本發(fā)明涉及一種柔性搖臂結(jié)構(gòu)，更具體地說，涉及一種剛度可調(diào)的柔性搖臂結(jié)構(gòu)。另一方面，本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)上述柔性搖臂結(jié)構(gòu)的剛度的方法。

背景技術(shù)：

1、目前國內(nèi)外航空發(fā)動機(jī)中的高壓壓氣機(jī)的前幾級靜子葉片通常采用可調(diào)靜葉，并且布置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以實現(xiàn)可調(diào)靜葉在不同的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下具有不同的安裝角需求。

2、眾所周知，同級可調(diào)靜葉的實際轉(zhuǎn)角的一致程度被稱為周向一致性，而實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角的差異度被稱為調(diào)節(jié)精度。柔性搖臂是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中用于直接控制可調(diào)靜葉的開關(guān)角度的重要零件，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過作動筒提供驅(qū)動力并途徑諸如拉桿、聯(lián)動環(huán)等到達(dá)搖臂，最終控制可調(diào)靜葉的開關(guān)角度。因此，柔性搖臂在工作狀態(tài)時，需要承受可調(diào)靜葉傳來的氣動載荷和作動筒傳來的驅(qū)動力。柔性搖臂是用于可調(diào)靜葉的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的核心零件，也是該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中實際工況最為惡劣的零件，其性能關(guān)系到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運行的精度、精度保持性以及可靠性，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計對于同級可調(diào)靜葉的周向一致性和調(diào)節(jié)精度至關(guān)重要。

3、通常來說，柔性搖臂的扭轉(zhuǎn)方向剛度會影響同級可調(diào)靜葉的周向一致性，柔性搖臂的傳力方向剛度會影響同級可調(diào)靜葉的調(diào)節(jié)精度。因此，需要開展對柔性搖臂的臂體厚度與扭轉(zhuǎn)方向剛度、傳力方向剛度的關(guān)系驗證試驗。在該驗證過程中，需要設(shè)計不同臂體厚度的柔性搖臂，從而匹配出最優(yōu)的同級可調(diào)靜葉的周向一致性和調(diào)節(jié)精度。這種試驗成本高昂，加上相關(guān)的設(shè)計、加工和裝配過程，效率低下且費時費力。

4、此外，更換不同臂體厚度的柔性搖臂，會引入某些非線性因素并對試驗結(jié)果帶來不利影響，這進(jìn)一步導(dǎo)致驗證過程結(jié)果不夠精確，影響高壓壓氣機(jī)和航空發(fā)動機(jī)的作業(yè)效率及安全。

5、業(yè)內(nèi)存在一些針對剛度可調(diào)而設(shè)計的柔性搖臂結(jié)構(gòu)方案或者用于調(diào)節(jié)柔性搖臂的剛度的改進(jìn)方法。

6、例如，在由中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究院于2015年12月25日提交的題為“一種葉片調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)”的中國發(fā)明專利申請cn105422514a中公開了一種葉片調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，該葉片調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)包括搖臂、聯(lián)動環(huán)、定位銷及轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件，其中，搖臂的一端連接靜子葉片，另一端設(shè)置有轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件的安裝孔。轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件的中心設(shè)置有通孔，定位銷穿過通孔連接聯(lián)動環(huán)與轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件能夠繞定位銷轉(zhuǎn)動。這種轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件通過定位銷連接聯(lián)動環(huán)和搖臂，而且能夠繞定位銷轉(zhuǎn)動，因此避免了聯(lián)動環(huán)繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時由于引起搖臂變形而影響葉片調(diào)節(jié)精度的現(xiàn)象。

7、但是，由于專門需要為葉片調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件，而且還需要根據(jù)定位銷的尺寸在轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)件上打孔，這種葉片調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的制造過程稍顯復(fù)雜，且成本相對較高。

8、又比如，在由上海交通大學(xué)于2013年6月26日提交的題為“含有類萬向副的壓氣機(jī)多級靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)”的中國發(fā)明專利cn103277339b中公開了一種改進(jìn)型靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括帶有輸出機(jī)構(gòu)的機(jī)匣以及固定設(shè)置于其外部的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)，輸出機(jī)構(gòu)的一端徑向設(shè)置于機(jī)匣內(nèi)且另一端與位于機(jī)匣外的傳動機(jī)構(gòu)相連，驅(qū)動機(jī)構(gòu)軸向設(shè)置于機(jī)匣外并與傳動機(jī)構(gòu)相連并傳遞動力。這種設(shè)計與之前的相關(guān)方案相比，不僅更為緊湊且需要的運動空間更小，而且搖臂在運動過程中不會發(fā)生變形，因此提高了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的壽命和精度。

9、但是，由于需要采用兩個垂直相交的類萬向副來保證與獨立葉片相連接的搖臂在運動過程中不發(fā)生變形，因此上述技術(shù)方案更為復(fù)雜。雖然減少了球鉸副的數(shù)量，并由此降低了加工難度和加工所需的成本，但成批量制造依然具有一定難度，難以大面積推廣應(yīng)用。

10、為此，需要設(shè)計一種改進(jìn)型的柔性搖臂結(jié)構(gòu)，這種柔性搖臂結(jié)構(gòu)能夠以簡單、廉價的方式方便地調(diào)節(jié)柔性搖臂臂體的厚度，從而根據(jù)同級可調(diào)靜葉的周向一致性與調(diào)節(jié)精度獲得合適剛度的柔性搖臂。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種柔性搖臂結(jié)構(gòu)，這種柔性搖臂結(jié)構(gòu)能夠以簡單、廉價的方式方便地調(diào)節(jié)柔性搖臂臂體的厚度，從而根據(jù)同級可調(diào)靜葉的周向一致性與調(diào)節(jié)精度獲得合適剛度的柔性搖臂。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種調(diào)節(jié)柔性搖臂結(jié)構(gòu)的剛度的方法。

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面涉及一種柔性搖臂結(jié)構(gòu)，柔性搖臂結(jié)構(gòu)用于航空發(fā)動機(jī)的高壓壓氣機(jī)，柔性搖臂結(jié)構(gòu)包括：柔性搖臂本體；至少一個柔性搖臂臂體插片，柔性搖臂臂體插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的表面；以及將柔性搖臂臂體插片緊固到柔性搖臂本體的緊固件。

4、在上述技術(shù)方案中，術(shù)語“插片”是指一種具有預(yù)定的單位厚度的薄片，該薄片基于所要粘附的零件表面的輪廓成形制成，因此能夠容易且方便地覆蓋到該零件表面上并且由此增加零件的局部體積。這種插片通常還被稱為“補(bǔ)片”等其它具有等同含義的名稱。

5、此外，術(shù)語“覆蓋”是將插片放置在所要粘附的零件表面上并覆蓋該表面，其并不包括采用粘結(jié)、固接、焊接等手段將插片不可拆卸地固定到該零件表面。

6、較佳的是，柔性搖臂臂體插片中的一些或全部插片可以覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上表面，并且/或者柔性搖臂臂體插片中的一些或全部插片可以覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的下表面。

7、上述技術(shù)方案可以被拆分為以下幾項技術(shù)方案：

8、(i)柔性搖臂臂體插片中的一些插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上表面，并且柔性搖臂臂體插片中的其余插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的下表面；

9、(ii)柔性搖臂臂體插片中的全部插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上表面；以及

10、(iii)柔性搖臂臂體插片中的全部插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的下表面。

11、較佳的是，柔性搖臂臂體插片可以包括覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上表面的柔性搖臂臂體上插片和覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的下表面的柔性搖臂臂體下插片。

12、更佳的是，柔性搖臂臂體上插片可以包括可彼此相互疊置的第一臂體上插片、第二臂體上插片和第三臂體上插片中的一些或全部，并且柔性搖臂臂體下插片可以包括可彼此相互疊置的第一臂體下插片、第二臂體下插片和第三臂體下插片中的一些或全部。

13、在上述實施例中，柔性搖臂本體的至少一部分可以包括：第一臂體厚端；與第一臂體厚端相對的第二臂體厚端；以及位于第一臂體厚端和第二臂體厚端之間的臂體中間較薄部段。

14、術(shù)語“厚端”和“較薄部段”是基于柔性搖臂本體的各個部分在與柔性搖臂本體的中心軸線垂直的方向上的厚度而言的，其中，厚端的厚度明顯大于較薄部段的厚度。

15、另一方面，緊固件可以包括成對配合的連接螺栓和螺母。

16、較佳的是，連接螺栓可以包括第一連接螺栓和第二連接螺栓，并且螺母包括第一螺母和第二螺母，其中，第一連接螺栓和第一螺母將柔性搖臂臂體插片固定在第一臂體厚端處，并且第二連接螺栓和第二螺母將柔性搖臂臂體插片固定在第二臂體厚端處。

17、在上述實施例中，第一臂體厚端可以經(jīng)由第一連接頭連接到高壓壓氣機(jī)的可調(diào)靜葉和聯(lián)動環(huán)中的一個，第二臂體厚端可以經(jīng)由第二連接頭連接到高壓壓氣機(jī)的可調(diào)靜葉和聯(lián)動環(huán)中的另一個。

18、根據(jù)本發(fā)明的第二方面涉及一種調(diào)節(jié)如先前所述的柔性搖臂結(jié)構(gòu)的剛度的方法，包括：根據(jù)實際工況確定柔性搖臂結(jié)構(gòu)的期望剛度；將至少一個柔性搖臂臂體插片覆蓋在柔性搖臂本體的至少一部分的表面上，以改變?nèi)嵝該u臂結(jié)構(gòu)的剛度，直至達(dá)到柔性搖臂結(jié)構(gòu)的期望剛度；以及將柔性搖臂臂體插片緊固到柔性搖臂本體。

19、較佳的是，將至少一個柔性搖臂臂體插片覆蓋在柔性搖臂本體的至少一部分的表面上可以包括：將柔性搖臂臂體插片中的一些或全部插片覆蓋在柔性搖臂本體的至少一部分的上表面上，并且/或者將柔性搖臂臂體插片中的一些或全部插片覆蓋在柔性搖臂本體的至少一部分的下表面上。

20、上述技術(shù)方案可以被拆分為以下幾項技術(shù)方案：

21、(i)先將柔性搖臂臂體插片中的一些插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上表面，再將柔性搖臂臂體插片中的其余插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的下表面；

22、(ii)先將柔性搖臂臂體插片中的一些插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的下表面，再將柔性搖臂臂體插片中的其余插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上表面；

23、(iii)交錯地將柔性搖臂臂體插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上和下表面；

24、(iv)將柔性搖臂臂體插片中的全部插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的上表面；以及

25、(v)將柔性搖臂臂體插片中的全部插片覆蓋柔性搖臂本體的至少一部分的下表面。

26、更佳的是，柔性搖臂臂體上插片可以包括第一臂體上插片、第二臂體上插片和第三臂體上插片中的一些或全部，這些上插片中的每一個彼此相互疊置地覆蓋在柔性搖臂本體的至少一部分的上表面上，柔性搖臂臂體下插片可以包括第一臂體下插片、第二臂體下插片和第三臂體下插片中的一些或全部，這些下插片中的每一個彼此相互疊置地覆蓋在柔性搖臂本體的至少一部分的下表面上。

27、在上述實施例中，柔性搖臂本體的至少一部分可以包括：第一臂體厚端；與第一臂體厚端相對的第二臂體厚端；以及位于第一臂體厚端和第二臂體厚端之間的臂體中間較薄部段。

28、根據(jù)本發(fā)明的柔性搖臂結(jié)構(gòu)能夠獲得以下優(yōu)點：

29、(1)利用一個或多個柔性搖臂臂體插片獲得可調(diào)剛度的柔性搖臂，則無需通過生產(chǎn)大量不同臂體厚度的柔性搖臂來匹配具有合適的傳力方向剛度和扭轉(zhuǎn)方向剛度，就可使航空發(fā)動機(jī)的同級可調(diào)靜葉具有優(yōu)異的周向一致性和調(diào)節(jié)精度，降低了加工、裝配和試驗的成本。

30、(2)使用者僅需要進(jìn)行一次安裝，就可以通過改變?nèi)嵝該u臂的臂體厚度來調(diào)整柔性搖臂的傳力方向剛度和扭轉(zhuǎn)方向剛度，提高了柔性搖臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計效率。