进气防护装置及航空发动机的制作方法

1.本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及航空发动机的进气防护装置。


背景技术：

2.航空发动机在服役过程中，经常会遭遇极端冰雹天气。一般情况下，在风扇的离心作用下，会有一部分冰雹被甩离核心流道。但是在飞机飞行速度较高、发动机转速较低，且遭遇高浓度冰雹时，风扇的甩离效果就不再明显，大量的冰雹被吸入发动机核心流道，可能造成如下危害：
3.1.进入高压压气机的冰雹颗粒会和发动机叶片剧烈碰撞，导致叶片的机械损伤；
4.2.冰雹在融化过程中，可能会在增压级和高压压气机之间形成内积冰，这些冰块的脱落，同样会导致高压叶片的机械损伤；
5.3.吸雹还会导致发动机失去工作能力，比如发生喘振、失速、不可接受的功率或推力损失和熄火等异常情况。
6.目前，世界主要航空涡扇发动机供应商并未采取有效的硬件设备来避免冰雹吸入造成的危害。为了避免上述的吸雹危害，需要设计一种结构简单，实施性强的进气防护装置，能够提高发动机遭遇极端冰雹天气时的安全性。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的是提供一种进气防护装置，能够提高发动机遭遇极端冰雹天气时的安全性。
8.上述进气防护装置，用于设置在安装机匣上，所述安装机匣包括外环、内环以及多个支板，所述多个支板的两端分别与所述外环和所述内环固定连接，并在所述多个支板、所述外环和所述内环之间形成多个进气口，所述进气防护装置包括：防护层组件，设置于所述进气口；控制系统，通电后产生电磁力；其中，所述防护层组件自收起状态可运动至打开状态，所述防护层组件在所述打开状态覆盖所述进气口，在所述收起状态开放所述进气口，所述防护层组件在所述收起状态与所述打开状态之间的运动由所述电磁力控制。
9.在一个或多个实施方式中，所述防护层组件包括骨架和防护层，所述骨架的两端分别与所述外环和所述内环可活动地连接，所述防护层的两侧分别与所述骨架和所述支板相连接；其中，所述防护层组件沿所述安装机匣的周向可运动，以自所述收起状态运动至所述打开状态。
10.在一个或多个实施方式中，所述进气防护装置包括：分别开设于所述外环和所述内环中的滑槽；所述骨架的两端均设置有活动件，所述活动件在所述滑槽内可活动。
11.在一个或多个实施方式中，所述控制系统包括电磁铁，进气防护装置包括在所述支板的两端均设置的固定件，所述电磁铁设置为所述固定件和所述活动件中的一方，所述电磁铁通电后对所述固定件和所述活动件中的另一方产生电磁吸力或斥力。
12.在一个或多个实施方式中，所述电磁铁通电后对所述另一方产生电磁吸力，以将
所述防护层组件保持于所述收起状态；其中，所述进气防护装置还包括弹簧，所述内环和所述外环的所述滑槽内均设置有所述弹簧，所述弹簧的端部分别与所述活动件和所述固定件相连接。
13.在一个或多个实施方式中，还包括绝缘块，在所述收起状态下，所述绝缘块设置在所述固定件远离所述活动件的一侧，或者所述绝缘块设置在所述活动件远离所述固定件的一侧。
14.在一个或多个实施方式中，所述防护层为可折叠的网状结构。
15.在一个或多个实施方式中，所述内环具有内环滑槽，所述外环具有外环滑槽，所述内环滑槽与所述外环滑槽位于同一发动机轴线位置。
16.在一个或多个实施方式中，所述控制系统对多个所述防护层组件同步调节。
17.上述进气防护装置采用电磁力控制形成防护层的形式，在遭遇极端冰雹天气时，将冰雹和脱落的内积冰过滤，使其不能直接进入高压压气机流道，避免发动机叶片机械损伤，发生喘振、失速、不可接受的功率或推力损失和熄火等异常情况，从而提高发动机的安全性，降低维修成本。
18.本发明的另一个目的是提供一种航空发动机，能够提高发动机遭遇极端冰雹天气时的安全性。
19.上述航空发动机包括上述进气防护装置。
20.上述航空发动机采用由电磁力控制形成防护层的形式的进气防护装置，在遭遇极端冰雹天气时，将冰雹和脱落的内积冰过滤，使其不能直接进入高压压气机流道，避免发动机叶片机械损伤，发生喘振、失速、不可接受的功率或推力损失和熄火等异常情况，从而提高发动机的安全性，降低维修成本。
附图说明
21.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
22.图1是根据一实施例的进气防护装置处于关闭状态的示意图。
23.图2是根据一实施例的进气防护装置的局部放大示意图。
24.图3是根据一实施例的进气防护装置处于打开状态的示意图。
25.图4是根据一实施例的控制系统的示意图。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
27.涡轮风扇发动机包括风扇、增压级、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮以及喷管，其中，增压级和高压压气机之间有一段前承力机匣，前承力机匣包括多个沿周向a均
匀设置的前承力机匣支板。安装机匣1位于高压压气机的进口端，也即前承力机匣出口端，安装机匣1包括多个支板13，在一个具体的实施方式中，安装机匣1的支板13与前承力机匣支板的周向位置一致，使安装机匣1的安装不会改变发动机有效气动流道面积，不会对主流道产生阻塞。
28.如图1所示，安装机匣1包括外环11和内环12，支板13的两端13a、13b分别与外环11和内环12固定连接，在安装机匣1的外环11、内环12以及支板13之间形成有多个进气口10。
29.如图2所示，进气防护装置设置在安装机匣1上，包括多个防护层组件2，防护层组件2设置于进气口10。如图4所示，进气防护装置还包括控制系统3，该控制系统3通电后能够产生电磁力。
30.其中，防护层组件2可自收起状态运动至打开状态，在图1中所示的收起状态下，防护层组件2开放进气口10，以允许气流自外部通过进气口10进入至安装机匣内。在图3中所示的打开状态下，防护层组件2覆盖进气口10，从而当遭遇极端天气时，冰雹等外物欲进入到安装机匣内会被防护层组件2所挡住，以防止外物进入到机匣内对机匣内部结构的损坏。
31.其中，防护层组件2在收起状态与打开状态之间的运动是由控制系统3通电后所产生的电磁力控制，从而在正常天气时，防护层组件2处于收起状态，不会影响核心机流道正常流动而影响发动机工作。在遭遇极端天气，如冰雹天气时，防护层组件2打开，并快速形成均匀的过滤防护层阻挡冰雹和脱落的内积冰吸入。如此设置，使得本防护层组件2仅在极端天气下打开，能够对流场的扰动降到最低。
32.虽然本防护层组件的一个实施例如上所述，但是在本防护层组件的其他实施例中，本防护层组件相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。
33.请参见图2，在防护层组件的一个实施方式中，每个防护层组件2包括骨架25和防护层27，防护层27的一侧27a与骨架25相连接，另一侧27b与支板13相连接，骨架25的两端25a、25b分别与外环11和内环12可活动地连接，骨架25沿安装机匣1的周向a可移动，以使当骨架25移动时，防护层组件2沿安装机匣1的周向a可打开或收起，防护层组件2在打开状态时覆盖进气口10，收起状态时开放进气口10。
34.当然，在其他一些与图2所示不同的实施方式中，骨架配置为可伸缩，其两端分别与相邻两支板可活动的连接，从而当骨架移动时，能够令防护层沿机匣的径向方向打开或收起。
35.在一个实施方式中，本进气防护装置还包括开设于安装机匣1的外环11以及内环12中的滑槽，具体来说，内环12上设置有内环滑槽26，外环11上设置有外环滑槽21。骨架25的两端25a、25b均设置有活动件24，活动件24可在内环滑槽26、外环滑槽21内活动，从而使骨架25沿周向a可活动。在如图2所示的一个实施方式中，活动件24与内环滑槽26、外环滑槽21滑动配合，具体来说，活动件24为滑块，通过焊接或其他的连接方式固定连接在骨架25的两端25a、25b，滑块可在内环滑槽26和外环滑槽21内滑动，以实现骨架25在周向a上可活动。
36.在另一与图中所示不同的实施方式中，骨架25和支板13上均开设有滑槽，骨架滑槽内设置有活动件和固定件，支板滑槽内设置有活动件和固定件，活动件可在骨架滑槽和支板滑槽内相对固定件活动，使防护层组件2沿安装机匣1的径向可打开或收起，防护层组
件2在打开状态时覆盖进气口10，收起状态时开放进气口10。
37.可选地，在一个实施方式中，内环滑槽26与外环滑槽21位于同一发动机轴线位置，以使得连接于内环滑槽26以及外环滑槽21中的骨架25具有相对较短的长度，以实现对发动机整体的减重。在其它实施方式中，内环滑槽26与外环滑槽21也可以不位于同一发动机轴线位置。
38.在一个具体的实施方式中，控制系统中包括电磁铁，进气防护装置包括在支板13的两端13a、13b的固定件22，该电磁铁设置为固定件22和活动件24中的一方，该电磁铁通电后对固定件22和活动件24中的另一方产生电磁吸力或斥力，从而由控制系统3通电后所产生的电磁力控制防护层组件2在收起状态与打开状态之间的运动。
39.进一步地，在如图2中所示的实施方式中，固定件22设置为电磁铁，活动件24为可受电磁力吸引的金属块，固定件22通电后能够对活动件24产生电磁吸力，以将防护层组件2保持于所述收起状态。其中，进气防护装置还包括弹簧23，内环滑槽26、外环滑槽21内均设置有弹簧23，弹簧23的两端分别与活动件24、固定件22相连接。当固定件22于通电状态下，能够产生磁力，从而与活动件24相吸，使得防护层组件2克服弹簧23的弹性力而保持于收起状态，弹簧23被弹性压缩。当遭遇极端天气，如冰雹天气时，固定件22中取消通电，使得固定件22不再对活动件24磁力相吸，弹簧23弹性张开，活动件24在弹簧23弹性张开过程中被推动，并沿周向a移动，使得防护层27展开至完全打开的状态。
40.进一步地，在一个具体的实施方式中，每个防护层组件2中，在防护网组件2的收起状态下，固定件22为电磁铁，固定件22远离活动件24的一侧设置有绝缘块28，可使固定件22与相邻的防护层组件2的活动件24之间绝磁，仅对处于该同一组防护层组件2中的活动件24产生电磁力，不会对相邻的防护层组件造成干扰。
41.在其他一些与图中所示不同的实施方式中，活动件24为电磁铁，固定件22为可受电磁力吸引的金属件，每个防护层组件2中，通过在活动件24远离固定件22的一侧设置有绝缘块28，使活动件24与相邻的防护层组件2的固定件22绝磁。
42.在另一实施方式中，防护层组件在收起状态下时，骨架25与一侧的支架相接，另一侧的支架上设置有固定件，活动件为可受电磁力吸引的金属块，另一侧支架上的固定件为电磁铁。在收起状态下，固定件未通电生磁，活动件不与固定件相吸引。当固定件通电生磁后，活动件由固定件吸引，从而并沿周向a移动，使得防护层27展开至完全打开的状态。可以理解的是，在此实施方式中，可以合理配置绝磁块防止相邻金属块与电磁铁之间的吸引。在此实施方式的一个变形中，金属块也可以是固定件，而将活动件配置为电磁铁。
43.在一个实施方式中，如图2所示，防护层27为可折叠的网状结构，随骨架25的移动而展开或是收起。在其它实施方式中，防护层27可以是其它具有过滤功能的结构或形状，例如可折叠的多个片状结构，多个片状结构之间形成有进气口或进气孔。
44.在其它实施方式中，活动件24与内环滑槽26、外环滑槽21可以是其他配合方式，例如滚动配合，以实现防护层组件2的打开和收起。
45.如图4所示，控制系统3由电源31、开关33和电磁铁(即如前所述一个或多个实施方式中的固定件22或活动件24)形成控制回路，控制系统3还包括控制单元，通过开关33控制控制系统3的开启和关闭。当控制系统3开启时，电源31提供电流使电磁铁产生电磁力，以控制防护层组件2在收起状态与打开状态之间的运动。
46.在一个实施方式中，防护层27的收起是通过控制系统3开启，使得电磁铁产生电磁力，从而对活动件24产生吸引，使其克服弹簧23的弹性力作用而被收回，从而实现防护层27的收起。当然，在其他一些合适的实施方式中，防护层27的收起可以采用在飞机降落后手动收回的方式。
47.在一个实施方式中，控制系统3采用联调控制方式，对多个防护层组件2进行同步调节，该控制方式能够避免多个进气口10处的防护层组件2打开动作不一致，影响主流道流动，造成进气畸变，影响发动机性能，且能够简化控制系统3。在另一个实施方式中，也可以对多个防护层组件2分别进行调节。
48.在如前所述一个或多个实施方式中的进气防护装置中，每个防护层组件2均有一套单独的控制系统3对其进行位置调节，实现极端天气情况下对高压压气机的保护。进气防护装置具有两种状态：
49.在正常的天气情况下，开关33处于接通状态，控制系统3开启，固定件22产生电磁力，吸引活动件24沿内环滑槽26、外环滑槽21靠近，由骨架25带动防护层27完全折叠回收，最终形成图1所示的进气防护装置的关闭状态；
50.在遭遇极端冰雹的天气情况下，开关33处于断开状态，控制系统3关闭，固定件22失去电磁力，活动件24受弹簧23的作用力沿内环滑槽26、外环滑槽21弹出，由骨架25带动防护层27完全打开，形成覆盖进气口10的过滤网，使冰雹和脱落的内积冰无法进入高压压气机，最终形成图3所示的进气防护装置的打开状态。
51.正常天气时，防护层组件2处于收起状态，不会影响核心机流道正常流动而影响发动机工作。在遭遇极端冰雹天气时，防护层组件2采用弹射的形式应急打开：关闭控制系统3，通过弹簧23将活动件24沿滑槽弹射，快速形成均匀的过滤防护层，对流场的扰动降到最低，既能阻挡冰雹和脱落的内积冰吸入，又可以产生均匀流动。
52.在前述实施方式中，防护层组件2通过弹簧23的作用力自收起状态运动至打开状态，通过电磁力作用自打开状态运动至收起状态。
53.在一些实施方式中，也可以不设置弹簧23，仅通过电磁力作用使防护层组件2自收起状态运动至打开状态；或者，可以在弹簧23和电磁力两者的作用下使防护层组件2自收起状态运动至打开状态。防护层组件2的收起方式包括但不限于如下方式：可以通过磁力收起、或者是通过手动收起。
54.例如，在进气防护装置的另一个实施方式中，电源31提供双向电流，控制单元可控制电流方向，使固定件22可对活动件24产生吸引、或排斥两种电磁力，以驱动骨架25沿周向a可往复运动。如活动件24可以配置为电磁铁，通过控制单元切换电源31提供的电流方向，使固定件22对活动件24产生吸力、或斥力，驱动骨架25沿周向a移动带动防护层27收起、或展开，完成防护层组件2在打开状态和关闭状态之间的切换。
55.上述进气防护装置结构简单、容易实现、可重复使用，采用电磁力控制弹射形成防护层的形式，在遭遇极端冰雹天气时，将冰雹和脱落的内积冰过滤，使其不能直接进入高压压气机流道，避免发动机叶片机械损伤，发生喘振、失速、不可接受的功率或推力损失和熄火等异常情况，从而提高发动机的安全性，降低维修成本。
56.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离
本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。