一种基于轴孔进气的行星齿轮减速传动轴扇发动机构型

本发明涉及一种基于轴孔进气的行星齿轮减速传动轴扇发动机构型，属于飞行器动力领域。

背景技术：

1、载重能力强的垂直起降高速飞行器具可以很好地满足未来的作战需要。

2、为了实现大载重能力的垂直起降，需要依托力效大的升力系统，实用新型授权专利公布号为cn 219056579 u的专利，提出一种双发串联垂直起降飞机，一台位于战机前部，另一台位于战机后部，使发动机性能得到了更加充分的发挥和提升，垂直起降和巡航都是双发一起工作，但该战机垂起存在力效(约为0.4kg/kw)低，喷管喷气产生热损大的问题，耗油率大，该设计对标的f35战机所采用的升力风扇力效仅仅为0.4kg/kw，远远低于直径14m转速290rpm的ah-64直升机旋翼4.1kg/kw的力效，不利于飞行器的最大能力运载，这从一侧面反映大载重能力的垂直起降需要依托力效大转速低的旋翼作为升力系统。

3、决定垂直起降高速飞行器研制成败的关键在于其动力系统。传统的涡轴发动机或涡扇发动机都不能同时满足垂直起降高速飞行器对轴功率输出和巡航推力输出的动力需求。发展轴扇发动机成为了主流，发明专利公布号为cn106988926a的专利，提出涡轴涡扇组合循环发动机，具有对转的两个flade风扇转子，通过可调导叶和离合联轴器可实现在输出轴功率和产生推力两种模式之间的切换，但该离合联轴器在模式转换期间存在的扭矩负载突变和摩擦升温问题，且通过关闭外涵道来降低外涵风扇的功率负载，只能降低20％～60％，即不能以最大能力实现涡轴单模式的工作。发明专利公布号为cn113236441a的专利，提出一种涡轮轴扇双模态发动机及其调节方法，但涡轴模式时风扇依旧旋转消耗能量，存在没有以最大能力实现涡轴模式的问题。

4、行星传动机构具有双路减速传动的特点，但行星传动机构存在动力输出过程难于兼顾轴扇发动机涡轴/涡扇模式下内涵流道增压能力的问题，即动力的输出时往往阻碍内涵进气。

5、需要发展相应的涡轴发动机和行星传动机构，实现以最大能力实现轴功率输出或风扇推进，以及在实现高效减速传动下兼顾涡轴/涡扇模式下的内涵增压能力，从而驱动旋翼产生大力效的升力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于轴孔进气的行星齿轮减速传动轴扇发动机构型，旨在发展一款基于轴孔进气的行星齿轮减速传动轴扇发动机，在辅助电机和电磁离合器构成的模式转换机构、行星齿轮传动机构的基础上，通过轴通孔锥齿输出轴的轴孔进气持续维持涡轴和涡扇两模式的内涵流道的增压能力，解决了行星齿轮传动机构动力输出阻碍内涵进气的问题，实现以最大能力实现轴功率高效减速输出或风扇减速推进，以及两种模式之间的连续平稳过渡，有利于高效驱动大力效的旋翼和大涵道比的风扇。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于轴孔进气的行星齿轮减速传动轴扇发动机构型，包括：分流进气道、功率输出轴、内涵增压叶轮盘、行星齿轮传动机构、模式转换机构、动力涡轮、风扇、核心机和可调面积尾喷管，所述分流进气道包括多个带轴孔的支撑筋和分流罩，所述多个支撑筋支持起整个分流罩，并通过支撑筋将力传递到外涵机匣上，所述分流罩将来流分别分流到内涵道和外涵道，壁面为双曲圆环面从而减少空气阻力，所述功率输出轴包括轴通孔锥齿输出轴、第一输出轴和第二输出轴，所述轴通孔锥齿输出轴前端为锥齿，中间带轴孔，后端连接在行星齿轮传动机构的行星架上，通过轴通孔锥齿输出轴的轴孔进气持续维持涡轴和涡扇两模式的内涵流道的增压能力，所述轴通孔锥齿输出轴驱动由第一输出轴和第二输出轴构成的对转锥齿从而使两轴对转，所述第一输出轴和第二输出轴分别穿过两个支撑筋的内轴孔，将动力传递给垂直起降高速运输机两侧的对转旋翼，动力涡轮驱动的内涵增压叶轮盘带转太阳轮旋转，分别高效减速驱动与外齿圈固连的风扇，以及与行星架固连的轴通孔锥齿输出轴，所述模式转换机构包括辅助电机和电磁离合器；

4、所述轴通孔锥齿输出轴前端为锥齿，中间带进气轴孔，后端连接在行星齿轮传动机构的行星架上，无论轴扇发动机是在涡轴模式还是涡扇模式，以及模式转换过程，气流通过分流进气道流入轴通孔锥齿输出轴的轴孔进入内涵增压级，持续维持涡轴和涡扇两模式的内涵流道的增压能力，避免了轴功率高效减速传动输出时对内涵流道的阻碍作用；

5、所述行星齿轮传动机构包括太阳轮、行星齿轮、外齿圈和行星架，所述旋转环上套有太阳轮，所述外齿圈靠近后流道侧的环壁面上设有多个齿圈锁孔，所述行星架圆环内壁面上设有多个行星架锁孔，所述多个齿圈锁孔和多个行星架锁孔所形成的圆环间隙之间无接触安装有电磁离合器，风扇和外齿圈通过u型双圆环构件连接，构造用于实现内涵增压叶轮盘、行星齿轮传动机构和风扇紧凑地处在同一个旋转平面，所述风扇后流道安装有固定在外涵机匣内壁面的风扇导叶，外齿圈在和多个行星齿轮传动连接的同时，还通过额外的并联电机驱动齿和辅助电机连接，给定不同的电源信号辅助电机可驱动和制动外齿圈，所述外齿圈内环齿面上环形阵列有多个辅助电机，并安装在滑油润滑油箱左端突出的电机套筒内，在轴扇发动机从涡轴转涡扇模式时，辅助电机主动驱动外齿圈加速，在轴扇发动机从涡扇转涡轴模式时，辅助电机主动制动外齿圈减速，从而加快模式转换过程；

6、所述电磁离合器由衔铁、线圈、铁芯和弹簧构成，并连接到滑油润滑油箱左端环的内壁面，并夹在多个齿圈锁孔和多个行星架锁孔所形成的圆环间隙之间，所述电磁离合器包括涡扇模式的无电流锁定外齿圈的状态，过渡态的中间电流不锁状态，涡轴模式的最大电流锁定行星架的状态，无电流状态的涡扇模式有利于高速经济巡航；

7、所述滑油润滑箱为带单侧端环的圆筒结构，滑油润滑箱和旋转环将行星齿轮传动机构和模式转换机构包围其中，所述轴通孔锥齿输出轴、分流进气道、u型双圆环构件和旋转环的多处交接处安装有封严篦齿，以形成轴承-齿轮-辅助电机-电磁离合器共腔结构，采用从轴承内环均匀甩到外环和从太阳轮均匀甩到外齿圈的环下供油技术，并采用多路供油技术分别滑油润滑冷却轴承、齿轮、辅助电机和电磁离合器，最后在重力作用下回到油箱底部回油，起到滑油润滑冷却行星齿轮传动机构和模式转换机构的作用。

8、所述的一种基于轴孔进气的行星齿轮减速传动轴扇发动机构型，其特征在于，轴扇发动机布局在垂直起降高速运输机的顶部，利用康达效应增升减阻，且具有机舱空间大的优势，轴通孔锥齿输出轴端部的锥齿轮驱动由第一输出轴和第二输出轴构成的对转锥齿轮，从而成180度水平驱动两侧的旋翼对转，所述第一输出轴驱动左侧旋翼正转，所述第二输出轴驱动右侧旋翼反转，以抵消陀螺力矩；

9、所述垂直起降高速运输机采用可倾转、可折叠、可变距的对转旋翼以及轴扇发动机作为垂直起降高速运输机的动力系统，充分发挥了涡轴旋翼力效大起飞载重能力强和涡扇经济巡航升力大的优势，跳过了对推力需求大的固定翼起飞阶段，实现垂直起降高速运输机最大能力运载，垂直起降高速运输机具有的工作模式如下：

10、①轴扇发动机以涡轴模式工作，垂直起降高速运输机的旋翼倾转至竖直位置，利用旋翼提供升力具有力效大、起飞载重能力强的优势，进行垂直起降高速运输机的垂直起降；

11、②轴扇发动机以涡轴模式工作，垂直起降高速运输机的旋翼前倾，垂直起降高速运输机约以200～300km/h低速飞行；

12、③轴扇发动机以涡轴模式工作，垂直起降高速运输机的旋翼倾转至水平位置，垂直起降高速运输机约以400～500km/h中速飞行时，以螺旋桨模式实现中速经济飞行；

13、④轴扇发动机从涡轴转换为涡扇模式，利用风扇推进，垂直起降高速运输机的旋翼折叠，垂直起降高速运输机约以700～1000km/h高速高效飞行，且由于轴扇发动机顶置，可利用康达效应增升减阻，且具有机舱空间大的优势。

14、与现有技术相比，本发明的优势是：提出了一种基于轴孔进气的行星齿轮减速传动轴扇发动机构型，通过轴通孔锥齿输出轴的轴孔进气，在风扇和功率输出轴高效减速传动下，依旧持续维持涡轴和涡扇两模式的内涵流道的增压能力，能实现大涵道比风扇推进和轴功率高效减速输出两种模式的最大能力驱动，并且可以实现涡轴/涡扇模式的连续平稳转换；采用可倾转、可折叠、可变距的高力效对转旋翼以及一体化轴扇变循环发动机作为动力系统，实现载重能力强的垂直起飞、低中高三个速度挡的经济巡航；充分发挥了涡轴旋翼力效大起飞载重能力强和涡扇经济巡航升力大的优势，直接跳过对推进力寻求大的涡扇固定翼的起飞爬升阶段，实现飞行器最大能力运载。