CN103953458B - 一种变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器 - Google Patents

Abstract

一种变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，包括：作动筒、作动筒支架、同步环驱动臂、驱动臂连接柱、同步环、同步环支座、同步环连接铰座、同步环连杆、连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、阀体连杆、阀体、直线轴承、直线轴承固定架、直线轴承导轨、外机匣、内机匣。本发明采用外置式作动筒和同步环，具有对气流通道阻塞小、运动可靠、同步协调、易于应用实践等优点。

Description

一种变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器

技术领域

本发明涉及一种变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，用于改变发动机工作状态以适应不同的飞行条件，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

国外变循环发动机设计起步于20世纪70年代，而国内变循环发动机设计于本世纪才开始进行。变循环发动机的可调机构主要包括三部分：模式转换阀、前涵道引射器、后涵道引射器，其中后涵道引射器位于低压涡轮之后、加力燃烧室之前，与模式转换阀、前涵道引射器配合调节，是可调机构必不可少的一部分。

美国专利USPatent4069661于1978年提出的后涵道引射器，在涵道内直接布置作动筒，这种早期设计的驱动方式，缺点甚多，如堵塞气流、液压系统布置困难等，在后来的设计中基本已被淘汰。

美国专利USPatent4409788于1983年提出的后涵道引射器，采用外置式作动筒，一个主动转轴通过大圆弧驱动条带动两个转轴，它将作动筒放置于机匣外部，有效地降低了作动机构对于流道气流的不利影响，但其缺点在于连接各转轴的大圆弧驱动条不是整环设计，刚性不足，不具备同步性；结构不具备周期对称性，导致运动不协调，有可能在调节过程中出现卡死现象。

美国专利USPatent5307624于1994年提出的后涵道引射器，采用旋转式作动器，一个旋转作动器直接驱动阀体，将作动筒放置于机匣外部(嵌于外机匣上)，其缺点是周向仅一处作用力于阀体，周向力分布不均，导致运动不协调，有可能在调节过程中出现卡死现象；依靠转轴直接驱动阀体移动，包括平移和转动，其中只有轴向平移影响阀体的开关效果，驱动效率低。

美国专利USPatent5343697于1994年提出的后涵道引射器，采用外置式作动筒，一个主动的转轴带动三个从动的转轴，引入球铰和轴承，增加了机构的灵活性。其缺点在于阀体在一处受驱动力，其余三处受到阻力，周向力严重分布不均，很容易导致运动不协调，在调节过程中出现卡死现象；依靠转轴直接驱动阀体移动，包括平移和转动，其中只有轴向平移影响阀体的开关效果，驱动效率低。

中国专利200920277531.X于2009年提出的后涵道引射器，采用外置式作动筒，周向布置一圈作动筒，分别驱动一块阀门片。其缺点在于对机匣形状要求过高，机匣需要在合适位置需有一个布置作动筒的台阶；作动筒个数太多；连杆太多，累计误差大。

综上，上述现有技术普遍存在结构不对称导致易卡死、缺乏同步性导致不协调的不足和缺点，本发明提出的装置采用同步环以保证各处作动件的同步性、同时兼顾了机构的对称性，有效地克服了这方面的缺点。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术结构不对称导致易卡死、缺乏同步性导致不协调的不足，提供一种变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，采用外置式作动筒和同步环，具有对气流通道阻塞小、运动可靠、同步协调、易于应用实践等优点。

本发明的技术解决方案是：一种变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于包括：作动筒、作动筒支架、同步环驱动臂、驱动臂连接柱、同步环、同步环支座、同步环连接铰座、同步环连杆、连臂、转轴、套筒、轴承、轴承座、弹性挡圈、阀体连杆、阀体、直线轴承、直线轴承固定架、直线轴承导轨、外机匣、内机匣。两个作动筒对称安装于外机匣外表面；作动筒与同步环驱动臂连接；同步环驱动臂通过驱动臂连接柱与同步环连接；同步环通过同步环支座安装定位于外机匣外部；同步环在四处安装有同步环连接铰座；同步环连接铰座与同步环拉杆分别连接；同步环拉杆与连臂分别连接；连臂与转轴配合；四个周向均布的转轴通过阀体连杆与阀体连接；阀体上面周向均布四处直线轴承；直线轴承在直线轴承导轨上滑动。

所述作动筒为2个，对称布置于外机匣外部。

所述同步环为1个，同步环上周向均布4处用于安装同步环连接铰座的螺栓孔、2处用于连接同步环驱动臂的凸耳。

所述连臂为4个，周向均布于外机匣外部。

所述转轴为4个，周向均布于外机匣外部。

所述阀体为1个，阀体上周向均布四组通孔、凸台和安装台。

所述外机匣上面有2处用于安装作动筒支架的螺栓孔、4处用于安装轴承座的通孔、12处用于定位同步环的支撑滑条、8处用于安装同步环支架的螺栓孔、4处用于安装直线轴承导轨的凸起。

本发明与现有技术相比具有的优点如下：

(1)将作动筒放置于机匣外部，仅使流道内部存在较少的零部件从而有效地降低了作动机构对于流道气流的不利影响；

(2)采用同步环，保证四个转轴的同步响应，机构运动保持协调，防止出现卡死现象，提高了可靠性；

(3)作动筒和转轴对称分布，机构运动保持协调性，防止出现卡死现象，提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明正等测视图；

图2a为本发明左视图；

图2b为本发明沿转轴剖视图；

图3为本发明有作动筒处沿转轴剖视图；

图4为本发明无作动筒处沿转轴剖视图；

图5为本发明沿直线轴承剖视图；

图6a为本发明作动筒俯视图；

图6b为本发明作动筒正等测视图；

图7a为本发明作动筒支架右视图；

图7b为本发明作动筒支架正等测视图；

图8a为本发明同步环驱动臂俯视图；

图8b为本发明同步环驱动臂正等测视图；

图9a为本发明驱动臂连接柱左视图；

图9b为本发明驱动臂连接柱正等测视图；

图10a为本发明同步环正等测视图；

图10b为本发明同步环正等测视图放大视图；

图11a为本发明同步环支座左视图；

图11b为本发明同步环支座正等测视图；

图12a为本发明同步环连接铰座俯视图；

图12b为本发明同步环连接铰座正等测视图；

图13a为本发明同步环连杆主视图；

图13b为本发明同步环连杆俯视图；

图14a为本发明连臂主视图；

图14b为本发明连臂仰视图；

图15a为本发明转轴主视图；

图15b为本发明转轴俯视图；

图16a为本发明套筒主视图；

图16b为本发明套筒俯视图；

图17a为本发明轴承座主视图；

图17b为本发明轴承座俯视图；

图18a为本发明阀体连杆主视图；

图18b为本发明阀体连杆俯视图；

图19a为本发明阀体主视图；

图19b为本发明阀体正等测视图；

图20a为本发明直线轴承示意图主视图；

图20b为本发明直线轴承示意图正等测视图；

图21a为本发明直线轴承固定架主视图；

图21b为本发明直线轴承固定架正等测视图；

图22为本发明直线轴承导轨；

图23a为本发明外机匣和内机匣正等测视图。

图23b为本发明外机匣和内机匣主视图。

具体实施方式

本发明是一种变循环发动机中的同步驱动式后涵道引射器，其具体实施方式如下：

如图1、图2a、图2b、图3-5所示，本发明装置由作动筒1、作动筒支架2、同步环驱动臂3、驱动臂连接柱4、同步环5、同步环支座6、同步环连接铰座7、同步环连杆8、连臂9、转轴10、套筒11、轴承12、轴承座13、弹性挡圈14、阀体连杆15、阀体16、直线轴承17、直线轴承固定架18、直线轴承导轨19、外机匣20、内机匣21组成。

本发明的整体布局如图1、图2a、图2b所示，两处对称布置区域I内，作动筒1分别通过同步环驱动臂3驱动同步环5，同步环5通过同步环支座6安装定位于外机匣20外部；四处周向均布的区域II内，同步环5与连臂9通过同步环连杆8连接。

区域I内的连接如图3所示，作动筒支架2通过螺栓孔2-5和2-6固定于外机匣20的螺栓孔20-1处；作动筒支架螺栓孔2-3和作动筒1上的螺栓孔1-1通过螺栓、螺母连接；作动筒1杆端的杆端关节球轴承1-2和同步环驱动臂3的叉形结构的圆形通孔3-1通过螺栓、螺母连接，设计作动筒1的轴线与同步环驱动臂3的轴线保持大约10度的夹角。同步环驱动臂3前端通孔3-2与同步环5的凸耳5-4通过自行设计的驱动臂连接柱4连接。

区域II内的连接如图4所示，同步环5通过螺栓孔5-1固定同步环连接铰座7，同步环连接铰座7通过叉形结构的圆形通孔7-2与同步环连杆8的一端的杆端关节球轴承8-1通过螺栓、螺母连接；同步环连杆8的另一端的杆端关节球轴承8-1与连臂9的一端叉形结构的圆形通孔9-4通过螺栓、螺母连接；连臂9的六边形通孔9-3与转轴10圆柱体部分上端六棱柱10-2通过面接触配合，并通过螺栓压紧；轴承12安装于轴承座13内，轴承座13上方设计有凸台13-1、下方设计有凹槽13-2,凹槽13-2处安装的弹性挡圈14与凸台13-1共同对轴承12定位，轴承座13通过4处螺栓孔13-4固定于外机匣20上的轴承孔20-2；连臂9一端凸台9-2与轴承12之间通过套筒11进行定位；转轴10的末端叉形结构的圆形通孔10-5与阀体连杆15一端的杆端关节球轴承15-1通过螺栓、螺母连接；阀体连杆15另一端杆端关节球轴承15-1通过螺栓固定于阀体16前端的连接凸台16-2处。

阀体16的安装连接如图5所示，直线轴承17被直线轴承固定架19通过螺栓、螺母固定于阀体上的安装台16-3上；直线轴承17在直线轴承导轨18上做直线滑动；直线轴承导轨18通过螺栓孔18-1固定于外机匣20上的凸起20-5处。

运动过程中，两处对称分布区域I内，作动筒1通过同步环驱动臂3推动/拉动同步环5周向转动；而在另外四对称分布区域II内，由于同步环5周向转动，同步环连杆8拉动连臂9，连臂9带动转轴10转动。周向均匀分布的四处转轴10的转动驱动阀体16的前后移动，从而达到调节目的。

如图6a、图6b所示，作动筒1为航空标准液压作动筒，根据所需驱动力和调节时间要求进行选择。作动筒1后方设计有螺栓孔1-1，安装于作动筒支架2的螺栓孔2-3；作动筒1杆端设计有杆端关节球轴承1-2，与同步环驱动臂3的一端的叉形结构的圆形通孔3-1通过螺栓、螺母连接。

如图7a、图7b所示，作动筒支架2由主支架2-1和副支架2-2组成。主支架2-1通过三个螺栓孔2-3来固定作动筒1，同时通过两个螺栓孔2-5安装于外机匣20上的螺栓孔20-1处；副支架2-2通过两个螺栓孔2-4与主支架2-1连接，同时通过两个螺栓孔2-6安装于外机匣20上的螺栓孔20-1处，与主支架构成三角形，起加固的作用。

如图8a、图8b所示，同步环驱动臂3一端设计为叉形并开有圆形通孔3-1，通过螺栓、螺母与作动筒1杆端关节球轴承1-2连接；另一端开孔通过驱动臂连接柱4与同步环5的凸耳5-4连接。

如图9a、图9b所示，驱动臂连接柱4由柱体4-1和卡丝4-2组成。柱体4-1穿过同步环5的凸耳5-4和同步环驱动臂3前端通孔3-2，并用卡丝4-2将其卡住防止滑落。

如图10a、图10b所示，同步环5周向均匀分布四处螺栓孔5-1，与同步环连接铰座7的螺栓孔7-1对应，同步环5侧边的槽5-2与同步环支座6的支撑滑条6-3配合用于安装和定位。

如图11a、图11b所示，同步环支座6由“L”形的底座6-1和支撑滑条6-3组成，两者之间通过螺母6-4连接固定。“L”形的底座6-1上有两个螺栓孔6-2用于安装在外机匣20上，支撑滑条6-3形状要与同步环5侧边的槽5-2吻合，用于定位同步环5。

如图12a、图12b所示，同步环连接铰座7设计为叉形并开有圆形通孔7-2，通过螺栓、螺母与同步环连杆8的杆端关节球轴承8-1连接，底座的螺栓孔7-1用于将其固定于同步环5上。

如图13a、图13b所示，同步环连杆8共分三段组装而成，第一段和第三段为标准件外螺纹杆端关节轴承8-1，型号为SA8C；第二段为圆柱型结构8-2，圆柱两端外部设计有六棱柱结构8-3，用于组合安装时的装夹和固定，圆柱两端内部设计有内螺纹8-4，用于安装杆端关节球轴承8-1。

如图14a、图14b所示，连臂9末端设计为叉形并开有圆形通孔9-1，通过螺栓、螺母与同步环连杆的杆端关节球轴承8-1连接，为了使同步环连杆8与同步环5的中圆总是保持近似相切以提高驱动效率，叉形结构设计了一个倾斜角，该倾斜角随着发动机的半径改变而改变，在本装置中取11度；连臂9另一端设计有凸台9-2和六边形通孔9-3，凸台9-2用于与套筒11定位，六边形通孔9-3与转轴10上端六棱柱10-2配合，用于将作动筒1的驱动力转化为施加在转轴10上的扭矩。

如图15a、图15b所示，转轴10由圆柱体部分和梁部分共同组成。转轴10圆柱体部分设计为空心10-1，用于减重；转轴10圆柱体部分上端设计有六棱柱10-2，通过与连臂9的六边形通孔9-3配合，用于传递扭矩；转轴10圆柱体部分内表面设计有内螺纹10-3，用于螺栓连接；转轴10的轴肩10-4用于轴承12内环的定位。转轴10梁部分端部设计为叉形并开有圆形通孔10-5，通过螺栓、螺母与阀体连杆15一端的杆端关节球轴承15-1连接。

如图16a、图16b所示，套筒11的内径与轴承12内环内径相等，外径取为轴承12内环外径和外环内径的平均值，以满足定位要求。

轴承12为标准件双列深沟球轴承，型号为4001X2WB-2RS/YA2，内径与相应轴段外径相等。

如图17a、图17b所示，轴承座13为圆柱筒形结构。轴承座13上端内壁设计有凸台13-1，用于轴承12定位；轴承座13的凹槽13-2，用于安装弹性挡圈14；轴承座13的法兰安装边13-3开有4处圆柱形通孔13-4，通过螺栓、螺母固定于外机匣20的螺栓孔20-2处。

弹性挡圈14为标准件，GB/T893.1-1986孔用弹性挡圈A型，尺寸根据轴承12外环外径进行选取。

如图18a、图18b所示，阀体连杆15共分三段组装而成，第一段和第三段为标准件外螺纹杆端关节球轴承15-1，型号为SA8C；第二段为圆柱型结构15-2，圆柱两端外部设计有六棱柱结构15-3，用于组合安装时的装夹和固定，圆柱两端内部设计有内螺纹15-4，用于安装关节轴承15-1。阀体连杆15与同步环连杆8的不同之处在于第二段圆柱型结构15-2和8-2的长度不同。

如图19a、图19b所示，阀体16为薄壁圆筒件，位于发动机外涵道出口，表面形状由气动设计确定；阀体16前端开有通孔16-1，周向均布4处，用于通过直线轴承导轨19；阀体16前端焊有4处周向均布的连接凸台16-2，通过螺栓与阀体连杆15固定；安装台16-3用于安装直线轴承17。

如图20a、图20b所示，直线轴承17选自标准系列LB81625，内径8mm，外径16mm；外表面的槽口17-1和直线轴承固定架18上限位条18-1配合，用于定位。

如图21a、图21b所示，直线轴承固定架18通过螺栓孔18-1固定于阀体16上的安装台16-3处，限位条18-2用于固定直线轴承17。

如图22所示，直线轴承导轨19直径8mm，两端各有螺栓孔19-1，用于将直线轴承导轨18安装在外机匣20上凸起20-5处。

如图23a、图23b所示，外机匣20、内机匣21均为薄壁圆筒件，外机匣20外表面设计有螺栓孔20-1，用以安装作动筒支架2；外机匣20设计有通孔20-2，用以安装轴承座13；支撑滑条20-3用来支撑同步环5；螺栓孔20-4用于安装同步环支座6；凸起20-5用于安装直线轴承导轨19。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于包括：作动筒(1)、作动筒支架(2)、同步环驱动臂(3)、驱动臂连接柱(4)、同步环(5)、同步环支座(6)、同步环连接铰座(7)、同步环连杆(8)、连臂(9)、转轴(10)、套筒(11)、轴承(12)、轴承座(13)、弹性挡圈(14)、阀体连杆(15)、阀体(16)、直线轴承(17)、直线轴承固定架(18)、直线轴承导轨(19)、外机匣(20)、内机匣(21)；两个作动筒(1)对称安装于外机匣(20)外表面；作动筒(1)与同步环驱动臂(3)连接；同步环驱动臂(3)通过驱动臂连接柱(4)与同步环(5)连接；同步环(5)通过同步环支座(6)安装定位于外机匣(20)外部；同步环(5)在四处安装有同步环连接铰座(7)；同步环连接铰座(7)与同步环连杆(8)分别连接；同步环连杆(8)与连臂(9)分别连接；连臂(9)与转轴(10)配合；四个周向均布的转轴(10)通过阀体连杆(15)与阀体(16)连接；阀体(16)上面周向均布四处直线轴承(17)；直线轴承(17)在直线轴承导轨(19)上滑动。

2.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述作动筒(1)为2个，对称布置于外机匣(20)外部。

3.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述同步环(5)为1个，同步环(5)上周向均布4处用于安装同步环连接铰座(7)的螺栓孔(5-1)、2处用于连接同步环驱动臂(3)的凸耳(5-4)。

4.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述连臂(9)为4个，周向均布于外机匣(20)外部。

5.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述转轴(10)为4个，周向均布于外机匣(20)外部。

6.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述阀体(16)为1个，阀体(16)上周向均布四组通孔(16-1)、凸台(16-2)和安装台(16-3)。

7.根据权利要求1所述的变循环发动机可调机构中的同步驱动式后涵道引射器，其特征在于：所述外机匣(20)上有2处用于安装作动筒支架(2)的螺栓孔(20-1)、4处用于安装轴承座(13)的通孔(20-2)、12处用于定位同步环(5)的支撑滑条(20-3)、8处用于安装同步环支座(6)的螺栓孔(20-4)、4处用于安装直线轴承导轨(19)的凸起(20-5)。