本實用新型涉及安全設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種軸承支承結(jié)構(gòu)及航空發(fā)動機。

背景技術(shù)：

航空發(fā)動機在運行過程中，可能會因為外物吸入、疲勞等不可避免的原因?qū)е乱黄蚨嗥L扇葉片脫落(Fan Blade Out，簡稱FBO)。FBO事件會導(dǎo)致風扇轉(zhuǎn)子產(chǎn)生巨大的不平衡載荷，需要經(jīng)過適航認證來保證飛機的安全。

為了克服FBO所帶來的巨大的不平衡載荷，傳統(tǒng)方式是增加發(fā)動機傳力路徑上的各個部件(例如轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)、承力機匣、安裝系統(tǒng)等)的結(jié)構(gòu)強度，使其具備較高的應(yīng)力裕度儲備。然而，這勢必會造成發(fā)動機重量增大，不利于提高發(fā)動機的工作效率。

另一種解決方式是采用熔斷設(shè)計，即在距離風扇最近的1#軸承附近設(shè)置熔斷部件。所謂熔斷部件是指機械性能薄弱的結(jié)構(gòu)，能夠在預(yù)定載荷(熔斷閥值)作用下失效。當FBO事件發(fā)生后，1#軸承附近的熔斷部件失效，低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速降低，遠小于工作轉(zhuǎn)速，使低壓轉(zhuǎn)子處于超臨界狀態(tài)，繞軌運動半徑減小，從而降低了輸入的不平衡載荷；另一方面，熔斷部件失效改變了FBO載荷向靜子機匣傳遞的路徑，使FBO載荷重新分布，有效保護發(fā)動機的安全。

然而，現(xiàn)有熔斷設(shè)計要求1#軸承支承結(jié)構(gòu)在FBO事件發(fā)生后完全斷裂，導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子完全喪失了在1#軸承處的支承和約束，這又會進一步增大風扇的擺動半徑，使低壓軸在2#軸承處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。對于鈦合金風扇葉片來說，葉片過度與機匣碰磨則可能引起火災(zāi)。

另一方面，對于1#軸承采用止推軸承的三支點轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或雙支點轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如果完全失去1#軸承處的支承，則會使轉(zhuǎn)軸失去軸向約束，可能引起低壓轉(zhuǎn)子飛脫，從而引發(fā)災(zāi)難性后果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提出一種軸承支承結(jié)構(gòu)及航空發(fā)動機，能夠在熔斷部件失效后仍然提供軸承支承和約束作用。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種軸承支承結(jié)構(gòu)，包括可局部失效的連接件、用于支承在發(fā)動機轉(zhuǎn)子上軸承的第一支承壁和第二支承壁，所述第一支承壁與所述第二支承壁的連接位置分別設(shè)有第一法蘭和第二法蘭，所述第一法蘭和所述第二法蘭通過所述連接件進行固定連接；所述連接件能夠在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時局部失效，以使得所述第一法蘭和所述第二法蘭在所述連接件的連接下能夠相對運動。

進一步的，所述連接件包括螺栓和限位結(jié)構(gòu)，所述螺栓穿設(shè)在所述第一法蘭和所述第二法蘭上設(shè)置的安裝孔中，所述限位結(jié)構(gòu)用于限制所述第一法蘭與所述第二法蘭的位置關(guān)系，并在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時失效，解除對所述第一法蘭和所述第二法蘭之間的位置限制，以使所述第一法蘭和所述第二法蘭在所述螺栓的連接下能夠相對運動。

進一步的，所述限位結(jié)構(gòu)的屈服強度小于所述螺栓、所述第一法蘭和所述第二法蘭的屈服強度，能夠在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時屈服變形。

進一步的，所述限位結(jié)構(gòu)的斷裂強度小于所述螺栓、所述第一法蘭和所述第二法蘭的斷裂強度，能夠在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時斷裂脫落。

進一步的，所述限位結(jié)構(gòu)為套設(shè)在所述螺栓的螺桿部分的彈性限位外圈，該彈性限位外圈安裝在所述螺栓的限位端與所述第一法蘭和/或所述第二法蘭之間。

進一步的，所述第一法蘭和所述第二法蘭分別與所述第一支承壁和所述第二支承壁垂直，所述螺栓垂直穿設(shè)于所述第一法蘭和所述第二法蘭之間。

進一步的，在所述彈性限位外圈與所述螺栓的限位端或所述第一法蘭或所述第二法蘭之間還設(shè)有墊片。

進一步的，在所述第一法蘭和所述第二法蘭之間還設(shè)有支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，能夠在所述連接件局部失效時引導(dǎo)所述第一法蘭和所述第二法蘭之間的相對運動方向。

進一步的，所述支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括在所述第一法蘭的端部朝向所述第二法蘭的方向上設(shè)置的凸緣，在所述第一法蘭和所述第二法蘭通過所述連接件進行固定連接時，所述第二法蘭的部分外輪廓搭靠在所述凸緣上。

進一步的，所述連接件沿所述第一支承壁或所述第二支承壁的周向布置有多個。

進一步的，多個所述連接件在所述第一支承壁或所述第二支承壁的周向上均勻布置。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型還提供了一種航空發(fā)動機，包括前述的軸承支承結(jié)構(gòu)。

基于上述技術(shù)方案，本實用新型在兩段支承壁之間的連接法蘭上設(shè)置可局部失效的連接件來進行連接，利用該連接件在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時局部失效的特性，使得連接件失效前的法蘭之間的固定連接關(guān)系在連接件部分失效后，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３址ㄌm連接下且法蘭可相對運動的約束形式，這樣就能夠使軸承支承結(jié)構(gòu)在發(fā)生事故時不會完全釋放軸承的支承和約束，進而消除了軸承支承結(jié)構(gòu)完全斷裂所帶來的各種風險和危害，并且由于法蘭之間可以相對運動，因此能夠降低軸承的支承剛度，改變載荷的傳遞路徑，減少傳遞的不平衡載荷。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型航空發(fā)動機的一實施例的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型軸承支承結(jié)構(gòu)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2實施例連接件處于正常狀態(tài)下的示意圖。

圖4為圖2實施例連接件處于局部失效狀態(tài)下的示意圖。

附圖標記說明

1.1、第一支承壁；1.2、第二支承壁；1.3、螺栓；1.4、彈性限位外圈；1.5、墊片；1.1.1、第一法蘭；1.1.2、凸緣；1.2.1、第二法蘭；

2、發(fā)動機軸向中心線；3、進氣錐；4、短艙；5、風扇葉片；6、增壓級葉片；7、中介機匣出口導(dǎo)葉；8、1#軸承；9、風扇軸；10、2#軸承；A、軸承支承結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

考慮到現(xiàn)有的熔斷設(shè)計在發(fā)生FBO事件時所產(chǎn)生的很多安全風險來自于低壓轉(zhuǎn)子在1#軸承處的支承和約束的完全釋放，因此發(fā)明人在本實用新型中設(shè)計了一種當受到強烈作用力時，使發(fā)動機轉(zhuǎn)子在軸承處的支承和約束不會完全釋放的結(jié)構(gòu)，進而來消除這些安全風險。

如圖1所示，為本實用新型航空發(fā)動機的一實施例的局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖1所示的航空發(fā)動機為高低壓雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動機，其前端部分涉及到多個組成部件，例如：進氣錐3、短艙4、風扇葉片5、增壓級葉片6、中介機匣出口導(dǎo)葉7、1#軸承8、風扇軸9、2#軸承10和軸承支承結(jié)構(gòu)A(虛線橢圓內(nèi)所示)。風扇軸9由1#軸承8和2#軸承10共同支承，其中1#軸承8可采用滾珠軸承，以便對風扇軸8同時提供軸向和徑向約束；2#軸承10可采用滾棒軸承，以便對風扇軸8提供徑向約束。軸承支承結(jié)構(gòu)A用于將1#軸承8連接到中介機匣上，給風扇轉(zhuǎn)子向靜子件中介機匣提供傳遞載荷的重要路徑。

圖2示出了一種軸承支承結(jié)構(gòu)實施例的具體結(jié)構(gòu)形式。在圖2中，軸承支承結(jié)構(gòu)A包括可局部失效的連接件、用于支承在發(fā)動機轉(zhuǎn)子上軸承的第一支承壁1.1和第二支承壁1.2。其中，該軸承可以為圖1中的1#軸承8，也可以為發(fā)動機其他位置的軸承。

在圖2所示實施例中，第一支承壁1.1和第二支承壁1.2為相鄰且分段的兩個支承壁結(jié)構(gòu)，對于其他軸承支承結(jié)構(gòu)來說，第一支承壁1.1和第二支承壁1.2各自均可為一個或多個。其設(shè)置形式可以交錯布置，也可以采取其他布置方式。第一支承壁1.1和第二支承壁1.2可以根據(jù)發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)置成薄壁環(huán)形的支承錐壁的形式，也可以設(shè)置成其他任何可行的結(jié)構(gòu)形式。

第一支承壁1.1與所述第二支承壁1.2的連接位置分別設(shè)有第一法蘭1.1.1和第二法蘭1.2.1。第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1通過前述的可局部失效的連接件進行固定連接。這種可局部失效的連接件能夠在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時局部失效，以使得第一法蘭1.1.1和第二法蘭1.2.1在該連接件的連接下能夠相對運動。與現(xiàn)有的熔斷結(jié)構(gòu)不同的是，連接件不會在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時整體失效斷裂，而是會在保持第一法蘭和第二法蘭之間連接約束的情況下允許第一法蘭和第二法蘭之間相對運動，改變第一法蘭和第二法蘭正常狀態(tài)下的固定連接關(guān)系。

結(jié)合圖1所示的渦扇發(fā)動機實施例，當發(fā)生FBO而造成巨大的不平衡載荷或者支承壁遭受強烈的作用力時，固定連接在第一支承壁和第二支承壁之間的連接件能夠迅速的局部失效，在局部失效后，由于第一法蘭和第二法蘭之間由固定連接轉(zhuǎn)換為可相對運動的連接，因此減少了該軸承提供給風扇軸8的支承剛度，降低低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，改變傳遞路徑，減少傳遞到靜子件的FBO不平衡載荷或者其他強烈的作用力。而第一法蘭和第二法蘭之間雖然可以相對運動，但連接件對第一法蘭和第二法蘭仍存在約束作用，在約束的極限位置可以為風扇軸8提供部分的徑向和軸向約束，避免風扇轉(zhuǎn)子沿徑向擺動過大，造成短艙4的破壞以及低壓轉(zhuǎn)子在2#軸承10處的應(yīng)力集中；也能夠避免低壓轉(zhuǎn)子沿軸向飛脫而引發(fā)的災(zāi)難性后果。

在航空發(fā)動機中，連接件可以沿所述第一支承壁1.1或所述第二支承壁1.2的周向布置多個。優(yōu)選多個所述連接件在所述第一支承壁1.1或所述第二支承壁1.2的周向上均勻布置。

圖2示出的連接件結(jié)構(gòu)實例主要包括螺栓1.3和限位結(jié)構(gòu)，所述螺栓1.3穿設(shè)在所述第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1上設(shè)置的安裝孔中，所述限位結(jié)構(gòu)用于限制所述第一法蘭1.1.1與所述第二法蘭1.2.1的位置關(guān)系，并在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時失效，解除對所述第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1之間的位置限制，以使所述第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1在所述螺栓1.3的連接下能夠相對運動。

限位結(jié)構(gòu)的形式可以采用圖2中示出的套設(shè)在所述螺栓1.3的螺桿部分的彈性限位外圈1.4，該彈性限位外圈1.4安裝在所述螺栓1.3的限位端與所述第一法蘭1.1.1和/或所述第二法蘭1.2.1之間。如圖3所示，彈性限位外圈1.4能夠承受發(fā)動機正常工作時的載荷，此時在螺栓1.3和彈性限位外圈1.4的作用下，第一支承壁1.1和第二支承壁1.2之間能夠緊密地連接在一起，提供徑向和軸向的支承剛度。當發(fā)生例如FBO事件等造成巨大不平衡載荷的情況時，這種不平衡載荷所造成的作用力超過了彈性限位外圈1.4的閾值(該閾值由彈性限位外圈的屈服或斷裂強度決定)后會導(dǎo)致彈性限位外圈1.4失效而失去限位作用(參見圖4)，進而使第一支承壁1.1和第二支承壁1.2僅受到螺栓1.3的螺桿的約束作用。

在圖2中，為了方便安裝和調(diào)整彈性限位外圈1.4和螺栓1.3相對于第一法蘭1.1.1和第二法蘭1.2.1之間的位置，可以在彈性限位外圈1.4與所述螺栓1.3的限位端或所述第一法蘭1.1.1或所述第二法蘭1.2.1之間進一步設(shè)置一個或多個墊片1.5。

在另一實施例中，限位結(jié)構(gòu)可以采用其他形式，例如不套設(shè)在螺栓上，但位于第一法蘭和第二法蘭之間或者設(shè)置在螺栓與第一法蘭或第二法蘭之間的彈性或脆性限位結(jié)構(gòu)。連接件中也可以不設(shè)置螺栓，而從法蘭外部對法蘭進行連接。

為了使限位結(jié)構(gòu)能夠在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時失效，可以在選用限位結(jié)構(gòu)的材料時，選擇限位結(jié)構(gòu)的強度小于所述螺栓、所述第一法蘭和所述第二法蘭的強度，進而確保限位結(jié)構(gòu)先于法蘭和螺栓先發(fā)生失效。限位結(jié)構(gòu)的失效形式可以為屈服失效，也可以為斷裂失效。對于屈服失效方式的限位結(jié)構(gòu)，則需要使限位結(jié)構(gòu)的屈服強度小于所述螺栓、第一法蘭和第二法蘭的屈服強度。對于斷裂失效方式的限位結(jié)構(gòu)，則需要使限位結(jié)構(gòu)的斷裂強度小于所述螺栓、第一法蘭和第二法蘭的斷裂強度，能夠在受到超過預(yù)設(shè)閾值的作用力時斷裂脫落。

對于包括螺栓1.3的連接件來說，優(yōu)選將第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1分別與所述第一支承壁1.1和所述第二支承壁1.2垂直，所述螺栓1.3垂直穿設(shè)于所述第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1之間，這樣就能夠使得螺栓1.3的軸線方向與支承壁的載荷傳遞方向基本一致，進而能夠在受到例如FBO事件帶來的不平衡載荷時能夠迅速失效。

為了引導(dǎo)連接件在局部失效時的第一法蘭1.1.1和第二法蘭1.2.1之間的相對運動方向，優(yōu)選在第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1之間進一步設(shè)置支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于在所述連接件局部失效時引導(dǎo)所述第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1之間的相對運動方向。以前面的包括螺栓1.3和限位結(jié)構(gòu)的連接件為例，支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)能夠使法蘭的相對運動方向盡量與螺栓1.3的軸線方向一致，減少對螺栓1.3的剪切作用。

在支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的具體實現(xiàn)形式上，圖2所示的支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)實例具體包括了在所述第一法蘭1.1.1的端部朝向所述第二法蘭1.2.1的方向上設(shè)置的凸緣1.1.2，在所述第一法蘭1.1.1和所述第二法蘭1.2.1通過所述連接件進行固定連接時，所述第二法蘭1.2.1的部分外輪廓搭靠在所述凸緣1.1.2上。這種支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簡單，并且也便于軸承支承結(jié)構(gòu)的安裝和拆卸。

上述軸承支承結(jié)構(gòu)的各個實施例可用于各類需要軸承支承的應(yīng)用場合，尤其適合應(yīng)用在各類航空發(fā)動機中。因此本實用新型也提供了一種包括前述任一種軸承支承結(jié)構(gòu)的航空發(fā)動機。

通過前述對本實用新型軸承支承結(jié)構(gòu)及航空發(fā)動機的說明，其可至少具備以下的技術(shù)效果之一：

1、通過可局部失效的連接件的使用，能夠在FBO事件發(fā)生后解耦風扇轉(zhuǎn)子與中介機匣間的傳力路徑，但同時提供一定的軸向和徑向支承剛度，有助于沿軸向和徑向限制風扇轉(zhuǎn)子過度移動，避免發(fā)生災(zāi)難性事件。

2、通過降低1#軸承的支承剛度，減小FBO峰值載荷，降低了發(fā)動機部件系統(tǒng)的設(shè)計難度，有助于發(fā)動機減重設(shè)計。

最后應(yīng)當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：依然可以對本實用新型的具體實施方式進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型請求保護的技術(shù)方案范圍當中。