[發(fā)明專利]航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙被動(dòng)控制裝置和航空發(fā)動(dòng)機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010223857.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113446069B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱冬梅;王國(guó)潤(rùn);潘毅飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F01D11/18
• 分類號(hào): F01D11/18;F01D11/12
• 代理公司: 中國(guó)貿(mào)促會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 張靖靖

本公開(kāi)涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙被動(dòng)控制裝置和航空發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙被動(dòng)控制裝置包括：高溫合金環(huán)；蜂窩結(jié)構(gòu)，設(shè)置在高溫合金環(huán)的外壁上；以及高溫形狀記憶合金絲，設(shè)置高溫合金環(huán)的外壁上；高溫形狀記憶合金絲的伸縮方向被配置為沿著高溫合金環(huán)的徑向。通過(guò)設(shè)置高溫形狀記憶合金絲和蜂窩結(jié)構(gòu)，可以充分利用形狀記憶合金在相變溫度下會(huì)產(chǎn)生變形的特性和蜂窩結(jié)構(gòu)滿足高溫形狀記憶合金絲的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)葉尖間隙的控制，該被動(dòng)控制裝置可以省去傳統(tǒng)的主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)，減少外部管路的敷設(shè)復(fù)雜度，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙被動(dòng)控制裝置和航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展，先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法使得發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)效率達(dá)到85％以上，渦輪效率達(dá)到90％以上，若要進(jìn)一步提高壓氣機(jī)和渦輪效率，除注重氣流參數(shù)選擇外，還應(yīng)精心設(shè)計(jì)低損失葉片和減少流道中的端壁損失。

實(shí)踐證明，葉尖間隙損失是通道端壁損失和壓氣機(jī)喘振裕度損失的重要組成部分。所以在一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過(guò)程中，葉尖間隙是一個(gè)基本的測(cè)量參數(shù)，同時(shí)也是發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中葉尖間隙控制、健康管理和故障診斷的一個(gè)重要組成部分。

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)中常采用具有變化冷卻效果的冷卻系統(tǒng)—主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)(Active?Clearance?Control，簡(jiǎn)稱ACC)，來(lái)控制渦輪機(jī)匣的熱膨脹，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)葉尖間隙的控制。但主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，以某型發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)的重量大約為70kg，發(fā)動(dòng)機(jī)重量的增大以及主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)引氣帶來(lái)的流量損失，均會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生影響。因此，開(kāi)展新型的葉尖間隙控制技術(shù)的研究較為迫切。

目前，新型葉尖間隙控制技術(shù)的研究主要集中在三個(gè)方面：(1)閉環(huán)渦輪葉尖間隙控制技術(shù)；(2)葉尖間隙測(cè)量技術(shù)；(3)采用形狀記憶合金的葉尖間隙控制。其中閉環(huán)渦輪葉尖間隙控制技術(shù)和葉尖間隙測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵均在于研制耐極高溫度、壓力等惡劣環(huán)境下的機(jī)載間隙傳感器，目前光學(xué)式、微波式、射流式傳感器具有一定的發(fā)展?jié)摿Α６捎眯螤钣洃浐辖饘?shí)現(xiàn)對(duì)葉尖間隙的控制，其關(guān)鍵在于形狀記憶合金的耐高溫性和記憶退化問(wèn)題，目前高溫形狀記憶合金以及智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得該技術(shù)有了可實(shí)現(xiàn)的空間。

在航空航天領(lǐng)域，形狀記憶合金(Shape?Memory?Alloys，簡(jiǎn)稱SMA)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，包括直升飛機(jī)的智能水平旋翼、航空飛行器的可變形機(jī)翼、導(dǎo)彈的可變形舵機(jī)等。以可變形機(jī)翼為例，形狀記憶合金的加入，可以有目的地在飛行中改變機(jī)翼外形特性，如機(jī)翼后掠、翼展和彎度等，從而有效地增加機(jī)翼的效率，改善飛機(jī)的巡航和沖刺能力。因此開(kāi)展基于形狀記憶合金的葉尖間隙控制技術(shù)，是未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙控制技術(shù)的發(fā)展方向之一。

發(fā)明內(nèi)容

經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)中存在發(fā)動(dòng)機(jī)重量的增大和引氣流量的損失的問(wèn)題。

有鑒于此，本公開(kāi)實(shí)施例提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙被動(dòng)控制裝置和航空發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠省去傳統(tǒng)的主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)的管路布置，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

本公開(kāi)的一些實(shí)施例提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙被動(dòng)控制裝置，包括：

高溫合金環(huán)；

蜂窩結(jié)構(gòu)，設(shè)置在高溫合金環(huán)的外壁上；以及

高溫形狀記憶合金絲，設(shè)置高溫合金環(huán)的外壁上；

其中，高溫形狀記憶合金絲的伸縮方向被配置為沿著高溫合金環(huán)的徑向。

在一些實(shí)施例中，蜂窩結(jié)構(gòu)為零泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，蜂窩結(jié)構(gòu)的一邊貼合高溫合金環(huán)的外壁。

在一些實(shí)施例中，蜂窩結(jié)構(gòu)為內(nèi)凹型六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，高溫形狀記憶合金絲位于蜂窩結(jié)構(gòu)之外。