[发明专利]自驱动外涵道环形扇叶压缩装置

说明书

本发明涉及涡扇发动机涵道比连续调节的装置，尤其涉及涡扇发动机外涵道扇环压缩装置。包括发动机的内涵道，设置于所述内涵道外侧的涵道为第三外涵道，在第三外涵道内的进口导流叶片和静子叶片之间设有旋转构件，旋转构件通过转盘轴承设置在第三外涵道的涵道机匣上。本发明实现了独立电机驱动，从而控制机制独立，具有更大调节自由度；不增加内涵道叶片的设计难度；可根据发动机的结构布局特征，设置于外涵道中的不同轴向位置，实现结构布局优化。

技术领域

本发明涉及涡扇发动机涵道比连续调节的装置，尤其涉及涡扇发动机外涵道扇环压缩装置。

背景技术

下一代航空燃气涡轮风扇发动机的一个典型要求是变循环。变循环发动机通过改变某些部件的几何形状、尺寸和位置而实现增压比、流量和涵道比等循环参数的改变，使发动机在各种工作状态下具有最优性能，从而对飞机的飞行高度和马赫数等具有良好的适应性。

Thomas等人的美国发明专利US4043121，题目是“双转子可变循环发动机”，公开了一种带叶尖风扇(Flade)的发动机，通过调节叶尖风扇外部涵道中的可调导叶来控制空气流量，实现发动机循环的可变性。

在美国专利US005809772A中，公开了一种带核心机驱动风扇(CDFS)构型的双外涵变循环发动机。与常规单涵道涡扇发动机在结构上的主要区别是将风扇分为前/后两部分，前段风扇由低压涡轮轴驱动，后段风扇连在高压轴上，后段风扇即是核心机驱动风扇，前/后风扇各有一个外涵道。通过前段风扇后涵道内的模式选择阀门和CDFS后涵道的前置面积可调引射器(VABI)调节使发动机在宽广的工作范围内都具有最佳的涵道比。

美国专利US20100180572A1中，公开了同时带CDFS和Flade构型的三外涵涡轮风扇发动机，第三外涵中的叶尖风扇由内涵道风扇叶片直连驱动，设置在发动机前端。中国专利CN1619129A公开了带尾部Flade叶尖风扇的发动机，其中Flade叶尖风扇与低压涡轮动叶或自由涡轮叶片连接，设置在发动机后端。这类型三外涵涡轮风扇发动机也被称为自适应循环发动机，或智能发动机。在双外涵变循环发动机基础上增加的第三外涵道，该流路不仅可以增大发动机的涵道比调节范围，优化进气道/发动机的流量匹配，还可用于高能武器热管理和隐身等作用。

由于外涵道Flade叶尖风扇与内部涵道叶片采用直连方式，为发动机设计带来了诸多不利：其一是叶片强度设计困难，限制了叶片的切线速度选择；其二是耦合连接使控制系统更复杂，调节的自由度变小，不利于发动机工作范围的扩大；其三是各个涵道的性能不能兼顾，极大地限制了多涵道发动机发挥变循环优势。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种采用电机转子和扇环转子叶片一体化设计，结构紧凑、控制机制独立、与内涵道系统机械解耦，且调节自由度大的电磁驱动的外涵道环形扇叶压缩系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种自驱动外涵道环形扇叶压缩装置，包括发动机的内涵道，设置于所述内涵道外侧的涵道为第三外涵道，在第三外涵道内的进口导流叶片和静子叶片之间设有旋转构件，旋转构件通过转盘轴承设置在第三外涵道的涵道机匣上。

进一步的，所述的旋转构件包括环形支撑架，环形支撑架具有内、外壁，在环形支撑架内壁上设有扇叶，在环形支撑架外壁上设有电磁装置；环形支撑架通过一对转盘轴承设置在第三外涵道的外机匣上，与所述电磁装置对应的外机匣上还设有电机静子；所述电磁装置与电机静子的磁极均沿周向阵列排布，电磁装置与电机静子的极性相反。

进一步的，所述的转盘轴承的轴承间隙小于叶尖间隙，叶尖间隙指扇叶与第三外涵道的内机匣间隙。

进一步的，所述的旋转构件包括环形支撑架，环形支撑架具有内、外壁，在环形支撑架内壁上设有电磁装置，在环形支撑架外壁上设有扇叶；环形支撑架通过一对转盘轴承设置在第三外涵道的内机匣上，与所述电磁装置对应的内机匣上还设有电机静子，所述电磁装置与电机静子的磁极均沿周向阵列排布，电磁装置与电机静子的极性相反。