可失效转子支承结构及航空发动机制造技术

本发明专利技术涉及一种可失效转子支承结构及航空发动机，其中，可失效转子支承结构包括沿发动机转子(4)轴向设置的共同为转子(4)提供支承的支承壁(1)和部分熔断结构(2)，部分熔断结构(2)包括连接壁和弹性元件(23)，连接壁能够在发动机正常工作时对转子(4)提供支承，并在受到超过预设阈值的作用力时失效，转换为通过弹性元件(23)对转子(4)提供支承。本发明专利技术的可失效转子支承结构，在发动机受到超过预设阈值的作用力使连接壁失效后，弹性元件仍能对转子提供一定程度的支承，以减少低压转子的不平衡载荷和振动幅值，而且还能通过产生弹性和塑性变形进一步吸收能量，以尽量减小不平衡载荷和冲击载荷向后续轴承和中介机匣传递。

【技术实现步骤摘要】
可失效转子支承结构及航空发动机
本专利技术涉及航空发动机
，尤其涉及一种可失效转子支承结构及航空发动机。
技术介绍
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，参考图1，第一轴承组件3和第二轴承组件5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6上，因此正常工作时，风扇轴承及其支撑结构是风扇与中介机匣6等固定结构间的传力部件。在飞机飞行过程中，航空发动机可能会受到飞鸟等外物撞击，导致一片或更多的风扇叶片断裂或脱落，即FBO(FanBladeOut)，该叶片失效必须出现在盘上最外层的固定榫槽处，机匣能完全予以包容。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。对于目前飞机上常用的大涵道比涡扇发动机，其风扇叶片9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6上，并进一步传递到安装节甚至飞机其它结构上。由于FBO事件本身很难避免，因而要求航空发动机各关键零部件设计能够承受叶片脱落引起的转子不平衡载荷以及极限冲击载荷。传统的设计方法是通过提高传力路径上相关零部件的结构强度，使其能够承受FBO不平衡载荷，以满足安全性要求。然而，这种方法会导致航空发动机的质量和成本增加，燃油消耗率升高，工作效率降低。另一种应对FBO事件的有效方法是进行结构失效/熔断设计(FuseDesign)。结构失效/熔断设计的概念为：通过有目的地将发动机中某些部件设计为牺牲单元，一方面减少FBO事件产生的不平衡能量，另一方面改变传力路径，使FBO载荷重新分布，减少传递到关键部件的不平衡载荷，保护航空发动机的安全。由于FBO事件产生的不平衡载荷主要由风扇轴承、轴承支承结构和中介机匣6等承载。现有技术中常用的失效/熔断设计方法是对传力路径上的支承结构进行失效设计，例如在支承锥壁上设置厚度减薄结构，或在支承锥壁连接的位置设置可失效螺栓等，使其具有较小的强度安全系数，在FBO不平衡载荷下失效，能够减小中介机匣6、安装节和低压轴42等关键零部件所承受的FBO不平衡载荷，保证发动机的安全。但是在转子支承结构失效后，由于轴承的外环失去可靠的支承，可能导致转子4瞬时产生较大的振动幅值，从而造成转子4发生严重变形或与静子发生碰磨，对发动机的工作带来一定的危险性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种可失效转子支承结构及航空发动机，能够在航空发动机受到超过预设阈值的作用力发生失效后仍能对转子起到支承作用。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种可失效转子支承结构，包括沿发动机转子轴向设置的共同为所述转子提供支承的支承壁和部分熔断结构，所述部分熔断结构包括连接壁和弹性元件，所述连接壁能够在所述发动机正常工作时对所述转子提供支承，并在受到超过预设阈值的作用力时失效，转换为通过所述弹性元件对所述转子提供支承。进一步地，所述连接壁的断裂强度小于所述弹性元件的断裂强度和所述支承壁的断裂强度，能够在受到超过预设阈值的作用力时发生断裂。进一步地，所述连接壁和所述支承壁采用同种材料，且所述连接壁的厚度小于所述支承壁。进一步地，所述连接壁包括至少一层环形壁，所述弹性元件设在所述环形壁沿所述转子径向的至少一侧或相邻的两个所述环形壁之间。进一步地，所述连接壁包括沿所述转子的径向间隔设置的两层所述环形壁，所述弹性元件设在两层所述环形壁之间。进一步地，两层所述环形壁的厚度之和小于所述支承壁。进一步地，所述弹性元件为弹簧，所述弹簧整体环绕所述连接壁的周向设置。进一步地，所述弹性元件设有多个，多个所述弹性元件沿所述连接壁的周向间隔设置。进一步地，所述支承壁和所述部分熔断结构整体通过3D打印的方式加工形成。为实现上述目的，本专利技术第二方面提供了一种航空发动机，包括上述实施例所述的可失效转子支承结构。基于上述技术方案，本专利技术的可失效转子支承结构，设置部分熔断结构与支承壁一起通过轴承为转子提供支承，部分熔断结构包括连接壁和弹性元件，当发动机受到超过预设阈值的作用力使连接壁失效后，弹性元件仍能对转子提供一定程度的支承，使转子在受到冲击后再向发动机的中心线回归，以减少转子受到的不平衡载荷和振动幅值，尽量避免转子发生严重变形后与静子发生碰磨，而且弹性元件还能通过产生弹性和塑性变形进一步吸收能量，以尽量减小不平衡载荷和冲击载荷向后续的轴承和中介机匣传递，从而使发动机在短时期内满足性能和安全性要求。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的可失效转子支承结构设置在发动机上的结构示意图；图2为本专利技术可失效转子支承结构的一个实施例的局部剖面结构示意图；图3为本专利技术可失效转子支承结构的一个实施例的示意图。附图标记说明1－支承壁；2－部分熔断结构；3－第一轴承组件；4－转子；41－风扇轴；42－低压轴；5－第二轴承组件；6－中介机匣；7－低压压气机叶片；8－风扇机匣；9－风扇叶片；10－进气锥；21－外壁；22－内壁；23－弹性元件。具体实施方式以下详细说明本专利技术。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。本专利技术中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“周向”、“轴向”和“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。如图1所示的航空发动机包括：风扇轴41、低压轴42、风扇叶片9、进气锥10和风扇机匣8，风扇叶片9安装在进气锥10的外周且整体处于风扇机匣8的内部，风扇轴41用于带动风扇叶片9转动，低压轴42用于带动低压压气机叶片7转动，低压压气机叶片7设在中介机匣6内。风扇轴41和低压轴42同轴连接以共同构成转子4的一部分，转子4分别通过第一轴承组件3和第二轴承组件5进行支承，第一轴承组件3的外环主要通过支承壁1进行支承。图1中的箭头A示意性地给出了发动机的进气方向。在支承壁1上设计有薄弱环节，在FBO情况下使支承壁1断开，虽然能够减小FBO载荷向后传递，但是支承壁1断开后轴承失去完整的支承，无法保证转子4与发动机轴线的对中性，从而影响发动机的安全。另外，发动机除了在FBO情况会受到不平衡载荷，也可能由于其它结构被破坏或受到外部冲击等因素而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可失效转子支承结构，其特征在于，包括沿发动机转子(4)轴向设置的共同为所述转子(4)提供支承的支承壁(1)和部分熔断结构(2)，所述部分熔断结构(2)包括连接壁和弹性元件(23)，所述连接壁能够在所述发动机正常工作时对所述转子(4)提供支承，并在受到超过预设阈值的作用力时失效，转换为通过所述弹性元件(23)对所述转子(4)提供支承。

【技术特征摘要】
1.一种可失效转子支承结构，其特征在于，包括沿发动机转子(4)轴向设置的共同为所述转子(4)提供支承的支承壁(1)和部分熔断结构(2)，所述部分熔断结构(2)包括连接壁和弹性元件(23)，所述连接壁能够在所述发动机正常工作时对所述转子(4)提供支承，并在受到超过预设阈值的作用力时失效，转换为通过所述弹性元件(23)对所述转子(4)提供支承。2.根据权利要求1所述的可失效转子支承结构，其特征在于，所述连接壁的断裂强度小于所述弹性元件(23)的断裂强度和所述支承壁(1)的断裂强度，能够在受到超过预设阈值的作用力时发生断裂。3.根据权利要求2所述的可失效转子支承结构，其特征在于，所述连接壁和所述支承壁(1)采用同种材料，且所述连接壁的厚度小于所述支承壁(1)。4.根据权利要求1所述的可失效转子支承结构，其特征在于，所述连接壁包括至少一层环形壁，所述弹性元件(23)设在所述环形壁沿所...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴象海，宋会英，王少辉，侯亮，史同承，
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