一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统

1.本发明属于航空发动机安装节结构设计领域，具体涉及一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统。


背景技术：

2.航空发动机是飞机的主要激励源之一，其振动会引起飞机机身振动，危害机载设备的安全性和可靠性。在发动机安装节的结构设计时，考虑隔振/隔振措施，是改善飞机舱内噪声和飞机机身振动的重要措施。美国民航规章far-25和中国民航规章ccar-25明确规定：为了降低发动机振动引起的响应，发动机安装节应采取隔振措施。
3.发动机安装节通常是一套两个安装平面、六个约束的连接结构。安装节的两个安装平面中，一个平面设置有主安装节，另一个平面设置辅助安装节。主安装节主要承受发动机推力载荷、重量、机动飞行的陀螺力矩及惯性载荷等，数量一般为二个或三个。为保证发动机静子部件的轴向定位，其中一个主安装节与飞机固定连接。辅助安装节承受发动机部分重力、弯矩和扭矩，但不承受轴向载荷，即辅助安装节承受除推力以外的其他载荷。为补偿发动机工作时机匣的热膨胀量，辅助安装节在轴向具有一定间隙。为保障发动机轴向定位准确，一般在除与飞机固定连接的主安装节以外的安装节处采取隔振措施。
4.目前发动机安装节的隔振设计常利用阻尼材料，在较宽的频带范围内提供较大的阻尼，如橡胶材料或金属橡胶。但是，在高频率大量值的振动下，橡胶材料温度升高，会导致隔振器性能不稳定。此外，橡胶材料耐高低温性能较差，且容易老化，在航空发动机中的实际应用受限。金属橡胶是一种弹性的高效阻尼多孔材料，由金属丝经过选丝、绕丝、拉伸、编制和模压成型等过程制作而成，承受载荷时金属丝之间产生相对滑移，提供干摩擦阻尼，将振动能量转化为内能耗散。由于兼具耐高低温、不易老化和宽频隔振的能力，金属橡胶材料被广泛应用于航空航天领域的隔振器设计。但是目前用于发动机的金属橡胶安装节，仅在单一方向上具备较好的隔振性能，难以实现多向高效隔振。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，不仅结构简单、环境适应性强，还具备宽频隔振和多向隔振的能力，可以隔离发动机在多个方向上的宽频振动，有效降低飞机机身的振动量级，保障机载设备的安全性和可靠性。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，以实现航空发动机的多向宽频振动隔离，进而降低飞机机身的振动量级，保障机载设备的安全性和可靠性。所述安装节结构设置在主安装平面和辅助安装平面两个平面，其中，主安装平面设置一个主安装节和两个对称分布且结构完全一致的第一前辅助支点和第二前辅助支点，辅助安装平面设置一个辅助安装节。
8.所述主安装节包括安装凸耳和w形主安装节。所述安装凸耳上设置有一个凸耳安装边和两个抗弯副板，所述凸耳安装边上设置有一个凸耳销钉孔和两个凸耳螺栓孔。所述w形主安装节设置有两个对称分布的法兰安装边和一个飞机安装边，所述法兰安装边上设置有一个主安装节销钉孔和两个主安装节螺栓孔，所述飞机安装边上设置有两个飞机销钉孔和四个飞机螺栓孔。周向定位销钉依次穿过主安装节销钉孔和凸耳销钉孔，实现w形主安装节与安装凸耳的周向定位，两个主安装节安装螺栓依次穿过主安装节螺栓孔和凸耳螺栓孔，实现安装凸耳和w形主安装节的连接固定；所述w形主安装节通过所述飞机安装边上的两个飞机销钉孔，利用销钉连接与飞机机身实现轴向定位，通过所述飞机安装边上的四个飞机螺栓孔，利用螺栓连接与飞机机身实现连接固定。
9.所述第一前辅助支点和第二前辅助支点结构完全一致。所述第一前辅助支点和第二前辅助支点包括外衬套，轴向金属橡胶，径向金属橡胶，内衬套，支架和前辅助支点螺栓。所述支架上设置有一个支架螺栓孔和六个支架安装螺栓孔，通过六个支架安装螺栓实现支架与发动机的连接固定；一个前辅助支点螺栓依次穿过外衬套，轴向金属橡胶，径向金属橡胶，内衬套和支架螺栓孔，与飞机机身连接固定。
10.所述辅助安装节包括芯柱，圆环形金属橡胶，底座，梯形截面金属橡胶，端盖，安装螺母，球铰和固定尾端。所述芯柱依次穿过圆环形金属橡胶，底座，梯形截面金属橡胶和端盖后，通过安装螺母固定，构成辅助安装节的主体结构。所述底座上设置有三个底座螺栓孔，用于辅助安装节与发动机的连接固定；所述端盖通过一个球铰与固定尾端连接；所述固定尾端设置有两个尾端螺栓孔，用于辅助安装节与飞机机身的连接固定。
11.进一步地，主安装平面设置一个主安装节和两个对称分布且结构完全一致的第一前辅助支点和第二前辅助支点，保证载荷对称分布，避免附加弯矩的产生，有利于减小传递至飞机机身的载荷；
12.进一步地，所述主安装节为牢接点，限制发动机六个方向的自由度，主安装节处承受发动机的大部分重量和推力；
13.进一步地，所述第一前辅助支点和第二前辅助支点设置有轴向金属橡胶和径向金属橡胶，避免装配过约束，同时对发动机的轴向和径向的多向宽频振动进行有效隔离。
14.进一步地，所述辅助安装节设置有圆环形金属橡胶和梯形截面金属橡胶，为弹性结构，用于隔离发动机的宽频振动，进而降低飞机机身的振动量级；
15.进一步地，所述辅助安装节采用梯形截面金属橡胶，在多向载荷作用下，均具有高效的宽频隔振能力；
16.进一步地，所述辅助安装节不限制发动机的轴向自由度，用于补偿发动机工作时发动机机匣的热膨胀量，避免产生过大的热应力；
17.进一步地，所述辅助安装节通过球铰连接发动机和飞机，便于辅助安装节的拆装。
18.本发明的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统的优点在于：
19.(1)本发明提出的发动机安装节结构的结构布局简单，拆装方便，可靠性高；
20.(2)本发明提出的发动机安装节结构在主安装平面设置三个安装节，可以减轻主安装节的负荷，有利于提高安装节结构系统的安全性和可靠性；
21.(3)本发明提出的w形主安装节采用对称分布的法兰安装边设计，可保证载荷沿主安装节中心线对称传递，避免在主安装节处产生附加弯矩；
22.(4)本发明提出的发动机安装节结构采用金属橡胶作为阻尼材料，具有环境适应性强、承载能力强和不易老化的优点；
23.(5)本发明提出的第一前辅助支点、第二前辅助支点和辅助安装节均具备多向宽频隔振能力，可对发动机的多向宽频振动进行有效隔离。
附图说明
24.图1是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统在发动机上的安装示意右视图。
25.图2是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统在发动机上的安装示意正视图。
26.图3是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统中主安装节的安装凸耳结构示意图。
27.图4是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统中主安装节的w形主安装节结构示意图。
28.图5是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统中前辅助支点的爆炸图。
29.图6是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统中前辅助支点的结构示意图。
30.图7是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统中辅助安装节的爆炸图。
31.图8是基于金属橡胶的发动机安装节结构系统中辅助安装节的结构示意图。
32.图9是安装基于金属橡胶的发动机安装节结构系统在冲击载荷作用下飞机机身的响应示意图。
33.图中：a.主安装节，b.第一前辅助支点，c.第二前辅助支点，d.辅助安装节，1.发动机，2.安装凸耳，3.w形主安装节；
34.21.凸耳安装边，22.凸耳销钉孔，23.第一凸耳螺栓孔，24.第二凸耳螺栓孔，25.第一抗弯副板，26.第二抗弯副板；
35.31.第一法兰安装边，32.第二法兰安装边，33.主安装节销钉孔，34.第一主安装节螺栓孔，35.第二主安装节螺栓孔，36.飞机安装边，37.第一飞机螺栓孔，38.第二飞机螺栓孔，39.第三飞机螺栓孔，310.第四飞机螺栓孔，311.第一飞机销钉孔，312.第二飞机销钉孔；
36.41.外衬套，42.轴向金属橡胶，43.径向金属橡胶，44.内衬套，45.支架螺栓孔，46.前辅助支点螺栓，47.支架，48.第一支架安装螺栓孔，49.第二支架安装螺栓孔，410.第三支架安装螺栓孔，411.第四支架安装螺栓孔，412.第五支架安装螺栓孔，413.第六支架安装螺栓孔；
37.51.芯柱，52.圆环形金属橡胶，53.底座，54.梯形截面金属橡胶，55.端盖，56.安装螺母，57.球铰，58.固定尾端，59.第一尾端螺栓孔，510.第二尾端螺栓孔，511.第一底座螺栓孔，512.第二底座螺栓孔，513.第三底座螺栓孔。
具体实施方式
38.为使本发明的技术方案与要点更加明确，下面将结合图1-图8和具体实例对发明进行完整的描述。
39.如图1-图8所示，本发明实施例涉及一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，所述安装节结构不仅结构简单、环境适应性强，还具备宽频隔振和多向隔振的能力，可以隔
离发动机在多个方向上的宽频振动，有效降低飞机机身的振动量级，保障机载设备的安全性和可靠性。
40.如图1和图2所示，所述安装节结构设置在发动机1的主安装平面和辅助安装平面两个平面，其中，主安装平面设置一个主安装节a，以及两个对称分布且结构完全一致的第一前辅助支点b和第二前辅助支点c，辅助安装平面设置一个辅助安装节d。所述主安装节a包括安装凸耳2和w形主安装节3。
41.如图3所示，所述安装凸耳2上设置有一个凸耳安装边21，以及第一抗弯副板25和第二抗弯副板26。所述凸耳安装边21上设置有凸耳销钉孔22、第一凸耳螺栓孔23和第二凸耳螺栓孔24。所述第一抗弯副板25和第二抗弯副板26用于提高安装凸耳2的抗弯刚度。
42.如图4所示，所述w形主安装节3设置有两个对称分布且结构完全一致的第一法兰安装边31和第二法兰安装边32，以及一个飞机安装边36。所述w形主安装节3设计有对称分布且结构完全一致的第一法兰安装边31和第二法兰安装边32，可保证载荷沿主安装节中心线对称传递，避免在主安装节处产生附加弯矩。所述第一法兰安装边31上设置有第一主安装节螺栓孔34和第二主安装节螺栓孔35，以及一个主安装节销钉孔33，所述飞机安装边36上设置有第一飞机螺栓孔37、第二飞机螺栓孔38、第三飞机螺栓孔39和第四飞机螺栓孔310，以及第一飞机销钉孔311和第二飞机销钉孔312。周向定位销钉依次穿过主安装节销钉孔33和凸耳销钉孔22，实现w形主安装节3与安装凸耳2的周向定位，两个主安装节安装螺栓依次穿过第一主安装节螺栓孔34和第一凸耳螺栓孔23，以及第二主安装节螺栓孔35和第二凸耳螺栓孔24，实现w形主安装节3和安装凸耳2的连接固定。所述w形主安装节通过第一飞机销钉孔311和第二飞机销钉孔312，利用销钉连接与飞机机身实现轴向定位；通过第一飞机螺栓孔37、第二飞机螺栓孔38、第三飞机螺栓孔39和第四飞机螺栓孔310，利用螺栓连接与飞机机身实现连接固定。
43.所述第一前辅助支点和第二前辅助支点结构完全一致，以第一辅助安装节为例说明其具体实施方式。如图5和图6所示，所述第一前辅助支点b包括外衬套41，轴向金属橡胶42，径向金属橡胶43，内衬套44，支架47和前辅助支点螺栓46。所述支架47上设置有一个支架螺栓孔45，以及第一支架安装螺栓孔48、第二支架安装螺栓孔49、第三支架安装螺栓孔410、第四支架安装螺栓孔411、第五支架安装螺栓孔412和第六支架安装螺栓孔413，通过六个螺栓实现支架47与发动机1的连接固定。一个前辅助支点螺栓46依次穿过外衬套41，轴向金属橡胶42，径向金属橡胶43，内衬套44和支架螺栓孔45，与飞机机身连接固定。
44.如图7和图8所示，所述辅助安装节d包括芯柱51，圆环形金属橡胶52，底座53，梯形截面金属橡胶54，端盖55，安装螺母56，球铰57和固定尾端58。所述芯柱51依次穿过圆环形金属橡胶52，底座53，梯形截面金属橡胶54和端盖55后，通过安装螺母56固定，构成辅助安装节d的主体结构。所述底座53上设置有第一底座螺栓孔511，第二底座螺栓孔512和第三底座螺栓孔513，通过三个螺栓实现辅助安装节d与发动机1的连接固定。所述端盖55通过一个球铰57与固定尾端58连接。所述固定尾端58设置有第一尾端螺栓孔59和第二尾端螺栓孔510，通过两个螺栓实现辅助安装节d与飞机机身的连接固定。
45.如图2所示，所述安装节结构在主安装平面设置一个主安装节a，以及两个对称分布且结构完全一致的第一前辅助支点b和第二前辅助支点c，三支点的结构布局方式可以减轻主安装节a的负荷，有利于提高安装节结构系统的安全性和可靠性。所述主安装节a为牢
接点，限制发动机六个方向的自由度，主安装节a处承受发动机的大部分重量和推力。所述第一前辅助支点b和第二前辅助支点c沿发动机径向对称分布且结构完全一致，以保证载荷对称分布，避免在发动机机匣上产生附加弯矩。如图5和图6所示，所述前辅助支点b设置有轴向金属橡胶42和径向金属橡胶43，在避免装配过约束的同时，可以对发动机1的轴向和径向的多向宽频振动进行有效隔离。
46.如图7和图8所示，所述辅助安装节d通过圆环形金属橡胶52和梯形截面金属橡胶54承载，整体为弹性构件，可以隔离发动机1的宽频振动。所述梯形截面金属橡胶54，在多向载荷作用下，均具有高效的宽频隔振能力，可以对发动机1的多向振动载荷进行隔离。所述辅助安装节d通过球铰57连接发动机1和飞机，便于辅助安装节d的拆装。所述辅助安装节d不限制发动机的轴向自由度，用于补偿发动机工作时发动机机匣的热膨胀量，避免产生过大的热应力。
47.如图9所示，虚线为在x向50g-11ms冲击载荷作用下飞机振动位移的响应曲线，实现为在y向50g-11ms冲击载荷作用下飞机振动位移的响应曲线，实现为在y向50g-11ms冲击载荷作用下飞机振动位移的响应曲线，点划线为在z向50g-11ms冲击载荷作用下飞机振动位移的响应曲线。冲击载荷在频域内为宽频载荷，在三个方向冲击载荷作用下，飞机振动位移的量级均较小，且衰减速度较快，可见所述基于金属橡胶的发动机安装节结构系统具备多向宽频隔振的优点。
48.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：设置在主安装平面和辅助安装平面，其中，主安装平面设置一个主安装节和两个对称分布且结构完全一致的第一前辅助支点和第二前辅助支点，辅助安装平面设置一个辅助安装节。2.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：所述主安装节包括安装凸耳和w形主安装节，所述w形主安装节通过一个周向定位销钉和所述安装凸耳实现周向定位，通过两个主安装节安装螺栓和所述安装凸耳实现连接固定；所述w形主安装节通过两个飞机销钉孔，利用销钉连接与飞机机身实现轴向定位，通过四个飞机螺栓孔，利用螺栓连接与飞机机身实现连接固定。3.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：所述第一前辅助支点和第二前辅助支点结构完全一致；所述第一前辅助支点和第二前辅助支点包括外衬套，轴向金属橡胶，径向金属橡胶，内衬套，支架和前辅助支点螺栓；所述支架通过六个支架安装螺栓实现与发动机的连接固定；前辅助支点螺栓依次穿过外衬套，轴向金属橡胶，径向金属橡胶，内衬套和支架螺栓孔，与飞机机身连接固定。4.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：所述辅助安装节包括芯柱，圆环形金属橡胶，底座，梯形截面金属橡胶，端盖，安装螺母，球铰和固定尾端；所述芯柱依次穿过圆环形金属橡胶，底座，梯形截面金属橡胶和端盖后，通过安装螺母固定，构成辅助安装节的主体结构；所述底座上设置有三个底座螺栓孔，用于辅助安装节与发动机的连接固定；所述端盖通过一个球铰与固定尾端连接；所述固定尾端设置有两个尾端螺栓孔，用于辅助安装节与飞机机身的连接固定。5.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：主安装平面设置的一个主安装节和两个对称分布且结构完全一致的第一前辅助支点和第二前辅助支点，保证载荷对称分布，避免附加弯矩的产生，有利于减小传递至飞机机身的载荷。6.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：所述主安装节为牢接点，限制发动机六个方向的自由度，并承受发动机的大部分重量和推力。7.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：所述第一前辅助支点和第二前辅助支点设置有轴向金属橡胶和径向金属橡胶，避免装配过约束，同时对发动机的轴向和径向的多向宽频振动进行有效隔离。8.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：所述辅助安装节通过球铰连接发动机和飞机，便于辅助安装节的拆装。9.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，其特征在于：所述辅助安装节设置有圆环形金属橡胶和梯形截面金属橡胶，用于隔离发动机的多向宽频振动，进而降低飞机机身的振动量级。

技术总结
本发明公开了一种基于金属橡胶的发动机安装节结构系统，设置在主安装平面和辅助安装平面，其中，主安装平面设置一个主安装节和两个对称分布且结构完全一致的第一前辅助支点和第二前辅助支点，辅助安装平面设置一个辅助安装节。主安装节为牢接点，限制发动机六个方向的自由度，承受发动机的大部分重量和推力。前辅助支点设置有轴向金属橡胶和径向金属橡胶，辅助安装节设置有圆环形金属橡胶和梯形截面金属橡胶，可对发动机的多向宽频振动进行有效隔离。本发明的发动机安装节结构系统具有结构简单、环境适应性强、宽频隔振和多向隔振的优点，在航空发动机安装节结构设计领域具有广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。


技术研发人员：马艳红 洪杰 唐祥鑫 梁天宇 王永锋 陈雪骑 李超
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/21