[發明專利]一種簡易齒輪傳動渦扇發動機

在審

• 申請號: 202010571431.9
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111648867A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 倪金剛;王志強;黃凱;董致臻;劉國強;周輝;張文豪;葉榮斌;張鵬鵬
• 申請（專利權）人: 浙江華擎航空發動機科技有限公司
• 主分類號: F02C7/36
• 分類號: F02C7/36;F02C7/275;F02K3/06
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 李迎春

一種簡易齒輪傳動渦扇發動機，包括風扇部件、增壓級、低壓軸、齒輪減速結構、前支撐結構、高壓軸、起動發電一體電機、壓氣機、高壓渦輪、后支撐結構。所述高壓軸通過齒輪減速機構連接低壓軸。所述發動機運行時，高壓軸和低壓軸通過設計合適的齒輪減速比能以不同的轉速轉動。該發動機因設置齒輪減速結構，使得高壓軸與低壓軸的轉速差異化，便于配裝的各氣動部件在各自最佳的轉速下工作，相比單軸渦扇或渦噴發動機，燃油經濟性與噪聲環保性得到了顯著提高。

技術領域

本發明涉及飛行器動力技術領域，尤其是涉及一種簡易齒輪傳動渦扇發動機。

背景技術

針對小型飛行器動力設計需求，目前航發制造商普遍采用單軸渦噴發動機構型。這種發動機主要包含主軸、壓氣機、燃燒室、渦輪、機匣、支撐結構和尾噴管部件。壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管依次布置，壓氣機和渦輪的轉子分別連接在主軸兩端，主軸通過軸承連接在發動機支撐結構上，支撐結構、燃燒室與尾噴管連接在機匣上。這種發動機沒有風扇部件和內、外涵道結構，結構簡單，但是燃油經濟性與噪聲環保性不佳。

為此，部分航發制造商提出了單軸渦扇發動機構型。這種發動機在單軸渦噴發動機構型的基礎上增加了風扇部件及內、外涵道結構，風扇和壓氣機的轉子依次安裝在主軸前端(或后端)，渦輪的轉子安裝在主軸后端，主軸與其它部件的連接方式和布置順序與單軸渦噴發動機相同。工作時外部空氣經過風扇后，一部分空氣進入外涵道經過增壓、加速后直接從尾噴管排出為發動機提供動力；另一部分空氣則進入內涵道經過壓氣機增壓后進入燃燒室參與燃燒，燃燒后的高溫燃氣推動渦輪轉子做功，帶動前面的風扇和壓氣機高速旋轉。這部分空氣最后從尾噴管高速排出為發動機提供推力(牛頓第三定律)。在相同推力等級、各部件性能大致相當情況下，由于風扇部件的加入，使得單軸渦扇發動機相對單軸渦噴發動機噪聲更低，燃油經濟性更高。

為進一步提高單軸渦扇發動機經濟性與環保性，需要渦扇發動機配合大尺寸風扇、高增壓比壓氣機并相應增加渦輪前溫度和渦輪級數，或改變構型，增加轉軸數量，但是卻存在以下幾個方面的技術問題：(1)風扇直徑受最大葉尖切向速度限制，大直徑風扇必須工作在較低的轉速下，但轉子較低轉速將會導致共軸渦輪的做功能力與效率下降，從而使得風扇和渦輪都無法在各自最佳的轉速下工作；(2)增加渦輪前溫度和(或)壓氣機、渦輪級數和(或)增加單級壓比，會給發動機總體結構、材料選型和部件設計制造帶來較大的難度，結構復雜程度增大，導致加工制造成本提高，工作可靠性也會隨之降低；(3)過分提高發動機轉軸數會使發動機重量增加、體積增大、結構復雜、工作可靠性降低，不利于發動機的小型化及其在小型飛行器上的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種能提高燃油經濟性并降低噪聲污染的簡易齒輪傳動渦扇發動機。

本發明的技術方案為：提供一種簡易齒輪傳動渦扇發動機構型設計，包括風扇部件、增壓級、低壓軸、齒輪減速結構、前支撐結構、高壓軸、起動發電一體電機、壓氣機、高壓渦輪、后支撐結構。

所述風扇部件的轉子、增壓級的轉子裝于低壓軸以實現與低壓軸同步轉動；所述低壓軸通過軸承連接前支撐結構，工作時低壓軸通過軸承將載荷傳遞至前支撐結構。

所述起動發電一體電機的轉子、壓氣機的轉子、高壓渦輪的轉子裝于高壓軸，以實現與高壓軸同步轉動；所述高壓軸通過軸承連接前支撐結構和后支撐結構，工作時高壓軸分別將載荷傳遞至前支撐結構和后支撐結構。

所述高壓軸通過齒輪減速結構連接低壓軸以實現低壓軸的減速轉動，所述齒輪減速結構通過齒輪支架連接前支撐結構。所述齒輪支架上設置了循環潤滑系統，用于齒輪減速結構在工作過程中的潤滑和降溫。

所述風扇部件的轉子、增壓級的轉子沿軸向依次設于低壓軸，所述起動發電一體電機的轉子、壓氣機的轉子、高壓渦輪的轉子沿軸向依次設于高壓軸。由此，各部件于高、低壓軸上的布設位置依序設置，互不干涉，各部件能正常、穩定運行。