[发明专利]风扇转子支撑系统及其风扇轴承支撑锥壁

说明书

本发明提供一种风扇轴承支撑锥壁，为空心回转薄壁件，具有大端和小端，其特征在于，从小端到大端的方向，该风扇轴承支撑锥壁的直径先渐扩，再渐缩，并再渐扩，在渐缩转渐扩的位置处形成应力集中部，应力集中部设置成应对FBO事件的熔断部。本发明还提供一种包括上述风扇轴承支撑锥壁的风扇转子支撑系统。上述风扇轴承支撑锥壁可以提供一种代替采用减薄段的这种熔断设计方案。

技术领域

本发明涉及一种风扇转子支撑系统，可以用于航空发动机，具体地，涉及一种风扇轴承支撑锥壁。

背景技术

根据适航条例例如FAR33.74、FAR33.94的要求，商用航空发动机必须保证FBO(FanBlade Off)事件的发生不会导致灾难性后果。为保证航空发动机在FBO事件发生后的安全，传统的方法是增大发动机传力路径上各部件的结构强度，如转子支撑结构、承力机匣、安装系统等，增大其应力储备裕度，以保证关键部件不会在FBO载荷下破坏。然而，这会导致发动机重量增大，不利于减重设计。

近年来，随着发动机推力的提升，风扇叶片直径越来越大，FBO事件导致的不平衡载荷也越来越大。为了在不显著增大发动机重量的情况下，保证FBO事件不引起灾难性后果，一般采用减载设计来减小发动机关键部件所承受的FBO极限载荷，保证发动机的安全。常用的减载设计也称之为熔断设计，是指通过设计可失效部件，使其在FBO载荷下发生熔断，一方面降低转子的临界转速，使转子处于超临界转速状态，降低不平衡载荷；另一方面改变FBO载荷向静子机匣的传递路径，使FBO载荷重新分布，以减小传递到关键部件的FBO载荷。

常见的熔断设计可以参见美国发明专利US6447248B1，其中，1#轴承锥壁上设置减薄段，以此作为机械性能薄弱的部件，使之在预定载荷作用下失效，改变低压转子的动力学特性和传力路径，减小传递到关键部件的载荷，从而有效保护发动机的安全。

然而上述方案中，具有如下缺陷：1#轴承支撑锥壁本身为薄壁件，其厚度一般小于5mm，工程中一般采用锻造。若采用减薄段作为熔断降载设计方案，则减薄段的厚度甚至要小于2mm。对于大涵道比商用航空发动机，这种加工精度要求非常高；而且，1#轴承支撑锥壁半径大、厚度薄，对锻造后的支撑锥壁进行二次机械加工，形成减薄段，很容易造成锥壁变形，最终成形的带减薄段的1#轴承支撑锥壁，其圆度和加工误差等很难满足设计精度要求。

本发明希望提出一种熔断设计方案，可以取代上述采用减薄段的熔断设计。

发明内容

本发明的一目的是提供一种熔断设计方案，可以代替采用减薄段的这种熔断设计方案。

本发明提供一种风扇轴承支撑锥壁，为空心回转薄壁件，具有大端和小端，其中，从所述小端到所述大端的方向，该风扇轴承支撑锥壁的直径先渐扩，再渐缩，并再渐扩，在渐缩转渐扩的位置处形成应力集中部，所述应力集中部设置成应对FBO事件的熔断部。

在一个实施方式中，所述风扇轴承支撑锥壁分成前段和后段，该前段和该后段的纵向截面分别为拱形，在所述前段和所述后段的相交处形成所述应力集中部。

在一个实施方式中，所述应力集中部的直径大于所述小端的直径。

在一个实施方式中，所述应力集中部的直径小于所述大端的直径。

在一个实施方式中，所述风扇轴承支撑锥壁的壁厚均匀设置。

在一个实施方式中，所述风扇轴承支撑锥壁在所述小端的安装边处或者所述大端的安装边处壁厚相对其它部位增加。

在一个实施方式中，所述风扇轴承支撑锥壁通过成型工艺一次成型。

在一个实施方式中，所述前段的轴向长度小于所述后段的轴向长度。