一种自反馈变循环发动机循环模式转换机构

摘要

本发明公开了一种自反馈变循环发动机循环模式转换机构，属于发动机控制领域，主要包括压力传感元件、弹簧、连杆、模式转换活门以及驱动机构，所述模式转换活门通过第一铰接点铰接于外环上，通过第二铰接点铰接于所述驱动机构上，并由所述驱动机构驱动所述模式转换活门绕所述第一铰接点转动，当所述模式转换活门转动时，所述模式转换活门的靠近第二铰接点的端部能够在外环与分流环之间运动，所述模式转换活门的靠近第一铰接点的端部滑动连接所述连杆，连杆通过所述弹簧连接所述压力传感元件。本发明通过压力传感元件将每个模式转换活门的转换角度信息输出为压力变化曲线信息，使模式转换系统具备自我状态监控、自我故障快速诊断的功能。

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机控制领域，具体涉及一种自反馈变循环发动机循环模式转换机构。

背景技术

现代航空发动机应用最广泛的循环状态为涡喷循环和涡扇循环。涡喷循环具有较高的单位推力，可完成持续高马赫数飞行；涡扇循环耗油率低，航程长。单/双涵道变循环发动机(VCE)能实现在同一台发动机上切换涡喷循环和涡扇循环模式，兼具亚声速巡航低耗油率和超声速巡航高推力的优越性能，能更好的适用于飞行的混合任务，是航空发动机的发展方向之一。通过动力装置、调节机构控制模式转换活门开/关的为被动控制式变循环发动机。动力装置、调节机构、模式转换活门组成的模式转换系统除通过模式转换活门的开/关实现涡喷循环/涡扇循环的模式切换，还需满足密封性要求。周向一圈活门必须短时间、同步被驱动到新的循环模式，减少气流损失。整个模式转换系统涉及的零组件结构复杂、数量较多，任何一个零件或者装配关系的失效可能导致单片或多片活门转换失效，造成大量气流泄露，影响发动机的使用性能和使用安全。

为此，需要提供一种有效的机制，避免因为活门转换失效而造成气流泄露的事故，例如，可以提供一种监控机构，用于监控模式转换活门的转换程度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种自反馈变循环发动机循环模式转换机构，模式转换活门在转换过程中，实时反馈每个模式转换活门转换角度信息，主动实现对复杂调节件的状态监控。

本发明自反馈变循环发动机循环模式转换机构，控制由外环与分流环之间的通道开关,并能将开关打开或关闭程度实时反馈,主要包括压力传感元件、弹簧、连杆、模式转换活门以及驱动机构，其中，所述模式转换活门包括第一铰接点以及第二铰接点，所述模式转换活门通过所述第一铰接点铰接于所述外环上，通过所述第二铰接点铰接于所述驱动机构上，并由所述驱动机构驱动所述模式转换活门绕所述第一铰接点转动，当所述模式转换活门转动时，所述模式转换活门的靠近第二铰接点的端部能够在外环与分流环之间运动，所述模式转换活门的靠近第一铰接点的端部滑动连接所述连杆，连杆通过所述弹簧连接所述压力传感元件。

本发明模式转换活门通过驱动机构驱动，从而使得一个端点能够在外环与分流环之间运动，即控制该通道的开/闭，而模式转换活门的另一个端点作为从动点，随第一个端点的运动而运动，将该另一个端点的运动转换为压缩弹簧的力，再将设置在弹簧端部的压力传感元件输出压缩力大小，该压缩力与上述第一个端点的运动程度相互关联，即与模式转换活门转动角度相互关联，从而达到实时反馈每个模式转换活门转换角度信息的目的。

优选的是，所述驱动机构包括调节机构、作动筒活塞、作动筒筒体，所述调节机构的一端通过所述第二铰接点铰接所述模式转换活门，另一端连接所述作动筒活塞。

优选的是，所述外环内壁上设置有供连杆运动的第一轨道，所述连杆上设置有供所述模式转换活门端部运动的第二轨道，所述第一轨道与所述第二轨道的轨道方向相互垂直，所述弹簧沿所述第一轨道伸缩。

优选的是，还包括监控机构，所述监控机构用于反映所述压力传感元件输出的压力值与所述模式转换活门旋转角度之间的关系。

优选的是，还包括自动控制机构，所述自动控制机构接收所述压力传感元件的压力值输入信息，并结合设定的压力值与转换活门角度之间的关系，向所述驱动机构输出驱动指令。

本发明的关键点在于：

1、在模式转换活门非流道端设置压力传感元件；

2、通过设置的压力传感元件监控每个模式转换活门转换角度信息；

3、通过监控的角度信息定位故障模式转换活门和相应的调节机构。

本发明通过压力传感元件将每个模式转换活门的转换角度信息输出为压力变化曲线信息，使模式转换系统具备自我状态监控、自我故障快速诊断的功能。

附图说明

图1为按照本发明自反馈变循环发动机循环模式转换机构的一优选实施例的双涵道状态示意图。

图2为按照本发明自反馈变循环发动机循环模式转换机构的一优选实施例的单涵道状态示意图。

其中，1为压力传感元件，2为弹簧，3为连杆，4为模式转换活门，5为外环，6为调节机构，7为作动筒活塞，8为作动筒筒体，9为分流环；

41为第一铰接点，42为第二铰接点，43为第一端，44为第二端。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提出了一种自反馈变循环发动机循环模式转换机构，模式转换活门在转换过程中，实时反馈每个模式转换活门转换角度信息，主动实现对复杂调节件的状态监控。

本实施例中，变循环发动机两种循环模式分别以单双涵道状态来表示，如图1所述，由外环5与分流环9之间形成的通道打开表示发动机处于双涵道状态，如图2所述，由外环5与分流环9之间形成的通道关闭表示发动机处于单2涵道状态。需要说明的是，本实施例图1及图2示意的为单个转换机构，变循环发动机的整个模式转换系统由多个该转换机构周向排列形成。

参考图1，本发明自反馈变循环发动机循环模式转换机构，主要包括压力传感元件1、弹簧2、连杆3、模式转换活门4以及驱动机构，其中，所述模式转换活门4包括第一铰接点41以及第二铰接点42，所述模式转换活门4通过所述第一铰接点41铰接于外环5上，通过所述第二铰接点42铰接于所述驱动机构上，并由所述驱动机构驱动所述模式转换活门4绕所述第一铰接点41转动，当所述模式转换活门4转动时，所述模式转换活门的靠近第二铰接点42的端部能够在外环与分流环之间运动，所述模式转换活门4的靠近第一铰接点41的端部滑动连接所述连杆3，连杆3通过所述弹簧2连接所述压力传感元件1。

本发明模式转换活门通过驱动机构驱动，从而使得一个端点能够在外环5与分流环9之间运动，即控制该通道的开/闭，而模式转换活门的另一个端点作为从动点，随第一个端点的运动而运动，将该另一个端点的运动转换为压缩弹簧的力，再将设置在弹簧端部的压力传感元件输出压缩力大小，该压缩力与上述第一个端点的运动程度相互关联，即与模式转换活门转动角度相互关联，从而达到实时反馈每个模式转换活门转换角度信息的目的。

需要说明的是，上述靠近第一铰接点的端点是指该端点相对于第二铰接点，其距离第一铰接点更近，同理，上述靠近第二铰接点的端点是指该端点相对于第一铰接点，其距离第二铰接点更近，而非该铰接点距离某一端点更近。

具体的，由图1至图2，模式转换活门4的第二铰接点42受力，由于第一铰接点41铰接在外环5上，所以靠近第二铰接点42的第一端43沿圆弧方向B运动，在驱动机构推动下，第一端43由图1中所在的接触外环的位置移动至图2中所在的接触分流环9的位置，此时，靠近第一铰接点41的第二端44沿圆弧方向B做与第一端43相反方向的运动，将该第一端43的运动作为驱动力，驱动弹簧压缩，再通过压力传感元件1将弹簧的压缩量进行输出，即可得到第一端43的运动程度，从而实现本发明监控该通道是否故障或者是否顺利/完全打开/关闭的目的。

可以理解的是，所述驱动机构一般为液压驱动，包括调节机构6、作动筒活塞7、作动筒筒体8，所述调节机构6即为连接第二铰接点与作动筒的连接件，其一端通过所述第二铰接点铰接所述模式转换活门，另一端连接所述作动筒活塞。驱动机构是为了方便理解本发明的思想，也可以是电驱动，不应作为本发明的限制.

需要说明的是，调节机构6一般铰接在作动筒活塞7的端部，参考图1，由外环5提供的容纳驱动机构的空间较小，一般不能容纳所述作动机构，为此，作动筒筒体8设置在外环5外部，与其连接的作动筒活塞7穿进容纳空间内，且作动筒筒体8固定在某一位置，使得作动筒活塞7沿直线方向运动，而第二铰接点42做圆弧运动，此时，为保证调节机构6能够拉动或推动模式转换活门4，调节机构6应当与作动筒活塞7铰接才可实现该功能。

上述将作动筒活塞的直线运动通过铰接方式转换为第二铰接点42的圆弧运动，类似的，本实施例将第二端44的圆弧运动转换为直线运动才能更好的压缩弹簧，为此，所述外环5的容纳空间内壁上设置有供连杆3运动的第一轨道，所述连杆3上设置有供所述模式转换活门端部运动的第二轨道，所述第一轨道与所述第二轨道的轨道方向相互垂直，所述弹簧沿所述第一轨道伸缩。

具体的，参考图1，第一轨道沿A方向，第二轨道沿与A方向垂直的方向，例如将连杆3沿杆长方向设置的长圆形通孔作为第二轨道，模式转换活门4的第二端44上设置有销子，销子被限制在沿第二轨道内运动，从而使连杆3沿A方向限定的第一轨道运动。

需要说明的是，本实施例中，弹簧2始终处于压缩状态，模式转换活门4由图1至图2所示的变化过程中，压力传感元件1所受的弹簧压力不断变化，其任一输出值必然对应模式转换活门4转动角度值，压力值可以通过输出至监控机构，通过监控机构来反映模式转换活门的开/关程度。

本实施例中，自反馈变循环发动机循环模式转换机构还可以包括自动控制机构，所述自动控制机构接收所述压力传感元件的压力值输入信息，并结合设定的压力值与转换活门角度之间的关系，向所述驱动机构输出驱动指令。上述设置的自动控制机构可以是FPGA板，例如在全权限数字发动机设计领域中将该控制程序集成在FPGA板上。

进一步需要说明的是，本实施例中上述容纳空间是指为容纳本自反馈变循环发动机循环模式转换机构而单独设计的空间，该空间为封闭空间，尽量保证设置在其内的弹簧、连杆、压力传感元件不影响流道内的气流流场，也保证弹簧、连杆、压力传感元件不受气流冲击影响反馈结果，保证反馈的信息能够正确反映模式转换活门的角度变化值。

本发明通过压力传感元件将每个模式转换活门的转换角度信息输出为压力变化曲线信息，使模式转换系统具备自我状态监控、自我故障快速诊断的功能。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。