CN101234668A - 一种带有变距螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机 - Google Patents

一种带有变距螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机 Download PDF

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Abstract

一种带有至少一个螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机,所述螺旋桨由一组变距叶片构成。按照本发明,每个叶片(20)旋转地安装在旋转支架(19a)上,并带有与执行机构齿圈(21a)相啮合的齿轮(23a),而执行机构齿圈则在所述旋转支架上旋转,并经由周转机构(27a)与控制齿圈(25a)联接。

Description

一种带有变距螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机
技术领域
本发明涉及带有变距螺旋桨(variable-pitch propellers)涡轮螺旋桨发动机(turboprop),其中每个螺旋桨包括一组可控的变距桨叶(blades)。改变叶片的螺距是用来控制涡轮螺旋桨发动机推力
的参数之一。本发明涉及控制所述叶片螺距的机构。
背景技术
上述类型的涡轮螺旋桨发动机需要一种调整叶片螺距的系统,以使发动机功率始终都能适合其工作条件。过去有人已经提出了控制叶片螺距的系统,其中,控制元件是设置在发动机的轴上,即,更具体地,是设置在带动叶片转动的环形涡轮中央区域内。按照最传统的模式,这种涡轮带有两个对转式自由转子(contrarotating freerotors),每个转子都连接到一个旋转支架上,而两个螺旋桨的叶片就安装在该旋转支架上。
因此,两个旋转支架就形成了对转式支架,其沿公共轴呈轴向偏移(axiallyoffset),当叶片螺距控制机构位于涡轮轴附近时,必须使用一个中间机械装置来通过涡轮的转子控制叶片螺距。该机构非常沉重,昂贵,且难以维护。
发明内容
本发明采用主要位于发动机外部,且设置在涡轮螺旋桨发动机固定机壳和旋转支架之间的机械控制装置,来替换上述内部机械控制装置,从而可以避免这些缺陷。
更具体地,本发明提供了一种涡轮螺旋桨发动机,包括至少一个螺旋桨,该螺旋桨由一组固定到第一环形旋转支架上的叶片组成,该环形旋转支架安装为可围绕发动机轴旋转并位于装有涡轮的外固定机壳附近,涡轮带有驱动所述第一旋转支架的转子,所述组的每个叶片都安装在销轴上,以相对所述第一旋转支架旋转,涡轮螺旋桨发动机的特征在于:每个叶片销轴都带有齿轮,该齿轮与第一执行机构齿圈形成的齿轮啮合,并安装为能在所述旋转支架上围绕所述发动机轴旋转,其特征还在于:执行机构齿圈通过由所述第一旋转支架承载的第一周转机构与第一外控制齿圈联接,该第一外控制齿圈与所述第一旋转支架同轴。
在一个可能的实施例中,所述第一周转机构包括行星架环,该行星架环安装为能在所述第一旋转支架上转动。行星架环带有两组尺寸相同的行星齿轮(例如,对于每组,至少有三个齿轮围绕发动机轴彼此沿圆周方向偏移)。第一组齿轮置于第一旋转支架的齿环和固定机壳的齿环之间。第二组齿轮置于所述第一执行机构齿圈的齿环和所述第一控制齿圈的齿环之间。
值得注意的是,所有上述部件都设置在外部,其中大多数设置在所述旋转支架之上。
在控制齿圈和涡轮螺旋桨发动机的固定机壳之间可以很方便地安装执行机构装置(作动筒、电机等)。这些执行机构装置的动作会对整个机构产生作用,并导致叶片螺距改变。
按传统配置形式,涡轮螺旋桨发动机装有两个分别由第一和第二环形旋转支架承载的螺旋桨,这两个环形支架由彼此相反的方向驱动,由所述第二旋转支架所承载的叶片由一个类似装置驱动,该装置包括由所述第二旋转支架承载的第二周转机构。
更具体的说,形成齿轮的第二执行机构齿圈安装为可在所述第二旋转支架上旋转,而所述第二执行机构齿圈则通过所述第二周转机构与第二控制齿圈联接,该第二控制齿圈与第二旋转支架同轴。
有利的是,所述第二控制齿圈包括齿环,该齿环与由所述第一旋转支架承载的叶片的齿轮啮合。
如上所述,所述第二周转机构与第一周转机构相同,但是上述第一组的行星齿轮是置于第二旋转支架的齿环和所述第一旋转支架的齿环之间。
附图说明
按照基于本发明原理提出的涡轮螺旋桨的如下说明,并通过示例和结合附图,可以更好地理解本发明及其它特点,附图如下:
图1为根据本发明的涡轮螺旋桨发动机的局部半剖面示意图;
图2为同一涡轮螺旋桨发动机外部局部透视示意图,略去了涡轮部分。
具体实施方式
在附图中,可以看出带有两个螺旋桨13a,13b的涡轮螺旋桨发动机11的一部分。且更具体地示出了涡轮螺旋桨发动机的固定机壳14、安装在机壳14内并带有两个对转转子16a,16b的自由涡轮,以及分别由转子16a和16b承载的两个环形旋转支架19a,19b。
螺旋桨13a,13b分别安装在旋转支架19a,19b上,每个螺旋桨都由一组叶片20组成。每个叶片可枢转地(pivotally)安装在相应的旋转支架上,以围绕轴18旋转,该轴相对涡轮螺旋桨发动机的旋转轴X-X径向延伸。
两个旋转支架19a,19b彼此轴向并行设置,并实际上位于与固定机壳14相同的平面上。在所示示例中,所述第一旋转支架是靠近涡轮螺旋桨发动机前端较近的支架。
所述第一旋转支架19a被强制与转子16a一起转动,并设置在转子的外部,其上带有执行机构齿圈(actuator annulus)21a,该执行机构齿圈包括齿轮22a,该齿轮安装为能在所述第一旋转支架19a上围绕轴X-X转动。此外,每个叶片销轴(bladepin)都有与执行机构齿圈21a的齿轮22a相啮合的齿轮23a。执行机构齿圈21a通过第一周转机构(epicyclic mechanism)27a由外控制齿圈(external control annulus)25a(同轴安装在所述第一旋转支架19a周围)驱动,该第一周转机构则由所述第一旋转支架承载。
更确切地,第一周转机构27a包括安装为能在所述第一旋转支架上围绕X-X轴转动的行星架环(planet-carrier ring)30a,所述行星架环带有行星齿轮35的两个组33a,34a。例如,每组包括三个齿轮35,沿圆周方向彼此相对偏移。在该情况下,齿轮围绕轴X-X呈120度的角度偏移。第一组33a的齿轮35置于第一旋转支架的齿环39和固定机壳14的齿环40之间。第二组34a的齿轮置于第一执行机构齿圈21a的齿环42和第一控制齿圈25a的齿环44之间。
执行机构装置(图中未示)可以设置在控制齿圈25a和涡轮螺旋桨发动机的固定机壳14之间。如下所述,使控制齿圈动作就能改变周转机构的速度,从而使得叶片围绕其销轴18旋转。
第二旋转支架19b被强制与涡轮的第二转子16b一起旋转。其是由与第一旋转支架相反的方向驱动。由第二旋转支架承载的叶片20b由一个类似的装置驱动,该装置包括由所述第二旋转支架19b承载的第二周转机构。
更确切的说,从图中可以看到,第二执行机构齿圈21b形成了齿轮22b,该齿轮安装为可在所述第二旋转支架19b上转动。齿轮22b与螺旋桨13b叶片20的销轴18所承载的齿轮23b啮合。第二执行机构齿圈21b通过第二周转机构27b与第二控制齿圈25b联接,该第二控制齿圈与所述第二旋转支架19b同轴。转动齿轮23a就可使该控制齿圈25b(相对于机壳19b)移动。
所述第二周转机构27b与第一机构相同。它带有一个星形架环30b,其安装为能在所述第一旋转支架上转动。该星形架环承载星形齿轮35的两个组33b,34b。第一组齿轮置于所述第二旋转支架19b的齿环45和所述第一旋转支架19a承载的齿环46之间。第二组齿轮置于所述第二执行机构齿圈21b的齿环47和所述第二控制齿圈25b的齿环48之间。第二控制齿圈25b具有齿环50,该齿环与由所述第一旋转支架承载的叶片的齿轮23a啮合。
工作原理如下。
参考螺旋桨13a和第一旋转支架19a,可以很清楚地看到,第一旋转支架按转子16a所赋予的转速相对机壳14转动。第一组33a的齿轮35受周转圆运动(epicyclicmotion)的作用(即,由围绕自身轴的转动加上围绕发动机轴的转动构成)。这种运动带动星形架环30a围绕发动机轴转动。随着星形架环的移动,星形架带动第二星形齿轮组34a转动。其中的齿轮也从而受周转圆运动的作用。
如果控制环25a保持在静止和预定的位置,即,如果其不相对固定机壳14转动,那么,第二组的星形齿轮的动作就与第一组的星形齿轮的动作相同(因为它们尺寸相同,而且因为环的半径相同且处于相同轴上,并且在这种假设情况下是静止的,它们因此具有相同的旋转速度)。这样,旋转支架19a和齿圈21a就会以相同速度围绕发动机轴转动;两者之间不会出现相对运动。因此,叶片20的位置就相对旋转支架是静止的,因而是稳定的。相反,如果使所述第一控制齿圈25a相对机壳14转动,旋转支架和执行机构齿圈的动作就会不同(其围绕发动机轴的旋转速度不再不同),这样,销轴18就会转动,从而改变叶片20的螺距。
螺旋桨13b的工作原理是同样的,其中,叶片20在第二执行机构齿圈21b的控制下旋转,而第二执行机构齿圈21b其自身是通过借助于由所述旋转支架19b承载的插装的(interposed)第二周转机构27b,而改变第一螺旋桨13a叶片螺距来驱动的。

Claims (4)

1、一种涡轮螺旋桨发动机,包括至少一个螺旋桨(13a),该螺旋桨由一组固定到第一环形旋转支架(19a)上的一组叶片(20)形成,该第一环形旋转支架安装为围绕发动机轴(XX)转动并位于装有涡轮的外部固定式机壳(14)的附近,该涡轮具有驱动所述第一旋转支架的转子(16a),每组叶片中的每个叶片都安装在销轴上,以相对所述第一旋转支架转动,每个叶片销轴都带有与第一执行机构齿圈(21a)相啮合的齿轮(23a),该第一执行机构齿圈形成了齿轮(22a),并安装为在所述旋转支架上能够围绕所述发动机轴旋转,该执行机构齿圈通过由第一旋转支架承载的第一周转机构(27a)与第一外部控制齿圈(25a)联接,该第一外部控制齿圈与所述第一旋转支架同轴;涡轮螺旋桨发动机的特征在于,所述第一周转机构(27a)带有星形架环(30a),该星形架环安装为能在所述第一旋转支架上转动,其特征还在于,所述环还带有两组(33a,34a)星形齿轮,第一组的齿轮置于第一旋转支架的齿环(39)和固定机壳的齿环(40)之间,而第二组的齿轮置于所述第一执行机构齿圈的齿环(42)和所述第一控制齿圈的齿环(44)之间。
2、根据权利要求1所述的涡轮螺旋桨发动机,其特征在于:所述发动机包括第二环形旋转支架(19b),其在与所述第一旋转支架的相反方向上可旋转,并带有第二组叶片,每个叶片都是旋转地安装在所述第二旋转支架上,其特征还在于,由所述第二旋转支架承载的每个叶片销轴与第二执行机构齿圈(21b)相啮合,该第二执行机构齿圈形成齿轮(22b),其安装为能在所述第二旋转支架上转动,其特征还在于,所述第二执行机构齿圈通过由所述第二旋转支架承载的第二周转机构(27b)与第二控制齿圈(25b)联接,该第二控制齿圈与所述第二旋转支架同轴。
3、根据权利要求2所述的涡轮螺旋桨发动机,其特征在于:所述第二控制齿圈包括齿环(50),该齿环与由所述第一旋转支架承载的齿轮(23a)啮合。
4、根据权利要求2或3所述的涡轮螺旋桨发动机,其特征在于:所述第二周转机构(27b)包括星形架环(30b),该星形架环安装为能在所述第二旋转支架上旋转,并带有星形齿轮(35)的两个组(33b,34b),该星形齿轮的第一组(33b)星形齿轮置于所述第二旋转支架的齿环(45)和所述第一旋转支架的齿环(46)之间,而该星形齿轮的第二组(34b)星形齿轮置于所述第二执行机构齿圈的齿环(47)和所述第二控制齿圈的齿环(48)之间。
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