包括连接杆的超静定构架.pdf

本发明涉及一种包括使用于第一环的悬挂的连接杆的超静定构架，第一环在与所述第一环同心的第二环内侧形成发动机壳体的一部分，所述连接杆（140）在一端（143）固定到所述第一环并且在另一端（144）固定到所述第二环。本发明的特征在于，所述连接杆的张紧强度比它们的压缩强度大。本发明旨在使用于具有加长旁路管道的管道风机涡轮机喷气发动机的悬挂。

权利要求书

包括连接杆的超静定构架
本发明涉及包括加长旁流壳体的旁路涡轮喷气发动机的领域。它涉及固定到航空器或军用发动机的机身的任何这种类型发动机。
旁路涡轮喷气发动机包括当安装在发动机前面处时输送压缩空气流体的风机，压缩空气流体被分成两个同心环形流：主流体和环绕主流体的次流体或旁路流体。后者被引导向发动机形成气体产生器的部分并且其包括压缩级、燃烧室和包括驱动风机的涡轮机的部分。然后在排气喷嘴中喷射包含燃烧气体的主流体。旁路流体被矫直流到风机的下游并且同样被喷射。在用于民用应用的发动机中，它提供了绝大部分的推力。
在一种配置中，旁路流体被引导在绕着发动机在风机和主流体排出喷嘴之间延伸的风机管道中。它包括两个基本圆柱形共轴壁，其在它们之间形成环形空间。风机管道的内壁形成气体产生器的护罩。风机管道的外壁形成壳体，该壳体在矫直器叶片的平面中延伸至排气喷嘴。风机管道的外壳更一般地称为外风机管道或“OFD”。
发动机可以安装在飞行器的翼部下面或者沿着其机身安装，尤其是安装向后部。在这种情况下，发动机包括如上文描述的风机管道。发动机到飞行器的附接布置在两个横向的平面中：一个平面从上游穿过称为中间壳体的结构前壳体，一个平面在下游穿过称为排气壳体的下游结构壳体。
为了固定下游端部，在发动机安装在机身上的情况中，结构环提供在外风机管道，OFD上，该环由臂或连接杆连接到排气壳体的外环或壳体环。在申请人公司名下的专利申请EP2022973中描述了外风机管道结构的一个实例。
在上文提及的两个环之间的连接可以为都绕着发动机的轴分布并且牢固地固定到两个环的径向臂的形式。该连接也可以采用相对于发动机的轴倾斜的连接杆的形式。连接杆通过轭或销类的附接固定到两个环。这种附接由两个单个轭或双轭形成，它们的其中一个固定到连接杆的端部而另一个固定到环的壁，并且公共销穿过它。更具体地，连接杆成对设置，每对的连接杆与排气壳体的环相切，而与此同时汇聚在外风机管道的环的附接部上。
关于连接是否由径向臂或连接杆形成，它是超静定的（静态冗余的）；载荷因此以由其中的相对强度确定的方式经过所有臂或连接杆。为了简化描述，下文将连接杆和臂两者都称为连接杆。
因为张紧载荷发生的路径与压缩载荷发生的路径相同，根据现有技术的连接杆需要被确定尺寸来既承受压缩载荷又承受张紧载荷。
在现有技术的方案中，所有连接元件：销、轭、连接杆或臂的尺寸的确定以能够机械地承受从由于丧失风机叶片产生的失调所导致的载荷。这是为了在这种危险情况出现时消除发动机分离的风险。构成连接的所有部件的质量因此是高的。
本发明的一个目的在于产生一种应用于在另一个环内侧的发动机壳体环的悬挂的连接杆的超静定构架，其在反抗可能由于风机叶片的断裂产生的载荷时与现有技术的方案相比，使得能够减少整个质量。
本发明的另一个目的是产生一种发动机悬挂，其从空气动力学观点看不带有缺陷。
为了能够实现这些目的，申请人公司已经考虑了一下几点：
风机叶片的丧失可能产生高的压缩和张紧载荷。最大压缩载荷的幅度和最大张紧载荷的幅度基本上相同，因为失平衡力随着时间绕着轴旋转并且所有连接杆继而将承受张紧和压缩载荷。
当谈到确定连接杆的尺寸时，因为他们的张紧强度比它们的压缩强度大，所以目标总体上在于确保在压缩情况下抵抗变形。因此这是连接杆的剖面面积的需要的最小二阶矩。为了满足该要求，可以增加连接杆的主剖面，其产生空气动力学缺陷，或者替代地，可以增加连接杆的剖面面积，但这样带来质量缺陷。
此外，在连接杆定位为跨过气流路径并且产生显著的拉拽的程度上，也必须在空气动力学上优化它的轮廓。然后这是增加到机械集成度需要的另一种限制。
因此只要考虑张紧强度，满足所有要求的连接杆是特别大的。在张紧情况下关于断裂的余量超过200%。
因此，本发明涉及一种应用于第一环的悬挂的连接杆的超静定构架，第一环在与所述第一环同心的第二环内侧形成发动机壳体的一部分，所述连接杆在一端固定到所述第一环并且在另一端固定到所述第二环，所述连接杆的超静定构架的特征在于，所述连接杆具有比它们的压缩强度大的张紧强度。
因为所述构架是超静定的，经过所述连接杆的载荷由各个连接杆的相对强度确定。本发明因此包括利用连接杆，连接杆的压缩强度比张紧强度小以便降低最大压缩载荷而提高最大张紧载荷。因此可以互相独立地设置一方面在张紧情况下断裂的余量以及另一方面在压缩情况下变形的余量，以便优化尺寸。
本发明的连接杆包括设计来能够在压缩情况下和在张紧情况下工作的一个或多个部件，和仅在张紧情况下工作的一个或多个其他部件。
本发明优选利用包括内杆和环绕所述内杆的护罩的连接杆来实施，所述内杆设计来能够在压缩情况下和在张紧情况下工作，所述护罩仅在张紧情况下工作。
这种布置使得能够独立于任何空气动力学考虑为所述内杆选择最佳横截面，优化部件的质量，并且能够独立于任何其他约束考虑形状，选择护罩的最佳轮廓以最小化它的拖拽力。
根据一种实施方式，所述连接杆的内杆和护罩具有仅当施加张紧力到所述内杆时互相支承抵靠的一对表面，所述张紧载荷在两个端部之间既由所述内杆也由所述护罩传递。由压缩载荷产生的路径仅经过所述内杆。
根据一种实施方式，所述杆和护罩在一个端部互相固定，另一个端部具有所述的一对表面。根据另一种实施方式，所述杆和护罩在相同固定点之间互相独立，例如所述杆和护罩形成用于连接杆固定销通过的孔，所述护罩在压缩情况下不工作，因为在它与两个销其中一个之间存在的间隙。
根据替代形式，所述连接杆包括至少两对沿着所述杆的轴分布的支承表面。
利用具有径向支承所述护罩的内表面的部件的连接杆进一步提高所述内杆对变形的抵抗，以便于当承受压缩应力时阻止所述内杆变形。
优选地，所述内杆具有十字形横截面。
根据另一个替代形式，所述内杆与轴向可以运动并且形成所述支承表面的板螺纹连接；所述连接杆因此更容易调节，因为通过旋转所述杆来调节在支承表面之间的间隙。并且可以施加预载荷以便于具有无间隙支承表面。
本发明的方案具有显著的优点，使得更容易产生具有空气动力学轮廓的连接杆护罩，因为该护罩仅在张紧情况下工作，其意味着在确定尺寸方面不需要考虑所述轮廓的形状。
根据一个具体应用，所述构架具有六根三角形排列的并与所述内环相切的连接杆。
最后，本发明还涉及一种前风机发动机，包括形成旁路管道的圆形管道和具有在所述旁路管道的护罩中的壳体环和同心环的排气壳体，如在前述权利要求任意一项所述的构架提供在两个环之间的连接。
通过阅读参考示意性附图的详细解释性描述，其是借由单纯非限制性示意性实例给出的本发明一些实施方式，本发明将被更好地理解，并且其中的其他目的、细节、特征和优点将变得更清楚。
图1为具有加长旁路流体管道的旁路涡轮机喷气发动机的示意透视图；
图2为通过图1的发动机的示意横截面，示出两个结构环，它们的其中一个是排气壳体环而另一个是外风机管道环，它们由包括六个连接杆的超静定构架连接；
图3以纵向剖视的方式描述根据本发明的构架的连接杆的一个第一实施方式，箭头指示当连接杆工作在张紧情况下时由载荷发生的路径；
图4描述图3的连接杆，箭头指示当连接杆工作在压缩情况下时由载荷发生的路径；
图5为根据本发明的连接杆的剖视图；
图6为第一替代形式的实施方式的纵向剖视图；
图7为另一个替代形式的实施方式的纵向剖视图；
图8为另一个替代形式的实施方式的纵向剖视图。
图1的涡轮机喷气发动机10是在飞机发动机机舱12内的前风机旁路涡轮机喷气发动机，并且从上游到下游包括风机壳体14，中间壳体16，以及形成在两个基本圆柱形壳体之间的圆形风机管道，两个基本圆柱形壳体分别为形成主流体流过的发动机那部分的护罩和形成气体产生器的内壳体18和外壳体20。这里外风机管道20尽可能地延伸到在主流体26和次流体或旁路流体28之间的汇合区域的下游，在这里两个流体由混合器22混合。外风机管道20具有反抗在发动机与它安装在其上的飞行器之间的载荷的结构功能。它因此包括结构环21，这里由连接杆40连接到气体产生器的排气壳体的外环23。发动机在上游端部处由固定到中间壳体的附接部17并且在下游端部处由固定到外风机管道20的结构环21的附接部27固定到航空器。
在描述的实例中，在外风机管道的结构环21与排气壳体的环23之间的连接由连接杆40形成，连接杆40通过它们的端部附接到两个环。每个附接部以已知的但没有描述的方式包括固定到所述环的轭和固定到连接杆的端部的轭，两个轭具有穿过它们的公共销。如可以在图2中见到，连接更精确地由三对连接杆40形成，与排气壳体环23相切并且成对汇聚在外结构环21上。
根据现有技术，并且尤其是考虑由不平衡引起的载荷绕着轴循环的事实，已经以这样的方式确定构成在所述环之间的连接的元件的尺寸，即使风机叶片断裂每个元件也能够传递压缩载荷和张紧载荷。具体地，确定连接杆的尺寸需要考虑压缩变形，因为它们在压缩方面不如它们在张紧方面那么强。在一个方向上的不平衡在张紧时由一些连接杆反抗，而在压缩时由另一些连接杆反抗。因为所有的连接杆都具有相同的强度，所以载荷在它们之间相等地分布。例如，在一个方向上的10T载荷必须在压缩和在张紧方面都传递。这种情况不是理想的，因为如果它已经被确定尺寸来吸收10T的最大压缩载荷，连接杆在超过10T的张紧力情况下具有断裂余量（margin to breakage）。这种断裂余量在现有技术的结构中没有使用。
假设所述构架是超静定的（它在来自三个连接杆的平面中是静态冗余的），经过连接杆的载荷通过在各个连接杆之间的强度比例来确定，根据本发明的构架由其制成的连接杆当工作在压缩情况下时具有比当它们工作在张紧情况下时更小的强度。因此可以理解连接杆必须能够承受的最大压缩载荷可以是较小的，而最大张紧载荷可以是较大的。后一种情况不会具有缺陷，因为在张紧情况下断裂余量是较高的。换句话说，能够互相独立地设置在张紧情况下的断裂余量和在压缩情况下的断裂余量。然后这是优化的附加路径。
下文描述具有与张紧强度不同的张紧强度的连接杆的非限制性实施例。
图3的连接杆140沿着纵向剖面来观察。它具有内杆141和护罩142。内杆在它的每个端部143、144处分别设置有轭。这些轭允许将连接杆固定到发动机的两个环。杆沿着它的轴从一个端部到另一个端部由护罩142环绕，在处于剖面视图图5中可以见到护罩142的与连接杆的轴垂直的轮廓是空气动力学的。该护罩在一个端部143处固定到所述杆。在它的另一个端部，端部144处，护罩包括与固定到杆141的板141a的轴垂直的支承表面142a。在静止时，这两个支承表面不接触；根据另一个实施方式，在所述杆与护罩之间预加载荷情况下两个支承表面接触。当张紧载荷施加在两个端部143和144之间时，表面141a以这样的方式支承抵靠表面142a，即在两个端部之间的张紧载荷都经过杆141和护罩142。连接杆的工作段包括内杆段Si和外护罩段Se。
当连接杆处于如图4的载荷箭头指示的压缩工作中时，力仅经由杆141从一个端部传递到另一个端部，因为两个表面141a和142a不再互相支承抵靠。连接杆工作的段是Si。因此，以简单的方式，已经产生了其张紧强度不同于压缩强度的连接杆。强度的比例是比值（Se+Si）/Si的函数。
在由这种类型的连接杆形成的超静定构架中，载荷首先由最强的连接杆传递，最强的连接杆是在张紧时工作并且具有最大断裂余量的那些连接杆。
该方案的优点是，通过使护罩工作，优化了连接杆的整个质量，因为杆可以制作得更轻。并且，内杆必须承受的最大压缩载荷可以设置在较低的水平，因为压缩载荷总是较低的。
可以通过仅考虑机械应力优化内杆的形状，因为它不与旁路流体的空气接触。图5表示杆的剖面的几何形状的一个实例，以优化它对变形的抵抗；该形状是剖面形状。
为了进一步提高对变形的抵抗，具有在图7中描述的另一个计划实施例。连接杆340包括内杆341和护罩342，与连接杆140相同，它们通过一个端部343连接并且在张紧情况下实现接触，并且在另一个端部344处经由相应支承表面341a和342a连接。该连接杆还包括用于在内杆和护罩之间径向接触的网345。这些网通过边界条件修改了内杆341的变形方式。
在图6和图8中描述了其他替代形式的实施方式。
在图6中，连接杆240的内杆241具有螺纹并且拧接到护罩242。支承表面241a是通过将所述杆拧接到护罩中沿着高度方向可调节的，杆241经由支承表面241a在端部244处支承抵靠护罩的支承表面242a。这种措施能够实现在转配时全面调节构架中的连接杆。
在图8中，另一个替代实试方式是沿着在两个端部433和444之间的护罩442内侧的内杆441分别形成多对的支承表面441a、442a。
本发明不限于在本专利应用中示出的实施方式，它包括在本领域的技术人员的认识范围内替代形式。包括其中例如护罩和杆不设置成一个在另一个内侧而是并排方式的实例，例如具有在上游和另一个下游具有空气动力学保护，这两个一起构成仅在张紧时工作的部件。