可调静子叶片调节系统及航空发动机的制作方法

本实用新型涉及航空发动机领域，尤其设计一种可调静子叶片调节系统及航空发动机。

背景技术：

航空发动机可调静子叶片(Variable Stator Vane，简称VSV)调节机构一般通过作动筒驱动，由于作动筒只能做直线往复运动，为了将直线运动转化为VSV作动环绕发动机中轴线的转动，现有技术中一般通过如下结构实现，如图1所示，将作动筒20平行于发动机轴线放置，在作动筒20与作动环30之间设置运动转换机构40，以将作动筒20的直线运动转化为作动环30的转动运动。

应用此种作动筒20对航空发动机VSV进行调节时，调节系统结构均较为复杂，且占用空间大。而且，由于受到作动筒20本身结构的限制，需要将力矩由直线往复运动转换为转动，这会导致所传递的力矩不稳定。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供了一种可调静子叶片调节系统及航空发动机，能够简化VSV调节系统的结构。

为实现上述目的，本实用新型的实施例第一方面提供了一种可调静子叶片调节系统，包括：

作动环，通过绕自身轴线摆动调节发动机静子叶片；和

驱动装置，固定在靠近作动环设置的基座上，驱动装置的输出端与作动环连接并对作动环输出动力，输出端的运动路径与作动环在调节过程中的摆动路径同轴。

进一步地，驱动装置位于作动环的径向外侧。

进一步地，基座为位于作动环内侧且与作动环同轴设置的机匣，机匣上沿作动环的轴向至少设有两个安装座，驱动装置通过各个安装座固定在机匣上。

进一步地，驱动装置为作动筒，作动筒包括：

筒体，固定在基座上；和

作动杆，至少部分设在筒体内且能够在工作介质的作用下相对于筒体往复伸缩运动，作动杆的外伸端作为输出端与作动环连接。

进一步地，筒体沿作动杆的运动方向呈圆弧形，作动杆沿自身运动方向呈圆弧形，筒体和作动杆与作动环同轴设置。

进一步地，筒体内设有无杆腔和有杆腔，筒体顶部与无杆腔和有杆腔对应的位置分别设有介质流通口，其中一个介质流通口通入高压工作介质时，另一个介质流通口通入低压工作介质。

进一步地，作动环的外壁上设有支架，作动杆的外伸端与支架铰接。

进一步地，可调静子叶片调节系统包括沿自身轴线间隔设置的多个作动环，驱动装置的同一端沿着作动环的轴向设有多个同步运动的输出端，各个输出端与作动环依次对应连接。

进一步地，可调静子叶片调节系统包括两个驱动装置，两个驱动装置的位置相对于作动环的轴线对称，且两个驱动装置各自的输出端反向设置。

为实现上述目的，本实用新型的实施例第二方面提供了一种航空发动机，包括上述实施例的可调静子叶片调节系统。

基于上述技术方案，本实用新型一个实施例的可调静子叶片调节系统，将驱动装置固定在靠近作动环设置的基座上，驱动装置的输出端与作动环连接且相对于作动环轴线以摆动方式输出动力，输出端的运动路径与作动环在调节过程中的摆动路径同轴。此种VSV调节系统中，驱动装置无需设置运动转换机构将直线运动变换为转动运动，可简化调节系统的结构，减小占用空间；而且，通过简化动力传动链路的环节，并减小作动环受到的不平衡力，可使驱动装置输出的力矩稳定地传递至作动环，从而提高静子叶片的调节精度。

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为现有技术中可调静子叶片调节系统的一种调节结构示意图；

图2为本实用新型可调静子叶片调节系统的一个实施例的结构示意图；

图3为本实用新型可调静子叶片调节系统的一个实施例的分解示意图；

图4为图2所示可调静子叶片调节系统的主视图；

图5为图4所示可调静子叶片调节系统的K-K剖视图；

图6为本实用新型可调静子叶片调节系统安装在作动环上的主视图；

图7为本实用新型可调静子叶片调节系统安装在作动环上的立体图。

附图标记说明

1、作动杆；2、前端盖；3、前密封垫；4、筒体；5、后密封垫；6、后端盖；7、第一介质流通口；8、第二介质流通口；9、紧固件；10、机匣；11、引导孔；20、作动筒；30、作动环；31、支架；40、运动转换机构；A、无杆腔；B、有杆腔。

具体实施方式

以下详细说明本实用新型。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本实用新型中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本实用新型的描述中，采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1至图7所示，本实用新型提供了一种可调静子叶片调节系统，在一个实施例中，包括作动环30和驱动装置。其中，如图7所示，作动环30为环状结构，参考图1，作动环30设在机匣10的径向外侧，机匣10的侧壁上沿周向间隔设有多个引导孔11，各个引导孔11内分别设有一个转轴，各个转轴的内端与发动机静子叶片对应设置，外端与运动转换部件连接(图中未示出)，该运动转换部件设在作动环30与机匣10之间，用于通过作动环30的摆动驱动各个转轴在引导孔11内绕自身轴线旋转，以调节静子叶片的角度，从而调节发动机的工作参数。例如，运动转换部件可以是沿着作动环周向分布的多个连杆，每个连杆的两端分别与作动环30和对应的转轴连接，以在作动环30摆动时通过连杆带动转轴在引导孔11内绕自身轴线旋转。作动环30转动的路径并非严格的圆形，而是螺旋形，因为在轴向也有较小的移动。

驱动装置固定在靠近作动环30设置的基座上，驱动装置的输出端与作动环30连接并对作动环30输出动力，输出端的运动路径与作动环30在调节过程中的摆动路径同轴，且与发动机的轴线重合。由此，驱动装置的动力输出方向始终沿着作动环30的切向。一般地，作动环30呈圆形，驱动端的运动轨迹也为圆弧形。驱动装置可以是作动筒、气缸或电动推杆等。

现有技术的方案在传递力矩时需要将直线往复运动转化为转动，在实现运动转换的过程中，由于作动筒与作动环的运动方向不同，会受到不平衡力从而导致传递力矩不稳定。而本实用新型的该实施例中，驱动装置输出端的运动路径与作动环30的摆动路径同轴，驱动装置向作动环30施加的驱动力全部用于驱动作动环30转动，不会产生其它方向的不平衡力，使力矩传递更加稳定，从而提高作动环30运动的平稳性，进而提高静子叶片的调节精度。

现有技术的另一种方案将作动筒垂直于发动机轴线放置，作动筒同时也垂直于扭力杆，将作动筒的无杆腔端铰接在机匣上，有杆腔端的作动杆铰接在扭力杆上，无需转化机构，直接驱动扭力杆转动。但该方案也是将直线运动转换为旋转运动，而且作动筒本身也要跟着运动，从而液压油需要通过软管输送，软管占用空间较大，且附件本身的运动可能会引起较多的干涉风险或导致管路疲劳断裂。而本实用新型的该实施例中，驱动装置固定设置，在驱动装置为作动筒时，使管路的设置更加方便，减少了运动零件与外部结构或管路干涉的风险，可避免管路出现疲劳断裂或接口漏油。

在一些实施例中，如图6和图7所示，驱动装置位于作动环30的径向外侧。输出端的运动轨迹位于作动环30之外，可增加弧形运动轨迹的曲率半径，能够减小运动轨迹在作动环30调节过程中的运动趋势变化，以更精确地控制输出端的运动量。而且，此种设置方式易于安装驱动装置，利于保证驱动装置的安装精度。

在一些实施例中，基座为位于作动环30内侧且与作动环30同轴设置的机匣10，由于机匣10位于作动环30的径向内侧，为了使驱动装置位于作动环30的径向外侧，机匣10上沿作动环30的轴向至少设有两个安装座(图中未示出)，驱动装置通过各个安装座固定在机匣10上。

对于一个具体的实施例，机匣10的外部沿发动机的轴向间隔设置多个作动环30，在各个作动环30整体沿轴线的两端分别设置一个安装座，驱动装置通过这两个安装座设在机匣10上，这种安装方式可以对驱动装置提供更稳定的支撑力。此外，安装座也可设在机匣10上位于相邻作动环30之间的位置。

在一些实施例中，驱动装置为作动筒20，如图5所示，作动筒20包括筒体4和作动杆1。其中，筒体4固定在基座上，优选地通过安装座固定在机匣10的外壁上。作动杆1至少部分设在筒体4内，且能够在工作介质的作用下相对于筒体4往复运动，作动杆1的外伸端作为输出端与作动环30连接。作动筒20的输出端相对于筒体4作往复伸缩运动，相对于作动环30的轴心作摆动运动。例如，作动筒的工作介质为液压油，可以利用发动机上已有的液压系统进行供油。

可选地，如图3所示，筒体4的截面为跑道形，或者根据情况也可设计为圆形、矩形或椭圆形，只要便于密封，利于活塞的运动都可。

该实施例的作动筒20能够利用常规油缸的结构形式输出与作动筒20同轴的摆动运动，结构简单，运动可靠。

在一些实施例中，如图5所示，筒体4沿作动杆1的运动方向呈圆弧形，作动杆1沿自身运动方向呈圆弧形，筒体4和作动杆1均与作动环30同轴设置。如图6所示，作动筒20的弧形直径略大于机匣10的外径，从而在安装时实现弧形作动筒20的圆心与发动机轴线重合。作动杆1的活塞将筒体4内分成无杆腔A和有杆腔B，活塞沿着筒体4的内壁做圆弧运动。

如图2和5，筒体4顶部与无杆腔A和有杆腔B对应的位置分别设有介质流通口，其中一个介质流通口通入高压工作介质时，另一个介质流通口通入低压工作介质。此种双作用缸能够实现作动环30的双向运动调节，使静子叶片的调节更加灵活。

具体地，筒体4顶部与有杆腔B对应的位置设有第一介质流通口7，与无杆腔A对应的位置设有第二介质流通口8，当第二介质流通口8通入高压介质(例如高压来油)，第一介质流通口7通入低压介质(例如低压回油)时，作动杆1伸出，图7中作动环30逆时针转动；当通入的高低压介质相反时，作动杆1缩回，图7中作动环30顺时针转动。

如图7所示，作动环30的外壁上设有支架31，作动杆1的外伸端与支架31铰接。如图1所示，由于作动环30相对于引导孔11在发动机的轴线上具有较小的移动量，因此，通过输出端与作动环30铰接设置的方式，可容许作动环30在轴向具有一定的移动量，从而满足作动环30调节时的运动需求。

在一些实施例中，如图7所示，可调静子叶片调节系统包括沿自身轴线间隔设置的多个作动环30，驱动装置的同一端沿着作动环30的轴向设有多个同步运动的输出端，各个输出端与活塞连接为一体，可沿弧线运动。各个输出端从与作动环30依次对应连接，每一个输出端均驱动一个作动环30。例如，在图7中，作动筒20具有三个输出端，每一个输出端连接一个作动环30。

该实施例能够向作动环30整体施加更稳定均衡的驱动力，并提高各个作动环30摆动的同步性。

可替代地，各个作动环之间相互连接，驱动装置也可驱动其中的部分作动环30摆动，从而带动各个作动环30均发生摆动。或者每个作动环30对应设置一个驱动装置，可实现对发动机不同轴向位置的叶片施加不同的调节量。

在一些实施例中，可调静子叶片调节系统包括两个驱动装置，两个驱动装置的位置相对于作动环30的轴线对称，且两个驱动装置各自的输出端反向设置。该实施例通过增加驱动点，可提高作动环30摆动的平稳性，而且还能增加驱动力。在驱动力需求一定的情况下，可减小对单个驱动装置的驱动能力的要求，以减小驱动装置的体积。此外，驱动装置的数量可根据需求增加为多个。

在一个具体的实施例中，如图2-5所示，作动杆1设在筒体4内，作动筒20的筒体4侧面呈弧形，使作动杆1可沿弧线路径运动。筒体4的横截面为环形跑道结构且两端开放，筒体4沿作动杆1伸出的一端通过前端盖2封闭，筒体4沿作动杆1缩回的一端通过后端盖6封闭，前端盖2与筒体4端面之间设有前密封垫3，后端盖6与筒体4端面之间设有后密封垫5。前端盖2和后端盖6与筒体4之间均通过紧固件9固定。

筒体4的顶部设有与有杆腔B连通的第一介质流通口7和与无杆腔A连通的第二介质流通口8。当第一介质流通口7通入高压来油，第二介质流通口8通低压回油，可推动作动杆1缩回，从而带动作动环30顺时针转动；当第二介质流通口8通入高压来油，第一介质流通口7通低压回油，可推动作动杆1伸出，从而带动作动环30逆时针转动。

其次，本实用新型还提供了一种航空发动机，包括上述实施例的可调静子叶片调节系统。由于本实用新型中驱动装置向作动环30传递的力矩比较稳定，可提高作动环30运动的平稳性，因此能够提高发动机静子叶片的调节精度，从而精确地控制发动机的工作参数。

可调静子叶片是将高压压气机的进口导向叶片和前几前级静子叶片做成可调的。压气机控制参数包括转速和温度。当压气机转速从其设计值往下降低时，静子叶片角度逐渐关小，以使空气流到后面的转子叶片上的角度合适；当压气机转速增加时，静子叶片角度逐渐开大。

以上对本实用新型所提供的一种可调静子叶片调节系统及航空发动机进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。