[发明专利]一种航空发动机的风扇失效制动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机的风扇失效制动装置。

背景技术

在航空发动机设计当中，必须通过适航的包容性规定，最严苛的条件是发生风扇叶片脱落时，发动机能够包容住破损叶片，且关闭发动机后仍需要以风车转速持续运作3小时以上。风扇叶片脱落(FBO，Fan Blade Out)时，发动机运转在较高的转速，产生的径向不平衡载荷(FBO载荷)很大，达到几十吨，径向不平衡载荷通过轴承传递给轴承支撑结构，之后传递到中介机匣，再通过安装节系统传递给飞机，若要求发动机完全承受FBO载荷，则对发动机的结构强度提出很高的要求。

传统应对FBO载荷的方法是采用较大的设计安全系数，加强发动机的强度，如加强轴承支撑的强度、加强中介机匣的强度、加强安装节的强度等，而这样的设计使得发动机的重量大大增加，特别是现代民用航空中将影响发动机的燃油经济性，使其在激烈的市场竞争中处于不利地位。

发明内容

本发明的第一个目的在于当发动机发生风扇叶片脱落时能够降低FBO载荷。

本发明的第二个目的在于提高安全性，使发动机可以用较小的安全系数来设计较轻的结构，以获得更好的燃油经济性。

本发明的第三个目的在于降低FBO载荷的同时使得发动机结构的破坏程度降至较低的程度。

本发明所公开的装置，具有限制发动机轴弯曲产生的最大径向位移和偏转角度的作用。在FBO载荷下，轴承支撑件和第一轴承组件断开，紧接着发动机轴线弯曲后，作为制动装置的转子制动盘与静子制动盘发生碰磨，在径向方向上约束了风扇轴的自由偏摆，限制了风扇轴的最大偏转角度，这样可以减少在第二轴承组件和其他结构上产生的弯矩载荷。风扇叶片的最大径向位移和偏转角度与风扇轴的最大径向位移和偏转角度基本一致，限制在最大许可径向位移之内，可防止风扇叶片与机匣产生较大碰撞而严重变形和卡滞，从而防止产生极大扭矩，进而保护风扇轴结构，也可以防止多个叶片再次断裂而增大不平衡载荷。

另一方面，本发明具有降低FBO载荷的作用。转子制动盘和静子制动盘发生碰磨后，产生一定摩擦力，轴承支撑结构将制动力作用在风扇轴上，使得风扇轴的转速迅速降低。风扇轴上的径向不平衡载荷与其转速的平方成正比，转速的降低减小了风扇轴的不平衡载荷。

风扇叶片脱落瞬间，对发动机结构产生的破坏最大，当通过了危险点，风扇轴的转速已大大降低，风扇轴的弯曲程度也相应减小，使得制动装置的转子制动盘和静子制动盘脱开，不再产生摩擦阻力，此时发动机进入风车状态而平稳运行。

具体地，本发明公开了一种航空发动机的风扇失效制动装置，其包括：风扇轴，其上设置有转子制动盘；风扇叶片，其安装在所述风扇轴上，所述风扇叶片相对所述转子制动盘在流体流动方向上位于上游；轴承支撑件，其一端安装在机匣上，所述轴承支撑件设置有静子制动盘，所述静子制动盘周向地环绕所述转子制动盘并与所述转子制动盘径向地间隔开；轴承组件，其一端耦接到所述风扇轴上另一端以预定弯矩连接到所述轴承支撑件上；其中，当所述风扇叶片断裂时，所述风扇轴向外偏转使得所述轴承组件和所述轴承支撑件之间的突变弯矩超过所述预定弯矩时，所述轴承组件和所述轴承支撑件脱离连接从而所述转子制动盘与所述静子制动盘接合。

优选地，所述的静子制动盘为固定件，转子制动盘径向移动时，不超过静子制动盘位置。

优选地，所述的转子制动盘的外侧面为摩擦面，静子制动盘的内侧面为摩擦面。

更优选地，所述的摩擦面上包括用于增加摩擦力的凸起、凹痕或花纹。

优选地，所述轴承组件和所述轴承支撑件以过载失效件连接，如剪切销或剪切螺栓。

优选地，所述轴承支承件还相对所述轴承组件在所述流体流动方向的下游以另一轴承组件耦接到所述风扇轴上。

优选地，所述转子制动盘采用诸如销钉或榫槽或齿形突出结构固定连接到所述风扇轴上。

优选地，所述轴承组件包括轴承外环组件、轴承内环组件以及可转动地布置在所述轴承外环组件和所述轴承内环组件之间的轴承滚子，其中，所述轴承内环组件连接到所述风扇轴上，所述轴承外环组件连接到所述轴承支撑件上。

优选地，所述转子制动盘的前端邻接所述轴承滚子，所述风扇轴在邻接所述转子制动盘的后端还设置有用于在所述流体流动方向相反的方向上压紧所述转子制动盘的螺母。

优选地，所述静子制动盘本身是一体的，或者所述静子制动盘和所述轴承支撑件是一体的。

本发明的有益效果如下：