一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇的制作方法

本发明属于叶轮机械技术领域，具体是一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇。

背景技术：

当前，在大推力（大于70.00kn）高涵道比涡扇发动机中，风扇均由低压涡轮直接驱动；一般在风扇转子后还装有3～5级增压压气机（有时也称低压压气机），以增加发动机的总压比及内涵的空气流量。但这种设计存在先天的缺点，即风扇与低压涡轮轴相连，同时内涵还有增压压气机，因此为兼顾内涵的增压比以及转速，风扇转速不会很小，导致外涵风扇线速度过大，当外径太大时就会由于叶尖线速度过大导致激波损失急速增大。相反，当高涵道比涡扇发动机的风扇直径很大时，为了使叶尖速度降低以减小其损失，风扇转子只能工作在较低转速。由于风扇（加上增压压气机）是由低压涡轮直接驱动的，增压压气机、低压涡轮的转速大大低于它们的最佳工作转速；为达到发动机总体设计要求，只得增加增压压气机及低压涡轮的级数。增压压气机、低压涡轮均未在它们的最佳转速下工作，使得发动机级数增多，发动机重量增加。

针对此问题，美国pw公司曾指出，在3转子发动机中，风扇、中压压气机和高压压气机均在最佳转速下工作，因而其级数比双转子发动机少，但是3转子发动机设计十分复杂，目前只有英国的rr公司能够研制。如果在双转子发动机的低压涡轮、增压压气机与风扇之间安装1个减速器，首先使前二者能在最佳转速下工作，然后通过减速器将转速降低到风扇的最佳转速来驱动风扇工作，这样，3个部件均工作于最佳转速下，自然可使级数减少。pw公司提出的gtf发动机采用了1套齿轮机构，在保证低压涡轮高速旋转的同时，能使风扇以理想的低速旋转，不但降低了发动机的噪声，也降低了发动机的油耗。但是，高速、大功率减速器是gtf发动机研制成败的关键。由于具有很多高速大负荷齿轮与轴承，其工作条件恶劣，零件数多，很难保证高的工作可靠。且齿轮传动机构十分复杂，使得发动机重量大幅提高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇，该外涵风扇与内部的涡喷发动机没有机械联系，以简单易制造的结构，实现其转速实时调整。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇，包括外机匣、分流机匣和外涵风扇叶片，所述外涵风扇叶片位于外机匣和分流机匣之间；通过磁力作用，所述外涵风扇叶片与外机匣之间、所述外涵风扇叶片与分流机匣之间均保持间隙。

进一步的，所述外机匣上缠绕有第一线圈，所述外机匣内侧安装有叶尖磁环，所述外涵风扇还包括周向阵列在所述叶尖磁环上的第一永磁体和第二永磁体；所述外涵风扇叶片安装在轮毂上，所述轮毂周向环绕第三永磁体；所述分流机匣上环绕有第三线圈。环绕在分流机匣上的第三线圈通电成为电磁体，第三永磁体和第三线圈的相互排斥力可实现风扇悬浮。外机匣和叶尖磁环主要驱动外涵风扇旋转。向外机匣上的线圈输电时，通过与叶尖磁环的电磁感应作用，阵列在叶尖磁环上的永磁体与外机匣上的线圈作用产生相互作用力以驱动风扇叶片旋转，通过控制线圈中的电流大小实现转速调整。通过轴向传感器及控制器实现外涵风扇轴向定位。

进一步的，所述外涵风扇还包括第二控制器和径向位移传感器，所述第二控制器和径向位移传感器安装在所述分流机匣内侧。第二控制器和径向位移传感器实现外涵风扇径向定位。

进一步的，所述外涵风扇还包括第二线圈、第一控制器和轴向位移传感器，所述第二线圈缠绕在外机匣上，所述第一控制器和轴向位移传感器安装在所述外机匣内侧。通过第二线圈、第一控制器和轴向位移传感器实现外涵风扇轴向定位控制。

本发明的用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇，与现有技术相比，具有以下优点：

1）外涵风扇与内部的涡喷发动机没有机械联系，因此其转速可以实时调整。2）可以使外涵风扇，内涵风扇、压气机、涡轮转轴系统均工作在最佳转速状态，大大提高了发动机的工作效率，减小低压压气机及涡轮级数，减小发动机质量，提高发动机整机性能。3）内涵风扇和外涵风扇单独设计、加工，降低了大尺寸风扇叶片加工难度。4）由于外涵风扇的主要作用是增大气流的流通能力，尽可能增加外涵气流流量，因此叶片的设计思路与现有的高涵道比涡扇有所区别，并不需要气动外形复杂的弯掠叶片，降低了设计难度。

附图说明

图1是本发明的用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇和内涵风扇的整体视图；

图2是本发明的用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇悬浮驱动机构的局部剖面图；

图3是本发明的用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇和内涵风扇轴向结构简图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1和2所示，一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇，包括外机匣1、外涵风扇叶片2和分流机匣4。通过磁力作用，外涵风扇叶片2与外机匣1之间、外涵风扇叶片2与分流机匣4之间均保持间隙。外机匣上1不同环绕方向缠绕有第一线圈8和第二线圈9。外机匣1内侧还安装有控制器13和叶尖磁环7，叶尖磁环7包括周向阵列的若干第一永磁体10和第二永磁体11，以及轴向位移传感器12。外涵风扇叶片2安装在外涵风扇叶片轮毂3上，轮毂3周向环绕着第三永磁体14。分流机匣4包括环绕机匣的线圈15，径向位移传感器16及控制器17。

图3中显示了包括整流罩在内的内涵风扇旋转轴5，内涵风扇6与外涵风扇同轴安装，内涵风扇6在外涵风扇内圈。

环绕在分流机匣上的第三线圈15通电成为电磁体，外涵风扇轮毂3上周向环绕的第三永磁体14和第三线圈15的相互排斥力可实现风扇悬浮，通过径向传感器16检测外涵风扇叶片2的径向位移信号，将得到信号输入第二控制器17进行调理、运算和放大，得到控制电流，再将该控制电流输入第三永磁体14，以实现外涵风扇径向定位，让外涵风扇叶片2能径向稳定在某一个值。向外机匣1上的第一线圈8通入不断变化的交流电，产生周期性变化的磁场，通过与叶尖磁环7的电磁感应作用，阵列在叶尖磁环7上的第一永磁体10和第二永磁体11与外机匣1上的第一线圈8作用产生相互作用力以驱动外涵风扇叶片2旋转，通过控制第一线圈8中的电流大小实现转速调整。通过轴向传感器12检测外涵风扇叶片2的轴向位移信号，将得到的信号输入第一控制器13进行调理、运算和放大，得到控制电流，再将该控制电流输入第二线圈9，以实现外涵风扇轴向定位，让外涵风扇叶片2能轴向稳定在某一个值，实现外涵风扇的稳定旋转。

内涵风扇6与外涵风扇之间没有直接的机械连接。空气通过分流机匣在进口处被分开，分别经过外涵风扇和内涵风扇6进入外涵和压气机涡轮系统。空气从外涵风扇进气口进入，在风扇的导向与增压作用下便成为具有一定流速与压力的气体，流入发动机外涵道。外涵风扇与内部的涡喷发动机没有机械联系，因此其转速可以调整，当外涵风扇直径很大时，能够以较低的转速旋转保证叶尖线速度在合理的范围，防止激波强度过大；而内涵风扇可以适当提高转速，提升内涵风扇的增压能力。

基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。