一种引射器阀门、引射器和变循环发动机的制作方法

1.本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种引射器阀门及引射器和变循环发动机。


背景技术：

2.变循环发动机通过改变发动机某些部件几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环，实现在各种工作状态下都具有最优的整机性能。前涵道引射器(front variable area bypass inject，简称fvabi)是变循环发动机变几何部件之一，用于控制进入核心机压缩空气流量，以适应压缩部件稳定高效工作需求。其位于核心机驱动风扇(core driven fan stage，简称cdfs)与高压压气机(high pressure compressort，简称hpc)之间的外涵道入口，是改变核心机空气流量的阀门，该阀门可进行cdfs、hpc之间的流量调控，从而控制cdfs的失速裕度。
3.现阶段，该阀门可采用一个带控制臂的执行机构，阀门采用一个圆筒结构，再沿周向均匀设置液压作动筒，由液压作动筒的伸缩臂驱动控制臂，控制臂拉动圆筒进行轴向伸缩运动，从而实现该通道的打开和关闭。但该装置结构复杂、重量较大、精度较低、同步性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种引射器阀门及引射器和变循环发动机，其结构简单，重量较轻，控制精度较高，同步性较好。
5.为了达到上述目的，本发明提供一种引射器阀门，包括：
6.直线驱动组件以及阀门，所述直线驱动组件包括步进式电动丝杆和安装件，所述步进式电动丝杆与所述安装件螺纹连接，所述阀门设在所述安装件上，所述步进式电动丝杆包括步进式电机和丝杆，所述引射器阀门还包括机匣以及安装在所述机匣上的支架，所述步进式电机连接在所述支架的对应的安装孔上，所述丝杆的一端轴承连接在所述支架上，所述丝杆的另一端轴承连接在所述机匣上；所述步进式电动丝杆具有相反的两个转动方向，所述步进式电动丝杆用于驱动所述安装件带动所述阀门沿着所述步进式电动丝杆的延伸方向运动。
7.与现有技术相比，本发明提供的引射器阀门中，直线驱动组件包括步进式电动丝杆和安装件，步进式电动丝杆与安装件螺纹连接，阀门设在安装件上，因此，步进式电动丝杆在旋转的过程中，可以利用其表面的螺纹带动安装件沿着步进式电动丝杆的延伸方向运动。而由于步进式电动丝杆具有相反的两个转动方向，因此，步进式电动丝杆可以通过改变转动方向来驱动安装件带动阀门沿着步进式电动丝杆的延伸方向进行往复运动。
8.另外，步进式电动丝杆包括步进式电机和丝杆，引射器阀门还包括机匣以及安装在机匣上的支架，步进式电机连接在支架的对应的安装孔上，丝杆的一端轴承连接在支架上，丝杆的另一端轴承连接在机匣上。在此基础上，可以根据实际需要通过调节阀门的运动
方向，从而控制穿过核心机驱动风扇进入高压压气机的气流量。当需要增大飞行速度时，可以利用步进式电动丝杆驱动安装件带动阀门沿着远离步进电机的方向移动，从而增大穿过核心机驱动风扇进入高压压气机的气流量。当需要减小油耗时，可以利用步进式电动丝杆驱动安装件带动阀门沿着靠近步进电机的方向移动，从而减少穿过核心机驱动风扇进入高压压气机的气流量。
9.可见，本发明提供的引射器阀门可以通过电信号控制步进式电动丝杆的转动方向和转动速度，从而控制阀门的运动方向和运动速度并实现对核心机驱动风扇、高压压气机之间的流量调控。同时，由于电信号的灵敏度较高，信号传输速度快，因此，相比于液压作动机构中由于油压与机械件之间具有间隙而导致运动状态不同，本发明提供的引射器阀门具有更高的控制精度以及更好的同步性。
10.另外，相比液压作动机构，本发明提供的引射器阀门通过丝杆与安装件的螺纹配合，即可将步进式电动丝杆的旋转运动转换为安装件和阀门的直线运动。该结构简单，且重量较轻，无需设置控制臂组件以及液体的进出管路等结构。
11.本发明实施例还提供了一种引射器，包括上文所述的引射器阀门。
12.与现有技术相比，本发明提供的引射器的有益效果与所述的引射器阀门的有益效果相同，此处不做赘述。
13.本发明实施例还提供了一种变循环发动机，包括上文所述的引射器阀门。
14.与现有技术相比，本发明提供的变循环发动机的有益效果与所述的引射器阀门的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1示出了本发明实施例提供的引射器阀门的主视图；
17.图2示出了本发明实施例提供的引射器阀门的右视图；
18.图3示出了本发明实施例提供的引射器阀门的俯视图。
19.附图标记：
20.100-引射器阀门；101-直线驱动组件；1011-步进式电动丝杆；10111-步进式电机；10112-丝杆；1012-安装件；102-阀门；103-第一轴向通孔；104-径向通孔；105-连接件；106-导向杆；107-第二轴向导向孔；108-机匣；109-支架；110-轴承。
具体实施方式
21.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
24.变循环发动机通过改变发动机某些部件几何形状、尺寸或位置来改变其热力循环，实现在各种工作状态下都具有最优的整机性能。前涵道引射器(fvabi)是变循环发动机变几何部件之一，用于控制进入核心机压缩空气流量，以适应压缩部件稳定高效工作需求。其位于核心机驱动风扇(cdfs)与高压压气机(hpc)之间的外涵道入口，是改变核心机空气流量的阀门，该阀门可进行cdfs、hpc之间的流量调控，从而控制cdfs的失速裕度。
25.现阶段该阀门可采用一个带控制臂的线性执行机构，阀门采用一个圆筒结构，再沿周向均匀设置液压作动筒，由液压作动筒的伸缩臂拉动圆筒进行轴向伸缩运动，从而实现该通道的打开和关闭。但该装置结构复杂、重量较大、精度较低、同步性较差。
26.针对上述问题，本发明实施例还提供了一种变循环发动机，该变循环发动机包括引射器阀门，该引射器阀门可以对核心机驱动风扇与高压压气机之间的流量调控，从而实现在各种工作状态下都具有最优的整机性能。
27.本发明实施例还提供了一种引射器，其可以应用于上述变循环发动机中，该引射器可以为前涵道引射器，其包括引射器阀门。该引射器阀门可以在较高的控制精度以及较好的同步性下通过调节核心机驱动风扇旁路出口面积，从而调节发动机内、外涵流量分配。
28.图1示出了本发明实施例提供的引射器阀门的主视图。如图1所示，该引射器阀门100包括：直线驱动组件101以及阀门102。
29.上述直线驱动组件101包括步进式电动丝杆1011和安装件1012，步进式电动丝杆1011与安装件1012螺纹连接，阀门102设在安装件1012上，步进式电动丝杆1011用于驱动安装件1012带动阀门102沿着步进式电动丝杆1011的延伸方向运动。该步进式电动丝杆1011可以具有相反的两个转动方向，这两个转动方向可以包括顺时针方向和逆时针方向。
30.本发明实施例提供的引射器阀门100还包括机匣108以及安装在机匣108上的支架109，步进式电动丝杆1011与支架109轴承110连接，所使用的丝杆类型为梯形螺纹丝杆。此时，步进式电动丝杆可以包括步进式电机10111和丝杆10112，其中，步进式电机10111连接在支架109的对应的安装孔上，丝杆10112的一端轴承110连接在支架109上，丝杆10112的另一端轴承110连接在机匣108上。
31.示例性的，本发明实施例中的机匣起着安装基座的作用，并且利用法兰边将支架安装在机匣上。其中，导向杆的两端与机匣和支架滑动连接，当导向杆为长螺栓结构时，机匣和支架各设置有与其螺纹匹配的内螺纹。步进式电动丝杆与支架轴承连接，该轴承为小型带单面防尘结构深沟球轴承，用于支撑电动丝杠并传递直线驱动组件的径向载荷和轴向载荷。
32.由于步进式电机的转速与脉冲频率成正比，因此可以通过调控电机的脉冲频率来控制丝杆的转动速度，从而进一步提高引射器阀门的控制精度与同步性。在实际应用中，可以根据工作环境设置步进电机热防护罩，以降低电机受热损坏的发生几率。
33.本发明示例性实施例的步进式电动丝杆1011可以为步进式电动丝杆。此时，步进式电动丝杆可以包括步进式电机10111和丝杆10112。
34.例如：当步进式电动丝杆沿着逆时针方向转动时，步进式电动丝杆可以带动阀门
沿着靠近步进式电机的方向移动，从而增大穿过核心机驱动风扇进入高压压气机的气流量。当步进式电动丝杆沿着顺时针方向转动时，步进式电动丝杆可以带动阀门沿着远离步进式电机的方向移动，从而减少穿过核心机驱动风扇进入高压压气机的气流量。又例如：
35.上述阀门可以为具有耐温能力的树脂基复合材料制作的阀门，并且该树脂基复合材料具有低密度的特性，例如：该树脂基复合材料可以包括聚酰亚胺树脂基复合材料和碳纤维树脂基复合材料。
36.当阀门材料具有耐温能力，且密度较小时时，阀门的整体重量降低，因此步进式电动丝杆所需提供的驱动力降低，同时，电机的负荷也随之降低。
37.具体实施时，由于直线驱动组件包括步进式电动丝杆和安装件，步进式电动丝杆与安装件螺纹连接，因此，步进式电动丝杆在旋转的过程中，可以利用其表面的螺纹带动安装件沿着步进式电动丝杆的延伸方向运动。又由于阀门设在安装件上，且步进式电动丝杆具有相反的两个转动方向，因此步进式电动丝杆可以通过改变转动方向来驱动安装件带动阀门沿着步进式电动丝杆的延伸方向进行往复运动。
38.假设当步进式电动丝杆沿着逆时针方向转动时，步进式电动丝杆可以带动阀门打开，因此，可以利用电信号控制步进式电动丝杆的沿着逆时针方向转动，从而增大穿过核心机驱动风扇进入高压压气机的气流量。
39.假设当步进式电动丝杆沿着顺时针方向转动时，步进式电动丝杆可以带动阀门关闭，此，可以利用电信号控制步进式电动丝杆的沿着顺时针方向转动，从而减少穿过核心机驱动风扇进入高压压气机的气流量。
40.同时也可以根据实际需要，通过调节步进式电动丝杆的转动速度来控制阀门的开/关速度。
41.可见，本发明提供的引射器阀门可以通过电信号控制阀门的运动方向和运动速度，从而实现对核心机驱动风扇与高压压气机之间的流量调控。同时，由于电信号的灵敏度较高，信号传输速度快，因此，相比于液压作动机构中由于油压与机械件之间具有间隙而导致运动状态不同，本发明提供的引射器阀门具有更高的控制精度以及更好的同步性。
42.另外，相比液压作动机构，本发明提供的引射器阀门通过丝杆与安装件的螺纹配合，即可将步进式电动丝杆的旋转运动转换为安装件和阀门的直线运动。该结构简单，且重量较轻，无需设置控制臂组件以及液体的进出管路等结构。
43.在一种可选方式中，本发明实施例中的阀门为筒状阀门，其可以在步进式电动丝杆带动下进行直线运动，从而达到调节涵道气流通道面积的目的。
44.在实际应用中，可以根据载荷情况设置多个直线驱动组件，且多个直线驱动组件沿着阀门的周向方向均匀分布，并且在布置时应在同一时刻利用电信号控制步进式电动丝杆的转动方向和转动速度，降低因为驱动组件同步性差而导致阀门发生故障的现象发生。
45.示例性的，上述直线驱动组件含有的安装件具有与阀门的侧壁接触的安装面，该安装面与阀门的侧壁轮廓匹配。例如：当阀门为筒状阀门，阀门的侧壁轮廓可以为圆形轮廓、多边形或不规则轮廓。此处圆形轮廓可以包括正圆轮廓或椭圆形轮廓。
46.例如：当阀门的侧壁轮廓为圆形轮廓，安装面可以为扇形和矩形。为了使阀门稳固的设在安装件上，又例如：当阀门的侧壁轮廓为多边形轮廓，安装面可以为矩形。
47.在一种可选的方式中，图2示出了本发明实施例提供的引射器阀门的右视图。如图
1和图2所示，本发明实施例中的安装件1012具有第一轴向通孔103103，步进式电动丝杆1011可以通过第一轴向通孔103与安装件1012螺纹连接。
48.例如：第一轴向通孔的内壁可以具有螺纹，该螺纹可以与步进式电动丝杆杆体上的螺纹匹配，此时，当步进式电动丝杆转动时，第一轴向通孔内的螺纹与步进式电动丝杆杆体上的螺纹相互配合，使得安装件可以沿着步进式电动丝杆的延伸方向直线运动。
49.示例性的，如图2所示，本发明实施例的安装件1012还可以具有至少一个径向通孔104，相应的引射器阀门100还可以包括至少一个连接件105。每个连接件105具有相对的第一端和第二端，连接件105的第一端穿过阀门102固定在相应径向通孔104内，连接件105的第二端固定在阀门102上。
50.本发明实施例可以通过径向通孔与连接件的配合，增强了阀门与各部件之间的紧固力，不仅使得阀门可以在步进式电动丝杆旋转过程中随着安装件沿着步进式电动丝杆的延伸方向运动，还使得阀门不易在安装件的运动过程中脱落。
51.为了避免第一轴向通孔与径向通孔干涉所造成的问题，各个径向通孔还可以与第一轴向通孔错开。此时，以降低在工作过程中由于步进式电动丝杆和连接件接触而导致引射器阀门出现故障的现象的发生几率。
52.示例性的，每个连接件具有沿着连接件的径向方向贯穿第二端的通孔，引射器阀门还包括至少一个锁紧件，每个锁紧件通过通孔将相应连接件锁定在阀门上，降低在工作过程中连接件松脱的现象的发生几率。例如：该连接件可以为螺钉，该通孔可以为锁丝孔，本发明实施例中的连接件可以通过锁丝与锁丝孔的配合，降低在工作过程中连接件松脱的现象的发生几率。
53.在一种可选的方式中，图3示出了本发明实施例提供的引射器阀门的俯视图。如图2和图3所示，本发明实施例提供的引射器阀门100还可以包括多个导向杆106，多个导向杆106沿着步进式电动丝杆1011的周向分布，安装件1012具有多个第二轴向导向孔107，每个导向杆106滑动安装在相应第二轴向导向孔107，各个径向通孔104与各个第二轴向导向孔107错开。此时，多个第二轴向导向孔107均匀的分布在第一轴向通孔103的两侧，上述多个导向杆106可以作为安装件1012的滑轨设置在引射器阀门100上。
54.在实际应用中，上述第二轴向导向孔可以与第一轴向导向孔的孔深方向一致，从而保证导向杆与步进式电动丝杆平行，从而保证步进式电动丝杆在驱动安装件带动阀门进行运动时不会发生偏移，增强了安装件进行直线运动的稳定性。应理解，为了增强安装件进行直线运动的稳定性，可在引射器阀门中增加导向杆的数量。
55.由于各个径向通孔与各个第二轴向导向孔错开，各个径向通孔还可以与第一轴向通孔错开，因此，连接件不会通过径向通孔进入第二轴向导向孔或第一轴向通孔，避免连接件与步进式电动丝杆或导向杆摩擦所造成的问题，从而保证引射器阀门的正常工作。
56.上述导向杆可以为长螺栓结构，也可以为光滑的杆体，只要能够起到支撑安装件滑动的作用即可，其具体结构在此不作限定。
57.举例来说，如图2和图3所示，当引射器阀门100具有一个步进式电动丝杆1011、两根导向杆106和四个连接件105时，步进式电动丝杆1011与对应的一个第一轴向通孔103配合，第一轴向通孔103两侧各均匀设置有一个第二轴向导向孔107，两根导向杆106与对应的第二轴向导向孔107配合，四个径向通孔104分别与第一轴向通孔103和两个第二轴向导向
孔107错开。
58.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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发明的限制。
59.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
60.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
61.以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

技术特征：
1.一种引射器阀门，其特征在于，包括：直线驱动组件以及阀门，所述直线驱动组件包括步进式电动丝杆和安装件，所述步进式电动丝杆与所述安装件螺纹连接，所述阀门设在所述安装件上；所述步进式电动丝杆包括步进式电机和丝杆，所述引射器阀门还包括机匣以及安装在所述机匣上的支架，所述步进式电机连接在所述支架的对应的安装孔上，所述丝杆的一端轴承连接在所述支架上，所述丝杆的另一端轴承连接在所述机匣上；所述步进式电动丝杆具有相反的两个转动方向，所述步进式电动丝杆用于驱动所述安装件带动所述阀门沿着所述步进式电动丝杆的延伸方向运动。2.根据权利要求1所述的引射器阀门，其特征在于，所述阀门为筒状阀门，所述直线驱动组件的数量为多个，多个所述直线驱动组件沿着所述阀门的周向方向分布。3.根据权利要求1所述的引射器阀门，其特征在于，所述直线驱动组件含有的安装件具有与所述阀门的侧壁接触的安装面，所述安装面与所述阀门的侧壁轮廓匹配。4.根据权利要求1所述的引射器阀门，其特征在于，所述安装件具有第一轴向通孔，所述步进式电动丝杆通过所述第一轴向通孔与所述安装件螺纹连接。5.根据权利要求4所述的引射器阀门，其特征在于，所述安装件还具有至少一个径向通孔，各个所述径向通孔与所述第一轴向通孔错开，所述引射器阀门还包括至少一个连接件，每个所述连接件具有相对的第一端和第二端，所述第一端穿过所述阀门固定在相应所述径向通孔内，所述第二端固定在所述阀门上。6.根据权利要求5所述的引射器阀门，其特征在于，每个所述连接件具有沿着所述连接件的径向方向贯穿所述第二端的通孔，所述引射器阀门还包括至少一个锁紧件，每个所述锁紧件通过所述通孔将相应所述连接件锁定在所述阀门上。7.根据权利要求5所述的引射器阀门，其特征在于，所述引射器阀门还包括多个导向杆，多个所述导向杆沿着所述步进式电动丝杆的周向分布，所述安装件具有多个第二轴向导向孔，每个所述导向杆滑动安装在相应所述第二轴向导向孔，各个所述径向通孔与各个所述第二轴向导向孔错开。8.一种引射器，其特征在于，所述引射器包括权利要求1～7任一项所述的引射器阀门。9.一种变循环发动机，其特征在于，所述变循环发动机包括权利要求1～7任一项所述的引射器阀门。

技术总结
本发明公开一种引射器阀门及引射器和变循环发动机，涉及航空发动机技术领域，以解决现有的引射器阀门结构复杂、重量较大、精度较低、同步性较差的问题。该引射器阀门包括直线驱动组件以及阀门，直线驱动组件包括步进式电动丝杆和安装件，步进式电动丝杆与安装件螺纹连接，阀门设在安装件上，步进式电动丝杆具有相反的两个转动方向，步进式电动丝杆用于驱动安装件带动阀门沿着步进式电动丝杆的延伸方向运动。引射器阀门及前涵道引射器和变循环发动机用于以简化的结构、较轻的重量、较高的控制精度以及较好的同步性实现对核心机驱动风扇与高压压气机之间的流量调控。扇与高压压气机之间的流量调控。扇与高压压气机之间的流量调控。


技术研发人员：纪福森 丁拳 高兴 夏婷婷
受保护的技术使用者：中国航空发动机研究院
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/6/7