一种反向安装核心机的齿轮传动涡扇发动机制造技术

本发明专利技术涉及一种飞机发动机一体化设计方案，尤其涉及一种反向安装核心机的齿轮传动涡扇发动机。现有的飞机布局均由采用了BLI技术的涡扇发动机提供动力。但这种布局对发动机提出了更高要求。高涵道比要求发动机有尺寸更小和效率更高的核心机，尺寸巨大的风扇与小尺寸核心机不成比例，使高低压转子系统匹配及噪声控制变得比较困难。为此提出了将风扇转子系统和核心机分开、核心机反向安装、并利用齿轮驱动风扇的结构布局形式。该方案具有气动效率高、结构简单轻便、振动水平低、维修性好等优点，可以较好满足未来先进客机/运输机的适航性要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种飞机发动机一体化设计方案，尤其涉及一种反向安装核心机的齿轮传动涡扇发动机。
技术介绍
高涵道比涡扇发动机已被广泛用做大型客机、运输机的动力系统，其结构布局对飞机系统的整机性能、适航、安装维护及运营成本有重要影响。为了应对未来先进客机的大推力、高推进效率等需求，有效途径之一是在提高涡扇发动机涵道比的同时，降低进入发动机的气流速度。通过增大风扇尺寸，减少核心机尺寸可以增大发动机涵道比；利用边界层吸入(BLI)技术，即通过吸入流过飞机表面的低速边界层气流，以降低发动机来流速度，从而提高整机推进效率。其中，前者已经成为提高高涵道比涡扇发动机推力的重要手段，而后者尚处于原理和技术验证阶段，仅在国外有相关研究报道。麻省理工学院(MIT)在美国航空航天局(NASA)的亚声速固定翼(SubsonicFixedWing——SFC)计划中提出了基于传统布局的D8“双气泡”系列飞机和基于飞翼布局的H系列飞机，如图1和2所示。两种方案均采用先进结构材料制造，同时采用主动降载、起落架整流、结构减重、健康和飞行监视等先进技术，使整机油耗、氮氧化物排放、噪声水平都有较大幅度的降低，并可在1500m长跑道起降。波音公司联合NASA开展了基于翼身融合(BlendedWingBody——BWB)布局的X-48C飞机方案的研究工作，如图2所示。该机由波音X48B发展而来，是美国下一代重型军用运输机/加油机的8.5％等比缩小无人验证机。与传统飞机相比，BWB布局拥有更低的油耗，航程更远，噪音更低。该机已于2012年8月首飞，首飞高度达5500英尺。以上提到的飞机布局均由采用了BLI技术的涡扇发动机提供动力。发动机并排布置在扁平化机体宽大尾部的上方，可以为机体提供一个干净的高展弦比机翼以降低阻力；同时还能使发动机利用流过机体表面的低速附面层提高推进效率。但这种布局对发动机提出了更高要求。例如，发动机的风扇必须有足够的抗进气畸变能力以应对低速的边界层气流，而高涵道比要求发动机有尺寸更小和效率更高的核心机，尺寸巨大的风扇与小尺寸核心机不成比例，使高低压转子系统匹配及噪声控制变得比较困难。为此提出了将风扇转子系统和核心机分开、核心机反向安装、并利用齿轮驱动风扇的结构布局形式。该方案具有气动效率高、结构简单轻便、振动水平低、维修性好等优点，可以较好满足未来先进客机/运输机的适航性要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于未来先进客机/运输机的飞机发动机一体化布局方案。本专利技术的一种反向安装核心机的齿轮传动涡扇发动机，具有高涵道比并布置在机身后方，包括风扇、静子承力框架、引气涵道、核心机、动力涡轮、燃气排放口、齿轮传动装置、尾椎及外机匣；发动机采用埋入机体或贴近机体表面的方式，核心机从后向前布置于发动机尾椎内，利用核心机机匣与低压部分相连接，引气涵道从风扇静子承力框架后缘伸出，经过方转圆后与核心机入口相连；动力涡轮通过齿轮传动装置驱动风扇对气流增压，部分空气通过外侧的引起涵道到达核心机入口，再从反方向进入核心机做功；引气涵道、核心机外均有承力点负责将载荷传递到主发动机外机匣上。由风扇和动力涡轮构成的低压系统与由核心机构成的高压系统分离，彼此间无高低压匹配。风扇利用低速边界层气流采用BLI设计技术，部分空气通过引气涵道进入核心机，经核心机做功后推动动力涡轮驱动风扇，燃气从位于静子承力框架下的燃气排放口排出后与经过风扇后的主流掺混。本专利技术的有益效果是：1)采用了利用BLI技术、将高低压转子系统分离、核心机反向安装、齿轮驱动风扇的推进系统，并将发动机埋入或布置在机体表面的飞机/发动机一体化布局方案。这种一体化布局在已有专利文献中未见提及。2)发动机埋入或布置在机体表面的布置方式可以利用宽大的高展弦比机翼降低阻力。3)采用BLI技术可以利用流过机体表面的低速边界层气流提高整机推进效率。4)高低压转子系统分离，降低了二者间的耦合振动水平，核心机也可以很方便的卸下进行维修。5)核心机反向安装可以满足飞机的适航性要求。6)齿轮驱动风扇可以将风扇置于较低的转速下，提高风扇效率；动力涡轮、齿轮传动装置和风扇通过一个相当短的轴连接，提高了整机刚性，降低了低压轴的径向挠曲，从而提高了风扇效率。7)整个布局方案结构简单，降低了整机重量。较传统布局改动较少，技术可行性高。与目前传统飞/发布局相比，本方案更为满足未来客机/运输机的适航性要求。具有推进效率高、结构方案简单、整机重量轻、耗油率低、维修性好、噪声及污染物排放水平低等优势。附图说明图1MIT的D系列飞机；图2MIT的H系列飞机；图3推进系统在机体上的布置方式示意图；图4发动机局部放大图。1、风扇，2、静子承力框架，3、引气涵道，4、核心机，5、动力涡轮，6、燃气排放口，7、齿轮传动装置，8、尾椎，9、外机匣。具体实施方式参见附图，图3为推进系统在机体上的布置方式示意图。高涵道比涡扇发动机布置在宽大扁平的机身后方，进气道采用埋入机体或贴近机体表面的方式布置。发动机可以利用高展弦比机翼降低阻力，流经机体表面的低速边界层气流可以帮助发动机提高推进效率，也有助于降低整机噪声水平。图4为发动机内部结构布局及进排气方案示意图。空气通过风扇1进入发动机，经风扇增压后，大部分气流产生推力、形成主流，一小部分气流通过外侧的引起涵道3到达核心机4的后面，再从相反方向进入。引气涵道3由静子承力框架2的后缘的一个扇区引出，与核心机4入口之间经过方转圆管道相连接。气流经过布置于尾椎8内的核心机4做功后形成高温燃气驱动动力(低压)涡轮5后从燃气排放口6排出。动力涡轮5通过齿轮传动系统7驱动风扇1对空气增压。引气涵道3、核心机4通过外部承力点将载荷传递到外机匣9上，静子承力框架2负责将低压转子系统载荷传递到外机匣9上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反向安装核心机的齿轮传动涡扇发动机，其特征在于：具有高涵道比并布置在机身后方，包括风扇(1)、静子承力框架(2)、引气涵道(3)、核心机(4)、动力涡轮(5)、燃气排放口(6)、齿轮传动装置(7)、尾椎(8)及外机匣(9)；发动机采用埋入机体或贴近机体表面的方式，核心机(4)从后向前布置于发动机尾椎(8)内，利用核心机的内机匣与低压部分相连接，引气涵道(3)从风扇静子承力框架(2)后缘伸出，经过方转圆后与核心机(4)入口相连；动力涡轮(5)通过齿轮传动装置(7)驱动风扇(1)对气流增压，部分空气通过外侧的引起涵道(3)到达核心机(4)入口，再从反方向进入核心机(4)做功；引气涵道(3)、核心机(4)外均有承力点负责将载荷传递到主发动机外机匣(9)上。

【技术特征摘要】
1.一种反向安装核心机的齿轮传动涡扇发动机，其特征在于：具有高涵道比并布置在机身后方，包括风扇(1)、静子承力框架(2)、引气涵道(3)、核心机(4)、动力涡轮(5)、燃气排放口(6)、齿轮传动装置(7)、尾椎(8)及外机匣(9)；发动机采用埋入机体或贴近机体表面的方式，核心机(4)从后向前布置于发动机尾椎(8)内，利用核心机的内机匣与低压部分相连接，引气涵道(3)从风扇静子承力框架(2)后缘伸出，经过方转圆后与核心机(4)入口相连；动力涡轮(5)通过齿轮传动装置(7)驱动风扇(1)对气流增压，部分空气通过外侧的引起涵道(3)到达核心机(4)入口，再从反方向进入核心机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家瑞，朱大明，
申请(专利权)人：中航空天发动机研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11