本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，特別地，涉及一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、裝配方法以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

1、中小航空發(fā)動(dòng)機(jī)為了提高熱效率和功率輸出水平而不斷地提升渦輪效率與燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度(rit)。當(dāng)前中小航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟瘸^(guò)1500k時(shí)，為提高燃?xì)鉁u輪效率、降低轉(zhuǎn)子級(jí)負(fù)荷，一般通過(guò)優(yōu)化渦輪轉(zhuǎn)靜子葉片型線、采用多級(jí)渦輪構(gòu)型、提高轉(zhuǎn)子中徑切線速度等措施實(shí)現(xiàn)。前兩種措施是當(dāng)前中小航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)常用措施，在保證渦輪氣動(dòng)效率的前提下，能夠較好地實(shí)現(xiàn)渦輪壽命水平。在相同設(shè)計(jì)條件下提高渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(即渦輪轉(zhuǎn)子中徑切線速度)，也能很好地提高渦輪效率，同時(shí)可降低渦輪級(jí)數(shù)、減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜性，但是會(huì)大幅增加渦輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)難度，已知國(guó)內(nèi)外中小航空發(fā)動(dòng)機(jī)單級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子中徑切線速度均在480m/s以下，雙級(jí)則更低，中徑切線速度均小于350m/s。而優(yōu)化轉(zhuǎn)靜子葉型會(huì)增加空心氣冷葉片冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與鑄造難度，使得成本增加；通過(guò)采用雙級(jí)渦輪設(shè)計(jì)會(huì)增加渦輪軸向長(zhǎng)度、零件數(shù)、重量等，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)功重比提高，同時(shí)增加裝配復(fù)雜性等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、裝配方法以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)難度高的技術(shù)問(wèn)題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括渦輪盤(pán)、導(dǎo)流盤(pán)、轉(zhuǎn)子冷卻葉片，

3、所述渦輪盤(pán)的輻板部位的外壁設(shè)置呈減厚構(gòu)造，所述減厚構(gòu)造的厚度由所述渦輪盤(pán)的端部向所述輻板方向逐漸減小，所述渦輪盤(pán)的盤(pán)心的低應(yīng)力區(qū)開(kāi)設(shè)減重槽；

4、所述導(dǎo)流盤(pán)遠(yuǎn)離所述渦輪盤(pán)的一側(cè)為第一表面，朝向所述渦輪盤(pán)的一側(cè)為第二表面，

5、所述導(dǎo)流盤(pán)的第二表面于第一止口向徑向外端區(qū)域構(gòu)造呈第一平直結(jié)構(gòu)并于第一止口向徑向內(nèi)端構(gòu)造呈第二平直結(jié)構(gòu)且第二平直結(jié)構(gòu)呈預(yù)設(shè)角度傾斜布設(shè)；所述導(dǎo)流盤(pán)的第一表面于主要承載區(qū)域由第一止口至第二止口方向依次構(gòu)造呈第一弧面結(jié)構(gòu)、第三平直結(jié)構(gòu)以及第二弧面結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流盤(pán)的第二表面于主要承載區(qū)域由第一止口至第二止口方向依次構(gòu)造呈第三弧面結(jié)構(gòu)、第四平直結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)，第一弧面結(jié)構(gòu)、第三弧面結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于遠(yuǎn)離軸向的一側(cè)，第二弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于靠近軸向的一側(cè)；

6、所述導(dǎo)流盤(pán)的徑向內(nèi)端壁面的低應(yīng)力區(qū)設(shè)置分段平直結(jié)構(gòu)。

7、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)流盤(pán)的第一表面的徑向外端部分的篦齒的重心偏離軸向以及偏離第一止口布設(shè)。

8、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片的榫頭型線與所述渦輪盤(pán)的榫槽型線間隙為0.03-0.05mm。

9、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)流盤(pán)的軸向延伸部分沿周向均勻分布的開(kāi)設(shè)有通氣孔，用于引入外部冷卻氣至所述導(dǎo)流盤(pán)和所述渦輪盤(pán)之間間隙；所述渦輪盤(pán)上于第一止口位置周向均勻分布的設(shè)置有通氣槽，用于將所述導(dǎo)流盤(pán)和所述渦輪盤(pán)之間間隙內(nèi)的冷卻氣引至轉(zhuǎn)子冷卻葉片的內(nèi)腔以及引出至渦輪盤(pán)的后端面。

10、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)流盤(pán)采用預(yù)緊裝配且所述導(dǎo)流盤(pán)的第二止口于徑向過(guò)盈0.05-0.06mm，所述導(dǎo)流盤(pán)的第一止口采用小間隙配合且徑向配合間隙0.05-0.07mm。

11、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二平直結(jié)構(gòu)的直線度大于0且小于3.5°。

12、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述渦輪盤(pán)的頂部一側(cè)設(shè)置凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片軸向限位。

13、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種設(shè)計(jì)方法，用于設(shè)計(jì)上述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述設(shè)計(jì)方法包括：

14、s1.基于有限元分析對(duì)渦輪盤(pán)的輻板部位設(shè)計(jì)減厚構(gòu)造；

15、s2.基于有限元分析對(duì)渦輪盤(pán)的盤(pán)心低應(yīng)力區(qū)進(jìn)行減重開(kāi)槽設(shè)計(jì)；

16、s3.基于有限元分析對(duì)導(dǎo)流盤(pán)主要承載部位優(yōu)化設(shè)計(jì)；

17、s4.基于有限元分析對(duì)導(dǎo)流盤(pán)低應(yīng)力區(qū)減重設(shè)計(jì)。

18、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種裝配方法，用于裝配上述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還包括封嚴(yán)絲、螺母與鎖片，所述裝配方法包括：

19、a1.將各轉(zhuǎn)子冷卻葉片由渦輪盤(pán)前端榫槽位置依次放入，軸向移動(dòng)轉(zhuǎn)子冷卻葉片至凸臺(tái)結(jié)構(gòu)位置；

20、a2.將導(dǎo)流盤(pán)加熱至200℃以上并將封嚴(yán)絲放入導(dǎo)流盤(pán)的安裝槽內(nèi)；

21、a3.由渦輪盤(pán)前端軸頸轉(zhuǎn)入導(dǎo)流盤(pán)，沿軸向移動(dòng)導(dǎo)流盤(pán)至導(dǎo)流盤(pán)貼合轉(zhuǎn)子冷卻葉片的前端面；

22、a4.依次放入鎖片旋入螺母至導(dǎo)流盤(pán)達(dá)到預(yù)設(shè)壓縮量，完成裝配。

23、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括上述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

24、本發(fā)明具有以下有益效果：

25、本燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦輪盤(pán)相較于常規(guī)渦輪盤(pán)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)減厚構(gòu)造減少了渦輪盤(pán)中上方輻板區(qū)域的體積，同時(shí)設(shè)計(jì)減重槽降低輪心低應(yīng)力區(qū)的體積，實(shí)現(xiàn)在渦輪盤(pán)重量不增加的前提下適當(dāng)增加輻板區(qū)域的徑向應(yīng)力水平，實(shí)現(xiàn)渦輪盤(pán)盤(pán)心最大應(yīng)力顯著下降；通過(guò)優(yōu)化導(dǎo)流盤(pán)主要承載區(qū)域，主要承載區(qū)域整體呈傾斜水滴狀構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)承載能力的提升，通過(guò)增加旋轉(zhuǎn)盤(pán)體主承載區(qū)盤(pán)體寬度增強(qiáng)導(dǎo)流盤(pán)盤(pán)體內(nèi)徑承載能力，基于弧形結(jié)構(gòu)之間的平直結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制重量增加，結(jié)合導(dǎo)流盤(pán)低應(yīng)力區(qū)分段平直結(jié)構(gòu)的減重設(shè)計(jì)減少主要承載區(qū)域水滴狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的重量增加帶來(lái)的影響，較好地提升了導(dǎo)流盤(pán)的抗破裂能力與壽命，為實(shí)現(xiàn)高溫高切線速度下渦輪轉(zhuǎn)子整體強(qiáng)度與壽命提升做出重要貢獻(xiàn)。

26、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

技術(shù)特征：

1.一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括渦輪盤(pán)、導(dǎo)流盤(pán)、轉(zhuǎn)子冷卻葉片，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)流盤(pán)的第一表面的徑向外端部分的篦齒的重心偏離軸向以及偏離第一止口布設(shè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片的榫頭型線與所述渦輪盤(pán)的榫槽型線間隙為0.03-0.05mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)流盤(pán)的軸向延伸部分沿周向均勻分布的開(kāi)設(shè)有通氣孔，用于引入外部冷卻氣至所述導(dǎo)流盤(pán)和所述渦輪盤(pán)之間間隙；所述渦輪盤(pán)上于第一止口位置周向均勻分布的設(shè)置有通氣槽，用于將所述導(dǎo)流盤(pán)和所述渦輪盤(pán)之間間隙內(nèi)的冷卻氣引至轉(zhuǎn)子冷卻葉片的內(nèi)腔以及引出至渦輪盤(pán)的后端面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)流盤(pán)采用預(yù)緊裝配且所述導(dǎo)流盤(pán)的第二止口于徑向過(guò)盈0.05-0.06mm，所述導(dǎo)流盤(pán)的第一止口采用小間隙配合且徑向配合間隙0.05-0.07mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二平直結(jié)構(gòu)的直線度大于0且小于3.5°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述渦輪盤(pán)的頂部一側(cè)設(shè)置凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片軸向限位。

8.一種設(shè)計(jì)方法，其特征在于，用于設(shè)計(jì)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述設(shè)計(jì)方法包括：

9.一種裝配方法，其特征在于，用于裝配權(quán)利要求7所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還包括封嚴(yán)絲、螺母與鎖片，所述裝配方法包括：

10.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，應(yīng)用有權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、裝配方法以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，包括渦輪盤(pán)、導(dǎo)流盤(pán)，渦輪盤(pán)的輻板部位的設(shè)置減厚構(gòu)造，渦輪盤(pán)的盤(pán)心低應(yīng)力區(qū)開(kāi)設(shè)減重槽；導(dǎo)流盤(pán)的第二表面于第一止口向徑向外端區(qū)域構(gòu)造呈第一平直結(jié)構(gòu)并于第一止口向徑向內(nèi)端構(gòu)造呈第二平直結(jié)構(gòu)且第二平直結(jié)構(gòu)呈預(yù)設(shè)角度傾斜布設(shè)；第一表面于主要承載區(qū)域依次構(gòu)造呈第一弧面結(jié)構(gòu)、第三平直結(jié)構(gòu)以及第二弧面結(jié)構(gòu)，第二表面于主要承載區(qū)域依次構(gòu)造呈第三弧面結(jié)構(gòu)、第四平直結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)，第一弧面結(jié)構(gòu)、第三弧面結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于遠(yuǎn)離軸向的一側(cè)，第二弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于靠近軸向的一側(cè)；導(dǎo)流盤(pán)的徑向內(nèi)端壁面的低應(yīng)力區(qū)設(shè)置分段平直結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧麗君,成本林,李維,周澤堂,錢(qián)正明,向立軍,李軍,何立強(qiáng),董武
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19