CN102448817B - 一种可控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片桨距的致动器装置 - Google Patents

一种可控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片桨距的致动器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涡轮螺旋桨发动机风扇叶片桨距控制装置，所述发动机带有至少一组可变桨距风扇叶片(26)，所述风扇叶片被限制成随旋转环(28b)一起转动，所述旋转环以纵轴(12)为中心并机械地连接到涡轮转子上，所述叶片组的每个叶片因为桨距调整而连接到以纵轴为中心的同步环(30)上。所述装置进一步包括通过旋转连接件安装到致动器(38)的杆上的转台(44)，致动器(38)固定到涡轮螺旋桨发动机静止结构构件上，转台通过多个连接臂(46)连接到同步环上，所述连接臂采用铰链安装在转台上并连接到同步环上，这样，致动器驱动转盘进行纵向移动会使得同步环围绕纵轴转动。

Description

一种可控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片桨距的致动器装置
技术领域
本发明涉及到涡轮螺旋桨发动机的一般领域，这种螺旋桨发动机包括至少一组可变桨距风扇叶片。本发明特别涉及可控制双螺旋桨飞机涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的桨距。
背景技术
按照已知方式，双螺旋桨飞机涡轮螺旋桨发动机包括带有两个对转转子的涡轮，每个转子驱动一组无函道风扇叶片。例如，参阅文件GB 2 129 502，该文件介绍了这种涡轮螺旋桨发动机的各种实施例。本发明特别应用于螺旋桨安装在后部的涡轮螺旋桨发动机。
在这种类型的涡轮螺旋桨发动机中，每组风扇叶片的桨距(即，每个叶片的角度方向)构成了用来控制涡轮螺旋桨发动机推力的一个参数。为此，控制给定叶片组中风扇叶片桨距的已知解决方案是采用位于涡轮螺旋桨发动机旋转部分上的致动器。
这种控制装置特别适合位于距离涡轮螺旋桨发动机后部最远处的叶片组。涡轮螺旋桨发动机的定子部分远离该组叶片，这样，就很难安装固定到静止式结构件上的致动器。例如，参照专利文件EP 1 921 325所述装置，在这个装置中，为了进行桨距调整，每个叶片连接到由涡轮螺旋桨发动机旋转壳体上的环形致动器的致动器构件上。
然而，通过涡轮螺旋桨发动机旋转部分上的致动器控制风扇叶片的桨距具有缺陷。特别是，向正在旋转运动的致动器加注液压流体明显存在实际应用问题。此外，液压流体承受离心力时的性能状态是不清楚的，可靠性是不确定的。
发明内容
为此，本发明的主要目的是提供风扇叶片桨距控制装置，这种装置不要求将液压系统置于旋转状态，从而解决了上述缺陷。
该目的可以通过涡轮螺旋桨发动机风扇叶片桨距控制装置来实现，这种发动机带有至少一组可变桨距风扇叶片，所述风扇叶片组被限制成随以纵轴为中心并机械连接到涡轮转子上的旋转环一起转动，该组的每个叶片都因为桨距调节而连接到以纵轴为中心的同步环上，所述装置的特征在于，其进一步包括以纵轴为中心并经由旋转连接件安装到致动器杆上的转台，所述致动器固定到涡轮螺旋桨发动机的静止式结构构件上，所述转台通过多个连接臂机械连接到同步环上，而所述连接臂采用铰链安装到转台并连接到同步环上，这样，由致动器带动旋转的转台的纵向移动会使得同步环围绕纵轴转动。
本发明的控制装置的优点是，用来移动转台的致动器本身安装在涡轮螺旋桨发动机的静止式结构构件上，这样，注入的液压流体不会受到离心力的有害影响。另外，所述装置可靠，制造简单，特别是，非常适合控制双螺旋桨飞机涡轮螺旋桨发动机后部叶片组的叶片。
在有利的布置形式中，每个连接臂包括一个轴向联杆，其一端通过围绕切向轴枢转的连接件固定到转台上，和一个径向联杆，其一端通过围绕切向轴枢转的连接件固定到径向联杆的自由端上，径向联杆的自由端连接到同步环上，这样，转台的纵向移动会带动径向联杆沿大体径向方向移动。优选地，该装置进一步包括可将每个连接臂径向联杆的移动转为同步环围绕纵轴转动的装置。
为此，每个连接臂径向联杆的自由端可以通过蜗杆式连接件安装在叶根支架内，而叶根支架安装成可在旋转环上旋转，并通过传动联杆连接到同步环上。在这种情况下，每个连接臂径向联杆的自由端带有大体圆柱形外表面，其上设有突出滚珠，后者与叶片根部支架内形成的螺旋凹槽相配合。
或者，该装置可包括切向联杆，其一端通过围绕纵轴枢转的连接件固定在连接臂径向联杆的自由端上，该切向联杆的自由端固定到同步环上，所述同步环通过传动联杆连接到叶片根部支架上，后者安装成可在旋转环上旋转。
该装置还包括切向联杆，其一端通过围绕纵轴枢转的连接件固定到连接臂径向联杆的自由端上，该切向联杆的自由端固定到叶片根部支架上，后者在旋转环上旋转安装并通过传动联杆连接到同步环上。
转台可以通过滚珠推力轴承式滚动轴承来安装在致动器的杆上。连接臂可以有规律地分布在纵轴周围。最后，所述风扇叶片组可以包括N个叶片，而转台可通过N/2连接臂机械地连接到同步环上。
本发明还提供了带有涡轮的双螺旋桨涡轮螺旋桨发动机，该涡轮带有两个对转转子和两组可变桨距风扇叶片，风扇叶片只能与两个旋转环一起转动，所述两个旋转环连接到各个转子的叶片上，至少其中一个叶片组的叶片桨距由上述装置控制。下面结合附图介绍，本发明的其他特性和优点就会显现出来，附图所示实施例为非限定性的。
附图说明
图1为双螺旋桨涡轮螺旋桨发动机纵向剖面示意图，所示发动机装有本发明实
施例中螺旋桨桨距控制装置；
图2为图1所示控制装置的前视图；
图3A和3B为图1和图2所示控制装置的局部侧视图，所示为两个不同位置；
图4为图1和图2所示控制装置剖面图，所示为实施例的局部细节；以及
图5和图6为控制装置的前视图，所示为本发明另外两个实施例。
具体实施方式
图1示出了双螺旋桨式的飞机涡轮螺旋桨发动机实施例示意图。
这种涡轮螺旋桨发动机已为人们所熟知，因此，在此不再详细赘述。涡轮螺旋桨发动机10包括围绕纵轴共轴布置的环形短舱14。涡轮螺旋桨发动机10还包括：从上游至下游，压气机16、燃烧室18和带有两个对转转子22a，22b的涡轮20，这些不同部件也都围绕涡轮螺旋桨发动机纵轴12共轴布置。
涡轮螺旋桨发动机10还包括上游(或前部)组24a和下游(或后部)组24b的可变桨距风扇叶片26。更确切地说，每组24a，24b的风扇叶片26安装在各自旋转环28a，28b上，每个环构成了以涡轮螺旋桨发动机纵轴12为中心的环状平台。
另外，每组风扇叶片26都沿周缘有规律地隔开，从相应的旋转环28a，28b的表面径向延伸。涡轮20的每个转子22a，22b装有并带动其中一个旋转环28a，28b旋转，其中一组24a，24b可变桨距风扇叶片就安装在所述旋转环上。
另外，涡轮螺旋桨发动机包括可控制每组24a，24b风扇叶片桨距的装置。本发明的控制装置特别适用于下游组24b风扇叶片，但同样也适用于上游组24a的风扇叶片。
如图2所示，本发明的控制装置具体包括以涡轮螺旋桨发动机纵轴12为中心并共轴布置在旋转环28b内的同步环30，该旋转环在形状上一般都是多边形的。
同步环30连接到叶根支架34上，这些叶根支架通过枢轴安装在旋转环28b上，而连接形式采用两端带有铰链的各个传动联杆32。按照已知方式，每个支架34通过鸠尾榫形固定件安装叶片26的根部，并安装成可通过—例如—滚珠轴承在旋转环上围绕径向轴线36旋转。
于是，同步环30围绕涡轮螺旋桨纵轴12的转动(沿一个方向或另一个方向)会引起每个叶根支架34围绕其各自径向轴线36(经由传动联杆32)旋转，从而改变了安装在所述支架上的叶片26的桨距。
本发明的控制装置还包括以纵轴12为中心的致动器38(液压、气动或电动型)，该致动器固定在涡轮螺旋桨发动机的静止式结构构件40上(例如，连接到静止式壳体上的安装架，用来将服务转递给旋转构件隔离区)。致动器根据涡轮螺旋桨发动机的全权数字发动机控制器(FADEC)的指令被驱动。
在致动器38的杆42的中心处通过旋转连接件(图中未示)安装了环形转台44。根据示例，该旋转连接件是一个已知的滚珠推力轴承式滚动轴承。它可以使转台44围绕纵轴12转动，与此同时，致动器的杆42则保持静止不转。
多个连接臂46通过铰链安装到转台44上。对于带有N个风扇叶片(例如，N＝10)的叶片组来讲，可以使用N/2个连接臂46，有规律地分布在纵轴12周围。
正如图3A和图3B清楚所示，每个连接臂46包括所谓的“轴向”联杆48，其一端通过围绕切向轴线48a枢转的连接件固定到转台44上，和一个“径向”联杆50，其一端通过围绕切向轴线50a枢转的连接件固定到轴向联杆48的自由端。径向联杆50的自由端通过下面所述机构连接到同步环30上。
因为径向联杆50在纵向上是静止的(因为其连接到同步环上)，而且假定联杆48，50和转台之间的枢转连接件，人们很容易明白，由致动器38带动的转台44的纵向移动使得径向联杆沿大体径向方向移动。图3A和图3B也示出了这种联动机构。
本发明的控制装置还包括将每个连接臂46的径向连杆50的这种动作转换为同步环30围绕纵轴12的旋转动作。
在图2、图3A、图3B和图4所示本发明实施例中，这些装置通过每个连接臂46径向联杆50的自由端来实施，而连接臂是通过叶片根部支架34上的蜗杆形连接件52来安装的
更确切地说，每个连接臂46的径向联杆50的自由端带有大体圆柱形尾端件54，而尾端件的外表面上设有突出的滚珠56(图4)。叶根支架34带有大体圆柱形部分58，径向联杆的自由端处的尾端件54就安装在该圆柱形部分内，该部分带有螺旋沟槽60，所述滚珠56就与之配合。
结果，尾端件54的径向移动经由在螺旋槽60内移动的滚珠56使得叶根支架34的突出部分58围绕其径向轴线36旋转，并从而改变了安装在支架上的叶片26的桨距。此外，因为支架34通过传动联杆32连接到同步环上，该支架的旋转使得同步环围绕纵轴12转动。
显然，可以想象采用蜗杆形连接件的其他实施方式。然而，此处所述实施例的优点是，可将径向联杆尾端件54和叶根支架突出部分58之间的摩擦降到最低。
在图5所示本发明第二实施例中，将每个连接臂46径向联杆50的移动转换成同步环30旋转动作的转换装置包括至少一个切向联杆62，其一端通过围绕纵轴62a枢转的连接件固定到连接臂径向联杆50的自由端，该切向联杆的自由端枢转安装在同步环上。
结果，连接臂46径向联杆50的径向运动使得同步环30通过切向联杆62而围绕纵轴12转动。因为同步环(通过传动联杆32)连接到叶根支架34上，该同步环的旋转会改变安装在支架上的叶片26的桨距。
在图6所示本发明第三个实施例中，转换装置同样包括切向联杆62′，其一端通过围绕纵轴62′a枢转的连接件固定到连接臂46径向联杆50自由端上，该切向联杆自由端通过球形接头连接件62′b固定到叶根支架34上。
为此，连接臂46径向联杆50的径向运动使得叶根支架34围绕其径向轴线36旋转，从而改变了安装在所述支架上的叶片26的桨距。此外，因为支架34通过传动联杆32连接到同步环上，支架的回转使得同步环围绕纵轴12转动。
应该注意的是，最后这两个实施例可以结合。一个或多个连接臂的切向联杆可以直接连接到同步环上(如图5所示第二实施例)，而一个或多个其他连接臂的切向联杆可以固定到一个或多个叶根支架上(如图6所示第三实施例)。
此外，图2、图5和图6示出了涡轮螺旋桨发动机布局的一个示例，在这种布局中，带有本发明控制装置的叶片组有10个风扇叶片26。在这种布局中，围绕涡轮螺旋桨发动机纵轴12有规律间隔的五个连接臂可以确保同步环30的转动(为此，该环形状为10边形)。
最后，上面所述本发明是参照带有对转涡轮的涡轮螺旋桨发动机，对转涡轮直接连接到螺旋桨上。显然，本发明还适用于双螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机，在这种发动机中，螺旋桨通过行星齿轮传动装置驱动。

Claims (11)

1.一种涡轮螺旋桨发动机风扇叶片桨距的控制装置，该发动机带有至少一组(24a，24b)可变桨距风扇叶片(26)，所述风扇叶片组被限制成随以纵轴(12)为中心并机械连接到涡轮(20)转子(22a，22b)上的旋转环(28a，28b)一起转动，该组的每个叶片为了桨距调节而连接到以纵轴为中心的同步环(30)上，所述装置的特征在于，其进一步包括以纵轴为中心并通过旋转连接件安装到致动器(38)的杆(42)上的转台(44)，所述致动器固定到涡轮螺旋桨发动机静止结构构件(40)上，所述转台通过多个连接臂(46)机械地连接到同步环上，所述连接臂采用铰链安装到转台上并连接到同步环上，这样，当转台在致动器驱动下纵向移动时，使得同步环围绕纵轴旋转。 
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个连接臂(46)包括一个轴向联杆(48)，其一端通过围绕切向轴线(48a)枢转的连接件固定到转台上，和一个径向联杆(50)，其一端通过围绕切向轴线(50a)枢转的连接件固定到轴向联杆自由端上，径向联杆自由端连接到同步环(30)上，这样，转台(44)的纵向移动会带动径向联杆(50)沿大体径向方向移动。 
3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括可将每个连接臂(46)径向联杆(50)的移动转为同步环(30)围绕纵轴(12)转动的装置。 
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，每个连接臂(46)径向联杆(50)自由端通过蜗杆形连接件(52)安装在叶根支架(34)内，而叶根支架安装成可在旋转环上旋转并通过传动联杆(32)连接到同步环(30)上。 
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，每个连接臂(46)径向联杆(50)自由端带有大体圆柱形外表面，其上设有突出滚珠(56)，所述滚珠与叶根支架(34)内形成的螺旋凹槽(60)相配合。 
6.根据权利要求3所述的装置，进一步包括切向联杆(62)，其一端通过围绕纵轴(62a)枢转的连接件固定到连接臂(46)径向联杆(50)的自由端上，该切向联杆(62)的自由端固定到同步环(30)上，所述同步环通过传动联杆(32)连接到叶根支架(34)上，所述叶根支架安装成在旋转环上旋转。 
7.根据权利要求3所述的装置，进一步包括切向联杆(62′)，其一端通过围绕纵轴(62′a)枢转的连接件固定到连接臂(46)径向联杆(50)的自由端上，该切向联杆(62′)的自由端固定到叶根支架(34)上，后者在旋转环上旋转安装并通过传动联杆(32)连接到同步环(30)上。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的装置，其特征在于，转台(44)通过滚珠推力轴承式滚动轴承安装在致动器(38)的杆(42)上。 
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，连接臂(46)有规律地分布在纵轴(12)周围。 
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述风扇叶片(26)组(24a，24b)包括N个叶片，转台通过N/2连接臂(46)机械地连接到同步环上。 
11.一种带有涡轮(20)的双螺旋桨涡轮螺旋桨发动机，该涡轮带有两个对转转子(22a，22b)和两组(24a，24b)可变桨距风扇叶片(26)，两组风扇叶片被限制成随各自的旋转环(28a，28b)一起转动，每组风扇叶片连接在各自的旋转环(28a，28b)上，至少其中一组的叶片的桨距是由根据权利要求1到10中任何一项所述的装置来控制。 
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