用于航空发动机的包容性卡箍组件及航空发动机的制作方法

本发明涉及航空发动机结构技术领域，特别地，涉及一种用于航空发动机的包容性卡箍组件。此外，本发明还涉及一种包括上述用于航空发动机的包容性卡箍组件的航空发动机。

背景技术：

涡轴发动机本体部分由附件传动、压气机、燃气发生器、自由涡轮、减速器和排气段六个部分组成。附件传动单元体作用是传递功率和驱动附件，并为发动机提供刚性支撑，前端通过前支架与直升机连接，构成发动机安装前支点；后端通过功率轴与减速器单元体连接，构成发动机安装后支点。自由涡轮单元体安装在燃气发生器和减速器之间，用以将燃气动能转变成机械能以驱动减速齿轮。减速器单元体位于发动机后部，其作用是降低输出转速，并向前传递动力。

自由涡轮单元体与燃气发生器单元体及轴流压气机单元体通过附件机匣支撑，后端由联轴套与减速传动连接，考虑到自由涡轮部分工作温度较高，轴向存在膨胀伸缩，自由涡轮单元体与减速器单元体无刚性连接，而是可前后伸缩的套管方式，无螺钉连接。

发动机通过附件传动单元体在飞行器上安装，减速器则通过多颗螺钉与附件传动单元体连接在一起，但是自由涡轮单元体和减速器单元体并无刚性连接。发动机工作时，当自由涡轮损坏或失去平衡时(如自由涡轮叶片脱落、超速、飞机粗暴着陆、碰撞等)，由于发动机工作时自由涡轮转子处于高速旋转状态，有极高的动能，产生的科里奥利力矩会使自由涡轮单元体与减速器产生很大的位移错位(正常工作时也有位移，但位移量小不影响安全工作)甚至脱落，脱落的自由涡轮单元体可能沿任意方向飞出，甚至直接击穿飞行器导致机毁人亡的重大事故。

为防止自由涡轮盘向后移，并在其破碎时予以包容，现有发动机设计了一个包容罩装置(如图5所示)，该包容罩装置安装于自由涡轮盘后面，由一个4毫米厚的金属管焊接在3毫米厚的加强板上制成。加强板则包含有两个锥形安装边。该组件结构局限，仅通过4个螺钉固定在减速器机匣上，整个装置重1.1kg。但是，包容罩装置对于保持轴承定心效果不佳，因为包容罩装置仅用4个螺钉固定，不足以抵抗自由涡轮损坏或失去平衡时产生的科里奥利力矩，不能限制自由涡轮在安全区域，仍然存在脱落飞出的风险。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于航空发动机的包容性卡箍组件及航空发动机，以解决现有航空发动机中包容罩装置无法将自由涡轮限制在安全区域，仍存在自由涡轮脱落飞出风险的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于航空发动机的包容性卡箍组件，包括用于固定在减速器安装节上并环绕在自由涡轮轴承座外以弹性缓冲方式限制自由涡轮轴承座径向移动范围防止自由涡轮轴承座解体时飞出的第一包容性卡箍以及第二包容性卡箍；第一包容性卡箍与第二包容性卡箍同轴布设并紧贴形成成组组件，用于共同环绕于自由涡轮轴承座外以增加与解体的自由涡轮轴承座的接触面积防止自由涡轮轴承座外表面应力集中而发生变形断裂并防止自由涡轮轴承座侧向倾覆脱出。

进一步地，第一包容性卡箍和第二包容性卡箍均采用沿中轴线左右对称的结构；第一包容性卡箍与第二包容性卡箍采用相同结构，以方便统一制作和装配；或者第一包容性卡箍与第二包容性卡箍采用不同结构，以形成对自由涡轮轴承座构成不同的弹性缓冲和限位，构成阶梯性的缓冲和限位以防止应力集中现象产生以及提高结构抗剪能力。

进一步地，第一包容性卡箍包括用于环绕在自由涡轮轴承座外的整圈环、带中部减重腔并用于形成对整圈环进行径向支撑并协同整圈环共同抗剪的中空连接部以及用于与安装节的周向固定件匹配布设并共同固定的第一圆弧形固定部；整圈环的内空直径大于自由涡轮轴承座的外直径，以使自由涡轮轴承座四周与整圈环的内壁面之间留有间隙。

进一步地，整圈环朝向中空连接部的方位开设有用于增加整圈环周向弹性力以缓冲解体时的自由涡轮轴承座的冲击力的扇形槽、方槽、扇形槽内含方槽、方槽内含扇形槽中的至少一种。

进一步地，中部减重腔的径向尺寸由整圈环向第一圆弧形固定部方向逐渐增大，构成锥形承载腔，整个中空连接部构成锥形承力结构；中部减重腔朝向整圈环的一端设置为沿中轴线左右对称的圆弧倒角构成两段式圆弧传力腔，腔外结构构成用于均匀传递来至于整圈环的外力的两段式圆弧传力结构，中部减重腔朝向第一圆弧形固定部的一端设置为沿中轴线左右对称的圆弧倒角以及处于中轴线上的圆弧倒角构成倒三角形三段式圆弧支撑腔，腔外结构构成用于承载和传递外力的倒三角形三段式圆弧支撑结构。

进一步地，第二包容性卡箍包括用于环绕在自由涡轮轴承座外的弧形圆环、用于形成对弧形圆环进行径向支撑并协同弧形圆环共同弹性缓冲和抗剪的u形连接部以及用于与安装节的周向固定件匹配布设并共同固定的第二圆弧形固定部；u形连接部的两自由端分别与弧形圆环的两自由端对接并采用内圆弧形平滑过渡连接，弧形圆环与u形连接部共同构成弹性组件；弧形圆环的内空直径大于自由涡轮轴承座的外直径，以使自由涡轮轴承座四周与弧形圆环的内壁面之间留有间隙。

进一步地，u形连接部的内腔的径向尺寸由弧形圆环向第二圆弧形固定部逐渐增大，构成锥形承载腔；u形连接部的内腔朝向第二圆弧形固定部的一端设置为沿中轴线左右对称的圆弧倒角以及处于中轴线上的圆弧倒角构成倒三角形三段式圆弧腔，腔外结构构成用于承载和传递外力的倒三角形三段式圆弧支撑结构。

进一步地，第一包容性卡箍和/或第二包容性卡箍采用平板式结构、曲板式结构、折线板式结构、一侧带外弧形的弧形凸板式结构中的一种。

根据本发明的另一方面，还提供了一种航空发动机，其包括上述用于航空发动机的包容性卡箍组件。

进一步地，航空发动机包括附件传动单元、减速器单元、处于附件传动单元与减速器单元之间的连接管以及装配于减速器单元上的自由涡轮单元体；包容性卡箍组件的环绕部套设在自由涡轮单元体的自由涡轮轴承座外；包容性卡箍组件的连接固定部紧贴于连接管的连接法兰内壁面并对正连接法兰的连接孔，包容性卡箍组件与连接管共同装配于减速器单元体上。

本发明具有以下有益效果：

本发明用于航空发动机的包容性卡箍组件，通过固接在减速器安装节上的第一包容性卡箍和第二包容性卡箍分别对自由涡轮轴承座构成径向的限位，实现包容性卡箍组件结构稳定的同时限制自由涡轮轴承座构成径向位移。当自由涡轮轴承座由于各种原因发生解体时，利用第一包容性卡箍和第二包容性卡箍结构上的弹性形变以缓冲自由涡轮轴承座解体时的冲击力，同时约束自由涡轮轴承座，防止自由涡轮轴承座脱出，避免自由涡轮轴承座解脱脱出所产生的一系列损害。利用第一包容性卡箍与第二包容性卡箍同轴布紧贴组合成组的结构，在减少自重的同时增大与自由涡轮轴承座的接触面积，形成与自由涡轮轴承座的多级冲击力缓冲和限制，降低自由涡轮轴承座解体时所产生的应力集中，防止自由涡轮轴承座断裂、破碎而产生的飞溅破坏，有效防止解体的自由涡轮轴承座及其自由涡轮倾覆脱出的几率。包容性卡箍组件与自由涡轮轴承座具有间隙空间，包容性卡箍组件的结构可以制作的很小巧，能够减小结构自重，减少占用空间，以减少包容性卡箍组件对航空发动机内部结构正常运转构成阻碍的几率。适用于航空发动机中各种高速运转的结构的解体防护和保护。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的用于航空发动机的包容性卡箍组件的分体结构示意图；

图2是本发明优选实施例的包容性卡箍组件组装部位的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的航空发动机内的组装结构示意图；

图4是本发明优选实施例的航空发动机内组装后的结构示意图；

图5是现有包容罩装置的结构示意图。

图例说明：

1、第一包容性卡箍；101、整圈环；1011、扇形槽；1012、方槽；102、中空连接部；1021、中部减重腔；103、第一圆弧形固定部；2、第二包容性卡箍；201、弧形圆环；202、u形连接部；203、第二圆弧形固定部；3、附件传动单元；4、减速器单元；5、连接管；6、自由涡轮单元体；601、自由涡轮轴承座；7、包容性卡箍组件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的用于航空发动机的包容性卡箍组件的分体结构示意图；图2是本发明优选实施例的包容性卡箍组件组装部位的结构示意图；图3是本发明优选实施例的航空发动机内的组装结构示意图；图4是本发明优选实施例的航空发动机内组装后的结构示意图。

如图1所示，本实施例的用于航空发动机的包容性卡箍组件，包括用于固定在减速器安装节上并环绕在自由涡轮轴承座外以弹性缓冲方式限制自由涡轮轴承座径向移动范围防止自由涡轮轴承座解体时飞出的第一包容性卡箍1以及第二包容性卡箍2；第一包容性卡箍1与第二包容性卡箍2同轴布设并紧贴形成成组组件，用于共同环绕于自由涡轮轴承座外以增加与解体的自由涡轮轴承座的接触面积防止自由涡轮轴承座外表面应力集中而发生变形断裂并防止自由涡轮轴承座侧向倾覆脱出。本发明用于航空发动机的包容性卡箍组件，通过固接在减速器安装节上的第一包容性卡箍1和第二包容性卡箍2分别对自由涡轮轴承座601构成径向的限位，实现包容性卡箍组件结构稳定的同时限制自由涡轮轴承座601构成径向位移。当自由涡轮轴承座601由于各种原因发生解体时，利用第一包容性卡箍1和第二包容性卡箍2结构上的弹性形变以缓冲自由涡轮轴承座601解体时的冲击力，同时约束自由涡轮轴承座601，防止自由涡轮轴承座601脱出，避免自由涡轮轴承座601解脱脱出所产生的一系列损害。利用第一包容性卡箍1与第二包容性卡箍2同轴布紧贴组合成组的结构，在减少自重的同时增大与自由涡轮轴承座601的接触面积，形成与自由涡轮轴承座601的多级冲击力缓冲和限制，降低自由涡轮轴承座601解体时所产生的应力集中，防止自由涡轮轴承座601断裂、破碎而产生的飞溅破坏，有效防止解体的自由涡轮轴承座601及其自由涡轮倾覆脱出的几率。包容性卡箍组件与自由涡轮轴承座601具有间隙空间，包容性卡箍组件的结构可以制作的很小巧，能够减小结构自重，减少占用空间，以减少包容性卡箍组件对航空发动机内部结构正常运转构成阻碍的几率。适用于航空发动机中各种高速运转的结构的解体防护和保护。

如图1所示，本实施例中，第一包容性卡箍1和第二包容性卡箍2均采用沿中轴线左右对称的结构；第一包容性卡箍1与第二包容性卡箍2采用相同结构，以方便统一制作和装配；或者第一包容性卡箍1与第二包容性卡箍2采用不同结构，以形成对自由涡轮轴承座构成不同的弹性缓冲和限位，构成阶梯性的缓冲和限位以防止应力集中现象产生以及提高结构抗剪能力。

如图1所示，本实施例中，第一包容性卡箍1包括用于环绕在自由涡轮轴承座外的整圈环101、带中部减重腔1021并用于形成对整圈环101进行径向支撑并协同整圈环101共同抗剪的中空连接部102以及用于与安装节的周向固定件匹配布设并共同固定的第一圆弧形固定部103；整圈环101的内空直径大于自由涡轮轴承座的外直径，以使自由涡轮轴承座四周与整圈环101的内壁面之间留有间隙。

如图1所示，本实施例中，整圈环101朝向中空连接部102的方位开设有用于增加整圈环101周向弹性力以缓冲解体时的自由涡轮轴承座的冲击力的扇形槽1011、方槽1012、扇形槽1011内含方槽1012、方槽1012内含扇形槽1011中的至少一种。

如图1所示，本实施例中，中部减重腔1021的径向尺寸由整圈环101向第一圆弧形固定部103方向逐渐增大，构成锥形承载腔，整个中空连接部102构成锥形承力结构；中部减重腔1021朝向整圈环101的一端设置为沿中轴线左右对称的圆弧倒角构成两段式圆弧传力腔，腔外结构构成用于均匀传递来至于整圈环101的外力的两段式圆弧传力结构，中部减重腔1021朝向第一圆弧形固定部103的一端设置为沿中轴线左右对称的圆弧倒角以及处于中轴线上的圆弧倒角构成倒三角形三段式圆弧支撑腔，腔外结构构成用于承载和传递外力的倒三角形三段式圆弧支撑结构。

如图1所示，本实施例中，第二包容性卡箍2包括用于环绕在自由涡轮轴承座外的弧形圆环201、用于形成对弧形圆环201进行径向支撑并协同弧形圆环201共同弹性缓冲和抗剪的u形连接部202以及用于与安装节的周向固定件匹配布设并共同固定的第二圆弧形固定部203；u形连接部202的两自由端分别与弧形圆环201的两自由端对接并采用内圆弧形平滑过渡连接，弧形圆环201与u形连接部202共同构成弹性组件；弧形圆环201的内空直径大于自由涡轮轴承座的外直径，以使自由涡轮轴承座四周与弧形圆环201的内壁面之间留有间隙。

如图1所示，本实施例中，u形连接部202的内腔的径向尺寸由弧形圆环201向第二圆弧形固定部203逐渐增大，构成锥形承载腔；u形连接部202的内腔朝向第二圆弧形固定部203的一端设置为沿中轴线左右对称的圆弧倒角以及处于中轴线上的圆弧倒角构成倒三角形三段式圆弧腔，腔外结构构成用于承载和传递外力的倒三角形三段式圆弧支撑结构。

如图1所示，本实施例中，第一包容性卡箍1和/或第二包容性卡箍2采用平板式结构、曲板式结构、折线板式结构、一侧带外弧形的弧形凸板式结构中的一种。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的航空发动机，其包括上述用于航空发动机的包容性卡箍组件。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，航空发动机包括附件传动单元3、减速器单元4、处于附件传动单元3与减速器单元4之间的连接管5以及装配于减速器单元4上的自由涡轮单元体6；包容性卡箍组件7的环绕部套设在自由涡轮单元体6的自由涡轮轴承座601外；包容性卡箍组件7的连接固定部紧贴于连接管5的连接法兰内壁面并对正连接法兰的连接孔，包容性卡箍组件7与连接管5共同装配于减速器单元体4上。

实施时，提供一种包容性卡箍组件，应用于涡轴型航空发动机，用断裂韧性好的高强钢将发动机的自由涡轮轴承座601和安装节(连接管5)连接起来。当自由涡轮损坏或失去平衡时，保持轴承的定心，保证自由涡轮单元体6和附件传动单元3连接一起不至于分离。

包容性卡箍，卡箍的一端与附件传动单元3连接管5的法兰盘及减速器机匣前部通过螺钉连接在一起，另外一端套在自由涡轮轴承座601外壳上。为了节约材料减重并不干涉发动机其他零部件，本专利设置两个包容性卡箍为一组，其中带有整个圆环的卡箍为第一包容性卡箍1，带有开槽的卡箍为第二包容性卡箍2，如图1所示。

该包容性卡箍组件：(1)结构简单，不会对其他零部件造成干涉，不影响发动机正常工作，两个为一组，灵活性强。(2)重量轻，包容性卡箍组件选用的材料为0cr17ni4cu4nb/z9-0123-87，组合重量为644g。(3)包容性卡箍组件的结构优点和材料优势保证了包容性卡箍组件7有较好的断裂韧性，能够承受较大的剪切应力。(4)在发动机破碎时保持轴承的定心，限制自由涡轮位移，能有效的防止发动机在遇险时解体，避免自由涡轮飞出，从而保护机组人员。

本发明包容性卡箍组件7，下部为半圆环，通过螺钉和销钉固定在连接管5安装边上；上部为圆环，用以套在自由涡轮轴承座601外壳上；腰部收缩并且中间空心，减重的同时保持弹性和拉力。用包容性卡箍组件7将发动机的连接管5和自由涡轮单元体6约束在一起。悬臂箍在轴承座外壳的中部位置，外壳与卡箍内环之间有一定的间隙，允许一定的位移。另一端通过螺钉和销钉固定在钢质连接管5安装边上。包容性卡箍组件7装配状态如图4所示。

本发明包容性卡箍组件7，当自由涡轮损坏或失去平衡时，限制自由涡轮的径向位移量，保持自由涡轮轴承的轴心在允许的范围内。相对于原有装置有减重的效果，原有装置重1100g，该包容性卡箍组件7装置仅重644g，减重41.5％。当自由涡轮损坏或失去平衡时，包容性卡箍组件7可以保证自由涡轮支承座的位置基准在包容性卡箍组件7的固定端即连接管5上，而连接管5固定在飞行器上相对稳定。原有结构定心装置基准在减速器单元4上，减速器单元4和自由涡轮单元体6平衡性相互影响，不利于定心。

本发明包容性卡箍组件7实施应用，具体为：

(1)拆卸减速器单元4；

(2)对置两个包容性卡箍组件7以便两面接触(如安装错误，卡箍仅在最高点和最低点接触)；

(3)把包容性卡箍组件7套在自由涡轮轴承座601外壳上，并且放在连接管5安装边前面，第一包容性卡箍1在第二包容性卡箍2后面，如图3所示。

(4)把减速器单元4装在附件传动单元3上。

(5)把两个包容性卡箍组件7装在新的长销钉上，用螺栓连接。

(6)用螺栓连接附件传动单元3和减速器单元4。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。