航空发动机、飞行器和航空发动机防护方法与流程

航空航天装置制造技术1.本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种航空发动机、飞行器和航空发动机防护方法。背景技术：2.在飞机出现以前，没有高速人造飞行器，鸟类在空中的飞行与人类的活动互相没有重叠，不会对彼此造成危害，然而飞机的出现使得情况发生了变化。由于飞机飞行速度快，与飞鸟发生碰撞后会造成极大的破坏，严重时会造成飞机的坠毁。尤其在飞机起飞和降落的过程中，最容易发生鸟击。3.目前，鸟撞是威胁航空安全的重要因素之一，特别对于由喷管喷射出的燃气与风扇排出的空气共同产生反作用推力的涡扇发动机来说，飞鸟常常会被吸入进气口，造成涡轮发动机的扇叶变形，或者卡住发动机，使发动机停机甚至起火，对飞行器动力系统的破坏常常是致命的，会直接导致飞机失速坠毁。4.飞机在飞行中与飞鸟相撞，对造成飞机发动机造成的损伤，称为发动机鸟撞损伤。鸟的质量虽小，但飞机和鸟的相对速度却很大，可能对某些关键部件造成损伤并危及飞行安全，所以对涡扇发动机的设计和强度都有严格要求，并进行鸟撞试验以确保安全。发动机应能承受一定数量和质量的鸟击，在经历鸟吉后应仍能保持要求的性能。近年来，根据实际情况需要，对大型民用发动机提出了更加严格的鸟撞规定。5.绝大多数鸟类都有体形小、质量轻的特征，因而鸟击的破坏主要来自飞行器的速度而非鸟类本身的质量。随着航空技术的发展，人造飞行器的速度不断提高，根据动量定理，一只0.45公斤的鸟与时速80公里的飞机相撞，会产生1500牛顿的力，与时速960公里的飞机相撞，会产生21.6万牛顿的力，高速运动使得鸟击的破坏力达到惊人的程度。6.目前，涡扇发动机防止鸟撞的方法主要包含两大类，一类是被动方式，增加发动机可能遭受鸟击部件的结构强度；另一类是主动方式，防止鸟类进入发动机。采用被动方式提高发动机风扇叶片抗鸟撞能力的方法主要是增加叶片本身的结构强度，但是结构强度的增加通常会带来重量的增加，这并不利于飞机整体性能的提升。7.需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：8.本发明实施例提供一种航空发动机、飞行器和航空发动机防护方法，能够减小空中飞物对风险部件造成的损伤。9.根据本发明的一个方面，提供一种航空发动机，包括：10.风险部件；11.驱动装置，设置在风险部件上并被配置为驱动风险部件振动，以通过风险部件的振动将与风险部件接触的空中飞物切碎；12.监控装置，被配置为监测空中飞物的出现；和13.控制装置，与监控装置和驱动装置信号连接，被配置为根据监控装置的监测结果控制驱动装置的启闭。14.在一些实施例中，驱动装置包括超声波换能器。15.在一些实施例中，风险部件包括叶片，叶片包括叶身和与叶身连接的榫头，驱动装置安装在榫头上。16.在一些实施例中，航空发动机还包括短舱，监控装置和控制装置均设置在短舱内。17.在一些实施例中，监控装置包括视频识别装置。18.在一些实施例中，控制装置与监控装置和驱动装置均通过无线连接方式进行信号连接。19.根据本发明的另一个方面，提供一种飞行器，包括上述的航空发动机。20.在一些实施例中，风险部件包括叶片、进气锥、短舱、机翼、尾翼和风挡中的至少一个。21.根据本发明的另一个方面，提供一种航空发动机防护方法，包括：22.监测是否有空中飞物出现；23.若是，开启驱动装置，驱动风险部件振动，通过风险部件的振动将与风险部件接触的空中飞物切碎；24.若否，保持驱动装置处于关闭状态。25.在一些实施例中，每次开启驱动装置时使其在预设时间段内一直保持开启状态，并在经过预设时间段后自动关闭。26.基于上述技术方案，本发明实施例通过驱动装置可以驱动风险部件产生高频振动，通过风险部件的振动，可以将于风险部件接触的空中飞物震碎、切碎，减小空中飞物对风险部件造成的摩擦，降低空中飞物传递给风险部件的冲击力，避免对风险部件造成损伤，提高航空发动机抵抗空中飞物冲击的能力。附图说明27.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：28.图1为本发明航空发动机一个实施例的结构示意图。29.图2为本发明航空发动机一个实施例除去挡板后的结构示意图。30.图3为本发明飞行器一个实施例的结构示意图。31.图中：32.1、外壳；2、监控装置；3、挡板；4、叶片；5、驱动装置；6、控制装置；7、机身。具体实施方式33.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“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。35.参考图1和图2所示，在本发明提供的航空发动机的一些实施例中，该航空发动机包括风险部件、驱动装置5、监控装置2和控制装置6，驱动装置5设置在风险部件上并被配置为驱动风险部件振动，以通过风险部件的振动将与风险部件接触的空中飞物切碎，监控装置2被配置为监测空中飞物的出现，控制装置6与监控装置2和驱动装置5信号连接，控制装置6被配置为根据监控装置2的监测结果控制驱动装置5的启闭。36.在上述实施例中，通过驱动装置5可以驱动风险部件产生高频振动，通过风险部件的振动，可以将于风险部件接触的空中飞物震碎、切碎，减小空中飞物对风险部件造成的摩擦，降低空中飞物传递给风险部件的冲击力，避免对风险部件造成损伤，提高航空发动机抵抗空中飞物冲击的能力。37.而且，航空发动机还包括监控装置2和控制装置6，通过监控装置2，可以监测是否有空中飞物出现，是否有空中飞物进入预设的监控区域内，在监测到有空中飞物进入监控区域时，控制装置6控制驱动装置5启动，这样可以使驱动装置5在需要时才开启，有利于节约能源，提高经济性。38.通过设置监控装置2和控制装置6，还可以提前发现空中飞物，使驱动装置5提前做好驱动风险部件振动的准备，提高将空中飞物切碎的准确性和效率，避免出现失误。39.风险部件为可能会受到空中飞物冲击的部件，比如，在航空发动机中，风险部件可以为叶片(包括风扇叶片、导流叶片等)、进气锥或者短舱等。在使用航空发动机的飞行器中，风险部件还可以是机翼、尾翼或者风挡等。40.在一些实施例中，风险部件上设有安装座，驱动装置5安装在安装座上。41.在一些实施例中，安装座与风险部件固定连接或者一体成型，以提高安装座的安装牢固性。42.在一些实施例中，安装座通过3d打印方式与风险部件一体成型，这种安装方式可以使安装座的安全性更好，抵抗振动载荷的能力更高，避免安装座在飞机运行过程中发生脱落。43.在一些实施例中，安装座包括具有开口的圆环，驱动装置5插入开口中，驱动装置5与开口通过过盈配合，以提高驱动装置5的安装稳定性。驱动装置5的稳定性好，有利于提高超声波的传递效率。44.在一些实施例中，驱动装置5包括超声波换能器。45.超声波换能器是一种将电磁能转化为机械能声能的装置。超声波换能器可以由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成。46.超声波换能器能够使风险部件产生频率为20～40khz的小幅振动，该振动频率很快，足以产生切割作用，将与风险部件接触的空中飞物瞬间切成足够小的碎片，减小空中飞物传递给风险部件的能量，降低对风险部件造成的伤害。而且，超声波换能器使风险部件产生的振动幅度较小，不会因振动而影响风险部件的性能。47.超声换能器可以采用但不限于谐振于超声频率的压电陶瓷，由材料的压电效应将电信号转换为机械振动，超声换能器被用作发射器，将从激励电源送来的电振荡信号转换为引起换能器中电储能元件中电场或磁场的变化，对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的风险部件发生振动。48.在一些实施例中，风险部件包括叶片4，叶片4包括叶身和与叶身连接的榫头，驱动装置5安装在榫头上。49.通过将驱动装置5安装在榫头上，可以使驱动装置5位于叶身的流道线以下，避免驱动装置5影响叶身部分的气流流动，避免因设置驱动装置5而增大气动损失。50.在一些实施例中，航空发动机还包括短舱，监控装置2和控制装置6均设置在短舱内。将监控装置2和控制装置6均设置在短舱内，可以对监控装置2和控制装置6进行保护，也可以避免监控装置2和控制装置6影响发动机内的其他部件。51.在一些实施例中，监控装置2包括视频识别装置。视频识别装置通过对监控区域拍摄视频来判断是否有空中飞物的出现。视频识别装置包括摄像头等。52.如图3所示，监控装置2的监控范围形成夹角为θ的区域，夹角θ的大小为60°～90°。监控区域的边界线与机身7的前缘相切。53.在一些实施例中，视频识别装置包括前端视频信息的采集及传输、中间的视频检测和后端的分析处理三个部分。视频识别需要前端视频采集摄像机提供清晰稳定的视频信号，视频信号质量将直接影响到视频识别的效果。在该实施例中，控制装置6可以直接根据视频识别装置的分析结果发出控制驱动装置5开启或关闭的指令。54.在一些实施例中，监控装置2包括光学探测器、红外感应器和超声探测器等。55.在一些实施例中，控制装置6还可以先根据监控装置2的监测结果判断空中飞物的类型和状态，然后根据该类空中飞物对风险部件的危害程度开启驱动装置5或者使驱动装置5保持关闭。由于一些空中飞物的体积较小，不足以对风险部件构成威胁，此时可以选择不开启驱动装置5，降低能源消耗。56.进一步地，空中飞物的类型包括空中飞物的大小、种类等，空中飞物的状态包括空中飞物的速度和飞行方向等，以判断其撞击发动机的概率，并使控制装置6能够根据该概率的大小而有选择地开启或关闭驱动装置5。57.在一些实施例中，控制装置6与监控装置2和驱动装置5均通过无线连接方式进行信号连接。通过无线方式进行信号连接可以减少连接导线的布置，简化结构。58.如图1所示，发动机包括外壳1和设置在外壳1前侧的挡板3，外壳1和挡板3形成基本封闭的区域，用于放置发动机的控制部件等。如图2所示，将挡板3除去后，可以看到控制装置6，图中示意了驱动装置5与监控装置2均和控制装置6通过无线连接。监控装置2设置在外壳1的顶部，具有较好的监视视角。59.在本发明提供的航空发动机中，由于在风险部件上设置了驱动装置5，可以提高风险部件抵抗空中飞物冲击的能力，在此基础上，风险部件(比如叶片)的尺寸可以减薄，也可以采用中空结构等设计，以减轻风险部件的重量，进而减轻发动机的整体重量，因此整体来说，为了防止空中飞物与风险部件发生撞击而增加的驱动装置5、监控装置2和控制装置6并不会造成发动机整体重量的增加，甚至有利于进一步减轻发动机的总体重量。60.在上述各个实施例中，空中飞物包括鸟类或飞行物品等。61.基于上述各个实施例中的航空发动机，本发明还提供了一种飞行器，该飞行器包括上述的航空发动机。62.本发明还提供了一种航空发动机防护方法，包括：63.监测是否有空中飞物出现；64.若是，开启驱动装置5，驱动风险部件振动，通过风险部件的振动将与风险部件接触的空中飞物切碎；65.若否，保持驱动装置5处于关闭状态。66.在一些实施例中，每次开启驱动装置5时使其在预设时间段内一直保持开启状态，并在经过预设时间段后自动关闭。驱动装置5在出现空中飞物才开启，而在没有空中飞物时则关闭，这样可以节省能源，节约成本。67.上述各个实施例中航空发动机所具有的积极技术效果同样适用于飞行器和航空发动机防护方法，这里不再赘述。68.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。









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