[发明专利]一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇

说明书

本发明公开了一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇，包括外机匣、分流机匣、轮毂、风扇叶片，叶尖磁环等，其中外机匣包括机匣上分布的不同环绕方向的线圈、控制器和轴向位移传感器，叶尖磁环部分包括周向阵列在磁环上的永磁体，风扇叶片安装在轮毂上，轮毂周向环绕永磁体，分流机匣包括环绕在其上的线圈、径向位移传感器和控制器。本发明的外涵风扇与内部的涡喷发动机没有机械联系，因此其转速可以实时调整。大大提高了航空涡扇发动机的工作效率，减小低压压气机及涡轮级数，减小发动机质量，提高发动机整机性能。航空涡扇发动机设计难度和加工难度都大大降低。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，具体是一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇。

背景技术

当前，在大推力（大于70.00 kN）高涵道比涡扇发动机中，风扇均由低压涡轮直接驱动；一般在风扇转子后还装有3～5级增压压气机（有时也称低压压气机），以增加发动机的总压比及内涵的空气流量。但这种设计存在先天的缺点，即风扇与低压涡轮轴相连，同时内涵还有增压压气机，因此为兼顾内涵的增压比以及转速，风扇转速不会很小，导致外涵风扇线速度过大，当外径太大时就会由于叶尖线速度过大导致激波损失急速增大。相反，当高涵道比涡扇发动机的风扇直径很大时，为了使叶尖速度降低以减小其损失，风扇转子只能工作在较低转速。由于风扇（加上增压压气机）是由低压涡轮直接驱动的，增压压气机、低压涡轮的转速大大低于它们的最佳工作转速；为达到发动机总体设计要求，只得增加增压压气机及低压涡轮的级数。增压压气机、低压涡轮均未在它们的最佳转速下工作，使得发动机级数增多，发动机重量增加。

针对此问题，美国PW公司曾指出，在3转子发动机中，风扇、中压压气机和高压压气机均在最佳转速下工作，因而其级数比双转子发动机少，但是3转子发动机设计十分复杂，目前只有英国的RR公司能够研制。如果在双转子发动机的低压涡轮、增压压气机与风扇之间安装1个减速器，首先使前二者能在最佳转速下工作，然后通过减速器将转速降低到风扇的最佳转速来驱动风扇工作，这样，3个部件均工作于最佳转速下，自然可使级数减少。PW公司提出的GTF发动机采用了1套齿轮机构，在保证低压涡轮高速旋转的同时，能使风扇以理想的低速旋转，不但降低了发动机的噪声，也降低了发动机的油耗。但是，高速、大功率减速器是GTF发动机研制成败的关键。由于具有很多高速大负荷齿轮与轴承，其工作条件恶劣，零件数多，很难保证高的工作可靠。且齿轮传动机构十分复杂，使得发动机重量大幅提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇，该外涵风扇与内部的涡喷发动机没有机械联系，以简单易制造的结构，实现其转速实时调整。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于航空涡扇发动机的磁悬浮外涵风扇，包括外机匣、分流机匣和外涵风扇叶片，所述外涵风扇叶片位于外机匣和分流机匣之间；通过磁力作用，所述外涵风扇叶片与外机匣之间、所述外涵风扇叶片与分流机匣之间均保持间隙。

进一步的，所述外机匣上缠绕有第一线圈，所述外机匣内侧安装有叶尖磁环，所述外涵风扇还包括周向阵列在所述叶尖磁环上的第一永磁体和第二永磁体；所述外涵风扇叶片安装在轮毂上，所述轮毂周向环绕第三永磁体；所述分流机匣上环绕有第三线圈。环绕在分流机匣上的第三线圈通电成为电磁体，第三永磁体和第三线圈的相互排斥力可实现风扇悬浮。外机匣和叶尖磁环主要驱动外涵风扇旋转。向外机匣上的线圈输电时，通过与叶尖磁环的电磁感应作用，阵列在叶尖磁环上的永磁体与外机匣上的线圈作用产生相互作用力以驱动风扇叶片旋转，通过控制线圈中的电流大小实现转速调整。通过轴向传感器及控制器实现外涵风扇轴向定位。

进一步的，所述外涵风扇还包括第二控制器和径向位移传感器，所述第二控制器和径向位移传感器安装在所述分流机匣内侧。第二控制器和径向位移传感器实现外涵风扇径向定位。