專利名稱：包括連接桿的超靜定構架的制作方法
包括連接桿的超靜定構架本發(fā)明涉及包括加長旁流殼體的旁路渦輪噴氣發(fā)動機的領域。它涉及固定到航空器或軍用發(fā)動機的機身的任何這種類型發(fā)動機。旁路渦輪噴氣發(fā)動機包括當安裝在發(fā)動機前面處時輸送壓縮空氣流體的風機，壓縮空氣流體被分成兩個同心環(huán)形流主流體和環(huán)繞主流體的次流體或旁路流體。后者被引導向發(fā)動機形成氣體產(chǎn)生器的部分并且其包括壓縮級、燃燒室和包括驅(qū)動風機的渦輪機的部分。然后在排氣噴嘴中噴射包含燃燒氣體的主流體。旁路流體被矯直流到風機的下游并且同樣被噴射。在用于民用應用的發(fā)動機中，它提供了絕大部分的推力。在一種配置中，旁路流體被引導在繞著發(fā)動機在風機和主流體排出噴嘴之間延伸的風機管道中。它包括兩個基本圓柱形共軸壁，其在它們之間形成環(huán)形空間。風機管道的內(nèi)壁形成氣體產(chǎn)生器的護罩。風機管道的外壁形成殼體，該殼體在矯直器葉片的平面中延伸至排氣噴嘴。風機管道的外殼更一般地稱為外風機管道或“0FD”。發(fā)動機可以安裝在飛行器的翼部下面或者沿著其機身安裝，尤其是安裝向后部。在這種情況下，發(fā)動機包括如上文描述的風機管道。發(fā)動機到飛行器的附接布置在兩個橫向的平面中一個平面從上游穿過稱為中間殼體的結構前殼體，一個平面在下游穿過稱為排氣殼體的下游結構殼體。為了固定下游端部，在發(fā)動機安裝在機身上的情況中，結構環(huán)提供在外風機管道，OFD上,該環(huán)由臂或連接桿連接到排氣殼體的外環(huán)或殼體環(huán)。在申請人公司名下的專利申請EP2022973中描述了外風機管道結構的一個實例。在上文提及的兩個環(huán)之間的連接可以為都繞著發(fā)動機的軸分布并且牢固地固定到兩個環(huán)的徑向臂的形式。該連接也可以采用相對于發(fā)動機的軸傾斜的連接桿的形式。連接桿通過軛或銷類的附接固定到兩個環(huán)。這種附接由兩個單個軛或雙軛形成，它們的其中一個固定到連接桿的端部而另一個固定到環(huán)的壁，并且公共銷穿過它。更具體地，連接桿成對設置，每對的連接桿與排氣殼體的環(huán)相切，而與此同時匯聚在外風機管道的環(huán)的附接部上。關于連接是否由徑向臂或連接桿形成，它是超靜定的(靜態(tài)冗余的)；載荷因此以由其中的相對強度確定的方式經(jīng)過所有臂或連接桿。為了簡化描述，下文將連接桿和臂兩者都稱為連接桿。因為張緊載荷發(fā)生的路徑與壓縮載荷發(fā)生的路徑相同，根據(jù)現(xiàn)有技術的連接桿需要被確定尺寸來既承受壓縮載荷又承受張緊載荷。在現(xiàn)有技術的方案中，所有連接元件銷、軛、連接桿或臂的尺寸的確定以能夠機械地承受從由于喪失風機葉片產(chǎn)生的失調(diào)所導致的載荷。這是為了在這種危險情況出現(xiàn)時消除發(fā)動機分離的風險。構成連接的所有部件的質(zhì)量因此是高的。本發(fā)明的一個目的在于產(chǎn)生一種應用于在另一個環(huán)內(nèi)側的發(fā)動機殼體環(huán)的懸掛的連接桿的超靜定構架，其在反抗可能由于風機葉片的斷裂產(chǎn)生的載荷時與現(xiàn)有技術的方案相比，使得能夠減少整個質(zhì)量。本發(fā)明的另一個目的是產(chǎn)生一種發(fā)動機懸掛，其從空氣動力學觀點看不帶有缺陷。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這些目的，申請人公司已經(jīng)考慮了一下幾點風機葉片的喪失可能產(chǎn)生高的壓縮和張緊載荷。最大壓縮載荷的幅度和最大張緊載荷的幅度基本上相同，因為失平衡力隨著時間繞著軸旋轉并且所有連接桿繼而將承受張緊和壓縮載荷。當談到確定連接桿的尺寸時，因為他們的張緊強度比它們的壓縮強度大，所以目標總體上在于確保在壓縮情況下抵抗變形。因此這是連接桿的剖面面積的需要的最小二階矩。為了滿足該要求，可以增加連接桿的主剖面，其產(chǎn)生空氣動力學缺陷，或者替代地，可以增加連接桿的剖面面積，但這樣帶來質(zhì)量缺陷。此外，在連接桿定位為跨過氣流路徑并且產(chǎn)生顯著的拉拽的程度上，也必須在空氣動力學上優(yōu)化它的輪廓。然后這是增加到機械集成度需要的另一種限制。因此只要考慮張緊強度，滿足所有要求的連接桿是特別大的。在張緊情況下關于斷裂的余量超過200%。因此，本發(fā)明涉及一種應用于第一環(huán)的懸掛的連接桿的超靜定構架，第一環(huán)在與所述第一環(huán)同心的第二環(huán)內(nèi)側形成發(fā)動機殼體的一部分，所述連接桿在一端固定到所述第一環(huán)并且在另一端固定到所述第二環(huán)，所述連接桿的超靜定構架的特征在于，所述連接桿具有比它們的壓縮強度大的張緊強度。因為所述構架是超靜定的，經(jīng)過所述連接桿的載荷由各個連接桿的相對強度確定。本發(fā)明因此包括利用連接桿，連接桿的壓縮強度比張緊強度小以便降低最大壓縮載荷而提高最大張緊載荷。因此可以互相獨立地設置一方面在張緊情況下斷裂的余量以及另一方面在壓縮情況下變形的余量，以便優(yōu)化尺寸。本發(fā)明的連接桿包括設計來能夠在壓縮情況下和在張緊情況下工作的一個或多個部件，和僅在張緊情況下工作的一個或多個其他部件。本發(fā)明優(yōu)選利用包括內(nèi)桿和環(huán)繞所述內(nèi)桿的護罩的連接桿來實施，所述內(nèi)桿設計來能夠在壓縮情況下和在張緊情況下工作，所述護罩僅在張緊情況下工作。這種布置使得能夠獨立于任何空氣動力學考慮為所述內(nèi)桿選擇最佳橫截面，優(yōu)化部件的質(zhì)量，并且能夠獨立于任何其他約束考慮形狀，選擇護罩的最佳輪廓以最小化它的拖拽力。根據(jù)一種實施方式，所述連接桿的內(nèi)桿和護罩具有僅當施加張緊力到所述內(nèi)桿時互相支承抵靠的一對表面，所述張緊載荷在兩個端部之間既由所述內(nèi)桿也由所述護罩傳遞。由壓縮載荷產(chǎn)生的路徑僅經(jīng)過所述內(nèi)桿。根據(jù)一種實施方式，所述桿和護罩在一個端部互相固定，另一個端部具有所述的一對表面。根據(jù)另一種實施方式，所述桿和護罩在相同固定點之間互相獨立，例如所述桿和護罩形成用于連接桿固定銷通過的孔，所述護罩在壓縮情況下不工作，因為在它與兩個銷其中一個之間存在的間隙。根據(jù)替代形式，所述連接桿包括至少兩對沿著所述桿的軸分布的支承表面。利用具有徑向支承所述護罩的內(nèi)表面的部件的連接桿進一步提高所述內(nèi)桿對變形的抵抗，以便于當承受壓縮應力時阻止所述內(nèi)桿變形。優(yōu)選地，所述內(nèi)桿具有十字形橫截面。
根據(jù)另一個替代形式，所述內(nèi)桿與軸向可以運動并且形成所述支承表面的板螺紋連接；所述連接桿因此更容易調(diào)節(jié)，因為通過旋轉所述桿來調(diào)節(jié)在支承表面之間的間隙。并且可以施加預載荷以便于具有無間隙支承表面。本發(fā)明的方案具有顯著的優(yōu)點，使得更容易產(chǎn)生具有空氣動力學輪廓的連接桿護罩，因為該護罩僅在張緊情況下工作，其意味著在確定尺寸方面不需要考慮所述輪廓的形狀。根據(jù)一個具體應用，所述構架具有六根三角形排列的并與所述內(nèi)環(huán)相切的連接桿。最后，本發(fā)明還涉及一種前風機發(fā)動機，包括形成旁路管道的圓形管道和具有在所述旁路管道的護罩中的殼體環(huán)和同心環(huán)的排氣殼體，如在前述權利要求任意一項所述的構架提供在兩個環(huán)之間的連接。通過閱讀參考示意性附圖的詳細解釋性描述，其是借由單純非限制性示意性實例給出的本發(fā)明一些實施方式，本發(fā)明將被更好地理解，并且其中的其他目的、細節(jié)、特征和優(yōu)點將變得更清楚。

圖1為具有加長旁路流體管道的旁路渦輪機噴氣發(fā)動機的示意透視圖；圖2為通過圖1的發(fā)動機的示意橫截面，示出兩個結構環(huán)，它們的其中一個是排氣殼體環(huán)而另一個是外風機管道環(huán)，它們由包括六個連接桿的超靜定構架連接；圖3以縱向剖視的方式描述根據(jù)本發(fā)明的構架的連接桿的一個第一實施方式，箭頭指示當連接桿工作在張緊情況下時由載荷發(fā)生的路徑；圖4描述圖3的連接桿，箭頭指示當連接桿工作在壓縮情況下時由載荷發(fā)生的路徑;圖5為根據(jù)本發(fā)明的連接桿的剖視圖；圖6為第一替代形式的實施方式的縱向剖視圖；圖7為另一個替代形式的實施方式的縱向剖視圖；圖8為另一個替代形式的實施方式的縱向剖視圖。圖1的渦輪機噴氣發(fā)動機10是在飛機發(fā)動機機艙12內(nèi)的前風機旁路渦輪機噴氣發(fā)動機，并且從上游到下游包括風機殼體14，中間殼體16，以及形成在兩個基本圓柱形殼體之間的圓形風機管道，兩個基本圓柱形殼體分別為形成主流體流過的發(fā)動機那部分的護罩和形成氣體產(chǎn)生器的內(nèi)殼體18和外殼體20。這里外風機管道20盡可能地延伸到在主流體26和次流體或旁路流體28之間的匯合區(qū)域的下游，在這里兩個流體由混合器22混合。外風機管道20具有反抗在發(fā)動機與它安裝在其上的飛行器之間的載荷的結構功能。它因此包括結構環(huán)21，這里由連接桿40連接到氣體產(chǎn)生器的排氣殼體的外環(huán)23。發(fā)動機在上游端部處由固定到中間殼體的附接部17并且在下游端部處由固定到外風機管道20的結構環(huán)21的附接部27固定到航空器。在描述的實例中，在外風機管道的結構環(huán)21與排氣殼體的環(huán)23之間的連接由連接桿40形成，連接桿40通過它們的端部附接到兩個環(huán)。每個附接部以已知的但沒有描述的方式包括固定到所述環(huán)的軛和固定到連接桿的端部的軛，兩個軛具有穿過它們的公共銷。如可以在圖2中見到，連接更精確地由三對連接桿40形成，與排氣殼體環(huán)23相切并且成對匯聚在外結構環(huán)21上。
根據(jù)現(xiàn)有技術，并且尤其是考慮由不平衡引起的載荷繞著軸循環(huán)的事實，已經(jīng)以這樣的方式確定構成在所述環(huán)之間的連接的元件的尺寸，即使風機葉片斷裂每個元件也能夠傳遞壓縮載荷和張緊載荷。具體地，確定連接桿的尺寸需要考慮壓縮變形，因為它們在壓縮方面不如它們在張緊方面那么強。在一個方向上的不平衡在張緊時由一些連接桿反抗，而在壓縮時由另一些連接桿反抗。因為所有的連接桿都具有相同的強度，所以載荷在它們之間相等地分布。例如，在一個方向上的IOT載荷必須在壓縮和在張緊方面都傳遞。這種情況不是理想的，因為如果它已經(jīng)被確定尺寸來吸收IOT的最大壓縮載荷，連接桿在超過IOT的張緊力情況下具有斷裂余量(margin to breakage)。這種斷裂余量在現(xiàn)有技術的結構中沒有使用。假設所述構架是超靜定的(它在來自三個連接桿的平面中是靜態(tài)冗余的)，經(jīng)過連接桿的載荷通過在各個連接桿之間的強度比例來確定，根據(jù)本發(fā)明的構架由其制成的連接桿當工作在壓縮情況下時具有比當它們工作在張緊情況下時更小的強度。因此可以理解連接桿必須能夠承受的最大壓縮載荷可以是較小的，而最大張緊載荷可以是較大的。后一種情況不會具有缺陷，因為在張緊情況下斷裂余量是較高的。換句話說，能夠互相獨立地設置在張緊情況下的斷裂余量和在壓縮情況下的斷裂余量。然后這是優(yōu)化的附加路徑。下文描述具有與張緊強度不同的張緊強度的連接桿的非限制性實施例。圖3的連接桿140沿著縱向剖面來觀察。它具有內(nèi)桿141和護罩142。內(nèi)桿在它的每個端部143、144處分別設置有軛。這些軛允許將連接桿固定到發(fā)動機的兩個環(huán)。桿沿著它的軸從一個端部到另一個端部由護罩142環(huán)繞，在處于剖面視5中可以見到護罩142的與連接桿的軸垂直的輪廓是空氣動力學的。該護罩在一個端部143處固定到所述桿。在它的另一個端部，端部144處，護罩包括與固定到桿141的板141a的軸垂直的支承表面142a。在靜止時，這兩個支承表面不接觸；根據(jù)另一個實施方式，在所述桿與護罩之間預加載荷情況下兩個支承表面接觸。當張緊載荷施加在兩個端部143和144之間時，表面141a以這樣的方式支承抵靠表面142a，即在兩個端部之間的張緊載荷都經(jīng)過桿141和護罩142。連接桿的工作段包括內(nèi)桿段Si和外護罩段Se。當連接桿處于如圖4的載荷箭頭指示的壓縮工作中時，力僅經(jīng)由桿141從一個端部傳遞到另一個端部，因為兩個表面141a和142a不再互相支承抵靠。連接桿工作的段是Si。因此，以簡單的方式，已經(jīng)產(chǎn)生了其張緊強度不同于壓縮強度的連接桿。強度的比例是比值(Se+Si)/Si的函數(shù)。在由這種類型的連接桿形成的超靜定構架中，載荷首先由最強的連接桿傳遞，最強的連接桿是在張緊時工作并且具有最大斷裂余量的那些連接桿。該方案的優(yōu)點是，通過使護罩工作，優(yōu)化了連接桿的整個質(zhì)量，因為桿可以制作得更輕。并且，內(nèi)桿必須承受的最大壓縮載荷可以設置在較低的水平，因為壓縮載荷總是較低的?？梢酝ㄟ^僅考慮機械應力優(yōu)化內(nèi)桿的形狀，因為它不與旁路流體的空氣接觸。圖5表示桿的剖面的幾何形狀的一個實例，以優(yōu)化它對變形的抵抗；該形狀是剖面形狀。為了進一步提高對變形的抵抗，具有在圖7中描述的另一個計劃實施例。連接桿340包括內(nèi)桿341和護罩342，與連接桿140相同，它們通過一個端部343連接并且在張緊情況下實現(xiàn)接觸，并且在另一個端部344處經(jīng)由相應支承表面341a和342a連接。該連接桿還包括用于在內(nèi)桿和護罩之間徑向接觸的網(wǎng)345。這些網(wǎng)通過邊界條件修改了內(nèi)桿341的變形方式。在圖6和圖8中描述了其他替代形式的實施方式。在圖6中，連接桿240的內(nèi)桿241具有螺紋并且擰接到護罩242。支承表面241a是通過將所述桿擰接到護罩中沿著高度方向可調(diào)節(jié)的，桿241經(jīng)由支承表面241a在端部244處支承抵靠護罩的支承表面242a。這種措施能夠?qū)崿F(xiàn)在轉配時全面調(diào)節(jié)構架中的連接桿。在圖8中，另一個替代實試方式是沿著在兩個端部433和444之間的護罩442內(nèi)側的內(nèi)桿441分別形成多對的支承表面441a、442a。本發(fā)明不限于在本專利應用中示出的實施方式，它包括在本領域的技術人員的認識范圍內(nèi)替代形式。包括其中例如護罩和桿不設置成一個在另一個內(nèi)側而是并排方式的實例，例如具有在上游和另一個下游具有空氣動力學保護，這兩個一起構成僅在張緊時工作的部件。
權利要求
1.一種應用于第一環(huán)(23)的懸掛的連接桿的超靜定構架，所述第一環(huán)(23)在與所述第一環(huán)同心的第二環(huán)(21)內(nèi)側形成發(fā)動機殼體的一部分，所述連接桿(140、240、340、440)在一端固定到所述第一環(huán)(23)并且在另一端固定到所述第二環(huán)(21)，其特征在于，所述連接桿(140、240、340、440)具有比它們的壓縮強度大的張緊強度，并且包括設計來傳遞在所述端之間的壓縮載荷和張緊載荷的一個或多個部件(141、241、341、441)，和設計來僅傳遞在所述端之間的張緊載荷的一個或多個其他部件(142、242、342、442 )。
2.如前述權利要求所述的構架，其中所述連接桿(140、240、340、440)包括內(nèi)桿(141、241、341、441)和環(huán)繞所述內(nèi)桿的護罩(142、242、342、442)，所述內(nèi)桿設計來能夠在壓縮和在張緊時工作，所述護罩僅在張緊時工作。
3.如前述權利要求所述的構架，其中當施加張緊力到所述內(nèi)桿時，所述連接桿的所述內(nèi)桿和所述護罩具有一對互相抵靠支承的表面(141a、142a、241a、242a、341a、342a、441a、442a)，然后在兩個端部之間由所述內(nèi)桿和所述護罩傳遞張緊載荷。
4.如前述權利要求所述的構架，其中所述連接桿(440)包括至少兩對沿著所述桿的軸分布的支承表面。
5.如權利要求2至4任意一項所述的構架，其中所述連接桿(340)具有徑向支承所述護罩的內(nèi)表面的部件(345)，以便于當承受壓縮應力時阻止所述內(nèi)桿變形。
6.如權利要求2至5任意一項所述的構架，其中所述內(nèi)桿具有十字形剖面。
7.如權利要求2至6任意一項所述的構架，其中所述內(nèi)桿(241)與軸向可以運動并且形成所述支承表面的板螺紋連接。
8.如權利要求2至7任意一項所述的構架，其中所述連接桿的護罩(142、242、342、442)具有與所述連接桿的軸垂直的空氣動力學輪廓。
9.如前述權利要求其中一項所述的構架，其具有六根以三角形排列的并與所述第一環(huán) (23)相切的連接桿。
10.一種前風機發(fā)動機，其包括形成旁路管道的圓形管道和具有在所述旁路管道的護罩中的殼體環(huán)和同心環(huán)的排氣殼體，如在前述權利要求任意一項所述的構架提供在兩個環(huán)之間的連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括使用于第一環(huán)的懸掛的連接桿的超靜定構架，第一環(huán)在與所述第一環(huán)同心的第二環(huán)內(nèi)側形成發(fā)動機殼體的一部分，所述連接桿(140)在一端(143)固定到所述第一環(huán)并且在另一端(144)固定到所述第二環(huán)。本發(fā)明的特征在于，所述連接桿的張緊強度比它們的壓縮強度大。本發(fā)明旨在使用于具有加長旁路管道的管道風機渦輪機噴氣發(fā)動機的懸掛。
文檔編號F01D21/04GK103080481SQ201180042830
公開日2013年5月1日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權日2010年9月8日
發(fā)明者弗朗索瓦·羅伯特·貝拉貝爾, 托馬斯·艾倫·克里斯蒂安·文森特 申請人:斯奈克瑪