涡扇发动机轴承支承锥和涡扇发动机的制作方法

本实用新型涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种涡扇发动机轴承支承锥和涡扇发动机。

背景技术：

典型涡扇发动机的低压转子一般包括风扇、增压级、低压涡轮和转轴等，其中低压转子由多个轴承支承，将涡轮产生的力和力矩传递到增压级和风扇。正常情况下，风扇、增压级和低压涡轮等各部件的重心所在直线与转轴重合。为保证临界转速的裕度，低压转子系统一般由三个轴承支承，其中1#轴承和2#轴承位于风扇转子附近，称为风扇轴承。风扇轴承通过支承结构将风扇转子连接到静子件中介机匣上，因此正常工作时，风扇轴承及其支撑结构是风扇与中介机匣等固定结构间的传力部件。

航空发动机运行过程中，风扇叶片由于外物吸入或疲劳等因素导致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轴，故FBO不平衡载荷主要通过轴承及其支承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。由于FBO事件本身很难避免，传统的设计方法是通过提高传力路径上相关零部件的结构强度，使其能够承受FBO不平衡载荷，以满足安全性要求。然而，这种方法会导致发动机的质量和成本增加，燃油消耗率升高，工作效率降低。

技术实现要素：

为克服以上技术缺陷，本实用新型解决的技术问题是提供一种涡扇发动机轴承支承锥和涡扇发动机，能够降低不平衡量且具有结构简单、轻巧的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种涡扇发动机轴承支承锥，用于连接风扇轴承，其包括空心锥体，在空心锥体的壁面上部分地设有第一加强筋，以使空心锥体在设置第一加强筋的部位形成刚度加强部，且空心锥体在未设第一加强筋的其余部位形成刚度薄弱部，刚度加强部的刚度大于刚度薄弱部的刚度，在风扇叶片脱落状态下，刚度薄弱部能够在不平衡载荷作用下断裂。

进一步地，第一加强筋为交叉形成的网格加强筋。

进一步地，网格加强筋包括分别沿着空心锥体的轴向和周向延伸设置的轴向加强筋和周向加强筋。

进一步地，网格加强筋为三角形网格加强筋或斜置正交的网格加强筋。

进一步地，刚度加强部包括分别连接空心锥体的锥头和锥尾的第一刚度加强部和第二刚度加强部，第一刚度加强部和第二刚度加强部之间形成刚度薄弱部。

进一步地，空心锥体在未设第一加强筋的其余部位设有第二加强筋来形成刚度薄弱部，第二加强筋的刚度小于第一加强筋的刚度。

进一步地，第二加强筋沿着空心锥体的轴向延伸设置。

进一步地，第一加强筋设置在空心锥体的外壁面上。

本实用新型还提供了一种涡扇发动机，其包括上述的涡扇发动机轴承支承锥。

由此，基于上述技术方案，本实用新型涡扇发动机轴承支承锥通过在空心锥体的壁面上部分地设置第一加强筋，从而使得空心锥体在设置第一加强筋的部位形成刚度较高的刚度加强部，而在在未设第一加强筋的其余部位形成刚度较低的刚度薄弱部，在风扇叶片脱落状态下，刚度薄弱部能够在不平衡载荷作用下断裂，从而吸收瞬态的冲击量，轴承支承锥失效后，传力路径中断，有效阻止了其它部件直接受极大的不平衡载荷的作用，保护关键结构。本实用新型提供的涡扇发动机也相应地具有上述有益的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型涡扇发动机轴承支承锥第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型涡扇发动机轴承支承锥第二实施例的结构示意图；

图3为本实用新型涡扇发动机轴承支承锥安装在涡扇发动机内的实施例的结构示意图；

图4为本实用新型涡扇发动机轴承支承锥安装在涡扇发动机的实施例的局部结构放大示意图；

图5为本实用新型涡扇发动机轴承支承锥在断裂前后对比的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型的具体实施方式是为了便于对本实用新型的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所述的本实用新型的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本实用新型涡扇发动机轴承支承锥的一个示意性的实施例中，如图1和图2所示，涡扇发动机轴承支承锥10用于连接风扇轴承，其包括空心锥体11，在空心锥体11的壁面上部分地设有第一加强筋，以使空心锥体11在设置第一加强筋的部位形成刚度加强部，且空心锥体11在未设第一加强筋的其余部位形成刚度薄弱部14，刚度加强部的刚度大于刚度薄弱部14的刚度，在风扇叶片脱落状态下，如图5所示，刚度薄弱部14能够在不平衡载荷作用下断裂。

在该示意性的实施例中，通过在涡扇发动机轴承支承锥10的空心锥体11的壁面上部分地设置第一加强筋，第一加强筋设置优选地在空心锥体11的外壁面上，利于加工，空心锥体11在设置第一加强筋的部位形成刚度较高的刚度加强部，而在在未设第一加强筋的其余部位形成刚度较低的刚度薄弱部14，在风扇叶片脱落状态下，刚度薄弱部14能够在不平衡载荷作用下断裂，从而断裂的涡扇发动机轴承支承锥10吸收瞬态的冲击量，降低载荷峰值，轴承支承锥失效后，传力路径中断，有效阻止了其它部件(例如中介机匣等)直接受极大的不平衡载荷的作用，保护关键结构。而且，锥相较于单纯的圆锥类结构，本实用新型设置加强筋的圆锥结构可以提高抗弯、抗屈曲性能，同时减轻结构重量。此外，圆锥类结构的屈曲载荷对加工误差、加工缺陷非常敏感，而设置加强筋后可以降低对加工制造的要求。

其中，刚度加强部的刚度可以通过改变加强筋的参数(包括筋高、筋厚、筋条形状、筋条个数、筋条之间的排列形式，组合关系)来改变，从而改变刚度加强部与刚度薄弱部14之间刚度的比值，提高轴承支承锥的断裂灵敏度。

作为第一加强筋的一种优选实施方式，如图1和图2所示，第一加强筋为交叉形成的网格加强筋，这样有利于保证结构刚度且节省加强筋条的使用。优选地，如图1和图2所示，网格加强筋包括分别沿着空心锥体11的轴向和周向延伸设置的轴向加强筋13和周向加强筋12，这样在涡扇发动机轴承支承锥10的轴向上和周向上均加强结构刚度，且便于加工。当然，网格加强筋还可以优选地为三角形网格加强筋或斜置正交的网格加强筋，其同样具有提高结构刚度且加工方便的优点。

第一加强筋的形状可以是刀形、倒T形、倒J形、L形、工字形等，在此不一一列举。

在上述实施例中，优选地，如图1和图2所示，刚度加强部包括分别连接空心锥体11的锥头和锥尾的第一刚度加强部和第二刚度加强部，第一刚度加强部和第二刚度加强部之间形成刚度薄弱部14，这样的设置方式利于刚度薄弱部14在风扇叶片脱落状态下发生断裂以实现可失效。

在刚度薄弱部14可以不设置任何加强筋，也可以可选地或优选地，如图2所示，空心锥体11在未设第一加强筋的其余部位设有第二加强筋15来形成刚度薄弱部14，第二加强筋15的刚度小于第一加强筋的刚度，确保在未发生风扇叶片脱落的情况下的刚度薄弱部14的刚度。当然，无论刚度薄弱部14的刚度如何改变，其刚度永远小于刚度加强部的刚度，这样才能保证刚度薄弱部14在风扇叶片脱落状态下发生断裂。优选地，如图2所示，第二加强筋15沿着空心锥体11的轴向延伸设置，有利于提高刚度薄弱部14的刚度且便与加工。

本实用新型还提供了一种涡扇发动机，其包括上述的涡扇发动机轴承支承锥。由于本实用新型涡扇发动机轴承支承锥能够降低不平衡量且具有结构简单、轻巧的优点，相应地，本实用新型涡扇发动机也具有上述的有益技术效果，在此不再赘述。

在本实用新型涡扇发动机的一个具体或优选的实施例中，如图3～图5所示，涡扇发动机包括风扇叶片1、风扇盘2、风扇轴3、一号轴承4、二号轴承5、中介机匣内机匣6、低压压气机叶片7、风扇机匣8以及涡扇发动机轴承支承锥10，涡扇发动机轴承支承锥10的锥头部连接一号轴承4，风扇叶片1以旋转轴线9发生旋转。

在正常工况下，低压转子的质心位置与旋转轴线9重合，发生风扇叶片脱落后，低压转子的质心位置发生偏移，转子在旋转过程中会产生很大的不平衡载荷，并通过一号轴承4传递至涡扇发动机轴承支承锥10上，此时涡扇发动机轴承支承锥10上的刚度薄弱部14发生断裂从而失效，吸收部分瞬态的冲击能量，降低载荷峰值；此时，传力路径被切断，有效阻止了内机匣6直接受极大的不平衡载荷的作用。

涡扇发动机轴承支承锥10失效后，释放了涡扇发动机轴承支承锥10对风扇轴3的约束，风扇转子可以发生弯曲，如图5中所示，风扇轴3移动至3′，其质心会更接近旋转轴线9，从而能够降低不平衡量。此时，风扇转子摆动变大，增加风扇叶片1与风扇机匣8之间的碰磨，加快转速的下降，从而降低不平衡载荷。而且涡扇发动机轴承支承锥10的支承刚度变为零，降低低压转子的临界转速，使发动机在停车降速的过程中穿越降低后的共振转速，安全到达风车转速状态。

以上结合的实施例对于本实用新型的实施方式做出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型仍落入在本实用新型的保护范围之内。