轮组中的大齿轮连接磁力联轴器中的外传动轴，密封外罩的内侧通过支撑结构连接内传动轴，电机、齿轮组和外传动轴组成磁力传动装置的外侧部分，内传动轴和内磁力体组成磁力传动装置的内侧部分。
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