CN115523054A

CN115523054A - 一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构及航空发动机

Info

Publication number: CN115523054A
Application number: CN202211258112.8A
Authority: CN
Inventors: 冯凯凯; 查小晖; 李维; 安志强; 张平平; 徐杰
Original assignee: Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Current assignee: Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2022-12-27

Abstract

本发明公开了一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构及航空发动机，双流道风扇结构包括机匣组件、进口流量调节组件、双流道风扇盘及出口整流组件；进口流量调节组件用于调节进入内涵道和外涵道的流量；双流道风扇盘用于将气流分成内涵气流和外涵气流；出口整流组件用于对内涵道和外涵道的出口气流分别进行整流。本发明提供了一种使用单个转子实现内外涵流道流量独立控制的航空发动机压缩部件结构，结构简单；单个转子不存在转速匹配问题，可独立控制内外涵道内的流动状态；外涵流量具有更大的调节范围；在极限情况下，可通过完全关闭外涵道导叶角度来实现仅内涵道流动的涡轴模式；两个涵道之间的气流不会相互干扰，可保证流动稳定。

Description

一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构及航空发动机

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构及航空发动机。

背景技术

在航空发动机中，常用的发动机有涡轴发动机和涡扇发动机。其中，涡轴发动机可驱动旋翼使得飞机实现悬停和极低速度行进，但配装涡轴发动机的直升机由于受阻力、发动机功率、后行桨叶气流分离、前行桨叶激波和噪声等因素的限制，无法满足高速行进的需求。而配装涡扇发动机的固定翼飞机在高速行进过程中依然可以保持很高的推进效率。

为了使飞机既可以实现悬停和极低速行进，又可以实现高推进效率的高速行进，综合涡轴和涡扇发动机优势，可将发动机设计为涡轴与涡扇组合模式来实现飞机更宽范围的工作需求。为了实现涡轴与涡扇组合模式，需要将发动机设计为双涵道结构，以此来实现不同涵道的排气参数控制。

在现有技术中，常规的双涵道方案主要通过双转子***来实现，通过对不同转子转速的控制来达到不同涵道流量控制的目的。如图1所示，常规的双涵道包括外机匣1、风扇盘转子2、内机匣3以及压气机转子4，通过外机匣1和内机匣3将流道分为内外两个涵道，风扇盘转子1和压气机转子2为两个独立旋转部件，通过转速控制来调整内外涵道的流量和其他流动参数。

然而，这种双涵道结构需要使用双转子结构***，增加了结构复杂性和实现难度；且双转子***转速匹配困难，难以独立实现内外涵道流量控制；另外，外涵道流量调节范围有限，无法实现外涵道零流量的涡轴模式；并且，内外涵气流互通，存在内外涵道气流相互影响的可能。这些因素都极大地影响了发动机的性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构及航空发动机，旨在降低结构的复杂性，并实现内外涵独立增压、整流，实现内外涵流量独立控制及实现外涵道零流量的涡轴模式，避免内外涵道气流相互干扰，以提高发动机的性能。

为实现上述目的，本发明提出一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构，包括：

机匣组件，形成有内涵道和外涵道；

进口流量调节组件，安装于所述机匣组件上并处于所述内涵道和所述外涵道的进口处，以用于调节进入所述内涵道和所述外涵道的流量；以及

双流道风扇盘，旋转设置于所述内涵道和所述外涵道中，以用于在旋转时将气流分成内涵气流和外涵气流并使其分别在所述内涵道和所述外涵道内流动；以及

出口整流组件，安装于所述机匣组件上并处于所述内涵道和所述外涵道的出口处，以用于对所述内涵道和所述外涵道的出口气流分别进行整流。

可选地，所述机匣组件包括第一机匣、第二机匣和第三机匣，所述第一机匣、所述第二机匣和所述第三机匣从内向外依次间隔设置并形成所述内涵道和所述外涵道。

可选地，所述第二机匣与所述第三机匣通过支板连接，所述支板呈中空设置。

可选地，所述进口流量调节组件包括：

内涵进口导叶，所述内涵进口导叶的一端转动设置于所述第一机匣上，所述内涵进口导叶的另一端经所述第二机匣并穿过所述支板转动设置于所述第三机匣上，所述内涵进口导叶置于所述内涵道中，以用于通过改变叶片角度来调节进入所述内涵道的流量；以及

外涵进口导叶，所述外涵进口导叶的两端分别转动设置于所述第二机匣和所述第三机匣上，所述外涵进口导叶置于所述外涵道中，以用于通过改变叶片角度来调节进入所述外涵道的流量。

可选地，所述双流道风扇盘包括盘体及设于所述盘体上并从内向外依次连接的的内涵叶片、分流锥和外涵叶片；所述分流锥置于所述内涵道和所述外涵道之间并用于将气流分成内涵气流和外涵气流；所述内涵叶片置于所述内涵道中并用于调整所述内涵道的气流流量；所述外涵叶片置于所述外涵道中并用于调整所述外涵道的气流流量。

可选地，所述分流锥的两侧分别与所述第二机匣和所述出口整流组件密封相抵。

可选地，所述分流锥的两侧均设有密封件，所述密封件为封严篦齿或密封刷丝，以在转动过程中分别与所述第二机匣和所述出口整流组件抵接。

可选地，所述机匣组件还包括第四机匣，所述第四机匣与所述第三机匣平齐连接。

可选地，所述出口整流组件包括内涵整流环、外涵出口整流叶片和外涵出口导叶内环；所述内涵整流环设置于所述外涵出口导叶内环上并置于所述内涵道中，以用于通过设置叶片角度来对所述内涵道的出口气流进行整流；所述外涵出口整流叶片的两端分别转动设置于所述第四机匣和所述外涵出口导叶内环上，所述外涵出口导叶内环与所述双流道风扇盘邻接；所述外涵出口整流叶片，用于通过改变叶片角度来对所述外涵道的出口气流进行整流。

为实现上述目的，本发明还提出一种航空发动机，包括如上所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，所述内外涵导叶可调的双流道风扇结构包括：

机匣组件，形成有内涵道和外涵道；

在本发明的技术方案中，该内外涵导叶可调的双流道风扇结构包括机匣组件、进口流量调节组件、双流道风扇盘及出口整流组件；机匣组件，形成有内涵道和外涵道；进口流量调节组件，安装于机匣组件上并处于内涵道和外涵道的进口处，以用于调节进入内涵道和外涵道的流量；双流道风扇盘，旋转设置于内涵道和外涵道中，以用于在旋转时将气流分成内涵气流和外涵气流并使其分别在内涵道和外涵道内流动；出口整流组件，安装于机匣组件上并处于内涵道和外涵道的出口处，以用于对内涵道和外涵道的出口气流分别进行整流。

可以理解的是，本发明的双流道风扇结构使用单个转子，实现了气流内外分涵流动，结构相对于目前双转子方案更简单和更容易实现；单个转子不存在转速匹配问题，仅需通过调节内外涵道导叶角度即可独立控制内外涵道内的流动状态；相对于目前双转子方案，外涵流量具有更大的调节范围；在极限情况下，可通过完全关闭外涵道导叶角度来实现仅内涵道流动的涡轴模式；并且，内外涵气流通过封严结构隔离，两个涵道之间的气流不会造成相互干扰，可保证流动稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中常规的双涵道结构示意图；

图2为本发明内外涵导叶可调的双流道风扇结构一实施例的结构示意图；

图3为本发明内外涵导叶可调的双流道风扇结构一实施例中进口流量调节组件的结构示意图；

图4为本发明内外涵导叶可调的双流道风扇结构一实施例中双流道风扇盘的结构示意图；

图5为本发明内外涵导叶可调的双流道风扇结构一实施例中双流道风扇盘第一侧的封严示意图；

图6为本发明内外涵导叶可调的双流道风扇结构一实施例中双流道风扇盘第二侧的封严示意图；

图7为本发明内外涵导叶可调的双流道风扇结构一实施例中出口整流组件的结构示意图。

附图标号说明：

10、机匣组件；20、进口流量调节组件；30、双流道风扇盘；40、出口整流组件；10a、内涵道；10b、外涵道；11、第一机匣；12、第二机匣；13、第三机匣；14、第四机匣；15、支板；21、内涵进口导叶；22、外涵进口导叶；31、盘体；32、内涵叶片；33、分流锥；34、外涵叶片；331、密封件；41、内涵整流环；42、外涵出口整流叶片；43、外涵出口导叶内环。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构，适用于航空发动机，此处不限。

参考图2，在本发明一实施例中，该内外涵导叶可调的双流道风扇结构包括机匣组件10、进口流量调节组件20、双流道风扇盘30及出口整流组件40；机匣组件10，形成有内涵道10a和外涵道10b；进口流量调节组件20，安装于机匣组件10上并处于内涵道10a和外涵道10b的进口处，以用于调节进入内涵道10a和外涵道10b的流量；双流道风扇盘30，旋转设置于内涵道10a和外涵道10b中，以用于在旋转时将气流分成内涵气流和外涵气流并使其分别在内涵道10a和外涵道10b内流动；出口整流组件40，安装于机匣组件10上并处于内涵道10a和外涵道10b的出口处，以用于对内涵道10a和外涵道10b的出口气流分别进行整流。

本实施例中，机匣组件10可包括三层机匣，三层机匣从内向外依次间隔排布，形成独立的内涵道10a和外涵道10b，此处不限定机匣组件10的具体结构。

进口流量调节组件20可包括两个导叶或其他导流件，两导叶分别设置内涵道10a和外涵道10b，通过改变叶片角度来改变进入涵道的流量、流速等。当然，也可根据需求设置多组导叶或导流件，此处不做具体限定。

双流道风扇盘30可包括分流部件和导流部件，以将涵道内的气流分为内涵气流和外涵气流，导流部件可为两个或多个，分别设置于内涵道10a和外涵道10b中，以在工作中分别对外涵气流、内涵气流做功，此处对双流道风扇盘30的具体结构不做限定。

出口整流组件40可包括两个整流器件，两整流器件分别设于内涵道10a和外涵道10b中，以分别对内涵道10a和外涵道10b的出口气流分别进行整流，当然，也可设置多个整流器件，此处不限。

可以理解的是，本发明的双流道风扇结构使用单个转子，实现了气流内外分涵流动，结构相对于目前双转子方案更简单和更容易实现；单个转子不存在转速匹配问题，仅需通过调节内外涵道的导叶角度即可独立控制内外涵道内的流动状态；相对于目前双转子方案，外涵流量具有更大的调节范围；在极限情况下，可通过完全关闭外涵道10b导叶角度来实现仅内涵道10a流动的涡轴模式；并且，内外涵气流可通过封严结构隔离，两个涵道之间的气流不会造成相互干扰，可保证流动稳定。

为了降低结构的复杂性，以易于实现，参考图2和图3，在一实施例中，机匣组件10可包括第一机匣11、第二机匣12和第三机匣13，第一机匣11、第二机匣12和第三机匣13从内向外依次间隔设置并形成上述的内涵道10a和外涵道10b。

本实施例中，第二机匣12与第三机匣13可通过支板15连接，支板15呈中空设置。

进一步地，在本实施例中，主要参考图3，进口流量调节组件20可包括内涵进口导叶21和外涵进口导叶22。内涵进口导叶21的一端转动设置于第一机匣11上，内涵进口导叶21的另一端经第二机匣12并穿过支板15转动设置于第三机匣13上，内涵进口导叶21置于内涵道10a中，以用于通过改变叶片角度来调节进入内涵道10a的流量。外涵进口导叶22的两端分别转动设置于第二机匣12和第三机匣13上，外涵进口导叶22置于外涵道10b中，以用于通过改变叶片角度来调节进入外涵道10b的流量。

其中，支板15的数量可与内涵进口导叶21的数量相同，支板15上可开设一个或多个通孔，以形成外涵进口，第二机匣12和第三机匣13可通过支板15连接为一体结构。支板15设计为中空结构，内涵进口导叶21的叶柄可穿过支板15，并通过定位衬套进行定位和约束。第三机匣13可开设有与外涵进口导叶22数量相同的定位孔，外涵进口导叶22的两端也可通过定位衬套进行定位和约束。

在工作过程中，通过调节内涵进口导叶21和外涵进口导叶22的叶片角度来分别实现内涵和外涵流量的控制。尤其是，当外涵进口导叶22处于完全关闭状态时，可将航空发动机压缩部件从涡扇工作模式切换为涡轴工作模式，以实现飞机由高速行进状态切换为悬停或极低速度行进状态。

参考图2和图4，在一实施例中，双流道风扇盘30可包括盘体31及设于盘体31上并从内向外依次连接的的内涵叶片32、分流锥33和外涵叶片34。分流锥33置于内涵道10a和外涵道10b之间并用于将气流分成内涵气流和外涵气流；内涵叶片32置于内涵道10a中并用于调整内涵道10a的气流流量；外涵叶片34置于外涵道10b中并用于调整外涵道10b的气流流量。

请结合图2和图4，本实施例中，分流锥33的底部可与第二机匣12平齐连接，以构成涵道分隔壁，将内涵道10a和外涵道10b独立分隔开，避免两者连通而相互产生干扰，并可减少机匣的材料用量，节省成本。

需要说明，分流锥33将气流在转子部分分为内涵和外涵，外涵叶片34在工作中对外涵气流做功，内涵叶片32对内涵气流做功。

此外，本实施例中，请参考图2、图4至图6，分流锥33的两侧可分别与第二机匣12和出口整流组件40密封相抵。更为具体地，在分流锥33前端和后端处可分别设置封严篦齿或密封刷丝等密封件331，通过双流道风扇盘30的转动，实现篦齿封严或刷式密封效果，隔绝内外涵气流之间的相互影响。

主要参考图4，本实施例中，分流锥33位于外涵道10b中的侧壁上可开设U型口，以提高分流锥33的分流效果。

为了提高组装的便利性，结合图2和图7，在一实施例中，机匣组件10还可包括第四机匣14，第四机匣14与第三机匣13平齐连接。

本实施例中，出口整流组件40可包括内涵整流环41、外涵出口整流叶片42和外涵出口导叶内环43；内涵整流环41设置于外涵出口导叶内环43的下端并置于内涵道10a中，以用于通过设置叶片角度来对内涵道10a的出口气流进行整流；外涵出口整流叶片42的两端分别转动设置于第四机匣14和外涵出口导叶内环43上，外涵出口导叶内环43与双流道风扇盘30邻接；外涵出口整流叶片42，用于通过改变叶片角度来对外涵道10b的出口气流进行整流。

其中，第四机匣14可开设有与外涵出口整流叶片42数量相同的定位孔，外涵出口整流叶片42的两端可分别通过定位衬套进行定位和约束。内涵整流环41可为整体叶环结构，通过安装边与其他静子件固定连接。

本发明的双流道风扇结构通过调节外涵出口整流叶片42的叶片角度来匹配外涵气流流量变化，实现了对外涵出口气流的整流。并且，通过设计内涵整流器的叶片角度来实现对内涵出口气流进行整流，为后面级压缩部件或燃烧室提供所需参数的气流。

本发明还提出一种航空发动机，该航空发动机包括内外涵导叶可调的双流道风扇结构，该内外涵导叶可调的双流道风扇结构的具体结构参照上述实施例，由于本发明提出的航空发动机包括上述内外涵导叶可调的双流道风扇结构的所有实施例的所有方案，因此，至少具有与所述内外涵导叶可调的双流道风扇结构相同的技术效果，此处不一一阐述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，包括：

机匣组件，形成有内涵道和外涵道；

2.如权利要求1所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述机匣组件包括第一机匣、第二机匣和第三机匣，所述第一机匣、所述第二机匣和所述第三机匣从内向外依次间隔设置并形成所述内涵道和所述外涵道。

3.如权利要求2所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述第二机匣与所述第三机匣通过支板连接，所述支板呈中空设置。

4.如权利要求3所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述进口流量调节组件包括：

5.如权利要求2所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述双流道风扇盘包括盘体及设于所述盘体上并从内向外依次连接的的内涵叶片、分流锥和外涵叶片；所述分流锥置于所述内涵道和所述外涵道之间并用于将气流分成内涵气流和外涵气流；所述内涵叶片置于所述内涵道中并用于调整所述内涵道的气流流量；所述外涵叶片置于所述外涵道中并用于调整所述外涵道的气流流量。

6.如权利要求5所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述分流锥的两侧分别与所述第二机匣和所述出口整流组件密封相抵。

7.如权利要求6所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述分流锥的两侧均设有密封件，所述密封件为封严篦齿或密封刷丝，以在转动过程中分别与所述第二机匣和所述出口整流组件抵接。

8.如权利要求2所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述机匣组件还包括第四机匣，所述第四机匣与所述第三机匣平齐连接。

9.如权利要求8所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构，其特征在于，所述出口整流组件包括内涵整流环、外涵出口整流叶片和外涵出口导叶内环；所述内涵整流环设置于所述外涵出口导叶内环上并置于所述内涵道中，以用于通过设置叶片角度来对所述内涵道的出口气流进行整流；所述外涵出口整流叶片的两端分别转动设置于所述第四机匣和所述外涵出口导叶内环上，所述外涵出口导叶内环与所述双流道风扇盘邻接；所述外涵出口整流叶片，用于通过改变叶片角度来对所述外涵道的出口气流进行整流。

10.一种航空发动机，其特征在于，包括如权利要求1～9任意一项所述的内外涵导叶可调的双流道风扇结构。