发动机中介机匣的制作方法

本发明涉及发动机技术，尤其涉及一种发动机中介机匣。

背景技术：

航空发动机中介机匣用来承接上下游高低压部件间的气流过渡，并且为满足结构上设备通过和强度方面的承力需求，中介机匣内一般有多块支板。中介机匣内部有传动轴和管路穿过。图1A和图1B分别示出了介于低压压气机与高压压气机之间的中介机匣、以及介于高压涡轮和低压涡轮之间的中介机匣。图1C示出了典型的中介机匣的结构。如图1C可见，典型的中介机匣100包括外壁110和内壁130，外壁110和内壁130总体成中空的圆台状，从而发动机主旋转轴(见图1A、1B)可从中介机匣100的内壁130的中空内部穿过。图1A和图1B中示出的是关于发动机主旋转轴对称的两部分中的上半部分，下半部分未在图中示出。如图1C所示，在内壁130和外壁110之间设有多块支板120，以起到承力作用。

为避免整机重量的增加要求中介机匣的轴向长度尽可能短，由于传动轴、油气管路等需要穿过机匣的设备较多，这给中介机匣的支板设计带来一定难度。

首先，为保证设备通过，支板的最大厚度较大，气动损失较高，并且气流通过较厚的支板后的尾迹较大，流动的不均匀性增加。其次，由于结构的复杂性和承力的需要，支板是固定，方向不可调节，在非设计状态时上游的部件来流方向会发生变化，当来流存在一定角度时，尾部产生流动分离。

在某些飞机机翼的设计中，为了应对翼型尾部的流动问题曾引入一些特殊结构和方法，如可调节尾缘，尾缘吹吸气等主动或被动的流动控制技术，但这些技术往往在增加翼型本身结构复杂性的同时，还需要额外引入流动的监测系统、调节或吹吸气的控制系统、气源系统等较为复杂的外围设备和附加技术。 当应用于中介机匣这种内部流动控制的情况时，支板数量较多且空间有限，这些外围的附属设备和技术的复杂性会增加，作为工程应用时设计难度和成本增加，可靠性问题突出。

因此，本领域需要一种改善的中介机匣。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种发动机中介机匣，包括：外壁、内壁、以及支承于该外壁和内壁之间的多个支板，每个支板由叶片两个弯曲的表面组成空心结构，其中，至少一个支板内部的尾部位置设有横流风扇，该横流风扇包括沿支板高度方向延伸的驱动轴以及沿该驱动轴长度在周向分布的扇页，带横流风扇的该支板的叶片两个表面在该横流风扇的位置具有进气口，以及在尾部末端具有出气口。

在一实例中，该横流风扇的该驱动轴的一端通过轴承连接至该外壁的内表面，另一端通过轴承连接于该内壁，该驱动轴穿过该内壁到达发动机主旋转轴并且与该发动机主旋转轴通过齿轮耦合，以驱动该横流风扇转动。

在一实例中，该驱动轴与该发动机主旋转轴的耦合齿比被配置成获得该横流风扇的所需风扇转速。

在一实例中，带横流风扇的该支板的叶片两个表面在该横流风扇的位置分别是断开的，以形成该进气口，以及该叶片两个表面的后缘在支板尾部末端是张开的以形成该出气口。

在一实例中，带横流风扇的该支板的叶片两个表面在该横流风扇的位置分别具有进气格栅，以形成该进气口，以及该叶片两个表面的后缘在支板尾部末端是张开的以形成该出气口。

在一实例中，在带横流风扇的该支板的内部位于该横流风扇的上游设有连接于支板叶片两个表面之间的导流板。

在一实例中，该导流板朝向该横流风扇的一面上设有突起部，以用于将该导流板与该横流风扇之间的空间分割为两个部分。

在一实例中，该突起部位于介于导流板的中间位置。

在一实例中，该横流风扇的扇页半径沿驱动轴轴向是渐变的。

在一实例中，该横流风扇的扇页半径沿驱动轴轴向从该外壁向该内壁逐渐变大。

根据本发明的方案，通过对航空发动机主旋转轴的合理利用来驱动横流风扇转动，虽然稍稍增加了支板本身的结构复杂性，但不必引入复杂的外围驱动和控制设备就能够实现对支板表面的流动控制。即便是对于最大厚度非常高的支板，在各状态来流条件下均能有效抑制支板尾部的流动分离，在对翼型表面流体抽吸后，横流风扇出口排出的流体恰好可以用来填补支板尾迹区域的流动亏损，从而改善了经过支板后气流分布周向不均匀的情况。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1A-1C是示出了典型的中介机匣的安装环境及其典型结构；

图2是示出了根据本发明的一方面的中介机匣的结构示意图；

图3是示出了根据本发明的一方面的中介机匣的支板翼型的示意图；

图4是示出了根据本发明的一方面的中介机匣的支板翼型的示意图；

图5是示出了现有中介机匣的支板尾部的气流尾迹和分流情况的示意图；以及

图6是示出了根据本发明的中介机匣的支板尾部的气流尾迹和分流情况的示意图。

符号说明：

100：典型的中介机匣

110：外壁

120：支板

130：内壁

200：中介机匣

210：支板

211、212：支板叶片的两个表面

213：进气口 2131：断开缺口 2132：进气格栅

214：出气口

215：导流板 2151：突起部

220：横流风扇 221：驱动轴 222：扇页 223：齿轮

230：发动机主旋转轴 231：齿轮

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图2是示出了根据本发明的一方面的中介机匣200的结构示意图。图2中仅示出了中介机匣200的沿发动机主旋转轴130的周向分布的众多的支板中的一个支板210。同时，为了清楚起见，图2中也省去了中介机匣200的外壁和内壁，而直接示出了支承于这两者间的一个支板210。另外，图2中还示出了发动机主旋转轴230。从图1C的典型中介机匣结构的示意图可以得知，图2中的发动机主旋转轴230是穿过中介机匣200的内壁(未示出)形成的中空内部的。

中介机匣200可包括支承于外壁和内壁之间的多个支板，根据本发明的一方面，这多个支板中的至少一个支板是如图2所示的带横流风扇220的支板210。例如，中介机匣200的众多支板的厚度不一，对于较厚的支板，可以如图2所示地配置有横流风扇220，以改善尾迹。图2中示出了带有横流风扇220的支板210的示意图。

如图2所示，支板210的叶片主要由两个表面211、212组成，叶片表面211和212是弯曲的表面，它们相对结合在一起以形成空心结构。特别地，根 据本发明的一方面，支板210内嵌有横流风扇220。

如图2所示，在支板210的内部，于尾部位置设有横流风扇220。这里的尾部是相对于经过支板210的气流而言的，支板210位于气流上游的一端(即图中左端)为头部，位于气流下游的一端(即，图中右端)为尾部。

横流风扇220包括驱动轴221以及沿着驱动轴221的长度在驱动轴221的周向上分布的扇页222。驱动轴221是沿支板210的高度方向延伸的，这里支板210的高度方向，也即是与发动机主旋转轴230垂直的方向，也可称为发动机主旋转轴230的径向方向。

叶片表面211和叶片表面212在靠近横流风扇220的位置具有进气口213，在尾部末端具有出气口214。扇页222在驱动轴221的驱动下旋转，从而将空气从进气口213吸入到支板210内部，然后再次出气口214排出。

在此设计下，横流风扇220的进气口213设置在支板翼型的两侧靠近尾部的区域，通过横流风扇220转动产生抽吸作用，抑制叶型表面后半部分的气动分离。同时将横流风扇220的出气口214放置在叶型尾部，出气口214排出的气流用来填充传统叶型产生的尾迹区。

横流风扇220的驱动轴221的一端可通过轴承(未示出)连接于中介机匣200的外壁(未示出)的内表面，另一端可通过支承(未示出)连接于中介机匣200的内壁(未示出)，同时驱动轴221进一步穿过内壁，到达发动机主旋转轴230，并与发动机主旋转轴230通过齿轮耦合，如图2所示。发动机主旋转轴230的旋转带动发动机主旋转轴230上的齿轮231旋转，齿轮231与驱动轴221端部的齿轮223啮合，从而带动齿轮223进而带动驱动轴221旋转。可合理控制齿轮221、231的齿比来获得所需的风扇转速。

在一实例中，叶片两个表面211和212在横流风扇220所在位置分别是断开的，例如，叶片表面211在横流风扇220所在位置断开形成一条沿支板高度方向的缺口2131，该缺口2131形成进气口213。类似地，叶片表面212在横流风扇220所在位置断开形成一条沿支板高度方向的缺口2131，该缺口2131形成进气口213。图3示出了根据本发明的一方面的支板的翼型，从该翼型的示意图中可以清楚地看到上述结构。另外，叶片两个表面211和212的后缘在支板尾部末端是张开的，以形成出气口214。

在如图4所示的另一实例中，叶片两个表面211和212在横流风扇220所在位置分别具有进气格栅2132，进气格栅2132上具有孔槽，从而形成进气口213。进气格栅2132既可以保证空气被风扇吸入，又能对异物起到阻隔作用。

如图3和图4可清楚地看见，在支板210内部，位于横流风扇220上游具有导流板215，该导流板215连接在叶片表面211、212之间。较优地，在导流板215朝向横流风扇220的一面上设有突起部2151，该突起部2151将导流板215与横流风扇220之间的空间分割为两个部分。这样，从两侧进入的空气不会相互对冲形成漩涡，而是分别顺畅地流向出口，改善了流路。在一实例中，突起部2151可介于导流板215的中间位置。

较优地，在支板210的高度方向上，可能希望控制气流的均匀度。这可以通过控制横流风扇220沿支板高度方向的风扇吸力大小来控制。例如，横流风扇220的扇页半径沿驱动轴221的轴向长度是渐变的。在一实例中，沿着驱动轴221的轴向长度从外壁到内壁，横流风扇220的扇页213的扇页半径是逐渐变大的。换言之，从图2的示图中来看，横流风扇220的整体形状并非是圆柱形，而是圆台形。

图5是示出了现有中介机匣的支板尾部的气流尾迹和分流情况的示意图。如图5所示，在支板尾端，尾迹较大，而且形成了分离区域。

图6是示出了根据本发明的中介机匣的支板尾部的气流尾迹和分流情况的示意图。如图6所示，尾迹减弱，也消除了分离。

根据本发明的方案，通过对航空发动机主旋转轴的合理利用来驱动横流风扇转动，虽然稍稍增加了支板本身的结构复杂性，但不必引入复杂的外围驱动和控制设备就能够实现对支板表面的流动控制。即便是对于最大厚度非常高的支板，在各状态来流条件下均能有效抑制支板尾部的流动分离，在对翼型表面流体抽吸后，横流风扇出口排出的流体恰好可以用来填补支板尾迹区域的流动亏损，从而改善了经过支板后气流分布周向不均匀的情况。

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