轴流式航空发动机及其盘轴结构
技术领域
本实用新型涉及航空发动机领域，尤其涉及一种轴流式航空发动机及其盘轴结构。
背景技术
在航空发动机领域，涡喷发动机分为离心式与轴流式两种。相比起离心式涡喷发动机，轴流式发动机具有横截面小、压缩比高的优点，当今的涡喷发动机大多为轴流式。图1是现有的一种轴流式航空发动机的盘轴结构的示意图。如图1所示，轴流式航空发动机1包括叶片11、转子盘12、转子轴13、鼓筒14和流道板(图1中未示出)，转子盘12与转子轴13组成盘轴结构10。转子盘12的外表面设置有多个叶片11，转子盘12在图1中的右侧设计为与鼓筒14连接，流道板分布在转子盘12的外表面上设置的多个叶片11之间。盘轴结构10中的转子盘12包括腹板121，腹板121的径向截面包括第一分支1211、第二分支1212和连接臂1213。第一分支1211用于承载多个叶片11，连接臂1213用于连接第一分支1211和第二分支1212，第二分支1212用于连接转子轴13。第一分支1211在图1中的左侧连接至连接臂1213，第一分支1211在图1中的右侧连接至鼓筒14。第二分支1212从连接臂1213向远离连接臂1213的方向延伸。当轴流式发动机1处于工作状态，图1中的左侧为气流进口，图1中的右侧为气流出口，通过计算表明，盘轴结构10位于右侧的气流出口处的部件变形量远大于盘轴结构位于左侧的气流进口处的转子盘12的部件变形量，导致现有的该盘轴结构10具有以下的缺陷：
(1)气流出口处的转子盘12的部件尺寸变化会严重影响轴流式航空发动机1的气动性能，导致发动机的效率降低。
(2)由于转子盘12产生变形，叶片11的叶尖间隙也会受影响而变大，鼓筒14也会受到影响变形，使得发动机的效率下降。
(3)第二分支1212从连接臂1213向远离连接臂1213的方向延伸并连接转子轴13，转子轴13的轴向长度加长，自身重量增加，导致轴流式发动机1的燃油效率低，生产成本高。
实用新型内容
本实用新型提供了一种轴流式航空发动机及其盘轴结构，能够降低发动机流道板出口处尺寸变化对发动机性能的影响，提高发动机的燃油效率，降低发动机的自身重量，减少生产成本。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种轴流式航空发动机及其盘轴结构，用于轴流式航空发动机的盘轴结构，包括：转子轴和转子盘。转子盘的一侧设计为与鼓筒连接，转子盘包括腹板，腹板的径向截面包括第一分支、第二分支和连接臂，所述第一分支沿着所述转子轴的轴向延伸且设计为支撑多个叶片，所述连接臂在所述一侧连接所述第一分支，所述第二分支从所述连接臂向远离所述一侧的方向延伸且连接所述转子轴。
在本实用新型的一实施例中，所述第一分支、第二分支和连接臂的连接形成凹陷。
在本实用新型的一实施例中，所述第一分支具有第一花键，所述转子轴具有第二花键，所述第一分支通过所述第一花键与所述第二花键的配合连接所述转子轴。
在本实用新型的一实施例中，所述第一分支还具有第一定心组件，所述转子轴具有第二定心组件，所述第一分支通过所述第一定心组件与第二定心组件的配合连接所述转子轴。
在本实用新型的一实施例中，该盘轴结构还包括调整片，设于所述转子轴与所述第二分支连接的一侧。
在本实用新型的一实施例中，该盘轴结构还包括调整块和螺母，设置于所述第一分支远离所述连接臂的一端。
本实用新型还提供了一种轴流式发动机，包括：叶片、上述任一实施例中的盘轴结构、鼓筒和流道板。多个叶片安装在所述腹板的第一分支。鼓筒与所述转子盘的一侧连接。流道板分布在所述转子盘的外表面。
在本实用新型的一实施例中，腹板的第一分支、第二分支和连接臂的连接形成凹陷，当气体沿所述流道板流通时，所述凹陷朝向所述气体的流通方向上的下游。
与现有技术相比，本实用新型的轴流式航空发动机及其盘轴结构，通过优化盘轴结构中的腹板结构，在满足航空发动机传递载荷要求的基础上，提高了发动机的燃油效率，降低了发动机的生产成本。
附图说明
包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：
图1为现有的一种轴流式航空发动机的盘轴结构的示意图。
图2为本实用新型一实施例中的轴流式航空发动机的结构示意图。
图3为本实用新型一实施例中的盘轴结构的结构示意图。
图4为本实用新型一实施例中的转子轴的示意图。
图5为本实用新型一实施例中的转子盘的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
图2为本实用新型一实施例中的轴流式航空发动机的结构示意图。如图2所示，轴流式航空发动机2包括叶片21、转子盘22、转子轴23、鼓筒24和流道板25。转子盘22的外表面设置有多个叶片21。叶片21为轴流式航空发动机2的主要转子部件，叶片21一般包括榫头和叶身(图2中未示出)。叶身是轴流式航空发动机2实现气动设计的结构，榫头是实现叶片21与转子盘22的安装的结构。叶身所受的载荷通过榫头传递到转子盘22。转子盘22在轴流式航空发动机2处于工作状态时用于承受和传递载荷。转子轴23在轴流式航空发动机2处于工作状态时用于传递扭矩。
如图2所示，鼓筒24与转子盘22的一侧连接，转子盘22在图2中的右侧设计为与鼓筒24连接。流道板25分布在转子盘22的外表面上设置的多个叶片21之间。流道板25是叶片21之间形成气动流路的结构件，流道板25满足气动设计的要求。当轴流式发动机2处于工作状态，图2中的左侧为气流进口，图2中的右侧为气流出口。
图3为本实用新型一实施例中的盘轴结构的结构示意图。如图3所示，盘轴结构20包括转子盘22和转子轴23。转子盘22的一侧设计为与鼓筒24连接，在本实施例中，该转子盘22的该一侧为转子盘22在图3中的右侧。盘轴结构20中的转子盘22包括腹板221，腹板221用于承受载荷。腹板221的径向截面包括第一分支2211、第二分支2212和连接臂2213。第一分支2211沿着转子轴23的轴向延伸且设计为支撑多个叶片21，连接臂2213用于连接第一分支2211和第二分支2212，连接臂2213在转子盘22的该一侧连接第一分支2211。具体来说，转子盘22的连接臂2213与第一分支2211的连接处在转子盘22的该一侧连接鼓筒24。第二分支2212从连接臂2213向远离转子盘22的该一侧的方向延伸且连接转子轴23。
如图3所示，转子盘22的第一分支2211、第二分支2212和连接臂2213的连接形成凹陷a。当轴流式发动机2处于工作状态，图3中的左侧为气流进口，图3中的右侧为气流出口。如上所述，图3中的右侧即为转子盘22与鼓筒24连接的该一侧。当气体沿流道板(图3中未示出)流通时，凹陷a朝向气体的流通方向上的下游，即凹陷a处于气流出口。转子盘22的该设置可以减少转子盘22在气流出口处的尺寸变形量，轴流式航空发动机2在不同工作状态下的叶片21的叶尖间隙会更小，能够提高轴流式航空发动机2的工作效率。同时，流道板的气流出口处的尺寸变化也减小，降低了尺寸变化对轴流式航空发动机2的性能影响。
如图3所示，转子盘22的第二分支2212具有第一花键2212a，转子轴23具有第二花键231。转子盘22的第二分支2212通过第一花键2212a与转子轴23的第二花键231配合连接转子轴23。第一花键2212a与第二花键231的花键配合，能够将力从转子轴23传递至转子盘22上连接的其它部分，使转子盘22旋转并驱动叶片21和鼓筒24。另一方面，现今航空发动机的效率要求日益提高，叶片21的受力增大，转子盘22和转子轴23需要传递的扭矩增大，转子盘22和转子轴23通过花键配合来传扭的形式更能够满足现今航空发动机的效率要求。相对于图1中的盘轴结构10，本实施例中的转子盘22与转子轴23的花键配合整体向转子轴23的方向移动，转子轴23用于与转子盘22连接的轴向长度减小，使得转子盘22的自身重量减少，从而节约了轴流式发动机2的生产成本，提高了轴流式发动机2的燃油效率。
图4为本实用新型一实施例中的转子轴的示意图，图5为本实用新型一实施例中的转子盘的示意图。如图4、图5所示，转子轴23的一端的外表面具有花键231，花键231具有一定的宽度。转子盘22的内表面具有花键2212a。花键231与花键2212a各自的纹路和宽度互相配合，形成转子轴23和转子盘22的连接。
如图3所示，转子盘22的第二分支2212具有第一定心组件2212b和2212c，转子轴23具有第二定心组件232和233，用于使转子盘22的第二分支2212传递更高强度的载荷。转子盘22的第二分支2212通过第一定心组件2211b和2211c与第二定心组件232和233的配合连接转子轴23。在本实施例中，第二分支2212的第一定心组件2212b与转子轴23的第二定心组件232配合，第二分支2212的第一定心组件2212c与转子轴23的第二定心组件233配合第二分支2212的第一定心组件2212b凸出于第二分支2212与转子轴23连接的一侧，贴合于转子轴23的第二定心组件232，用于第二分支2212与转子轴23的前侧定心。转子轴23的第二定心组件233凸出于转子轴23与第二分支2212连接的一侧，第二定心组件233在图3中的左侧贴合于第二分支2212的第一定心组件2212c，用于第二分支2212与转子轴23的后侧定心。两处定心配合实现了转子盘22与转子轴23连接的前后止口定心。在一些其它实施例中，盘轴结构20的定心配合的数量不受限制，可以具有一个或多个定心配合。
如图3所示，盘轴结构20还包括调整片201、调整块202和螺母203。调整片201设于转子轴23与转子盘22的第二分支2212连接的一侧，在本实施例中，调整片201设置在第二分支2212的第一定心组件2212b和转子轴23的第二花键231之间，便于根据叶片21的叶尖间隙来调整第二分支2212的轴向位置。
调整块202和螺母203设置于转子盘22的第二分支2212远离连接臂2213的一端。调整块202和螺母203用于将转子盘22的第二分支2212限位于转子轴23上的固定位置。
本实用新型的上述实施例中的轴流式航空发动机及其盘轴结构，通过优化了盘轴结构中的腹板结构，减小了流道板的气流出口处的尺寸变化，降低了尺寸变化对发动机的性能影响，提高了发动机的燃油效率，同时减少了发动机的自身重量，降低了发动机的生产成本。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述实用新型披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
