本發(fā)明涉及航空發(fā)動機，進一步屬于航空發(fā)動機總體架構設計領域，具體涉及一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置及方法。

背景技術：

1、現代航空發(fā)動機主要采用雙轉子渦扇形式，航空發(fā)動機的主要工作模式為：首先由空氣渦輪起動機工作帶動高壓轉子旋轉，當達到一定轉速時，發(fā)動機主燃燒室點火起動發(fā)動機，進而空氣渦輪起動機脫開，高壓轉子做功的同時，產生的高溫高壓氣體帶動低壓轉子，最終達到發(fā)動機正常工作狀態(tài)。現階段主要通過設置在中介機匣內的中央傳動組件實現高壓轉子功率提取以滿足整個飛機附件和發(fā)動機附件工作需要。

2、為實現航空發(fā)動機全電化的技術目標，在取消傳統(tǒng)機械傳動結構的同時，如何滿足航空發(fā)動機的有效起動，如何滿足飛機對電功率需求的不斷增長，將成為實現航空發(fā)動機全電化轉型的關鍵技術。目前國內航空發(fā)動機內置起發(fā)功能一體的電機系統(tǒng)尚無設計方法，如何實現航空發(fā)動機內置起發(fā)發(fā)電機安裝及工作可靠、冷卻系統(tǒng)合理可行，是制約航空發(fā)動機全電化方案的關鍵環(huán)節(jié)。

技術實現思路

1、有鑒于此，本說明書實施例提供一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置及方法，能夠同時滿足航空發(fā)動機起動、高壓軸高功率提取等需求，同時本發(fā)明也可用于葉輪機械等領域轉子系統(tǒng)的功率提取方案設計，提供一種葉輪機械傳統(tǒng)動力系統(tǒng)全電化解決方案。

2、本說明書實施例提供以下技術方案：

3、一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)，包括發(fā)動機第二支點、發(fā)動機第三支點、二支點殼體組件、軸承腔、密封罩、功率輸出系統(tǒng)、內置起發(fā)電機及其控制系統(tǒng)，雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)還包括：

4、中介機匣，設置在二支點殼體組件的上方；

5、雙余度旋變器，與內置起發(fā)電機集成設置，雙余度旋變器的旋變信號線由中介機匣上預留的引線支板引出。

6、進一步地，內置起發(fā)電機包括電機定子和電機轉子鐵芯，電機轉子鐵芯的工作穩(wěn)態(tài)變形為△r2，發(fā)動機第三支點的軸承工作穩(wěn)態(tài)變形為△r1，發(fā)動機過渡態(tài)最大變形為△r3，則內置起發(fā)電機的轉靜子間最小設計間隙滿足公式△＝△r1+△r2+△r3，△為內置起發(fā)電機的轉靜子間最小設計間隙。

7、進一步地，△的取值范圍為2～3mm。

8、進一步地，內置起發(fā)電機還包括定子冷卻套結構，集成設置在定子機殼上，定子冷卻套結構具有周向和軸向分布的通道。

9、進一步地，功率輸出系統(tǒng)還包括：

10、功率輸出軸，設置在發(fā)動機第三支點下方；

11、功率輸出轉接軸，與電機轉子鐵芯一體化連接并形成電機轉子組件；功率輸出軸與功率輸出轉接軸通過套齒連接，且套齒后端設置有止口定心結構；功率輸出轉接軸與電機轉子鐵芯配合面為平直段，與配合面相對的內側壁面為1～2°變斜度的傾斜面；

12、壓氣機前軸頸，與功率輸出軸通過套齒連接；

13、第一壓緊螺母，設置在功率輸出轉接軸和功率輸出軸遠離發(fā)動機第三支點的一端，并用于將功率輸出轉接軸和功率輸出軸壓緊固定。

14、進一步地，定子殼體設置有供油流路，供油流路的前端通過供油接嘴接入到二支點殼體組件，供油流路的后端通過供油接嘴接入到中央傳動殼體組件，中央傳動殼體組件位于發(fā)動機第三支點處，中央傳動殼體組件設置有支點供油油路，供油時由二支點殼體組件經定子殼體及中央傳動殼體組件后向第三支點供油。

15、進一步地，中央傳動殼體組件的周向設置有密封凸臺，密封凸臺上設置有密封圈槽，密封圈槽的中間位置設置有安裝螺紋孔；

16、雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)還包括密封罩，密封罩軸向設置有凸環(huán)，凸環(huán)與中央傳動殼體組件密封凸臺半徑高度相同且面積相匹配，凸環(huán)與安裝螺紋對應位置設置有通孔，安裝螺釘穿過通孔與安裝螺紋連接。

17、本發(fā)明還提供了一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機控制方法，采用上述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)執(zhí)行上述控制方法，雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)包括內置起發(fā)電機、起動電源、數字控制器和功率變換器，雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機控制方法包括以下步驟：

18、當系統(tǒng)在起動狀態(tài)下，由起動電源向功率變換器供電，數字控制器控制功率變換器實現內置起發(fā)電機各相繞組兩端口電壓變化引起磁場變化驅動轉子轉動；

19、當發(fā)動機起動后，內置起發(fā)電機切換至發(fā)電狀態(tài)；數字控制器控制功率變換器改變內置起發(fā)電機各相繞組通斷狀態(tài)，實現發(fā)動機功率轉換為電能。

20、進一步地，通過內置起發(fā)電機上集成設置的雙余度旋變器來測量高壓轉速信號，并結合內置起發(fā)電機工作中無位置控制獲得的模擬轉速信號，建立以旋變器轉速信號為基礎，電機模擬轉速信號為參考的轉速信號獲取方法。

21、本發(fā)明還提供了一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機冷卻方法，采用上述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)執(zhí)行上述冷卻方法雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機冷卻方法根據電機冷卻需求及適應場景可分別選擇開式冷卻方案、半開式冷卻方案及閉環(huán)冷卻方案；

22、其中開式冷卻方案，將滑油作為冷卻介質，冷卻介質與軸承腔和滑油系統(tǒng)耦合，滿足低散熱量需求；

23、其中半開式冷卻方案，將滑油和燃油作為冷卻介質，冷卻介質與軸承腔分離，且冷卻介質循環(huán)與航空發(fā)動機的燃油系統(tǒng)或者滑油系統(tǒng)耦合，滿足中等散熱量需求；

24、其中閉環(huán)冷卻方案，將超臨界二氧化碳或超臨界氦作為冷卻介質，冷卻介質循環(huán)與軸承腔分離，且冷卻介質與在發(fā)動機系統(tǒng)中的閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)耦合，滿足高散熱量需求。

25、與現有技術相比，本說明書實施例采用的上述至少一個技術方案能夠達到的有益效果至少包括：本發(fā)明實現了狹小空間下高性能的內置起發(fā)電機方案及系統(tǒng)設計，可實現傳統(tǒng)架構的航空發(fā)動機電動化轉型需求。

技術特征：

1.一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置，包括發(fā)動機第二支點(27)、發(fā)動機第三支點(214)、二支點殼體組件(24)、軸承腔、密封罩(216)、功率輸出系統(tǒng)、內置起發(fā)電機及其控制系統(tǒng)，其特征在于，所述雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)還包括：

2.根據權利要求1所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置，其特征在于，所述內置起發(fā)電機包括電機定子(25)和電機轉子鐵芯(29)，電機轉子鐵芯(29)的工作穩(wěn)態(tài)變形為△r2，發(fā)動機第三支點(214)的軸承工作穩(wěn)態(tài)變形為△r1，發(fā)動機過渡態(tài)最大變形為△r3，則所述內置起發(fā)電機的轉靜子間最小設計間隙滿足公式△＝△r1+△r2+△r3，△為所述內置起發(fā)電機的轉靜子間最小設計間隙。

3.根據權利要求2所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置，其特征在于，所述內置起發(fā)電機的轉靜子間最小設計間隙△的取值范圍為2～3mm。

4.根據權利要求1所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置，其特征在于，所述內置起發(fā)電機還包括定子冷卻套結構，集成設置在定子機殼上，所述定子冷卻套結構具有周向和軸向分布的通道。

5.根據權利要求2所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置,其特征在于，所述功率輸出系統(tǒng)包括：

6.根據權利要求1所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置，其特征在于，

7.根據權利要求1所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置，其特征在于，

8.一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機控制方法，其特征在于，采用權利要求1至7中任一項所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置執(zhí)行上述控制方法，所述雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)包括內置起發(fā)電機、起動電源、數字控制器和功率變換器，所述雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機控制方法包括以下步驟：

9.根據權利要求8所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機控制方法，其特征在于，通過內置起發(fā)電機上集成設置的雙余度旋變器(26)來測量高壓轉速信號，并結合內置起發(fā)電機工作中無位置控制獲得的模擬轉速信號，建立以旋變器轉速信號為基礎，電機模擬轉速信號為參考的轉速信號獲取方法。

10.一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機冷卻方法，其特征在于，采用權利要求1至7中任一項所述的雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)執(zhí)行上述冷卻方法，所述雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機冷卻方法根據電機冷卻需求及適應場景可分別選擇開式冷卻方案、半開式冷卻方案及閉環(huán)冷卻方案；

技術總結
本發(fā)明提供一種雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機裝置及方法，包括發(fā)動機第二支點、發(fā)動機第三支點、二支點殼體組件、軸承腔、密封罩、功率輸出系統(tǒng)、內置起發(fā)電機及其控制系統(tǒng)，雙轉子航空發(fā)動機內置起發(fā)電機系統(tǒng)還包括：中介機匣，設置在二支點殼體組件的上方；雙余度旋變器，與內置起發(fā)電機集成設置，雙余度旋變器的旋變信號線由中介機匣上預留的引線支板引出。本發(fā)明實現了狹小空間下高性能的內置起發(fā)電機方案及系統(tǒng)設計，可實現傳統(tǒng)架構的航空發(fā)動機電動化轉型需求。

技術研發(fā)人員：趙丹,伏宇,李波,張少平,趙春雷,龔鑫,馬貴賢
受保護的技術使用者：中國航發(fā)四川燃氣渦輪研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2