[实用新型]可熔断的航空发动机轴承支承锥壁

说明书

技术领域

本实用新型涉及涡扇发动机，尤其涉及涡扇发动机的低压转子的支承结构。

背景技术

典型涡扇发动机的低压转子一般包括风扇、增压级、低压涡轮和转轴等，其中低压转子由多个轴承支承，将涡轮产生的力和力矩传递到增压级和风扇。正常情况下，风扇、增压级和低压涡轮等各部件的重心所在直线与转轴重合。为保证临界转速的裕度，低压转子系统一般由三个轴承支承，其中1#轴承和2#轴承位于风扇转子附近，称为风扇轴承。风扇轴承通过支承结构将风扇转子连接到静子件中介机匣上，因此正常工作时，风扇轴承及其支承结构是风扇与中介机匣等固定结构间的传力部件。

航空发动机运行过程中，风扇叶片由于外物吸入或疲劳等因素导致风扇叶片断裂或脱落，即FBO(Fan Blade Off)事件。FBO事件发生后，风扇的重心会偏离低压转子的中心线。然而，由于轴承的限制，风扇仍绕低压转子的中心线转动。风扇绕偏离其重心的轴转动会激励低压转子系统产生一个或多个振荡模态，从而产生不平衡载荷。对于当前商用飞机上常用的大涵道比涡扇发动机，其风扇叶片半径长、质量大，FBO事件会导致风扇的重心线与发动机的中心线不对中，引起巨大的不平衡载荷。由于轴承沿径向约束风扇轴，故FBO不平衡载荷主要通过轴承及其支承结构传递到中介机匣上，并进一步传递到安装节甚至飞机上。

航空发动机风扇叶片脱落(FBO)严重威胁飞机和乘客安全，航空发动机适航规定对此进行了相应规定以保证安全性。为了满足适航要求，保证航空发动机的安全性，有以下两种设计方法被采用。

一种是传统做法，通过增大发动机传力路径上各部件的结构强度，如转子支承结构、承力机匣、安装系统等，使其具有较高的应力裕度储备，以应对FBO载荷。然而，这会导致发动机重量增加，降低经济性，不利于提高发动机的工作效率。

另一种是采用熔断设计，在距离风扇最近的1#轴承上设置可失效部件。所谓可失效部件是指机械性能薄弱的结构,能够在预定载荷(门槛值)作用下失效。FBO事件发生后，1#轴承支承锥壁上熔断部件失效，低压转子的临界转速下降，远小于工作转速，使低压转子处于超临界状态，绕轨运动半径减小，从而减小输入不平衡载荷；另一方面，熔断部件失效改变了FBO载荷向静子机匣传递的路径，使FBO载荷重新分布，有效保护发动机的安全。

然而，现有熔断设计使1#轴承支承结构在FBO事件发生后完全断裂，导致低压转子完全丧失了在1#轴承处的支承和约束。风扇转子完全失去在1#轴承支承处的约束，会增大风扇转子的摆动半径，容易使风扇轴在2#轴承处发生应力集中，为了缓解应力集中，需要在此处设计其它的机构，且对于钛合金风扇叶片，叶片过度与机匣碰摩可能引发火灾。因此，需要一种在FBO事件发生后，既能降低1#轴承的支承刚度，降低低压转子的临界转速，减少从风扇转子传递到中介机匣的不平衡载荷，又能提供一定约束，减小2#轴承处的应力集中现象的熔断设计方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可熔断的航空发动机轴承支承锥壁。

根据本实用新型的可熔断的航空发动机轴承支承锥壁，包括可熔断的锥壁壁体，所述锥壁壁体包括可熔断的外层锥壁、可熔断的内层锥壁以及不熔断的中间层锥壁，所述中间层锥壁由弹性结构以及阻尼填充层构成。

在一实施例中，所述外层锥壁包括多个小孔，所述小孔用于向所述外层锥壁和所述内层锥壁之间的腔体注入所述阻尼填充层。

在一实施例中，所述外层锥壁和/或所述内层锥壁为弹性结构。

在一实施例中，所述弹性结构包括弯曲的形状。

在一实施例中，所述中间层锥壁的所述弹性结构为折返或波浪形状。

在一实施例中，所述弹性结构包括孔。

在一实施例中，所述内层锥壁具有正常工况时的封严功能。

在一实施例中，所述锥壁壁体通过3D打印或者扩散连接焊生成于航空发动机轴承支承锥壁上。

根据本实用新型的航空发动机轴承支承锥壁，可以具有如下效果：

1.弹性结构及阻尼填充层能够吸收部分能量，正常工作时减少发动机振动。

2.支承锥壁上的熔断部件可熔断的外、内层锥壁失效，吸收部分FBO冲击能量，降低载荷峰值。降低了发动机部件系统的设计难度，有助于发动机减重设计。

3.支承锥壁上的熔断部件可熔断的外内层锥壁失效，改变传递路径，减少从风扇转子传递到中介机匣的不平衡载荷，有效阻止了中介机匣直接受极大的不平衡载荷的作用，保护中介机匣。

4.降低FBO后的不平衡量。