本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支承結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是商用飛機(jī)上普遍使用的一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，包含高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，可能會(huì)由于外物吸入、疲勞等不可避免的原因，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)較大的不平衡載荷，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)超過限制值，需要停車返航和檢修。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的支承剛度是改變轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性，降低轉(zhuǎn)子振動(dòng)響應(yīng)的重要措施。

以fbo事件為例，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)在fbo事件發(fā)生后能安全著陸，一般在離低壓轉(zhuǎn)子最近的軸承支承錐壁上設(shè)置一個(gè)機(jī)械性能薄弱的部件(例如減薄段、熔斷銷釘?shù)?,使其在預(yù)定載荷(門檻值)作用下失效。發(fā)生fbo事件后，受損的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)立即停車，在發(fā)動(dòng)機(jī)從較高的工作轉(zhuǎn)速緩慢下降至風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，軸承支承錐壁上機(jī)械性能薄弱的部位會(huì)失效。這樣可以減小軸承的支承剛度，使低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速降低，不平衡載荷減小，以避免發(fā)生災(zāi)難性事故。

然而，上述帶有熔斷設(shè)計(jì)的軸承支承錐壁都采用純機(jī)械的熔斷方式，在不平衡載荷作用下斷裂失效，只能單向降低軸承支承剛度，不能再次恢復(fù)或增大軸承的支承剛度，無法在后續(xù)飛行過程中再次提供支承剛度。例如，在風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)階段，需要軸承提供支承剛度以保證轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速高于風(fēng)車轉(zhuǎn)速。此時(shí)，若支承剛度太小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速接近風(fēng)車轉(zhuǎn)速，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)階段持續(xù)承受較大的振動(dòng)響應(yīng)，非常危險(xiǎn)。

綜上所述，現(xiàn)有的軸承支承錐壁或不能調(diào)節(jié)剛度，或只能通過機(jī)械方式熔斷后，無法在后續(xù)飛行過程中再次提供剛度，因此需要一種能夠雙向調(diào)節(jié)支承剛度，且可重復(fù)利用的軸承支承結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度的航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支承結(jié)構(gòu)。

一種自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度的航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支承結(jié)構(gòu)包括支承結(jié)構(gòu)本體、傳感器、信號(hào)處理裝置以及執(zhí)行裝置；所述信號(hào)處理裝置用于將所述傳感器的監(jiān)測(cè)信號(hào)處理后并將其傳遞給所述執(zhí)行裝置；所述傳感器用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡載荷，所述監(jiān)測(cè)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡載荷相關(guān)聯(lián)，其監(jiān)測(cè)量低于預(yù)設(shè)門檻值時(shí)，所述執(zhí)行裝置保持所述支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度處于初始狀態(tài)；所述傳感器的監(jiān)測(cè)量等于或高于預(yù)設(shè)門檻值時(shí)，所述執(zhí)行裝置立即減小所述支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度，以減小所述支承結(jié)構(gòu)本體的剛度，并且在隨后所述傳感器的監(jiān)測(cè)量低于所述預(yù)設(shè)門檻值時(shí)，所述執(zhí)行裝置增加所述支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度，以提高所述支承結(jié)構(gòu)本體的剛度。

在一實(shí)施例中，在fbo事件發(fā)生后的停車階段，所述執(zhí)行裝置減小所述支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度，以使低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速降低至遠(yuǎn)低于工作轉(zhuǎn)速，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)在停車過程中的不平衡載荷，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)階段，所述執(zhí)行裝置提高所述支承結(jié)構(gòu)本體的剛度，以增大低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，使其遠(yuǎn)高于風(fēng)車轉(zhuǎn)速，以減小低壓轉(zhuǎn)子的繞軌運(yùn)動(dòng)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。

在一實(shí)施例中，所述傳感器的監(jiān)測(cè)量達(dá)到所述不平衡載荷消失后的量時(shí)，所述執(zhí)行裝置使所述支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度恢復(fù)到所述初始狀態(tài)。

在一實(shí)施例中，所述傳感器是應(yīng)變片、振動(dòng)傳感器或加速度傳感器。

在一實(shí)施例中，所述執(zhí)行裝置是設(shè)置在所述支承結(jié)構(gòu)本體的所述預(yù)定部位的、可由電流大小來改變剛度的機(jī)械結(jié)構(gòu)或者是可控智能材料。

在一實(shí)施例中，所述執(zhí)行裝置包括磁流變彈性體及其勵(lì)磁線圈。

在一實(shí)施例中，所述傳感器設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)上的監(jiān)測(cè)位置使得其在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行過程中監(jiān)測(cè)量不敏感但發(fā)生異常事件后其監(jiān)測(cè)量顯著變化。

在一實(shí)施例中，該航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支承結(jié)構(gòu)是低壓轉(zhuǎn)子的軸承的支承錐臂，所述支承錐臂包括內(nèi)層支承錐臂和外層支承錐臂，所述執(zhí)行裝置設(shè)置在所述外層支承錐臂的預(yù)定部位。

本發(fā)明由于通過可控制的執(zhí)行裝置能夠在監(jiān)測(cè)載荷達(dá)到預(yù)設(shè)門檻值后立即自動(dòng)改變支承結(jié)構(gòu)的剛度，因此有助于避免發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間承受不平衡載荷。

附圖說明

本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中：

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度的航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支承結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應(yīng)該以此作為對(duì)本發(fā)明實(shí)際要求的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。

如圖1所示，自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度的航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支承結(jié)構(gòu)包括支承結(jié)構(gòu)本體、傳感器10、信號(hào)處理裝置12以及執(zhí)行裝置17。支承結(jié)構(gòu)本體包括內(nèi)層支承錐臂7和外層支承錐臂8。信號(hào)處理裝置12用于將傳感器10的監(jiān)測(cè)信號(hào)處理后并將其傳遞給執(zhí)行裝置17。傳感器10用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡載荷，該監(jiān)測(cè)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡載荷相關(guān)聯(lián)，當(dāng)監(jiān)測(cè)量低于預(yù)設(shè)門檻值時(shí)，執(zhí)行裝置17保持支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度處于初始狀態(tài)，例如執(zhí)行裝置17可以處于不被激發(fā)的狀態(tài)。傳感器10的監(jiān)測(cè)量等于或高于預(yù)設(shè)門檻值時(shí)，執(zhí)行裝置17立即改變支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度，以減小支承結(jié)構(gòu)本體位的剛度，并且在隨后傳感器10的監(jiān)測(cè)量低于預(yù)設(shè)門檻值時(shí)，執(zhí)行裝置17增加支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度，以提高支承結(jié)構(gòu)本體的剛度。

執(zhí)行裝置17可以是設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的、可由電流大小來改變剛度的機(jī)械結(jié)構(gòu)或者是可控智能材料，或者是其他任何可以在信號(hào)控制下改變剛度的裝置。在圖1中，執(zhí)行裝置17設(shè)置在外層支承錐臂8中，作為外層支承錐臂8的一部分，用于改變外層支承錐臂8的剛度，進(jìn)而改變整個(gè)軸承支承結(jié)構(gòu)本體的剛度。

在異常事件發(fā)生后，例如在fbo事件發(fā)生后，傳感器10監(jiān)測(cè)到低壓轉(zhuǎn)子傳 遞的不平衡載荷，傳感器10的監(jiān)測(cè)量將高于預(yù)設(shè)門檻值，執(zhí)行裝置17根據(jù)傳感器10的監(jiān)測(cè)信號(hào)立即改變外層支承錐臂8的剛度，減小整個(gè)支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度。在隨后的停車階段，執(zhí)行裝置17減小支承結(jié)構(gòu)本體的預(yù)定部位的剛度，以使低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速降低至遠(yuǎn)低于工作轉(zhuǎn)速，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)在停車過程中的不平衡載荷。并且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)階段，執(zhí)行裝置17提高外層支承錐臂8的剛度，以增大低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，使其遠(yuǎn)高于風(fēng)車轉(zhuǎn)速，以減小低壓轉(zhuǎn)子的繞軌運(yùn)動(dòng)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。傳感器10的監(jiān)測(cè)量達(dá)到不平衡載荷消失后的量時(shí)，執(zhí)行裝置17使外層支承錐臂8的剛度恢復(fù)到初始狀態(tài)，即在fbo事件發(fā)生之前的狀態(tài)。

在圖1中，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型包括高、低壓雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其中的轉(zhuǎn)子支承方案為低壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子通過1#、2#和5#軸承支承，其中2#軸承6為滾珠軸承，1#軸承5和圖中沒有示出的5#軸承為滾棒軸承。在圖1所示的實(shí)施例中，調(diào)節(jié)1#軸承支承錐壁剛度以降低fbo載荷或者其它異常載荷的軸承支承結(jié)構(gòu)舉例。其中執(zhí)行裝置的選擇可以多樣化，這里用某種磁流變彈性體裝置舉例說明。磁流變彈性體的剛度性能可以由外加磁場(chǎng)來控制，且可逆性好，撤去外加磁場(chǎng)后，又恢復(fù)初始狀態(tài)。執(zhí)行裝置17包括勵(lì)磁線圈14和磁流變彈性體15，其由夾板16a、16b封裝，磁流變彈性體15作為外層支承錐臂8的一部分被設(shè)置。

圖1所示的局部結(jié)構(gòu)為沿軸向中心線1對(duì)稱的低壓轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)的部分結(jié)構(gòu)圖。在該實(shí)施例中，低壓轉(zhuǎn)子2由1#軸承5和2#軸承6共同支承，低壓轉(zhuǎn)子2包括風(fēng)扇、增壓級(jí)和低壓渦輪等。1#軸承5的支承錐壁為雙層結(jié)構(gòu)，包含內(nèi)層支承錐壁7和外層支承錐壁8。在另一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)剛度的航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承支承結(jié)構(gòu)也可用于1#軸承支承錐壁為單層結(jié)構(gòu)的情況。1#軸承5通過內(nèi)層支承錐壁7和外層支承錐壁8共同作用連接到靜子機(jī)匣4上。2#軸承6通過對(duì)應(yīng)的支承錐壁9連接到靜子機(jī)匣4上。在1#軸承5和靜子機(jī)匣4之間的外層支承錐壁8上設(shè)置有預(yù)定的執(zhí)行裝置17。傳感器10位于1#軸承的軸承座附近，用于監(jiān)測(cè)低壓轉(zhuǎn)子的狀態(tài)，并將監(jiān)測(cè)信號(hào)通過監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸線11傳遞至信號(hào)處理裝置12。信號(hào)處理裝置12通過執(zhí)行信號(hào)傳輸線13能夠根據(jù)輸入信號(hào)的大小調(diào)節(jié)輸出到勵(lì)磁線圈14中電流的大小，以改變磁流變彈性體15的剛度，從而調(diào)節(jié)外層支承錐壁8的剛度，最終改變1#軸承支承錐壁提供給低壓轉(zhuǎn)子2的支承剛度。

fbo事件發(fā)生后，當(dāng)傳感器10監(jiān)測(cè)到的信號(hào)等于或高于預(yù)定的門檻值時(shí)，信號(hào)處理裝置12會(huì)減小輸入到勵(lì)磁線圈14中的電流，降低磁流變彈性體15的剛度，使低壓轉(zhuǎn)子2在1#軸承5處的支承剛度降低，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速降低至遠(yuǎn)小于工作轉(zhuǎn)速，減小不平衡載荷。此后，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)風(fēng)車轉(zhuǎn)速時(shí)，傳感器10監(jiān)測(cè)到的信號(hào)減小，信號(hào)處理裝置12會(huì)增大輸入到勵(lì)磁線圈14中的電流，使低壓轉(zhuǎn)子2在1#軸承5處的支承剛度增大，臨界轉(zhuǎn)速增大至遠(yuǎn)高于風(fēng)車轉(zhuǎn)速，更大程度地減小發(fā)動(dòng)機(jī)所承受的不平衡載荷。綜上所述，該支承錐壁具有雙向調(diào)節(jié)支承結(jié)構(gòu)剛度的功能，能夠減小發(fā)動(dòng)機(jī)在fbo事件發(fā)生后的減速停車和風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的不平衡載荷。

信號(hào)處理裝置12調(diào)節(jié)輸入到執(zhí)行裝置17的電流，以及磁流變彈性體15根據(jù)勵(lì)磁線圈14中電流的大小改變剛度等可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再詳細(xì)說明。

在前述實(shí)施例中，傳感器10可以是應(yīng)變片、振動(dòng)傳感器或加速度傳感器。傳感器10的類型可以不限，只要能夠迅速捕捉到發(fā)動(dòng)機(jī)異常事件產(chǎn)生的信號(hào)均可。

執(zhí)行裝置17是剛度調(diào)節(jié)操作可具有多樣性，例如通過控制電流的大小來控制機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度，或是通過在預(yù)定支承部位使用可控智能材料以改變其剛度，以及其他任何可以在執(zhí)行信號(hào)下控制支承結(jié)構(gòu)剛度的裝置。

傳感器10在發(fā)動(dòng)機(jī)上的監(jiān)測(cè)位置一般設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行過程中監(jiān)測(cè)量不敏感，發(fā)生異常事件后，該監(jiān)測(cè)量顯著變大的區(qū)域。

前述實(shí)施例具有如下特點(diǎn)：

1.通過可控制的執(zhí)行裝置，能夠在監(jiān)測(cè)載荷達(dá)到預(yù)設(shè)門檻值后立即改變支承錐壁的剛度，有助于避免發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間承受不平衡載荷。

2.通過執(zhí)行裝置雙向改變支承錐壁的剛度，在停車階段降低低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，并在風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)階段提高轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，可以針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同運(yùn)行狀態(tài)更好地減小不平衡載荷。

3.不需要破壞支承結(jié)構(gòu)，當(dāng)不平衡載荷消失后可以恢復(fù)支承結(jié)構(gòu)的剛度，提高了其使用壽命。

4.通過精確調(diào)節(jié)軸承支承錐壁的剛度，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)部件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)載荷，有助于降低發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)難度。

本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。