【技术实现步骤摘要】
超高速微型转子的支承结构和支承结构设计方法
[0001]本专利技术属于微型涡轮发动机
,具体涉及一种超高速微型转子的支承结构和支承结构设计方法。
技术介绍
[0002]超高速微型转子是超微型涡轮喷气发动机的核心部件,体积远小于传统航空发动机的转子结构,转速又是传统小型航空发动机的20倍以上,高达50万rad/min~100万rad/min,切线速度约500m/s。但是,由于超高速微型转子的结构尺寸更小、质量更轻、几何空间非常狭小,转子外径≯20mm、轴长≯10mm,这势必对超高速微型转子的安全性、稳定性和可靠性提出更加严峻的挑战。
[0003]超高速微型转子系统的支承结构是决定其能否安全可靠工作的关键因素,也是超微型涡轮喷气发动机设计的瓶颈技术之一。传统小型航空发动机转子采用滚子或滚柱轴承与支承机匣连接,发动机工作时,转子的不平衡力通过轴承座传递给机匣。为了降低发动机振动,提高发动机寿命,均采用柔性设计方法,通过引入弹性支承结构、特定功能阻尼器、优化接触方式、改进支承元件结构形式等措施,改变整体支承结构的刚度,以调整转子的临界转速和共振裕度,增大系统阻尼和减少系统振幅,达到满足转子工作稳定性的要求。但是,对于超微型转子系统,受空间几何尺寸的限制,微型转子系统对其质量等效分布、等效转动惯性、阻尼效果及刚度影响较为敏感,通常采用气体轴承支承,但由于气体轴承阻尼小,承载力低,转子会出现典型的低频涡动及振荡等非线性动力学缺陷问题,直接破坏超高速转子的工作稳定性,故传统小型航空发动机转子的支承结构和单独的气体轴承 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.超高速微型转子的支承结构,其特征在于,所述的支承结构的主体是圆筒形的机匣壳体(5),在机匣壳体(5)的内腔,上、下壁面分别固定筒形浮动瓦片式主支承(2),侧壁面固定弓形气膜辅助支承(3);超高速转子(1)的上端装卡在上壁面的筒形浮动瓦片式主支承(2)上,超高速转子(1)的下端装卡在下壁面的筒形浮动瓦片式主支承(2)上;超高速转子(1)的中段位于弓形气膜辅助支承(3)的中心空腔内;机匣壳体(5)、筒形浮动瓦片式主支承(2)、弓形气膜辅助支承(3)和超高速转子(1)同中心轴线,超高速转子(1)绕中心轴线旋转;超高速转子(1)与机匣壳体(5)和筒形浮动瓦片式主支承(2)的接触面上设置有固定滑动体,对应的机匣壳体(5)和筒形浮动瓦片式主支承(2)的接触面上覆盖润滑介质层(4);润滑介质层(4)为石墨烯复合层;超高速转子(1)绕中心轴线旋转时,固定滑动体和润滑介质层(4)构成了超高速转子(1)的柔性阻尼减振器,将超高速转子(1)的不平衡力通过筒形浮动瓦片式主支承(2)传递给机匣壳体(5)。2.根据权利要求1所述的超高速微型转子的支承结构,其特征在于,所述的超高速转子(1)从上至下依次为进气轴劲(1a)、中间体(1b)和排气轴劲(1c);进气轴劲(1a)的上段为圆锥体、下段为圆柱体Ⅰ,圆锥体上设置若干个斜锥型离心叶片(1a
‑
3),圆锥体的顶端设置一个前轴向限位球(1a
‑
1),圆柱体Ⅰ的侧壁沿径向设置若干个前滑动球体(1a
‑
2);中间体(1b)包括上、下两个平行的旋转盘,上方的旋转盘直径小于下方的旋转盘直径;上方的旋转盘的上表面设置若干个带空间曲面叶型的压缩叶片(1b
‑
1),下方的旋转盘的下表面设置若干个带空间曲面叶型的膨胀叶片(1b
‑
2);下方的旋转盘的下表面,靠近排气轴劲(1c)的圆周上设置有若干个后轴向限位球(1c
‑
2);排气轴劲(1c)为圆柱体Ⅱ,圆柱体Ⅱ的侧壁沿径向设置若干个后滑动Ⅱ球体(1c
‑
1);前轴向限位球(1a
‑
1)、前滑动球体(1a
‑
2)、后滑动球体(1c
‑
1)和后轴向限位球(1c
‑
2)构成固定滑动体;超高速转子(1)绕中心轴线旋转时,斜锥型离心叶片(1a
‑
3)吸气带走前滑动球体(1a
‑
2)因接触摩擦产生的热量,实现冷却和热防护的作用;压缩叶片(1b
‑
1)和膨胀叶片(1b
‑
2)承担超高速转子(1)的做功任务。3.根据权利要求2所述的超高速微型转子的支承结构,其特征在于,所述的机匣壳体(5)的上壁板设置有进气机匣座(5a),进气机匣座(5a)上固定圆筒形的筒形浮动瓦片式主支承(2)的进气主支承(2a);机匣壳体(5)的下壁板设置有排气机匣座(5b),排气机匣座(5b)上固定与进气主支承(2a)对应的、圆筒形的筒形浮动瓦片式主支承(2)的排气主支承(2b);进气轴劲(1a)插入进气主支承(2a)形成一对球形运动副,排气轴劲(1c)插入排气主支承(2b)形成另一对球形运动副。4.根据权利要求3所述的超高速微型转子的支承结构,其特征在于,所述的弓形气膜辅助支承(3)分为三层;上层的表面设置有沿周向分布的若干个分流槽(3a),分流槽(3a)与位于上层内部周向设置的若干个独立的第一级集气腔(3b)一一连通,第一级集气腔(3b)为扇形空腔;中层内部沿周向设置有若干个独立的第二级集气腔(3d),第二级集气腔(3d)为圆柱形空腔;在第一级集气腔(3b...
【专利技术属性】
技术研发人员:李世峰,范周琴,叶文明,张建强,
申请(专利权)人:中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所,
类型:发明
国别省市:
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