航空发动机的风扇转子支撑系统及可失效轴承支撑装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种航空发动机的可失效轴承支撑装置，在发生FBO事件时，刚度可变且局部可失效，以降低风扇叶片脱落时传递到承力结构的载荷。本发明专利技术的另一目的在于提供一种航空发动机的风扇转子支撑系统，其包括前述支撑装置。为实现前述目的的航空发动机的可失效轴承支撑装置包括环形壁体，环形壁体包括第一锥壁、波形结构以及第二锥壁；其中波形结构具有波峰部、波谷部以及在波峰部和波谷部之间延伸的坡，该波形结构的刚性低于第一锥壁和第二锥壁，并在FBO事件发生时可容许有变形；在相邻的坡之间设置有加强筋，加强筋设置有薄弱环节，在FBO事件发生时可失效断裂。

【技术实现步骤摘要】
航空发动机的风扇转子支撑系统及可失效轴承支撑装置
本专利技术涉及航空发动机的风扇转子支撑系统及可失效轴承支撑装置。
技术介绍
大涵道比航空发动机的风扇叶片在长期运转或外物损伤时，有发生风扇叶片脱落的危险，风扇叶片脱落(FBO)所产生的不平衡载荷是发动机所有转子叶片脱落中载荷最大，也是最危险的，为保证飞机飞行安全，航空发动机适航标准CCAR33.94条款-“叶片包容和转子不平衡试验”要求FBO时，安装节所受到的FBO载荷不致使发动机从安装节脱落，为达到这一目的，现代新型发动机均采用不同形式的降载结构设计(LoadReduceDesign)，其主要原理是在FBO发生时，使得某一支点的传力路径失效，从而改变发动机承力结构的载荷传递路径，同时改变转子系统的临界转速，以达到降载目的。成熟的航空发动机厂家，如GE、P&W、SNECMA等申请了大量的降载结构设计的专利，并在发动机中得到了应用。GE的CF34-10在靠近风扇轴的轴承支承锥壁与中介机匣的连接螺栓，采用了颈缩螺栓的设计，FBO时颈缩螺栓失效(专利号：US6240719，GE，2001)，这种方式下轴承支承锥壁结构上分离并完全失去承载能力，螺栓断裂后会形成多余物，且轴承支承锥壁成为活动部件，可能发动机内部其他部件发生碰撞；GE90-115B有主、次两处失效保护结构，在1号轴承支承锥壁上设计有减薄段(专利号：US6447248，GE，2002)，FBO时减薄段首先失效，且2支点位置处转子上设计球铰、销钉结构，1号支承锥壁失效后，二支点销钉失效、释放风扇轴角向自由度(专利号：US6783319，GE，2004)，这种失效保护形式同样会使得1号锥壁完全失去承载能力，且锥壁前端成为活动部件，有碰撞风险。GE公司的上述专利设计具有较好的降载效果，并GE的一系列机型上得到了实际应用。联合技术(UTC)在专利US6428269B1(2002)中，将1号支承锥壁分为两段，两段之间用颈缩螺栓连接，通过螺栓剪断来使得1号轴承支承锥壁支承失效，这种方案也能起到很好的降载效果，但锥壁完全失去承载能力，且同样会产生多余物和活动部件。SNECMA在US5974782(1999)中提出一种双层锥壁的1号轴承支承结构，正常工作时，其中一层承载，突遇大的不平衡的时候，两层锥壁间的连接结构失效，变成另一层锥壁承载，这种结构的在局部失效后仍然具有承载能力，但要额外增加一层锥壁结构。R&R公司在专利US6109022提出一种复杂的可失效支承结构，基本理念是风扇支点轴承支承有两条传力路径，其中一条在路径在大不平衡载荷下，连接处相对滑移，允许1支点有较大的径向位移。这种形式在结构上过于复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种航空发动机的可失效轴承支撑装置，在发生FBO事件时，刚度可变且局部可失效，以降低风扇叶片脱落时传递到承力结构的载荷。本专利技术的另一目的在于提供一种航空发动机的风扇转子支撑系统，其包括前述支撑装置。为实现前述目的的航空发动机的可失效轴承支撑装置，用于将风扇转子的前轴承连接到机匣以进行支撑，包括支撑壁，所述支撑壁为环形结构，具有直径较大的大端和直径较小的小端以及在所述大端和所述小端之间的环形壁体，所述小端用于连接前轴承，所述大端用于连接机匣；所述环形壁体包括第一锥壁、波形结构以及第二锥壁；所述波形结构为回转体结构，连接在所述第一锥壁和所述第二锥壁之间，所述波形结构具有波峰部、波谷部以及在所述波峰部和所述波谷部之间延伸的坡，该波形结构的刚性低于所述第一锥壁和所述第二锥壁，并在FBO事件发生时可容许有变形；在相邻的所述坡之间设置有加强筋，所述加强筋也为回转体结构，所述加强筋设置有薄弱环节，在FBO事件发生时可失效断裂。在一个或多个实施方式中，所述波形结构是变壁厚的，在所述波形结构中，在成角形的过渡部位的厚度要大于平直部位的厚度。在一个或多个实施方式中，所述加强筋的薄弱部位与所述波形结构之间预留有间隙。在一个或多个实施方式中，所述加强筋在所述第一锥壁限定的锥形面的向所述大端方向延展的延展方向上。在一个或多个实施方式中，所述波形结构具有可变高度以及可变波数，所述可变高度与所述可变波数根据该波形结构的设计的最大变形量来确定。在一个或多个实施方式中，所述波形结构的所述波峰部、波谷部分别为锥壁。在一个或多个实施方式中，所述波形结构的所述波峰部、波谷部分别为平行于所述第一锥壁或所述第二锥壁的锥壁。在一个或多个实施方式中，所述坡垂直于所述锥壁。在一个或多个实施方式中，所述波形结构的波谷部和波峰部在所述第一锥壁限定的锥形面的向所述大端方向延展的延展方向的内外侧分别延展。在一个或多个实施方式中，所述波形结构的纵截面为余弦函数或正弦函数的波形。为实现前述另一目的的风扇转子支撑系统，包括前轴承、后轴承，所述前轴承与所述轴承分别通过支撑装置连接到机匣上，其中，前轴承的支撑装置为如前所述的可失效轴承支撑装置。本专利技术的增益效果在于：通过在可失效轴承支撑装置中设置波形结构以及带薄弱环节的加强筋结构，使得在加强筋断裂实效后，波形结构刚度可变且仍能够保留一定的支撑能力。在能够降低风扇叶片脱落时传递到承力结构的载荷的同时，保证第一锥壁和第二锥壁的结构完整，避免了因可失效轴承支撑装置对发动机内部构件造成的二次破坏。同时，本可失效轴承支撑装置在加强筋断裂实效后仍能保证轴承腔的封闭，避免异物进入轴承腔。附图说明本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：图1示出了航空发动机风扇轴及其可失效轴承支撑装置的结构示意图；图2为图1中环形壁体一个实施方式的示意图；图3示出了环形壁体另一实施方式的示意图；图4示出了发动机风扇转子-机匣结构一个实施方式的示意图。具体实施方式下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本专利技术的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.航空发动机的可失效轴承支撑装置，用于将风扇转子的前轴承连接到机匣以进行支撑，包括支撑壁，所述支撑壁为环形结构，具有直径较大的大端和直径较小的小端以及在所述大端和所述小端之间的环形壁体，所述小端用于连接前轴承，所述大端用于连接机匣；/n其特征在于，/n所述环形壁体包括第一锥壁、波形结构以及第二锥壁；/n所述波形结构为回转体结构，连接在所述第一锥壁和所述第二锥壁之间，所述波形结构具有波峰部、波谷部以及在所述波峰部和所述波谷部之间延伸的坡，该波形结构的刚性低于所述第一锥壁和所述第二锥壁，并在FBO事件发生时可容许有变形；/n在相邻的所述坡之间设置有加强筋，所述加强筋也为回转体结构，所述加强筋设置有薄弱环节，在FBO事件发生时可失效断裂。/n

【技术特征摘要】
1.航空发动机的可失效轴承支撑装置，用于将风扇转子的前轴承连接到机匣以进行支撑，包括支撑壁，所述支撑壁为环形结构，具有直径较大的大端和直径较小的小端以及在所述大端和所述小端之间的环形壁体，所述小端用于连接前轴承，所述大端用于连接机匣；
其特征在于，
所述环形壁体包括第一锥壁、波形结构以及第二锥壁；
所述波形结构为回转体结构，连接在所述第一锥壁和所述第二锥壁之间，所述波形结构具有波峰部、波谷部以及在所述波峰部和所述波谷部之间延伸的坡，该波形结构的刚性低于所述第一锥壁和所述第二锥壁，并在FBO事件发生时可容许有变形；
在相邻的所述坡之间设置有加强筋，所述加强筋也为回转体结构，所述加强筋设置有薄弱环节，在FBO事件发生时可失效断裂。


2.如权利要求1所述的可失效轴承支撑装置，其特征在于，所述波形结构是变壁厚的，在所述波形结构中，在成角形的过渡部位的厚度要大于平直部位的厚度。


3.如权利要求1所述的可失效轴承支撑装置，其特征在于，所述加强筋的薄弱部位与所述波形结构之间预留有间隙。


4.如权利要求1所述的可失效轴承支撑装置，其特征在于，所述加强筋在所述第一锥壁限定的锥形面的向所述大端方向延展的延展方向上。

【专利技术属性】
技术研发人员：万召，耿景艳，马会防，曹冲，虞磊，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31