[發明專利]一種用于航空渦扇發動機的磁懸浮外涵風扇

有效

• 申請號: 201710537928.7
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107313876B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 屠寶鋒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02K3/04
• 分類號: F02K3/04;F04D25/08;F04D29/40;F04D27/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;劉輝

本發明公開了一種用于航空渦扇發動機的磁懸浮外涵風扇，包括外機匣、分流機匣、輪轂、風扇葉片，葉尖磁環等，其中外機匣包括機匣上分布的不同環繞方向的線圈、控制器和軸向位移傳感器，葉尖磁環部分包括周向陣列在磁環上的永磁體，風扇葉片安裝在輪轂上，輪轂周向環繞永磁體，分流機匣包括環繞在其上的線圈、徑向位移傳感器和控制器。本發明的外涵風扇與內部的渦噴發動機沒有機械聯系，因此其轉速可以實時調整。大大提高了航空渦扇發動機的工作效率，減小低壓壓氣機及渦輪級數，減小發動機質量，提高發動機整機性能。航空渦扇發動機設計難度和加工難度都大大降低。

技術領域

本發明屬于葉輪機械技術領域，具體是一種用于航空渦扇發動機的磁懸浮外涵風扇。

背景技術

當前，在大推力（大于70.00 kN）高涵道比渦扇發動機中，風扇均由低壓渦輪直接驅動；一般在風扇轉子后還裝有3～5級增壓壓氣機（有時也稱低壓壓氣機），以增加發動機的總壓比及內涵的空氣流量。但這種設計存在先天的缺點，即風扇與低壓渦輪軸相連，同時內涵還有增壓壓氣機，因此為兼顧內涵的增壓比以及轉速，風扇轉速不會很小，導致外涵風扇線速度過大，當外徑太大時就會由于葉尖線速度過大導致激波損失急速增大。相反，當高涵道比渦扇發動機的風扇直徑很大時，為了使葉尖速度降低以減小其損失，風扇轉子只能工作在較低轉速。由于風扇（加上增壓壓氣機）是由低壓渦輪直接驅動的，增壓壓氣機、低壓渦輪的轉速大大低于它們的最佳工作轉速；為達到發動機總體設計要求，只得增加增壓壓氣機及低壓渦輪的級數。增壓壓氣機、低壓渦輪均未在它們的最佳轉速下工作，使得發動機級數增多，發動機重量增加。

針對此問題，美國PW公司曾指出，在3轉子發動機中，風扇、中壓壓氣機和高壓壓氣機均在最佳轉速下工作，因而其級數比雙轉子發動機少，但是3轉子發動機設計十分復雜，目前只有英國的RR公司能夠研制。如果在雙轉子發動機的低壓渦輪、增壓壓氣機與風扇之間安裝1個減速器，首先使前二者能在最佳轉速下工作，然后通過減速器將轉速降低到風扇的最佳轉速來驅動風扇工作，這樣，3個部件均工作于最佳轉速下，自然可使級數減少。PW公司提出的GTF發動機采用了1套齒輪機構，在保證低壓渦輪高速旋轉的同時，能使風扇以理想的低速旋轉，不但降低了發動機的噪聲，也降低了發動機的油耗。但是，高速、大功率減速器是GTF發動機研制成敗的關鍵。由于具有很多高速大負荷齒輪與軸承，其工作條件惡劣，零件數多，很難保證高的工作可靠。且齒輪傳動機構十分復雜，使得發動機重量大幅提高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于航空渦扇發動機的磁懸浮外涵風扇，該外涵風扇與內部的渦噴發動機沒有機械聯系，以簡單易制造的結構，實現其轉速實時調整。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于航空渦扇發動機的磁懸浮外涵風扇，包括外機匣、分流機匣和外涵風扇葉片，所述外涵風扇葉片位于外機匣和分流機匣之間；通過磁力作用，所述外涵風扇葉片與外機匣之間、所述外涵風扇葉片與分流機匣之間均保持間隙。

進一步的，所述外機匣上纏繞有第一線圈，所述外機匣內側安裝有葉尖磁環，所述外涵風扇還包括周向陣列在所述葉尖磁環上的第一永磁體和第二永磁體；所述外涵風扇葉片安裝在輪轂上，所述輪轂周向環繞第三永磁體；所述分流機匣上環繞有第三線圈。環繞在分流機匣上的第三線圈通電成為電磁體，第三永磁體和第三線圈的相互排斥力可實現風扇懸浮。外機匣和葉尖磁環主要驅動外涵風扇旋轉。向外機匣上的線圈輸電時，通過與葉尖磁環的電磁感應作用，陣列在葉尖磁環上的永磁體與外機匣上的線圈作用產生相互作用力以驅動風扇葉片旋轉，通過控制線圈中的電流大小實現轉速調整。通過軸向傳感器及控制器實現外涵風扇軸向定位。

進一步的，所述外涵風扇還包括第二控制器和徑向位移傳感器，所述第二控制器和徑向位移傳感器安裝在所述分流機匣內側。第二控制器和徑向位移傳感器實現外涵風扇徑向定位。