一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构

本发明属于航空发动机设计领域，具体涉及一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构。

背景技术：

1、航空发动机在工作过程中可能由于极限载荷、高周疲劳、腐蚀、材料缺陷、制造与装配误差或者其它间接事件导致断轴故障。转轴断裂后，涡轮转子将在高能燃气的驱动下发生升速，如果提高到一定程度，涡轮盘会因离心应力过大而发生破裂，由此产生的高能碎片很有可能会击穿发动机机匣甚至飞机机体，造成灾难性后果。因此，设计涡轮转子超转保护结构、在发生断轴后防止涡轮超转，是航空发动机设计研制过程中不可缺少的内容。

2、航空发动机一般通过安装传感器来监测转子转速，一旦发现转轴断裂和涡轮盘超转问题，随即切断燃烧室的燃油供给，涡轮转子将因缺少高能燃气驱动而减速。然而发动机控制系统监测判断出转轴断裂事件并切断供油仍需要一定时间，在这一过程内涡轮转子转速迅速提高，在转轴失效后单独依赖控制系统限制涡轮转速，仍是十分苛刻的要求。因此，有必要设计并安装涡轮转子超转保护结构，在发生断轴后防止涡轮超转。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，可在发动机发生断轴故障后限制涡轮转速，避免出现涡轮盘破裂的灾难性事故；同时该阻尼环刹车结构具有构形简单、便于拆装的优势。

2、为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，包括盘缘挡板、楔形锥壳和阻尼环；所述盘缘阻尼环刹车结构安装在低压涡轮部件的位置，在低压转轴断裂后限制低压涡轮转子部件的转速，避免低压涡轮转子部件超转与低压涡轮盘破裂；

4、所述盘缘挡板带有底部安装边、头部挡边和肩部楔形环面；楔形锥壳带有底部安装边、头部搭接边、外伸壳体；阻尼环带有楔形外环面和楔形内环面；

5、所述盘缘挡板在底部安装边的位置与涡轮盘安装边通过第二螺栓连接，实现自身的固定安装；盘缘挡板在头部挡边的位置与榫接结构的后端面轴向压紧，限制低压涡轮叶片的轴向位移；

6、所述楔形锥壳在底部安装边的位置与轴承座的头部安装边通过第三螺栓连接，实现自身的固定安装；楔形锥壳的头部搭接边还与导流器的前端搭接，增强楔形锥壳的抗变形能力；

7、所述阻尼环通过楔形外环面焊接在楔形锥壳的外伸壳体；

8、所述盘缘挡板的肩部楔形环面与阻尼环的楔形内环面在安装状态下前后相对，两者之间存在一定间隙，通过修改楔形锥壳的几何尺寸以及阻尼环的厚度来调整两个楔形环面之间的距离。

9、进一步地，在航空发动机正常工作时，盘缘挡板的肩部楔形环面与阻尼环的楔形内环面之间保持一定间隙，不发生接触摩擦；

10、当低压轴发生断裂后，低压涡轮转子部件后移，盘缘挡板随低压涡轮盘后移，肩部楔形环面将压向楔形内环面，两者发生接触摩擦，消耗低压涡轮转子部件的动能，限制其转速上升，实现快速刹车，从而保证低压涡轮部件的完整性。

11、进一步地，应用于最末级涡轮转子后具有承力框架的航空发动机。

12、进一步地，所述的阻尼环使用金属橡胶材料，所述金属橡胶是一种由金属丝制成的均质弹性多孔材料。

13、本发明与现有技术相比的有益效果在于：

14、本发明的防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，可以在航空发动机发生断轴故障后快速对涡轮限速刹车，避免进一步产生涡轮超转、轮盘破裂等灾难性事故，从而保证涡轮的完整性。

15、所述的防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，具有结构构形简单的优势，对发动机现有结构影响较小，并且易于加工制造，成本较低。

16、所述的阻尼环使用金属橡胶材料，其结构简单、阻尼效果好。金属橡胶是一种由金属丝制成的均质弹性多孔材料，既具有类似所选金属材料的高强度特性，也可通过金属丝的内部摩擦产生较阻尼效果，具有阻尼耗能减振功能。

17、所述的防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，不但可以用于低压涡轮，也可以用于高压涡轮，不仅可以应用于双转子发动机，也可以单转子或三转子等其它结构布局的航空发动机。

技术特征：

1.一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，其特征在于：包括盘缘挡板、楔形锥壳和阻尼环；所述盘缘阻尼环刹车结构安装在低压涡轮部件的位置，在低压转轴断裂后限制低压涡轮转子部件的转速，避免低压涡轮转子部件超转与低压涡轮盘破裂；

2.根据权利要求1所述的一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，其特征在于：在航空发动机正常工作时，盘缘挡板的肩部楔形环面与阻尼环的楔形内环面之间保持一定间隙，不发生接触摩擦；

3.根据权利要求1或2所述的一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，其特征在于：应用于最末级涡轮转子后具有承力框架的航空发动机。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，其特征在于：所述的阻尼环使用金属橡胶材料，所述金属橡胶是一种由金属丝制成的均质弹性多孔材料。

技术总结
本发明提供了一种用于防止航空发动机涡轮飞转的盘缘阻尼环刹车结构，包括盘缘挡板、楔形锥壳和阻尼环；盘缘挡板安装在涡轮盘的后侧，楔形锥壳安装在涡轮后框架上，阻尼环焊接在楔形锥壳上。在安装状态与发动机正常工作状态下，盘缘挡板肩部的楔形环面与阻尼环的楔形内环面前后相对，两者之间存在一定间隙；一旦发生转轴断裂故障，涡轮转子向后移动，盘缘挡板楔形环面与阻尼环楔形环面接触摩擦，消耗涡轮转子动能，限制涡轮转子转速，实现快速刹车，保证涡轮转子的完整性与发动机安全性。

技术研发人员：洪杰,章健,郭海龙,李超,马艳红
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13