一种航空涡轴发动机的制作方法

本发明涉及航空发动机，特别地，涉及一种航空涡轴发动机。

背景技术：

1、航空涡轴发动机安装在直升机或其他飞行器上，通过燃烧将燃料中的化学能转变为机械能，为飞行器提供轴功率。发动机的研制首先要确定发动机的构型，发动机整机构型直接决定了性能、寿命、成本等关键指标，有研究表明，发动机初步构型决定了全寿命周期成本的约70%。

2、现有技术中，国际上现有发动机布局方式各有优劣，如加拿大的pt6b/pt6c发动机功率采用偏置输出方式，未能充分利用发动机内部空间，结构设计效率偏低，承力框架结构、油路均较为复杂；而法国ardiden3系列发动机功率拓展空间、燃气涡轮效率均受限；美国t700系列发动机，压气机相对较为复杂，气动稳定性设计难度偏大、压气机零件成本偏高，燃烧室采用直流燃烧室，增加了支点跨距，对转子动力学设计不利，承力框架结构、油路均较为复杂。另外，上述现有技术发动机均未配备健康管理系统，不能给予用户更便捷优化的维护保障支持。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种航空涡轴发动机，以解决现有技术航空涡轴发动机整体构型未能充分利用发动机内部空间导致结构设计效率偏低，功率拓展空间较小，寿命难以提高以及燃油耗油率难以进一步改善的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种航空涡轴发动机，包括进气机匣和动力涡轮轴，所述航空涡轴发动机包括沿轴向布置的燃气发生器和双级动力涡轮，燃气发生器包括组合压气机、环形回流燃烧室、双级燃气涡轮；

3、组合压气机包括沿轴向布置的依次相连的三级轴流压气机和一级离心压气机，组合压气机后接环形回流燃烧室，环形回流燃烧室内部具有弯折通道，且环形回流燃烧室的最终排气通道与动力涡轮轴的轴向平行，组合压气机用于通过三级轴流压气机和一级离心压气机沿轴向吸入外界空气并对外界空气进行压缩后将高压空气导入环形回流燃烧室；

4、双级燃气涡轮布设于环形回流燃烧室内部，双级动力涡轮串列布置于环形回流燃烧室后部，环形回流燃烧室内设有离心喷嘴和三级涡流器，离心喷嘴用于将液体燃油离心雾化，环形回流燃烧室通过离心喷嘴和三级涡流器喷射燃油油雾以使燃油油雾与高压空气混合燃烧形成燃气并将燃气供与双级燃气涡轮和双级动力涡轮，三级轴流压气机内设置有轮盘，轮盘与双级燃气涡轮连接，双级燃气涡轮用于通过轮盘驱动三级轴流压气机和一级离心压气机进行旋转，双级动力涡轮用于通过动力涡轮轴外接飞行器的传动系统，双级燃气涡轮和双级动力涡轮的导向器叶片均采用分组布置，且70%~90%的导向器叶片采用标准喉道面积的导向器叶片，10%~30%的导向器叶片采用开大喉道面积的导向器叶片。

5、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，三级轴流压气机包括压气机一级转子、压气机二级转子和压气机三级转子，压气机一级转子、压气机二级转子和压气机三级转子的进气端均布设有导向叶片，且压气机三级转子的出气端也布设有导向叶片，一级离心压气机包括一级离心叶轮和扩压器，压气机一级转子进气端的导向叶片设为零级导向叶片，压气机二级转子进气端的导向叶片设为一级导向叶片，零级导向叶片和一级导向叶片的叶片角度可调；三级轴流压气机和一级离心压气机之间设置有放气活门，放气活门用于供组合压气机进行级间放气。

6、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，三级涡流器包括排列布置的i级文氏管和ii级文氏管，i级文氏管和ii级文氏管的出气端分别设置有ii级径向叶片和iii级径向叶片，三级涡流器用于将离心喷嘴喷射的燃油进行气动雾化。

7、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，进气机匣的外壁设置有防冰引气管路，防冰引气管路用于将组合压气机压缩后的热空气引导并分流至组合压气机的进气端的导向叶片、进气机匣的支板以及发动机的主安装节外壁面处。

8、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，燃气发生器转子前支撑轴承与动力涡轮转子前支撑轴承通过前轴承腔轴承座布置在前轴承腔内，且燃气发生器转子后支撑轴承与动力涡轮后支撑轴承通过后轴承腔轴承座布置在后轴承腔内。

9、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，燃气发生器转子前支撑轴承与燃气发生器转子后支撑轴承各设一个并分布于燃气发生器转子盘前后两端。

10、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，动力涡轮转子前支撑轴承与动力涡轮转子后支撑轴承各设两个并间隔布设于动力涡轮转子盘的前端。

11、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，燃气发生器转子前支撑轴承及动力涡轮转子前支撑轴承均采用刚性支承，燃气发生器转子后支撑轴承及动力涡轮转子后支撑轴承均采用鼠笼式弹性支承，鼠笼式弹性支承用于调整燃气发生器转子后支撑轴承及动力涡轮转子后支撑轴承的刚度。

12、在所述的一种航空涡轴发动机的一个或多个实施例中，航空涡轴发动机还包括健康管理系统，健康管理系统包括用于监测发动机性能的转子转速传感器、发动机进口温度传感器、发动机涡轮间温度传感器，用于监测发动机各涡轮部件及附件的振动的振动传感器，用于监测滑油的滑油磨屑传感器、颗粒监测传感器。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明整体构型改进使得发动机多项性能达到国际先进水平，且通过构型改进能充分利用发动机内部空间，发动机功率拓展空间大，寿命进一步提高且燃油耗油率进一步改善，具体包括：

15、本发明航空涡轴发动机通过三级轴流压气机和一级离心压气机的组合压气机、环形回流燃烧室、双级燃气涡轮和双级动力涡轮的主体构型，结构紧凑，充分利用发动机内部空间，具有良好的环境适应性，进一步降低了燃油耗油率。其中三级轴流压气机和一级离心压气机的组合压气机的构型可以在各个状态均实现较大的喘振裕度，保证发动机安全可靠运行；环形回流燃烧室，将组合压气机的出口气流通过弯折再平行同向提供给双级燃气涡轮，双级燃气涡轮布置在环形回流燃烧室内部，而不用串列布置在环形回流燃烧室后方，可缩短发动机轴向长度，减少了转子的跨距，利于振动设计；同时双级燃气涡轮的设计能够避免单级涡轮构型容易导致负荷较重的问题，获得更长的使用寿命，从而提高发动机的整体寿命，缩短维修更换成本。本发明航空涡轴发动机的构型具有较好的功率拓展潜力，在部件轮廓尺寸不变并且不牺牲强度寿命的前提下，通过局部的流道和叶型的改进，可将发动机功率进一步提升，大大降低功率拓展的研制投入。

16、本发明零级导向叶片和一级导向叶片为可调节结构，并在三级轴流压气机和一级离心压气机之间设置有放气活门，能根据发动机状态的不同而适应性的改变零级导向叶片和一级导向叶片的角度、进行级间放气，该构型可以在各个状态均实现较大的喘振裕度，保证发动机安全可靠运行。

17、本发明采用离心喷嘴和三级涡流器组合，液态燃油经过离心压力雾化和三级涡流器多重气动雾化后，燃油雾化质量显著提高，有利于油气混合物高效、稳定燃烧，为燃烧效率的提高和高品质燃烧室出口温度场的获得奠定了坚实基础。

18、本发明在进气机匣的外壁设置的防冰引气管路，实现发动机主安装节外壁面、进气机匣支板和压气机进口导向叶片的热空气防冰，其中热客气是来自经组合压气机压缩后的热空气，可在结冰条件下避免支板和叶片表面结冰，避免结冰脱落后对发动机叶片造成损伤，增强了发动机在结冰环境下的安全运行能力，有效提高发动机的环境适应性。

19、本发明采用双级燃气涡轮和双级动力涡轮，在保证接口尺寸不变的条件下，通过改进叶型来实现各级做功分配的局部调整，进而在宽广的膨胀比工作范围（12～25）内都具有较高的起动效率，有效提高发动机整体的稳定性。本发明发动机构型可在发动机其余部件不进行调整，并且涡轮前温度保持不变的情况下，能够避免温度提升后降低涡轮部件的使用寿命，因此有效提高发动机的整体寿命。

20、本发明实现了“轴承共腔结构”，即燃气发生器转子前、后支撑轴承与动力涡轮转子前、后支撑轴承各布置在同一个轴承腔内。该布局方式减少了轴承腔的数量，相应减少了用于润滑轴承腔内轴承的滑油管路、用于轴承腔封严引气的空气管路、用于支承转子和传递载荷的承力机匣的数量，进而缩短了发动机轴向长度，有效降低了发动机的成本。

21、本发明双级动力涡轮转子采用2-2-0的支点布局，后支点可实现与燃气发生器转子后支点共腔的布置方式，并且最后端的支点处于动力涡轮两级转子重心附近，可有效减小机动飞行时动力涡轮两级转子产生的弯矩，避免弯矩过大可能带来的强度问题。

22、本发明燃气发生器转子前支撑轴承、动力涡轮转子前支撑轴承采用刚性支承，其余支点轴承采用鼠笼式弹性支承，可通过灵活的刚度调整措施（调整鼠笼弹支肋条的宽度、厚度），将转子临界转速避开发动机正常工作转速，避免振动问题。

23、本发明发动机动力涡轮轴向前穿过燃气发生器转子中心，并通过轴前端的内花键向飞机传递功率，实现功率前输出与动力涡轮轴的轴向进排气的布局，充分利用了发动机内部空间进行结构设计，空间利用率高。且发动机输出功率方向与进气方向一致，飞机传动系统可布置在发动机前方，避免布置在高温的发动机后方，可有效提高飞机传动系统寿命；另外轴向进排气可较好地对发动机舱进行通风冷却：在发动机舱与发动机进气道、尾喷管之间可预留通风间隙，由于发动机排气压力低于大气压力，外界低温大气可自动引射进入发动机舱，降低发动机舱环境温度。

24、本发明具备发动机健康管理系统，具体通过发动机性能监测传感器（转子转速传感器，发动机进口温度传感器，发动机涡轮间温度传感器等）、振动监测传感器（附件传动振动、涡轮振动）和滑油监测传感器（滑油磨屑传感器，检测滑油中固体物颗粒）对发动机性能、振动、滑油磨屑进行监测，依据工程使用经验，对性能、振动、滑油实际参数进行比对分析，评估发动机健康状态，给用户提供维护方案（若参数与工程使用经验值有偏差，说明发动机健康状态未到最佳状态，需及时进行维护），减小全寿命周期使用成本。

25、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。