專利名稱：基于平衡塊的渦輪螺旋槳發(fā)動機風(fēng)扇葉片方向控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到包括至少ー組可變方向風(fēng)扇葉片的渦輪螺旋槳發(fā)動機的一般領(lǐng)域。特別涉及到雙螺旋槳航空渦輪螺旋槳發(fā)動機風(fēng)扇葉片的方向控制。
背景技術(shù)：
按照已知方式，雙螺旋槳航空渦輪螺旋槳發(fā)動機包括帶有兩個對轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子的渦輪，每個轉(zhuǎn)子帶動ー組無導(dǎo)管風(fēng)扇葉片。例如，可參看文件GB 2，129，502，該文件介紹了這種渦輪螺旋槳發(fā)動機不同實施方案。在這種渦輪螺旋槳發(fā)動機中，每組風(fēng)扇葉片的方向(也可用術(shù)語螺距控制)是控 制渦輪螺旋槳發(fā)動機推力的參數(shù)之一。為了控制特定ー組風(fēng)扇葉片，人們提出了不同的解決方案。例如，參看本申請者于2009年5月29日提交的法國專利申請No. 09 53589和09 53591。在這些申請中，為了調(diào)節(jié)葉片方向，提出了將葉片連接到同步環(huán)上，該同步環(huán)通過中央動作筒和連接臂來旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提出ー種控制渦輪螺旋槳發(fā)動機風(fēng)扇葉片方向的方案，該方案實施方便，而且可靠，重量輕。該發(fā)明目的可通過渦輪螺旋槳發(fā)動機風(fēng)扇葉片方向控制裝置來實現(xiàn)，所述控制裝置包括至少ー組帶有可調(diào)方向的風(fēng)扇葉片，該組風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)固定到與渦輪轉(zhuǎn)子機械連接的旋轉(zhuǎn)環(huán)上，其特征在干，為了控制方向，所述葉片組的每個葉片連接到葉根支架上，后者通過錐形齒輪系樞轉(zhuǎn)安裝到旋轉(zhuǎn)環(huán)上，錐形齒輪系包括固定到葉根支架上并以與旋轉(zhuǎn)環(huán)成徑向的軸線為中心的第一齒輪，和固定到旋轉(zhuǎn)環(huán)上的第二齒輪，第二齒輪以與所述旋轉(zhuǎn)環(huán)成切向的軸線為中心，并支撐著平衡鐵，后者相對于其旋轉(zhuǎn)軸線成偏心，所述控制裝置還包括以旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸線為中心的動作筒，旋轉(zhuǎn)固定到渦輪轉(zhuǎn)子上，其桿則通過連接臂連接到每個平衡鐵上，從而圍繞各個齒輪旋轉(zhuǎn)軸線有角度地同步移動所有平衡塊的位置。這種控制裝置具有諸多優(yōu)點。特別是，因為部件較少，機械連接簡單，所以性能可靠，重量輕。特別是，沒有中間部件來引導(dǎo)轉(zhuǎn)動或平移，否則，很難調(diào)整，且會受到摩擦影響。此外，這種裝置的維護(hù)保養(yǎng)也十分容易，因為平衡塊置于旋轉(zhuǎn)環(huán)外部，非常方便。每個連接臂包括ー個徑向聯(lián)桿，其一端連接到相應(yīng)的平衡塊上，而另一端連接到的雙臂曲柄的ー個臂上，而雙臂曲柄的另ー個臂則連接到動作筒的桿上。有利的是，每個連接臂的徑向聯(lián)桿徑向穿過渦輪螺旋槳發(fā)動機箱體支臂。另外,有利的是,對于姆個葉根支架來講,錐形齒輪系第一齒輪齒數(shù)是第二齒輪齒數(shù)的大約兩倍。葉片的變距位置對應(yīng)于平衡錘從旋轉(zhuǎn)環(huán)徑向指向外面的角度位置。同樣，葉片的0°位置對應(yīng)于平衡塊從旋轉(zhuǎn)環(huán)徑向指向內(nèi)部的非穩(wěn)定角度位置。連接臂均勻分布在旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸線的周圍。最后，風(fēng)扇葉片組共包括10個風(fēng)扇葉片。本發(fā)明還涉及到雙螺旋槳渦輪螺旋槳發(fā)動機，包括帶有兩個對轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子的渦輪和兩組方向可控的風(fēng)扇葉片，而風(fēng)扇葉片連接到分別與轉(zhuǎn)子相連的兩個旋轉(zhuǎn)環(huán)上，至少ー組風(fēng)扇葉片的方向由上述控制裝置來控制。下面參照附圖介紹本發(fā)明說明，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點會顯現(xiàn)出來，所述附圖給出了發(fā)明的一個實施方案，但并非僅限于此。


圖I為雙螺旋槳渦輪螺旋槳發(fā)動機縱向剖面圖，所述發(fā)動機裝有根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳方向控制裝置；圖2為圖I的放大詳圖，示出了上游和下游組螺旋槳的方向控制； 圖3A和3B分別為透視圖和徑向剖面圖，示出了采用本發(fā)明裝置對圖I渦輪螺旋槳ー個風(fēng)扇葉片的方向控制；圖4A和4B示出了本發(fā)明控制裝置的動作原理；以及圖5A到圖示出了葉片隨平衡塊角度位置的變化而呈現(xiàn)的不同調(diào)整位置，所述平衡塊與所述葉片相關(guān)。
具體實施例方式圖I為雙螺旋槳型飛機渦輪螺旋槳發(fā)動機的實施示例示意圖。這種渦輪螺旋槳發(fā)動機已為人們所知曉，因此不再詳細(xì)介紹。渦輪螺旋槳發(fā)動機10具體包括縱軸12和圍繞該縱軸同軸布置的環(huán)形短艙14。渦輪螺旋槳發(fā)動機10還包括，從上游到下游，壓氣機16、燃燒室18和帶有兩個對轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子22a，22b的渦輪，這些不同部件也都圍繞渦輪螺旋槳發(fā)動機縱軸12同軸布置。渦輪螺旋槳發(fā)動機10還包括上游(或前部)風(fēng)扇葉片26組24a和下游(或后部)風(fēng)扇葉片組24b，所述風(fēng)扇葉片方向可調(diào)。更確切地說，每組24a，24b風(fēng)扇葉片26都安裝在環(huán)形平臺形式的旋轉(zhuǎn)環(huán)28a，28b上，平臺以渦輪螺旋槳縱軸12為中心。此外，每組風(fēng)扇葉片26沿圓周等間隔布置，并自旋轉(zhuǎn)環(huán)28a，28b的表面徑向延伸(葉片為非函道式)。渦輪的每個轉(zhuǎn)子22a，22b裝有其中ー個旋轉(zhuǎn)環(huán)28a，28b并帶動其旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)環(huán)上安裝有其中ー組24a，24b帶可調(diào)方向的風(fēng)扇葉片。渦輪螺旋槳發(fā)動機還包括控制每組24a，24b風(fēng)扇葉片方向的裝置。根據(jù)本發(fā)明的控制裝置可控制上游組24a風(fēng)扇葉片和下游組24風(fēng)扇葉片b的方向。不過，控制裝置僅可控制所述其中一組的風(fēng)扇葉片的方向。如圖2更清楚所示，根據(jù)本發(fā)明的控制裝置包括兩個動作筒30a，30b驅(qū)動機構(gòu)，用來改變上游組和下游組風(fēng)扇葉片的方向，前面已經(jīng)介紹了特別基于所述機構(gòu)的聯(lián)桿?？刂蒲b置的動作筒30a，30b (液壓、氣動或電動)同軸布置，以縱軸12為中心，并旋轉(zhuǎn)固定在渦輪的其中一個轉(zhuǎn)子22a,22b的軸上(此處所示示例中,動作筒旋轉(zhuǎn)連接到轉(zhuǎn)子22b的軸上，驅(qū)動下游風(fēng)扇葉片組24b轉(zhuǎn)動)。這兩個動作筒的各個桿32a，32b沿縱軸12軸向平移，外動作筒30a的桿32a調(diào)定上游組24a風(fēng)扇葉片的方向，而內(nèi)動作筒30b的桿32b則調(diào)定下游組風(fēng)扇葉片24b的方向。
應(yīng)該注意的是，由于兩個動作筒30a，30b固定到轉(zhuǎn)子22b上，因此，兩個動作筒沿下游組24b風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)方向圍繞縱軸12旋轉(zhuǎn)。然而，此時，動作筒32a所連接的上游組24a風(fēng)扇葉片的方向改變機構(gòu)則是沿相反方向被帶動旋轉(zhuǎn)。因此，在內(nèi)動作筒的桿32a和所述上游組風(fēng)扇葉片方向改變機構(gòu)之間安裝了滾動接觸(滾珠或錐形滾柱)軸承34，目的是傳輸內(nèi)動作筒的軸向推力，與此同時，仍使得兩個機構(gòu)沿彼此相反方向自由旋轉(zhuǎn)。更確切地說，在轉(zhuǎn)子22b的軸上，安裝了滾動接觸軸承34的內(nèi)座圈36，通過花鍵38而帶動下游組24b風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)，內(nèi)座圈連接到內(nèi)動作筒的桿32a上。至于軸承34的外座圈40,連接到上游組風(fēng)扇葉片的方向改變機構(gòu)上。這樣,滾動接觸軸承34就會相對于帶動上游組24a轉(zhuǎn)動的軸而隨轉(zhuǎn)子22b的軸轉(zhuǎn)動。下面參照圖3A，3B，4A和4B，介紹上游和下游組風(fēng)扇葉片的方向改變機構(gòu)。上游組和下游組的這些機構(gòu)都相同。上游組和下游組24a，24b的每個葉片26都連接到葉根支架42上，后者經(jīng)由錐形齒輪系44而樞轉(zhuǎn)安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)28a，28b上。如圖3A和3B所示，該錐形齒輪系包括第一齒輪46和第二齒輪50，第一齒輪固定到葉根支架42上并以與旋轉(zhuǎn)環(huán)成徑向的軸線48為中心，而第二齒輪則固定到旋轉(zhuǎn)環(huán)上并以與旋轉(zhuǎn)環(huán)成切向的軸線52為中心。該錐形齒輪系44的第一齒輪46的齒數(shù)是選定的,大體上是第二齒輪50齒數(shù)的兩倍。這樣，第二齒輪旋轉(zhuǎn)90°就會帶動第一齒輪旋轉(zhuǎn)大約45°。此外，每個錐形齒輪系的第二齒輪50帶有ー個平衡塊54，所述平衡塊相對于齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線52而成偏心。該平衡塊的質(zhì)量根據(jù)風(fēng)扇葉片特性而具體預(yù)先確定。另外，每個風(fēng)扇葉片方向改變機構(gòu)帶有多個連接臂，連接動作筒30a，30b的桿32a，32b，對應(yīng)于風(fēng)扇葉片的相應(yīng)組的平衡塊54。這些連接臂的功能是將動作筒桿的軸向動作轉(zhuǎn)換為相應(yīng)風(fēng)扇葉片平衡塊圍繞其各自旋轉(zhuǎn)軸線52的同步旋轉(zhuǎn)動作。為此，每個連接臂包括穿過渦輪螺旋槳發(fā)動機的箱體支臂57a，57b的徑向聯(lián)桿56a，56b，聯(lián)桿的一端連接到相應(yīng)平衡塊上，而另一端連接到雙臂曲柄58a，58b的ー個臂上，而雙臂曲柄的另ー個臂則連接到相應(yīng)動作筒的桿32a，32b上。每個連接臂還帶有導(dǎo)向聯(lián)桿60a，60b，其一端連接到雙臂曲柄的兩個壁之間的聯(lián)桿上，而其另一端則起徑向聯(lián)桿56a, 56b導(dǎo)向支架的作用。圖4A和4B示出了連接臂的動作原理。在圖4A中，第二齒輪50的平衡塊54被向上樞轉(zhuǎn)(即向其上安裝相應(yīng)葉根支架的旋轉(zhuǎn)環(huán)的外部轉(zhuǎn)動)。如下面詳細(xì)介紹的那樣，例如，平衡塊的這個位置相當(dāng)于相關(guān)葉片的變距。在圖4B中，平衡塊相對于圖4A位置順時針按一定角度樞轉(zhuǎn)約為ー圈的3/4 (將相關(guān)葉片置于反推位置)。這ー轉(zhuǎn)動可通過操作動作筒來實現(xiàn)，驅(qū)動動作筒的桿32a，32b沿箭頭F的方向軸向位移，所述位移會在連接臂徑向聯(lián)桿56a，56b上產(chǎn)生拉動動作T。當(dāng)然，適當(dāng)位移相應(yīng)動作筒的桿32a，32b，也可獲得平衡塊的另ー些角度位置(以及葉片的其它中間調(diào)定位置)。 為了正確實現(xiàn)這些動作原理，必須滿足如下幾何條件X = Y = Z (X和Y為雙臂曲柄58a，58b兩個臂的長度，Z為導(dǎo)向桿60a，60b的長度)；以及β = 2χα (β為雙臂曲柄雙臂之間的夾角，α為徑向聯(lián)桿56a，56b和縱軸12之間的夾角，動作筒的對應(yīng)桿32a，32b以所述縱軸為中心)。下面參照圖5A到圖介紹可能不同的風(fēng)扇葉片調(diào)定位置，這些調(diào)定位置可通過本發(fā)明控制裝置來實現(xiàn)。圖5A示出了葉片26的變距情況(又稱之為最小迎角調(diào)定)，也就是說，在飛機航行方向上葉片所處的將阻カ降到最小的位置。該位置為安全位置。葉片26的變距位置優(yōu)選與相應(yīng)平衡塊54的向上轉(zhuǎn)動角度位置相關(guān)，該位置從葉根支架安裝的旋轉(zhuǎn)環(huán)徑向指向外部(附圖中的箭頭R示出了該徑向向外方向)。為此，這種布局呈現(xiàn)幾個優(yōu)點。特別是，在徑向聯(lián)桿56a，56b斷裂情況下，由于旋轉(zhuǎn)環(huán)的轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下，平衡塊54會其自己向上(圖5A)，引起相應(yīng)葉片的變距。于是，在故障情況下，本發(fā)明的控制裝置的安全得以保證。此外，由于使用時平衡塊趨于自己向上定位，徑向 聯(lián)桿的作用是產(chǎn)生拉力，而不是壓縮カ或扭力，所以，它們的直徑較小。在圖5B中，平衡塊54相對于圖5A圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線52順時針樞轉(zhuǎn)四分之ー轉(zhuǎn)，考慮到錐形齒輪系齒輪之間的齒輪比，該四分之ー轉(zhuǎn)相當(dāng)于葉片26相對于其變距位置而樞轉(zhuǎn)45。。如前所述，結(jié)合圖4A和圖4B，可實現(xiàn)平衡塊的這一樞轉(zhuǎn)。葉片26的這種調(diào)定對應(yīng)于葉片延伸而產(chǎn)生推力的飛行位置。在圖5C中，平衡塊54再次相對于圖5B而順時針樞轉(zhuǎn)四分之ー轉(zhuǎn)，相當(dāng)于葉片26與其變距位置相比而樞轉(zhuǎn)90°，(因此，對應(yīng)于平衡塊自旋轉(zhuǎn)環(huán)徑向指向內(nèi)部的角度位置)。然而，稱之為葉片“0°位置”的這種調(diào)定，在移至反推位置期間，必須是瞬間的(圖
所示情況)，因為如果該調(diào)定時間過長，則會存在超速的風(fēng)險。由于平衡塊與徑向方向R處于對準(zhǔn)狀態(tài)，所以其不會承受扭矩，因此而保持平衡。然而，這種平衡是不穩(wěn)定的，因為平衡塊在離心カ的作用下會試圖從ー側(cè)或另ー側(cè)向上轉(zhuǎn)動。因此，葉片26會趨于離開0°位置，這就保證了安全。為此，該0°位置在向反推位置移動期間只能是瞬間的。因此，圖示出了葉片26的反推位置(又稱之為“反向”位置)。在這種調(diào)定狀態(tài)時，葉片會向后指向，產(chǎn)生相反推力，有助于飛機的制動。為了從葉片飛行位置開始達(dá)到這種調(diào)定位置，需要在平衡塊54上緊緊拉動徑向聯(lián)桿，使葉片回到圖5C所示0°位置借助慣性，平衡塊會繼續(xù)向另一側(cè)移動，于是，在旋轉(zhuǎn)環(huán)離心旋轉(zhuǎn)カ的作用下，將葉片置于反向位置。作為補充，可以考慮使用ー種電動執(zhí)行機構(gòu)(旋轉(zhuǎn)電動機或其它某種類型)，如果機構(gòu)慣性力不足時，這會有助于平衡塊向另一側(cè)移動，電動執(zhí)行機構(gòu)可以由螺旋槳除冰電路來供電。應(yīng)該注意的是，該圖示出了渦輪螺旋槳發(fā)動機布置示例，其中，本發(fā)明控制裝置所在的葉片組，包括10個風(fēng)扇葉片26，這些葉片由相等數(shù)量的連接臂控制，而這些連接臂則圍繞渦輪螺旋槳縱軸12而均勻等間隔布置。此外，本發(fā)明結(jié)合帶有對轉(zhuǎn)式渦輪的渦輪螺旋槳發(fā)動機進(jìn)行了介紹，所述渦輪與螺旋槳直接連接。當(dāng)然，本發(fā)明也可應(yīng)用到雙螺旋槳渦輪螺旋槳發(fā)動機，其螺旋槳由行星齒輪減速裝置驅(qū)動。
權(quán)利要求
1.ー種控制渦輪螺旋槳發(fā)動機風(fēng)扇葉片方向的控制裝置，，所述渦輪螺旋槳發(fā)動機包括至少ー組(24a，24b)帶有可調(diào)方向的風(fēng)扇葉片(26)，所述風(fēng)扇葉片組旋轉(zhuǎn)固定到與渦輪(20)轉(zhuǎn)子(22a，22b)機械連接的旋轉(zhuǎn)環(huán)(28a，28b)上，其特征在于，為了控制其方向，所述葉片組的每個葉片都連接到葉根支架(42)上，后者通過錐形齒輪系(44)樞轉(zhuǎn)安裝到旋轉(zhuǎn)環(huán)上，錐形齒輪系包括固定到葉根支架上并以與旋轉(zhuǎn)環(huán)成徑向的軸線(48)為中心的第一齒輪(46)，和固定到旋轉(zhuǎn)環(huán)上的第二齒輪(50)，第二齒輪以與所述旋轉(zhuǎn)環(huán)成切向的軸線(52)為中心，并支撐著平衡鐵(54)，后者相對于其旋轉(zhuǎn)軸線成偏心，所述裝置還包括以旋轉(zhuǎn)環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸線(12)為中心的動作筒(30a，30b)，旋轉(zhuǎn)固定到渦輪轉(zhuǎn)子上，而其桿(32a，32b)則通過連接臂連接到每個平衡鐵(54)上，從而圍繞各個齒輪旋轉(zhuǎn)軸線有角度地同步移動所有平衡塊的位置，每個連接臂帶有ー個徑向聯(lián)桿(56a，56b)，其一端連接到相應(yīng)的平 衡塊上，而另一端連接到雙臂曲柄(58a，58b)的ー個臂上，雙臂曲柄的另ー個臂則連接到動作筒桿上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在干，每個連接臂的徑向聯(lián)桿(56a，56b)徑向穿過渦輪螺旋槳發(fā)動機箱體支臂(57a，57b)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2其中之一所述的裝置，其特征在于，連接臂均勻分布在旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)軸線(12)的周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3任一項所述的裝置，其特征在于，對于每個葉根支架，錐形齒輪系(44)第一齒輪(46)的齒數(shù)是第二齒輪(50)齒數(shù)的大約兩倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4任一項所述的裝置，其特征在干，葉片變距位置對應(yīng)于平衡塊自旋轉(zhuǎn)環(huán)指向外部的角度位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5任一項所述的裝置，其特征在于，葉片的0°位置對應(yīng)于平衡塊自旋轉(zhuǎn)環(huán)徑向指向內(nèi)部的非穩(wěn)定角度位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6任一項所述的裝置，其特征在于，所述風(fēng)扇葉片組(24a，24b)包括10個風(fēng)扇葉片(26)。
8.ー種雙螺旋槳渦輪螺旋槳發(fā)動機，包括帶有兩個對轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子(22a，22b)的渦輪(20)和兩組(24a，24b)帶有可調(diào)方向的風(fēng)扇葉片(26)，所述風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)固定到兩個旋轉(zhuǎn)環(huán)(28a，28b)上，后者分別與轉(zhuǎn)子相連，至少一組風(fēng)扇葉片的方向控制由根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求I到7中任一項所述裝置來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制渦輪螺旋槳風(fēng)扇葉片方向的裝置，所述渦輪螺旋槳發(fā)動機包括至少一組(24a，24b)帶可調(diào)方向的風(fēng)扇葉片，旋轉(zhuǎn)固定到與渦輪轉(zhuǎn)子(22a，22b)機械連接的旋轉(zhuǎn)環(huán)(28a，28b)上。所述葉片組的每個葉片連接到葉根支架上，后者通過錐形齒輪系樞轉(zhuǎn)安裝到旋轉(zhuǎn)環(huán)上，錐形齒輪系包括固定到葉根支架上的第一齒輪和固定到旋轉(zhuǎn)環(huán)上的第二齒輪(50)，支撐著相對于其旋轉(zhuǎn)軸線成偏心的平衡塊(54)。旋轉(zhuǎn)固定到渦輪轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子桿(32a，32b)上的動作筒(30a，30b)通過連接臂而連接到每個平衡塊(54)上，從而使得所有平衡塊可圍繞其各自齒輪旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行同步角度位移。
文檔編號B64C11/32GK102869570SQ201180021729
公開日2013年1月9日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者弗朗索瓦·加列特 申請人:斯奈克瑪