CN109611237B - 一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，包括：核心驱动风扇机匣、记忆合金丝底座、滑轮、记忆合金丝、锁线器、垫片、曲柄、球铰盖、球铰小球、连杆、螺柱、螺柱支架、阀体和偏置弹簧。本发明采用记忆合金丝作为机构驱动件，当受到外部电加热升温时由于形状记忆效应长度缩短，其产生的位移经过曲柄的杠杆作用放大，再由连杆传递到阀体上使其关小，进而调节温度控制从核心驱动风扇级流向外涵道的流量，当停止电加热时，记忆合金处于低温相，偏置弹簧拉动阀体打开，同时拉伸记忆合金丝使其处于加载状态。该机构配合其它可调机构能够完成变循环发动机工作状态的转变，具有结构重量小、运动可靠、对流道影响小等优点。

Description

一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器

技术领域

本发明涉及一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，用于实现前涵道引射器状态转换，以调节发动机的工作状态，属于航空航天技术中的高性能燃气涡轮发动机技术领域。

背景技术

国外变循环发动机起步于20世纪70年代，提出的方案多种多样并已经过深入研究，目前已经有通过实验验证的型号，而国内变循环发动机设计21世纪才开始进行，目前还处于原理研究和设计方案摸索阶段。

变循环发动机是指通过改变发动机某些部件的几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环的燃气涡轮发动机。其典型可调机构主要有三部分：模式转换阀、前涵道引射器和后涵道引射器，其中前涵道引射器位于核心驱动风扇和外涵道之间，其作用是调节核心驱动风扇级想外涵道引流的流量，配合其它可调机构完成发动机热力循环的改变。

前涵道引射器是一个能够改变核心涵道和外涵道气流流量的阀门，可实现两个风扇段之间的放气，可以使风扇出口压力、压气机进口压力与燃烧室压力、涡轮出口压力相匹配，提高发动机工作的稳定裕度。

中国专利200910242865.8于2009年提出了一种变循环发动机前涵道引射器设计，其阀体为锥形，采用平动式，作动筒直接与阀体相连，利用作动筒的推拉实现流道开大、关小两个状态的调节，结构简单，但缺点是作动筒直接布置在外涵流道内对气流影响较大，且作动筒重量、体积较大。

中国专利201410168707.3于2014年提出了一种变循环发动机前涵道引射器设计，其阀体为柱形，采用平动式，作动筒位于外机匣外部，通过连杆、转轴、阀体拉杆等构件组成机构，可以使作动筒的运动经过外涵道传递至阀体，故其对外涵流道影响较小，且具有高维修性、高可靠性等优点，但缺点是传动部件多且重量大，采用重量较大的作动筒作为驱动，因而增加了发动机控制***的复杂程度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术在结构重量、机构复杂程度、控制***复杂度等方面的不足，提供一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，通过对记忆合金丝加热、冷却，使其驱动机构运动，从而使发动机内、外涵道之间的引射器出口面积连续可调，机构简单，零件数量少，重量轻。

本发明的技术解决方案是：一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，其特征在于：核心驱动风扇机匣、记忆合金丝底座、滑轮、记忆合金丝、锁线器、垫片、曲柄、球铰盖、球铰小球、连杆、螺柱、螺柱支架、阀体、偏置弹簧；核心驱动风扇机匣与记忆合金丝底座通过螺栓连接；两个滑轮通过螺栓螺母固定在记忆合金丝底座上；两个锁线器分别通过螺纹将记忆合金丝的两端固定在记忆合金丝底座和曲柄上；记忆合金丝经过两个滑轮和记忆合金丝底座的结构弯曲；曲柄通过螺栓和垫片与核心驱动风扇机匣连接形成转动副；球铰盖通过4个螺栓与曲柄连接；球铰小球夹在球铰盖与曲柄间形成球面副；连杆与球铰小球通过螺纹连接；连杆与螺柱形成圆柱副连接；螺柱与螺柱支架通过螺栓连接；螺柱支架与阀体通过4个螺栓连接；阀体与核心驱动风扇机匣通过导轨连接；偏置弹簧两端挂钩挂在记忆合金丝底座与阀体间。

所述核心驱动风扇机匣上面有2处用于安装记忆合金丝底座的凸台及其上各2处螺栓孔、2处用于安装曲柄的凸台及其上各1处螺栓孔记忆合金丝底座为2个，对称布置于核心驱动风扇机匣外部，上面各有2处用于安装滑轮的通孔、1处用于安装锁线器的螺纹凸台、2处用于与核心驱动风扇机匣连接的通孔。

所述曲柄为2个，对称布置于核心驱动风扇机匣外部，上面各有1处用于安装锁线器的螺纹凸台、1处用于与核心驱动风扇机匣连接的通孔、1处用于与球铰小球配合的球形凹槽、4处用于与球铰盖连接的螺栓孔。

所述螺柱支架为2个，对称布置于阀体外部，上面各有1处用于安装螺柱的通孔、4处用于与阀体连接的通孔。

所述阀体上面有2处用于安装螺柱支架的凸台及其上各4处螺栓孔。

本发明为一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，通过对记忆合金丝加热、冷却，使其驱动机构运动，从而使发动机内、外涵道之间的引射器出口面积连续可调，其优点如下：

(1)采用记忆合金丝作为驱动部件，同现有的通过液压作动筒驱动的调节机构相比，驱动件重量和体积都有所减少。

本发明在核心驱动风扇机匣外侧沿周向布置，同类型机构将驱动部件放置于外机匣外部，通过复杂的传动部件将运动经流道传递至核心驱动风扇机匣的阀体上，整体结构重量大、体积大，本发明将驱动、传动机构布置于阀体附近的核心驱动风扇机匣，减少了机构传动距离，减轻整体重量。

(2)径向尺寸较小，本发明中除驱动部件因为换热需要置于流场中，其它传动部件均沿核心驱动风扇机匣周向布置，在机构的设计行程中，均未占用流道空间，对外涵气流影响小。

附图说明

图1为本发明记忆合金驱动前涵道引射器的轴测视图

图2为本发明记忆合金驱动前涵道引射器的正视图；

图3为本发明记忆合金驱动前涵道引射器的俯视图；

图4为本发明记忆合金驱动前涵道引射器的右视图；

图5为本发明核心驱动风扇机匣的局部结构示意图；

图6为本发明记忆合金丝底座的结构示意图；

图7为本发明滑轮的剖面视图；

图8为本发明锁线器的剖面视图；

图9为本发明曲柄的结构示意图；

图10为本发明曲柄的局部放大结构示意图1；

图11为本发明曲柄的局部放大结构示意图2；

图12为本发明球铰盖的结构示意图；

图13为本发明球铰小球的结构示意图；

图14为本发明连杆的结构示意图；

图15为本发明螺柱的结构示意图；

图16为本发明螺柱支架的结构示意图；

图17为本发明阀体的局部结构示意图1；

图18为本发明阀体的局部结构示意图2。

图中符号说明如下：

1.核心驱动风扇机匣，1-1.方形安装凸台，1-2.方形安装凸台第一螺纹孔，1-3方形安装凸台第二螺纹孔，1-4圆形安装凸台，1-5螺纹孔，2.记忆合金丝底座，2-1连接底座，2-2第一圆形通孔，2-3第二圆形通孔，2-4滑杆，2-5斜方形凸台，2-6斜方形凸台螺纹柱，2-7承力支架，2-8承力支架第一凸耳，2-9承力支架第二凸耳，2-10挂钩，3滑轮，4记忆合金丝，5锁线器，5-1通孔，5-2内螺纹，6垫片，7曲柄，7-1曲柄转轴通孔，7-2曲柄长端结构，7-3曲柄短端结构，7-4曲柄短端结构螺纹柱，7-5曲柄长端结构球形槽，7-6曲柄长端结构螺纹孔，8球铰盖，8-1通孔*4，8-2球形内表面，9球铰小球，9-1外螺纹，9-2球面10连杆，10-1通孔，10-2螺纹孔，11螺柱，11-1柱面，11-2螺纹孔，12螺柱支架，12-1凸耳，12-2凸耳通孔，12-3连接平台，12-4连接平台通孔，13阀体，13-1方形凸台，13-2方形凸台螺纹孔，13-3挂钩，14偏置弹簧

具体实施方式

本发明中的记忆合金驱动前涵道引射器的连接方式如下：

如图1、图2、图3、图4所示，核心驱动风扇机匣1通过方形安装凸台1-1上的两个螺纹孔1-2、1-3与记忆合金丝底座2的通孔2-2、2-3配合螺栓相连，两个滑轮3采用螺栓、螺母安装在记忆合金丝底座2的两个凸耳2-8、2-9处，记忆合金丝4通过锁线器5两端分别连接在记忆合金丝底座2的斜方形凸台2-5上的螺纹柱2-6上和曲柄7的短端结构7-3中的螺纹柱7-4上，记忆合金丝4中段绕过两处滑轮3和滑杆2-4，曲柄7用螺栓与核心驱动风扇机匣1的圆形安装凸台1-4的螺纹孔1-5连接，球铰小球9的球面9-2与曲柄长端结构7-2的球形槽7-5配合，球铰盖8通过四个螺钉穿过其四个通孔8-1与曲柄长端结构7-2在四个螺纹孔7-6处连接且球形内表面8-2与球面9-2配合，连杆10与球铰小球9通过外螺纹9-1和螺纹孔10-2连接，连杆10与螺柱11通过通孔10-1与柱面11-1配合组成圆柱副，螺柱11利用螺栓与螺纹孔11-2连接在螺柱支架12上的两个凸耳12-1中的通孔12-2上，螺柱支架12通过连接平台12-3上的四个通孔12-4利用螺栓与阀体13的方形凸台上的四个螺纹孔13-2相连，偏置弹簧14挂在挂钩13-3、2-10之间

本发明中的记忆合金驱动前涵道引射器的具体实施方式如下：

本发明的主要结构在核心驱动风扇机匣外部沿周向均匀分布四个，每套机构的具体工作过程如下所述。当温度低于记忆合金相变温度时，即通过流道气流冷却后，偏置弹簧14直接拉动阀体13使之处于打开状态，与之通过圆柱副相连的连杆10随之移动，通过球面副使曲柄7转动，拉动记忆合金丝4伸长加载，当记忆合金丝4被电阻丝加热后发生奥氏体相变恢复加载前的形状，拉动曲柄7转动，进而通过连杆10拉动阀体13关小，达到控制流道流量、改变发动机循环状态的目的。

如图5所示，记忆合金丝底座2安装在核心驱动风扇机匣1的方形安装平台1-1上，其中段为圆柱面，与记忆合金丝底座2的连接底座2-1下方圆柱面相配合，确定记忆合金丝底座2径向定位，方形安装平台1-1两段为平面，加工有两个螺纹孔1-2、1-3，螺栓穿过记忆合金丝底座2的圆形通孔2-2、2-3与之配合，确定记忆合金丝底座2的轴向、周向定位；圆形安装凸台1-4作为曲柄7的转轴，通过螺栓、螺纹孔1-5与垫片6连接，圆形安装凸台1-4的柱面与核心驱动风扇机匣1的径向成一定角度，使曲柄7的运动所占空间更靠近主轴，减小机构对流道气流的影响。

如图6所示，记忆合金丝4在记忆合金丝底座2上通过两个安装在凸耳2-8、2-9的滑轮3和滑杆2-4将中段一部分置于径向较靠外的位置，将该段充分置于流场中以便加速换热，提升机构的模式转换速度，承力支架2-7中轴线与受力重合，增加结构强度，连接底座2-1用于同核心驱动风扇机匣1配合定位，其上通孔2-2、2-3用于螺栓连接，凸台2-5上有一螺纹柱2-6用于连接锁线器5，挂钩2-10用于连接偏置弹簧14。

如图7所示，滑轮3中心设计了凹槽，将记忆合金丝4限制在中间位置。

如图8所示，内螺纹5-2用于连接螺纹柱，记忆合金丝4从通孔5-1中穿出。

如图9所示，曲柄7设计有通孔7-1用于形成转动副，长端结构7-2与连杆连接，短端结构7-3与记忆合金丝连接，长短端配合将记忆合金丝的变形放大，传递至连杆。

如图20所示，为曲柄短端结构7-3，该结构设计有一螺纹柱7-4用于连接锁线器。

如图11所示，为曲柄长端结构7-2，该结构的4个螺纹孔7-6用于连接球铰盖8，半球面凹槽7-5用于与球铰小球9配合形成球面副。

如图12所示，球铰盖8周向均匀布置4个通孔8-1用于螺栓连接，凹槽8-2为球面的一部分，同半球面凹槽7-5配合将球铰小球9包住形成球面副。

如图13所示，球铰小球9的螺纹柱9-1用于与连杆10连接，球面9-2与曲柄长端结构7-2的半球面凹槽7-5和球铰盖8中的凹槽8-2配合形成球面副。

如图14所示，连杆10尾部有一螺纹孔10-2用于与球铰小球连接，头部通孔10-1套在螺柱11上，形成圆柱副。

如图15所示，螺柱11的柱面11-1留出了足够的轴向空间给连杆10滑动，螺纹孔11-2与螺栓配合将螺柱固定在螺柱支架12上。

如图16所示，螺柱支架12的一侧布置有两个凸耳12-1，其上各有一通孔12-2供螺柱11穿过，另一侧矩形安装凸台12-3上有4个通孔12-4，与螺栓配合将螺柱支架12固定在阀体上。

如图17所示，阀体13周向有两个安装凸台13-1用于安装螺柱支架12，其上有4个螺纹孔13-2用于螺栓连接。阀体13利用滑轨限制沿轴向移动，轴向移动范围由限位块控制。

如图18所示，阀体13设计有两个挂钩用于悬挂偏置弹簧14。

Claims (6)

1.一种变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，其特征在于，包括：核心驱动风扇机匣、记忆合金丝底座、滑轮、记忆合金丝、锁线器、垫片、曲柄、球铰盖、球铰小球、连杆、螺柱、螺柱支架、阀体和偏置弹簧；核心驱动风扇机匣与记忆合金丝底座通过螺栓连接；两个滑轮通过螺栓螺母固定在记忆合金丝底座上；两个锁线器分别通过螺纹将记忆合金丝的两端固定在记忆合金丝底座和曲柄上；记忆合金丝经过两个滑轮和记忆合金丝底座的结构弯曲；曲柄通过螺栓和垫片与核心驱动风扇机匣连接形成转动副；球铰盖通过4个螺栓与曲柄连接；球铰小球夹在球铰盖与曲柄间形成球面副；连杆与球铰小球通过螺纹连接；连杆与螺柱形成圆柱副连接；螺柱与螺柱支架通过螺栓连接；螺柱支架与阀体通过4个螺栓连接；阀体与核心驱动风扇机匣通过导轨连接；偏置弹簧两端挂钩挂在记忆合金丝底座与阀体间。

2.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，其特征在于：所述核心驱动风扇机匣上面有2处用于安装记忆合金丝底座的凸台及其上各2处螺栓孔、2处用于安装曲柄的凸台及其上各1处螺栓孔。

3.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，其特征在于：所述记忆合金丝底座为2个，对称布置于核心驱动风扇机匣外部，上面各有2处用于安装滑轮的通孔、1处用于安装锁线器的螺纹凸台、2处用于与核心驱动风扇机匣连接的通孔。

4.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，其特征在于：所述曲柄为2个，对称布置于核心驱动风扇机匣外部，每个曲柄上面各有1处用于安装锁线器的螺纹凸台、1处用于与核心驱动风扇机匣连接的通孔、1处用于与球铰小球配合的球形凹槽、4处用于与球铰盖连接的螺栓孔。

5.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，其特征在于：所述螺柱支架为2个，对称布置于阀体外部，每个螺纹支架上面各有1处用于安装螺柱的通孔、4处用于与阀体连接的通孔。

6.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构的记忆合金驱动前涵道引射器，其特征在于：所述阀体上面有2处用于安装螺柱支架的凸台及其上各4处螺栓孔。

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