一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统及方法与流程
本发明涉及航空燃气涡轮发动机领域，尤其是一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统及方法。
背景技术：
1、为满足侦察、监视和作战任务需求，飞机机载系统和武器系统对电力的需求急剧膨胀。对于涡扇发动机来说，传统的单从高压轴增大功率提取的方式已无法满足飞机的电力需求：完全从高压轴增大功率提取，将使发动机风扇和压气机稳定裕度大大下降，极大地限制了飞机的使用范围和性能；考虑完全从低压轴提取功率会使发动机起飞推力降低。研究表明，从高低压轴共同提取的策略能够实现大功率提取的同时兼顾起飞推力和高低压部件的稳定性。
2、涡扇发动机内部主机部分包括风扇、高压功率提取装置、增压压气机、中介机匣、高压压气机、低压轴、低压涡轮、高压涡轮、涡轮支撑和排气锥等结构，风扇位于涡扇发动机头部，排气锥位于涡扇发动机尾部。
3、现有的涡扇发动机低压功率提取装置一般前置于风扇前，一方面，功率提取装置需要占用较大的迎风面积，影响发动机进气量，进而影响发动机推力；另一方面，为满足低压功率提取装置的安装、冷却需求，需要额外设置进气机匣穿行线缆和冷却管道，大大增加发动机轴向尺寸和重量；此外，穿行线缆和冷却管道的进气支板厚度较大，对风扇叶片振动和气动性能影响较大。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统及方法。
2、本发明通过以下技术方案得以实现。
3、本发明提供的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，包括设置在排气锥内部的永磁同步发电机，永磁同步发电机静子部件固定在涡轮支承固定框架后壁板上，所述永磁同步发电机上输出端设置有发电机轴伸，所述发电机轴伸上设置有用于使得低压轴带动永磁同步发电机转子转动的传动部件。
4、优选地，所述传动部件包括传动杆，所述传动杆的一端设置有传动杆外花键，所述低压轴上设置有低压轴内花键，所说传动杆外花键和所述低压轴内花键啮合配合；所述传动杆的另一端设置有传动杆内花键，所述发电机轴伸上设置有发电机轴伸外花键，所述传动杆内花键和所述发电机轴伸外花键啮合配合。
5、优选地，所述发电机轴伸的中部设置有安全截面。
6、优选地，所述传动杆穿过所述涡轮支承后框架，所述传动杆的中部与涡轮支撑框架的中心孔壁间隙配合。
7、优选地，所述传动杆上设置有金属密封圈，所述金属密封圈的侧面与传动杆接触配合，金属密封圈的径向与涡轮支承后框架的中心孔壁接触配合。
8、优选地，所述永磁同步发电机上连通设置有冷却管，所述冷却管连通设置有滑油循环系统。
9、优选地，所述永磁同步发电机外壳内部上设置有循环油路，所述循环油路分别连通设置有滑油进油接口和滑油回油接口，所述滑油进油接口与所述冷却管连通，滑油回油接口与滑油循环系统连通。
10、优选地，所述永磁同步发电机外壳内壁设置有螺旋状沟槽，所述循环油路环绕设置在螺旋状沟槽中。
11、本发明另一方面还提供了一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取方法，包括以下步骤：
12、s1：低压轴功率提取范围通过与高压轴功率提取量匹配设计；高压转子提取能力根据涡轮前温度限制和高低压部件的气动稳定性确定，通过综合考虑对发动机性能和气动稳定性的影响以及发动机推力和耗油率的变化，来确认低压轴的提取范围。
13、s2：低压轴功率提取前，发动机高低压转子完成起动后，先对高压轴功率进行提取，为发动机和飞机设备提供部分电能，确保永磁同步发电机和滑油循环系统运行；
14、s3：启动滑油循环系统，降低永磁同步发电机的表面温度，保护永磁同步发电机中电枢等重要部件；
15、s4：当对低压轴功率进行提取过程中，低压轴转动并使得低压轴转速达到永磁同步发电机的发电转速时，低压轴带动着发电机轴伸转动，接入低压轴负载，将低压轴功率进行逐级加载到目标值，通过扭矩传递的方式，将机械能传递给永磁同步发电机，永磁同步发电机再通过电磁感应原理将机械能转化为电能，并使得永磁同步发电机稳定发电。
16、本发明的有益效果在于：
17、1、通过传动部件使得低压轴带动着永磁同步发电机轴伸转动，将低压轴负载通过扭矩传递的方式传递给永磁同步发电机，利用电磁感应原理将机械能转化为电能，使得永磁同步发电机产生电能，为发动机提供功率，发动机功率提取能力大幅度提高，为飞机武器系统和机载系统提供充足的电力保障，进一步提升飞机的综合性能。
18、2、将永磁同步发电机设置于排气锥内部，对发动机推力、轴向尺寸、重量和转子振动、气动性能影响较小，也不影响发动机稳定性和耗油率指标，且装配性较好，易于后期的维护保障。
技术特征：
1.一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：包括设置在排气锥(5)内部的永磁同步发电机(4)，所述永磁同步发电机(4)静子部件固定在涡轮支承后框架(9)后壁板上；所述永磁同步发电机(4)输出端设置有发电机轴伸(10)，所述发电机轴伸(10)上设置有使得低压轴(2)带动永磁同步发电机(4)转子转动的传动部件。
2.如权利要求1所述的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：所述传动部件包括传动杆(11)，所述传动杆(11)的一端设置有传动杆外花键(8)，所述低压轴(2)上设置有低压轴内花键(7)，所说传动杆外花键(8)和所述低压轴内花键(7)啮合配合；所述传动杆(11)的另一端设置有传动杆内花键(13)，所述发电机轴伸(10)上设置有发电机轴伸外花键(14)，所述传动杆内花键(13)和所述发电机轴伸外花键(14)啮合配合。
3.如权利要求1所述的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：所述发电机轴伸(10)的中部设置有安全截面。
4.如权利要求2所述的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：所述传动杆(11)穿过所述涡轮支承后框架(9)，所述传动杆(11)的中部与涡轮支承后框架(9)的中心孔壁间隙配合。
5.如权利要求2所述的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：所述传动杆(11)上设置有金属密封圈(12)，所述金属密封圈(12)的侧面与传动杆(11)接触配合，金属密封圈(12)的径向与涡轮支承后框架(9)的中心孔壁接触配合。
6.如权利要求1所述的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：所述永磁同步发电机(4)上连通设置有冷却管，所述冷却管连通设置有滑油循环系统。
7.如权利要求6所述的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：所述永磁同步发电机(4)外壳的内部设置有循环油路，所述循环油路分别连通设置有滑油进油接口(17)和滑油回油接口(18)，所述滑油进油接口(17)与所述冷却管连通，滑油回油接口(18)与滑油循环系统连通。
8.如权利要求7所述的一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统，其特征在于：所述永磁同步发电机(4)外壳内壁设置有螺旋状沟槽，所述循环油路环绕设置在螺旋状沟槽中。
9.一种采用如权利要求1-8任一一项所述的涡扇发动机内置式低压轴功率提取的方法，其特征在于，包括以下步骤：
技术总结
本发明公开了一种涡扇发动机内置式低压轴功率提取系统及方法，包括设置在发动机排气锥内部并固定在涡轮支承固定框架后壁板上的永磁同步发电机，永磁同步发电机上输出端设置有发电机轴伸，所述发电机轴伸上设置有用于使得低压轴带动永磁同步发电机转子转动的传动部件；传动部件使得低压轴带动着永磁同步发电机传动部转动，通过扭矩传递的方式将机械能传递给永磁同步发电机，永磁同步发电机利用电磁感应原理将机械能转化为电能，使得永磁同步发电机产生电能，为发动机提供功率，发动机功率提取能力大幅度提高，为飞机武器系统和机载系统提供充足的电力保障，进一步提升飞机的综合性能。
技术研发人员：丁振东,赵凯,常宏坤,刘鹏飞,宋瑞民
受保护的技术使用者：中国航发贵阳发动机设计研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5