BR102021001704A2

BR102021001704A2 - Mecanismo de atuação do passo da lâmina, sistema de hélice, e, método para ajustar o passo de uma pá em um sistema de hélice

Info

Publication number: BR102021001704A2
Application number: BR102021001704-0A
Authority: BR
Inventors: Ludovic Prunet; Patrick Moles; Kevin LE MEUR
Original assignee: Ratier-Figeac Sas
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-10-05
Also published as: US11667374B2; US20210284324A1; CN113479315A; EP3882133A1

Abstract

mecanismo de atuação do passo da lâmina, sistema de hélice, e, método para ajustar o passo de uma pá em um sistema de hélice. um mecanismo de atuação do passo da lâmina caracterizado pelo fato de que compreende um membro de pista rotativo no qual é formada uma pista configurada para receber um pino munhão ligado a uma lâmina, em que a pista define um perfil de came de modo que a rotação do membro de pista faz com que o pino munhão recebido na pista gire enquanto ele desliza sobre o perfil do came.

Description

MECANISMO DE ATUAÇÃO DO PASSO DA LÂMINA, SISTEMA DE HÉLICE, E, MÉTODO PARA AJUSTAR O PASSO DE UMA PÁ EM UM SISTEMA DE HÉLICE

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente divulgação se refere a mecanismos de atuação de passo de pá, como pás de hélice de aeronave.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Hélices giratórias são usadas em uma variedade de aplicações mecânicas. Muitas aeronaves, por exemplo, usam motores turboélice nos quais uma turbina é usada para acionar as pás da hélice para produzir empuxo propulsivo. O passo das pás da hélice é variado para alterar a potência do motor e o passo da pá é controlado por um mecanismo de atuação do passo da pá. Em uma aeronave, a inclinação da pá precisa ser ajustada de maneira diferente para diferentes condições e estágios de voo.

[003] Normalmente, cada pá da hélice é conectada ao mecanismo de atuação do passo da pá por um pino munhão e conjunto de mancal que é configurado para contrariar o torque rotacional transmitido à pá pela corrente de ar e pelas forças rotativas geradas pela distribuição de massa da própria pá.

[004] O mecanismo de atuação do passo das pás está geralmente localizado no cubo da hélice sobre o qual as pás são montadas. Um atuador hidráulico é usado para ajustar o passo das lâminas para obter o impulso desejado.

[005] Um mecanismo de atuação de passo de lâmina convencional tem várias lâminas fixadas a uma culatra por meio de um respectivo pino de munhão desviado. Um atuador, como um pistão hidráulico, é controlado para mover o garfo para mudar o passo das lâminas. Os pinos do munhão são recebidos pela culatra em uma extremidade e são fixados em suas respectivas lâminas na outra extremidade. À medida que a culatra se move axialmente devido ao atuador, os pinos do munhão são girados de maneira arqueada para causar a mudança de passo. Como os pinos do munhão estão deslocados em relação aos eixos das lâminas, o movimento axial da culatra, causado pelo atuador, resulta na rotação das lâminas em torno de um eixo de mudança - isto é, o passo das lâminas muda.

[006] US 5.199, 850 ensina um mecanismo de atuação de passo de lâmina onde a mudança de passo é efetuada por um conjunto de parafuso esférico e porca de parafuso esférico que responde a uma engrenagem diferencial mecânica que importa movimento rotativo para o parafuso esférico que, por sua vez, traduz a porca do parafuso esférico. A porca do parafuso esférico é presa à raiz da pá da hélice por meio de uma culatra, munhão e um elo de conexão para aumentar e diminuir o passo da pá. Um sistema semelhante é ensinado em US 7.296.969 e em US 8.529.205. O documento EP 3241743 ensina um mecanismo de atuação do passo da lâmina no qual o passo das lâminas pode ser ajustado individualmente.

[007] Todos esses sistemas envolvem uma translação do movimento linear do pistão do atuador hidráulico e da culatra para o movimento rotativo dos pinos do munhão e das lâminas. Daí surge a necessidade de um pitch lock ou sistema de embandeiramento para evitar que o movimento seja invertido devido à ação da corrente de ar sobre as pás, principalmente no caso de perda de pressão no sistema hidráulico.

[008] Além disso, os sistemas hidráulicos estão sujeitos a vazamentos e requerem vedações adicionais. O uso de pressão de fluido hidráulico também introduz um atraso de resposta inerente.

[009] Recentemente, houve uma mudança para uma aeronave mais elétrica (MEA), onde sistemas mecânicos ou hidráulicos são suportados ou substituídos por sistemas elétricos.

[0010] É necessário um mecanismo de atuação do passo da lâmina que trate desses problemas.

SUMÁRIO

[0011] De acordo com um aspecto, é fornecido um mecanismo de atuação de passo de lâmina compreendendo um membro de pista rotativo no qual é formada uma pista configurada para receber um pino munhão ligado a uma lâmina, pelo que a pista define um perfil de came de modo que a rotação do elemento de pista causa o pino munhão recebido na pista para girar enquanto desliza sobre o perfil do came.

[0012] De acordo com outro aspecto, é fornecido um método para ajustar o passo de uma pá em um sistema de hélice, o método compreendendo girar um came no qual um pino de munhão ligado à lâmina é recebido de forma deslizante em torno de um eixo de rotação do sistema de hélice, sendo o perfil do came de modo a girar o pino do munhão em torno de seu próprio eixo conforme o came gira.

[0013] Um sistema de hélice também é ensinado.

[0014] Mais preferencialmente, o perfil de came é ovoide, o que permite que o sistema seja simplificado.

[0015] Em uma modalidade preferencial, o membro da corrida é acionado por um acionamento elétrico. Este é preferencialmente montado em uma parte giratória do conjunto da hélice.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0016] As modalidades serão agora descritas à título de exemplo apenas, com referência às figuras.

[0017] A Fig. 1 é uma vista esquemática de um conhecido mecanismo de atuação do passo da lâmina.

[0018] A Fig. 2 é uma vista em corte parcial de um mecanismo de atuação do passo da lâmina de acordo com a divulgação.

[0019] As Figs. 3A a 3C mostram diferentes estágios de movimento dos componentes do mecanismo de atuação do passo da lâmina da Fig. 2 durante o ajuste do passo.

[0020] A Fig. 4 é uma vista em corte que mostra um motor elétrico de acordo com uma modalidade da divulgação.

[0021] A Fig. 5 mostra um mecanismo de atuação de passo de pá para pás rotativas de uma hélice.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0022] As modalidades descritas são apenas a título de exemplo. O escopo desta divulgação é limitado apenas pelas reivindicações.

[0023] Referindo-se primeiro à Fig. 1, um mecanismo de atuação de passo de lâmina convencional é mostrado.

[0024] O mecanismo de atuação do passo da lâmina inclui um atuador hidráulico 1 que compreende uma forquilha 2 e também inclui um conjunto de mancal 3. O eixo de saída 4 que se estende da caixa de engrenagens do motor (não mostrado) é conectado ao cubo da hélice 5. As lâminas da hélice 6 são fixadas ao o cubo por meio de um rolamento ao qual está ligado um pino munhão 7 que está rotativamente ligado à culatra 2.

[0025] Em operação, a hélice, incluindo o cubo 5, pás e culatra, é acionada para girar em torno do eixo Y, que gira as pás 6 em torno do eixo Y, reagindo com a corrente de ar.

[0026] A operação do mecanismo hidráulico é conhecida e não será descrita em detalhes, mas, em suma, os ajustes à pressão hidráulica causarão a translação da culatra 2 ao longo do eixo Y. À medida que a culatra se move ao longo do eixo Y, causa a rotação do pino do munhão 7 em torno do eixo X, alterando assim o passo da lâmina 6.

[0027] O conjunto de mancal 3 é configurado para transferir as forças aplicadas ao pino do munhão para agir contra a tendência da lâmina de girar sob a força da corrente de ar / seu próprio peso.

[0028] O mecanismo de atuação do passo da lâmina da presente divulgação será agora descrito com referência às Figs. 2 a 5.

[0029] Tal como acontece com os sistemas convencionais, a hélice compreende uma série de pás 10 montadas em torno de um cubo 12. A extremidade interna 14 de cada lâmina é recebida em um acoplamento 16 ao qual é montado um pino munhão 18. A rotação do pino munhão 18 causa a rotação, ou mudança de passo, da lâmina 10.

[0030] Um membro de pista rotativo 20 é montado dentro do cubo e uma pista 22 é formada neste membro, no qual os pinos de munhão 18 são recebidos.

[0031] A pista 22 forma um perfil de came de modo que conforme a pista gira em torno do eixo Y, os pinos do munhão 18 deslizam ao longo da came fazendo com que as lâminas mudem de passo em relação ao eixo X.

[0032] As Figs. 3A a 3C mostram como os pinos de munhão 18 e, assim, as lâminas 10 giram conforme o came do membro de corrida gira.

[0033] O membro da corrida 20 gira junto com, e na mesma velocidade que o eixo da hélice do cubo 30. Se torque insuficiente for desenvolvido, a engrenagem 40 pode ser fornecida entre o eixo 30 e o membro da pista.

[0034] Assim, o movimento de rotação do membro de corrida 20 causa a rotação das lâminas 10.

[0035] Em uma modalidade, a rotação do membro de corrida pode ser causada por um motor hidráulico. Em uma modalidade preferida, no entanto, a rotação é causada por um motor elétrico.

[0036] Um arranjo preferido de um motor elétrico para girar o elemento de corrida 20 pode ser melhor visto na Fig. 4. O motor elétrico pode ter um arranjo de fluxo magnético axial ou radial. O motor elétrico mostrado no exemplo compreende um estator 50 e um rotor 60 que, juntos, criam um fluxo que causa a rotação do rotor e, assim, aciona a rotação do elemento de pista. Por motivos de segurança, o motor elétrico pode ser duplicado.

[0037] Na modalidade preferida, o estator 50 é montado em uma parte estacionária do eixo de hélice 30. Desta forma, pode-se evitar a necessidade de um dispositivo de transmissão de energia elétrica entre a parte estática e a rotativa, por exemplo, blocos de escova e anéis coletores.

[0038] A velocidade do motor elétrico e da hélice são as mesmas. Quando ocorre uma perturbação externa, como uma rajada, a velocidade da hélice pode aumentar ou diminuir, a velocidade do motor elétrico é ajustada e não muda (na fase de cruzeiro, por exemplo). Devido a essas velocidades de rotação diferenciais, o cubo, a pá e o pino do munhão entram nas pistas e modificam o passo da pá para reajustar a velocidade da hélice.

[0039] Um problema com os sistemas hidráulicos existentes é que se a energia hidráulica falhar, as lâminas se moverão devido ao efeito do fluxo de ar e / ou a distribuição de peso das próprias lâminas. As lâminas irão naturalmente assumir uma posição de passo baixo. Para evitar isso em sistemas existentes, é necessário ter mecanismos de embandeiramento. Mais especificamente, por segurança, em caso de falha de energia, as lâminas devem ser colocadas em uma posição embandeirada. Atualmente, para isso, um contrapeso é adicionado à lâmina para forçá-la à posição de embandeiramento devido à carga centrífuga. Com o desenho da presente divulgação, esta função será assegurada devido ao formato da pista. Em caso de falha elétrica, o motor atuará como freio e o pino do munhão deslizará na pista causando embandeiramento das lâminas.

[0040] Em uma modalidade preferida, o motor elétrico é um motor sem escovas, com fluxo magnético radial ou axial e com o estator da bobina em uma parte não rotativa do eixo da hélice. Isso permite que o motor seja facilmente encaixado no conjunto.

[0041] O mecanismo de atuação do passo da lâmina desta divulgação fornece um sistema simples e leve com menos peças componentes. O próprio came causa embaçamento das lâminas em caso de perda de potência, sem a necessidade de mecanismos complexos adicionais. O passo pode ser facilmente regulado durante as condições de cruzeiro e subida. A manutenção é simplificada pelo motor sendo organizado para ser facilmente "plugado".

[0042] Embora descritos principalmente no contexto de hélices de aeronaves, os conceitos descritos neste documento podem ser igualmente aplicados a outros sistemas de pás rotativas.

Claims

Mecanismo de atuação do passo da lâmina, caracterizado pelo fato de que compreende um membro de pista rotativo no qual é formada uma pista configurada para receber um pino munhão ligado a uma lâmina, em que a pista define um perfil de came de modo que a rotação do membro de pista faz com que o pino munhão recebido na pista gire enquanto ele desliza sobre o perfil do came.
Mecanismo de atuação do passo da lâmina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pista é formada helicoidalmente em torno do membro da pista e apresenta um perfil ovoide para o pino munhão nele recebido.
Mecanismo de atuação do passo da lâmina de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de corrida é feito girar por um acionamento elétrico.
Mecanismo de atuação do passo da lâmina de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o acionamento elétrico compreende um estator e um rotor.
Mecanismo de atuação do passo da lâmina de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o estator do acionamento elétrico é montado em uma parte não rotativa do mecanismo.
Sistema de hélice, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás dispostas em torno de um cubo, cada pá fornecida com um pino munhão e um mecanismo de atuação do passo da pá, como definidos em qualquer uma das reivindicações anteriores.
Mecanismo de atuação do passo da lâmina, caracterizado pelo fato de que compreende meios para causar a rotação de um ou mais pinos de munhão fixados às respectivas lâminas e um motor elétrico para acionar os meios para causar a rotação.
Mecanismo de atuação do passo da lâmina de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os meios para causar a rotação de um ou mais pinos de munhão compreendem um membro de pista rotativo no qual é formada uma pista configurada para receber um pino de munhão ligado a uma lâmina, pelo que a pista define um perfil de came de modo que a rotação do membro da pista faz com que o pino do munhão recebido na pista gire à medida que desliza sobre o perfil de came.
Sistema de hélice, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás dispostas em torno de um cubo, cada pá fornecida com um pino munhão e um mecanismo de atuação do passo da pá, como definidos na reivindicação 7 ou 8.
Método para ajustar o passo de uma pá em um sistema de hélice, o método caracterizado pelo fato de que compreende girar um came no qual um pino de munhão ligado à lâmina é recebido de maneira deslizante em torno de um eixo de rotação do sistema de hélice, o perfil de came sendo tal para girar o pino do munhão em torno de seu próprio eixo conforme o came gira.
Método para ajustar o passo de uma pá em um sistema de hélice, o método caracterizado pelo fato de que compreende o fornecimento de um acionamento elétrico para operar um meio de acionamento que gira o pino munhão em torno de seu próprio eixo.
Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a operação dos meios de acionamento compreende girar um came no qual um pino munhão ligado à lâmina é recebido de maneira deslizante em torno de um eixo de rotação do sistema de hélice, sendo o perfil do came tal para girar o pino munhão em torno de seu próprio eixo conforme o came gira.