本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承系統(tǒng)的安全保護(hù)與減振技術(shù)，具體是一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)止推軸承緩沖減振結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸承上，在風(fēng)扇葉片飛失、大不平衡等極端載荷環(huán)境下，具有防止軸承卡滯、抱軸的功能，提高軸承的生存能力，保證轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，尤其是在極端載荷環(huán)境下，如風(fēng)扇葉片飛失等工況時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)需要保持穩(wěn)定運(yùn)行，以保障飛行器的安全性。當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生葉片飛失事故(指發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片因材料疲勞、外物撞擊等發(fā)生斷裂并脫離風(fēng)扇盤的現(xiàn)象)時(shí)，控制系統(tǒng)通常會(huì)自動(dòng)切斷燃油供應(yīng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)立即停止工作。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由正常工作狀態(tài)下的高轉(zhuǎn)速逐漸降低至所謂的風(fēng)車轉(zhuǎn)速。風(fēng)車轉(zhuǎn)速是指當(dāng)飛行器在空中失去動(dòng)力并開始滑行時(shí)，空氣流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇部件，推動(dòng)風(fēng)扇繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。

2、在此種情況下，若軸承發(fā)生卡滯或者轉(zhuǎn)子發(fā)生抱軸故障，空氣將無法推動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而形成巨大風(fēng)阻，巨大的風(fēng)阻不僅會(huì)顯著降低飛行器的滑行時(shí)間，還會(huì)嚴(yán)重威脅飛行器安全。目前雙轉(zhuǎn)子渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高、低壓轉(zhuǎn)子均支承在滾動(dòng)軸承上，這些軸承需要承受轉(zhuǎn)子的徑向和軸向載荷。在極端情況下，如風(fēng)扇葉片因鳥撞或其他外部因素?cái)嗔褧?huì)導(dǎo)致風(fēng)扇端產(chǎn)生顯著的不平衡載荷，不平衡載荷會(huì)迅速傳遞到靠近風(fēng)扇的軸承，并通過軸承結(jié)構(gòu)傳至支承結(jié)構(gòu)上。因此，在設(shè)計(jì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)必須考慮這些載荷對(duì)軸承的危害。

3、在風(fēng)扇葉片飛失事故中，軸承卡滯主要受到三個(gè)主要物理過程的影響：

4、第一物理過程：風(fēng)扇葉片飛失對(duì)靠近風(fēng)扇的軸承產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊載荷，該類載荷會(huì)造成軸承的滾動(dòng)體發(fā)生變形，進(jìn)而造成軸承卡滯。特別是在風(fēng)扇葉片飛失的瞬間，軸承承受的載荷急劇增大，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能無法承受這種突如其來的沖擊力，導(dǎo)致軸承組件永久性損壞。

5、第二物理過程：發(fā)生風(fēng)扇葉片飛失的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)從工作轉(zhuǎn)速減速至風(fēng)車轉(zhuǎn)速。由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)子往往工作在多階臨界轉(zhuǎn)速之上，在減速過程中會(huì)通過臨界轉(zhuǎn)速。發(fā)生風(fēng)扇葉片飛失的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)承受大不平衡載荷，在經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速的過程中，轉(zhuǎn)子振幅、支點(diǎn)載荷往往突增，這種振動(dòng)的增加可能導(dǎo)致造成軸承卡滯，甚至?xí)l(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)抱軸或雙轉(zhuǎn)子碰摩等事故。

6、第三物理過程：風(fēng)扇轉(zhuǎn)子即使在降至風(fēng)車轉(zhuǎn)速之前沒有發(fā)生上述軸承卡滯等故障，在風(fēng)車狀態(tài)下，由于不平衡量大，且風(fēng)車狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間相對(duì)上述兩個(gè)過程較長，仍然存在軸承卡滯和抱軸的風(fēng)險(xiǎn)。

7、上述三個(gè)過程，在任意一個(gè)過程發(fā)生軸承卡滯、抱軸故障，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子將不再旋轉(zhuǎn)，對(duì)飛行器產(chǎn)生極大風(fēng)阻，縮短飛行器的滑行時(shí)間，威脅飛行器的安全。因此，如何在風(fēng)扇葉片飛失等極端工況下有效保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承，確保轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能夠安全地從工作轉(zhuǎn)速降至風(fēng)車轉(zhuǎn)速，并在風(fēng)車狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中亟待解決的技術(shù)問題。這不僅關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)本身的可靠性，更直接影響飛行器的整體安全性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)發(fā)明目的

2、針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在風(fēng)扇葉片飛失等極限載荷工況下，軸承易受到瞬時(shí)沖擊損傷、過臨界載荷影響以及風(fēng)車狀態(tài)下大不平衡載荷危害等缺陷和不足，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述以及其他方面的至少一種技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)止推軸承緩沖減振結(jié)構(gòu)，通過采用該軸承緩沖減振結(jié)構(gòu)，能夠有效吸收風(fēng)扇葉片飛失瞬時(shí)的沖擊載荷，降低支承剛度以減小過臨界載荷，并在風(fēng)車狀態(tài)下提供緩沖減振作用以降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)水平，減少傳至軸承的載荷，降低大不平衡載荷對(duì)軸承的損傷，保證軸承的止推能力，確保了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)能夠安全、平穩(wěn)地從工作轉(zhuǎn)速降速至風(fēng)車轉(zhuǎn)速并在風(fēng)車狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，提升了航空發(fā)動(dòng)機(jī)在極端工況下的可靠性和安全性。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)該發(fā)明目的，解決其技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

5、一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)止推軸承緩沖減振結(jié)構(gòu)，用于在風(fēng)扇葉片飛失等極端載荷工況下保護(hù)止推軸承并確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，至少包括一止推軸承、一軸承環(huán)腔結(jié)構(gòu)和一軸承緩沖結(jié)構(gòu)，其中：

6、所述止推軸承緊鄰設(shè)置在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的下游，至少包括一軸承外環(huán)、一軸承內(nèi)環(huán)以及設(shè)置在所述軸承外環(huán)和軸承內(nèi)環(huán)之間的滾珠體，其中：所述軸承內(nèi)環(huán)以在軸向和徑向上不可移動(dòng)的方式固定設(shè)置在風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸上，所述軸承外環(huán)以在軸向上不可移動(dòng)的方式布置在所述軸承環(huán)腔結(jié)構(gòu)中；

7、所述軸承環(huán)腔結(jié)構(gòu)用于為止推軸承外環(huán)提供支撐和定位并在極端載荷工況下允許軸承外環(huán)相對(duì)于環(huán)腔產(chǎn)生徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至少包括一環(huán)腔支座、兩環(huán)腔半環(huán)和一螺母壓緊件，其中：所述環(huán)腔支座為一整體式結(jié)構(gòu)并與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣固定連接，至少包括一沿軸向延伸的筒狀環(huán)形側(cè)壁以及一設(shè)置在所述環(huán)形側(cè)壁上游端的環(huán)形底壁；所述軸承外環(huán)布置在所述環(huán)形側(cè)壁的內(nèi)腔中，其上游端壁抵接在所述環(huán)形底壁上；兩所述環(huán)腔半環(huán)呈對(duì)稱布置并頂?shù)衷谒鲚S承外環(huán)的下游端壁上，且每一所述環(huán)腔半環(huán)通過嵌入式止口與所述環(huán)形側(cè)壁的下游端配合并通過所述螺母壓緊件進(jìn)行軸向壓緊固定，以形成一穩(wěn)定且可拆卸的封閉環(huán)腔；

8、所述軸承緩沖結(jié)構(gòu)至少包括布置在所述軸承外環(huán)的外周面與所述環(huán)形側(cè)壁的內(nèi)周面之間的環(huán)形空間中并沿周向均勻間隔布置的多個(gè)緩沖體，每一所述緩沖體在軸向上分別與所述環(huán)形底壁及兩環(huán)腔半環(huán)接觸且在徑向上分別與所述軸承外環(huán)的外周面及環(huán)形側(cè)壁的內(nèi)周面接觸，使得該軸承緩沖結(jié)構(gòu)能夠吸收軸向及徑向沖擊載荷并提供阻尼減振效果；

9、所述軸承外環(huán)的上游端壁及下游端壁上分別至少設(shè)置有一處瞬斷凸臺(tái)，其中，上游端壁上的瞬斷凸臺(tái)與所述環(huán)形底壁在徑向上配合定位，下游端壁上的瞬斷凸臺(tái)與兩所述環(huán)腔半環(huán)在徑向上配合定位，且每一瞬斷凸臺(tái)在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)為當(dāng)承受超出預(yù)設(shè)閾值的沖擊載荷時(shí)優(yōu)先斷裂，允許軸承外環(huán)在極端載荷工況下與環(huán)腔之間產(chǎn)生相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)。

10、(三)技術(shù)效果

11、同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的航空發(fā)動(dòng)機(jī)止推軸承支承結(jié)構(gòu)至少具有以下顯著的技術(shù)效果：

12、(1)風(fēng)扇葉片飛失瞬時(shí)：本發(fā)明通過創(chuàng)新的軸承環(huán)腔結(jié)構(gòu)和軸承緩沖結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)，在風(fēng)扇葉片飛失等極端載荷工況下提供了多重保護(hù)機(jī)制。通過設(shè)置瞬斷凸臺(tái)并使其承載極限小于軸承卡滯的載荷極限，確保在極端載荷工況下，瞬斷凸臺(tái)能夠優(yōu)先斷裂，能夠防止軸承在遭受瞬時(shí)沖擊或不平衡載荷時(shí)發(fā)生卡滯。同時(shí)，軸承緩沖結(jié)構(gòu)中設(shè)置的多個(gè)緩沖體能夠吸收葉片飛失產(chǎn)生的沖擊動(dòng)能，顯著降低傳遞至止推軸承的瞬時(shí)載荷，不僅有助于降低軸承卡滯風(fēng)險(xiǎn)，還有助于保護(hù)整個(gè)軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性。

13、(2)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速：本發(fā)明通過優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)，能夠降低1#支點(diǎn)支承剛度，從而降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，進(jìn)而降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)刻的軸承載荷，避免由于軸承承受過大載荷而導(dǎo)致卡滯的風(fēng)險(xiǎn)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。此外，降低臨界轉(zhuǎn)速的能力為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種工況下的安全運(yùn)行。

14、(3)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子風(fēng)車狀態(tài)：本發(fā)明的軸承緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅能夠吸收沖擊載荷，還能夠持續(xù)提供緩沖減振作用，這種特性有效降低了風(fēng)車狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的振動(dòng)水平，進(jìn)而降低傳至軸承的載荷，降低了長時(shí)間運(yùn)行過程中軸承卡滯的風(fēng)險(xiǎn)。通過有效管理振動(dòng)，發(fā)明延長了軸承和其他相關(guān)部件的使用壽命，提高了系統(tǒng)的可靠性和整體性能。

15、(4)本發(fā)明的環(huán)腔支座和環(huán)腔半環(huán)結(jié)構(gòu)采用整體式設(shè)計(jì)，且與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣通過高強(qiáng)度緊固件固定連接，顯著提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。這種設(shè)計(jì)能夠有效防止在極端工況下的位移和松動(dòng)，確保環(huán)腔的密閉性和功能穩(wěn)定性，進(jìn)一步增強(qiáng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)在復(fù)雜工況下的運(yùn)行可靠性。同時(shí)，本發(fā)明所采用的緩沖體材料為金屬橡膠，其優(yōu)異的彈性和阻尼性能能夠有效吸收來自風(fēng)扇葉片飛失等極端工況下的沖擊載荷。緩沖體的設(shè)計(jì)使其在軸向和徑向上均能提供優(yōu)良的減振效果，降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)水平，從而減小對(duì)軸承此外，和其他關(guān)鍵組件的疲勞損傷，延長航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。此外，本發(fā)明的環(huán)腔半環(huán)與環(huán)腔支座之間的止口配合和可拆卸設(shè)計(jì)，提升了維護(hù)的便捷性，通過快速拆卸特定組件進(jìn)行檢修或更換，降低了維護(hù)時(shí)間和成本。