胡耿 李國文

（中國航發(fā)湖南動力機械研究所，湖南株洲 412002）

槳扇發(fā)動機（或開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機）兼具了傳統(tǒng)渦槳發(fā)動機油耗低的優(yōu)勢以及渦扇發(fā)動機高速飛行的特點，NASA、羅爾斯·羅伊斯、斯奈克瑪?shù)葒夂娇掌髽I(yè)先后開展了槳扇發(fā)動機研究[1]。對轉(zhuǎn)減速器為槳扇發(fā)動機的關(guān)鍵部件之一，通常采用差動行星輪系，以實現(xiàn)“單輸入、雙輸出”的功能。對轉(zhuǎn)減速器從行星架和內(nèi)齒圈同軸反向輸出，與前、后兩根槳軸分別相連，并分別帶動前排與后排螺旋槳對轉(zhuǎn)工作。共軸對轉(zhuǎn)減速器為一種新構(gòu)型減速器，艾利遜、川崎重工等先后先后開展了相關(guān)研究和試驗，但目前在國內(nèi)航空領(lǐng)域的研究較少。相比于傳統(tǒng)的渦槳發(fā)動機減速器，共軸對轉(zhuǎn)減速器在前、后槳軸支撐方式與單槳軸支撐方式存在差異，本文通過搜集國外相關(guān)資料，分析共軸對轉(zhuǎn)減速器前、后槳軸支撐結(jié)構(gòu)特點。

1.對轉(zhuǎn)槳軸支撐結(jié)構(gòu)

對轉(zhuǎn)槳軸是連接減速器輪系和對轉(zhuǎn)槳扇的關(guān)鍵部件，通常包括一個前槳軸和一個后槳軸，兩者同軸反轉(zhuǎn)，分別驅(qū)動前排和后排螺旋槳。國外槳扇發(fā)動機對轉(zhuǎn)減速器常用的三種前、后槳軸支撐結(jié)構(gòu)分別見圖1～圖3。

圖1 前、后槳軸支撐方式一[2]

圖2 前、后槳軸支撐方式二[3]

圖3 前、后槳軸支撐方式三[3]

支撐方式一中后槳軸安裝在減速器上，與后排螺旋槳通過法蘭連接，前槳軸安裝在后排螺旋槳上，與前排螺旋槳也通過法蘭連接，前槳軸和行星架之間為浮動軸，二者與浮動軸連接方式均為漸開線花鍵連接，起傳遞扭矩和轉(zhuǎn)速的作用。

支撐方式二中后槳軸安裝在減速器上，與后排螺旋槳通過法蘭連接，前槳軸安裝在后排螺旋槳上，與前排螺旋槳也通過法蘭連接，前槳軸和行星架之間未設(shè)計浮動軸，直接通過漸開線花鍵連接。

支撐方式三與支撐方式二類似，不同的是，方式三中前槳軸與行星架花鍵連接的位置靠近后排螺旋槳，而方式二中前槳軸與行星架花鍵連接的位置靠近行星架。

2.槳軸支撐結(jié)構(gòu)特點分析

3種支撐方式中，后槳軸均通過軸承安裝在減速器機匣上，且前槳軸均通過軸承安裝在后槳軸上，因此對轉(zhuǎn)螺旋槳載荷主要通過后槳軸傳遞至減速器機匣上。

支撐方式一中前槳軸與浮動軸花鍵連接靠近支撐位置，前槳軸傾斜量小，花鍵的側(cè)隙可補償浮動軸的傾斜量，另外，浮動軸與行星架亦通過花鍵連接，更有利于補償前槳軸傾斜，因此前排螺旋槳承受的彎矩、軸向力和徑向力不會傳遞至行星架，這些載荷全部通過后槳軸傳遞至減速器機匣上，行星架僅僅傳遞扭矩，從而可減少減速器輪系結(jié)構(gòu)變形。

支撐方式二中前排螺旋槳承受的彎矩、軸向力和徑向力主要通過后槳軸傳遞至減速器機匣上，但是部分徑向力會傳遞到行星架，如圖4所示，前槳軸左端未約束時存在撓度和轉(zhuǎn)角，現(xiàn)通過行星架約束其撓度和轉(zhuǎn)角為0，由于前槳軸傾斜量大，花鍵側(cè)隙無法補償前槳軸傾斜量，因此行星架必定受到徑向力。徑向力的大小與前槳軸伸出長度L相關(guān)：L越大，行星架承受徑向力越小，詳見公式（1）。因此，為了減少螺旋槳載荷對行星架的影響，L值需適當(dāng)大些。

式中：FH為前槳軸傳遞至行星架的徑向力；EI為抗彎剛度；w為撓度；L為前槳軸伸出長度，如圖4所示。

圖4 支撐方式二前槳軸受載變形

支撐方式三中前排螺旋槳承受的彎矩、軸向力和徑向力主要通過后槳軸傳遞至減速器機匣上，但是部分彎矩會傳遞到行星架。前槳軸左端未約束時存在轉(zhuǎn)角，行星架需適應(yīng)前槳軸變形，如花鍵側(cè)隙補償能力不足，行星架會受彎矩載荷。彎矩的大小與行星架伸出長度L相關(guān)（見圖5）：長度L越大，行星架承受彎矩越小，彎矩近似計算見公式（2）。因此，為了減少螺旋槳載荷對行星架的影響，L值需適當(dāng)大些。

圖5 支撐方式三前槳軸受載變形

式中：Me為前槳軸傳遞至行星架的彎矩；θ為轉(zhuǎn)角；L為行星架伸出長度。

3.結(jié)構(gòu)對比分析

支撐方式一中由于設(shè)計了浮動軸，因此行星架僅僅傳遞扭矩，有利于輪系正常嚙合工作。另外，花鍵僅僅傳遞扭矩，受載單一，有利于花鍵正常工作。

支撐方式二行星架承受一定的來自螺旋槳的徑向力，但由于徑向力作用于行星架支撐位置附近，因此導(dǎo)致行星架的變形較小，即對輪系正常嚙合工作的影響較小。此外，由于花鍵同時承受徑向力和扭矩，不利于花鍵正常工作。

支撐方式三在結(jié)構(gòu)上與支撐方式二較為接近，由于支撐方式二中前槳軸有伸出量L，而支撐方式三中前槳軸沒有伸出量，因此其前槳軸的傾斜量明顯小于支撐方式二。但在設(shè)計過程中，需控制好前槳軸的傾斜量在花鍵側(cè)隙可補償?shù)姆秶鷥?nèi)。如果花鍵側(cè)隙補償能力不夠，則行星架承受彎矩，影響輪系正常嚙合。

4.結(jié)論

本文對比分析了三種共軸對轉(zhuǎn)減速器槳軸支撐結(jié)構(gòu)，可為共軸對轉(zhuǎn)減速器槳軸支撐方式設(shè)計提供了指導(dǎo)，結(jié)果表明：從前槳軸對行星架的影響以及花鍵受載情況進行比較，支撐方式一和方式三要優(yōu)于支撐方式二。