[发明专利]航空发动机及其风扇叶片飞脱载荷下熔断方法

说明书

本发明提供一种航空发动机风扇叶片飞脱载荷下熔断结构和方法，其中航空发动机包括风扇转子、静子件中介机匣、支撑风扇转子的第一轴承和第二轴承、将第一轴承支撑在静子件中介机匣上的第一支撑锥臂以及将第二轴承支撑在静子件中介机匣上的第二支撑壁，第一支撑锥臂为薄壁环形结构，包括上锥臂和下锥臂，上锥臂具有上结合面，下锥臂具有下结合面，上结合面和下结合面中的一方为凹球面，另一方为凸球面，上结合面和下结合面彼此互补并焊接成强度小于母体材料强度的熔断结构，熔断结构的球面中心位于风扇转子的轴心。

技术领域

本发明涉及航空发动机，尤其涉及航空发动机的轴承支承结构的熔断结构和熔断方法。

背景技术

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(Fan Blade Off)。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。对于当前商用飞机上常用的大涵道比涡扇发动机，其风扇叶片半径长、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转子，故FBO不平衡载荷主要通过轴承及其支撑结构传递到中介机匣上，并进一步传递到安装节甚至飞机上^[1]。

参考资料：

[1]陈光、洪杰、马艳红.航空燃气涡轮发动机结构[M].北京:北京航空航天大学出版社.2010:414-416.

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机及其风扇叶片飞脱载荷下熔断方法，以保证在FBO载荷下发动机结构的安全性。

一种航空发动机，包括风扇转子、静子件中介机匣、支撑所述风扇转子的第一轴承和第二轴承、将所述第一轴承支撑在所述静子件中介机匣上的第一支撑锥臂以及将所述第二轴承支撑在所述静子件中介机匣上的第二支撑壁，所述第一支撑锥臂为薄壁环形结构，包括上锥臂和下锥臂，所述上锥臂具有上结合面，所述下锥臂具有下结合面，所述上结合面和所述下结合面中的一方为凹球面，另一方为凸球面，所述上结合面和所述下结合面彼此互补并焊接成强度小于母体材料强度的熔断结构，所述熔断结构的球面中心位于所述风扇转子的轴心。

在一实施例中，所述上锥臂在上结合面的径向外侧设置有限位凸台，所述限位凸台用于所述熔断结构失效时限制所述下锥臂的位移。

在一实施例中，所述凹球面和所述凸球面通过扩散连接工艺焊接。

一种航空发动机的风扇叶片飞脱载荷下熔断方法，所述航空发动机包括风扇转子、静子件中介机匣、支撑所述风扇转子的第一轴承和第二轴承、将所述第一轴承支撑在所述静子件中介机匣上的第一支撑锥臂以及将所述第二轴承支撑在所述静子件中介机匣上的第二支撑壁，所述方法将呈薄壁环形结构的所述第一支撑锥臂在预定的熔断处将所述第一支撑锥臂分离为上锥臂和下锥臂，并且将所述上锥臂和所述下锥臂设置在同一个圆锥面上，然后将所述上锥臂的上结合面和所述下锥臂的下结合面焊接，所述上结合面和所述下结合面中的一方为凹球面，另一方为凸球面，所述上结合面和所述下结合面彼此互补并焊接成强度小于母体材料强度的熔断结构，所述熔断结构的球面中心位于所述风扇转子的轴心。

在一实施例中，所述方法还在所述上结合面的径向外侧设置限位凸台，利用所述限位凸台在所述熔断结构失效时限制所述下锥臂的位移。

在一实施例中，利用扩散连接工艺焊接所述凹球面和所述凸球面。

在一实施例中，根据风扇叶片飞脱载荷在所述第一支撑锥臂处产生的载荷，通过调整所述熔断结构的结构参数来控制风扇叶片飞脱载荷发生后所述熔断配合面之间的滑移量。

在一实施例中，所述结构参数包括熔断配合面的面积、球面半径、球面圆弧角度和/或限位凸台的位置。

本发明的有益效果包括：