CN102448819B - 一种控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的螺距的活动式执行机构 - Google Patents

一种控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的螺距的活动式执行机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的螺距的装置，包括：至少一组(24a)可调螺距的风扇叶片(26)，所述叶片组固定成与旋转环(28a)一起旋转，所述旋转环以纵轴(12)为中心并机械连接到涡轮转子上，该组的每个叶片由于螺距调节而与以纵轴为中心的同步环(30a)相联接；所述装置进一步包括执行机构(38)，其固定成可与涡轮转子一起转动并通过多个连接臂(40a)机械连接到同步环上，所述连接臂被连接到执行机构的杆(44)上并采用铰链安装在同步环上，这样，当执行机构动作时，就会使同步环围绕纵轴旋转而产生移动。

Description

一种控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的螺距的活动式执行机构
技术领域
本发明涉及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调整螺距的风扇叶片。特别是，本发明涉及控制双螺旋桨飞机的涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的螺距。
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，可以参阅文献GB 2 129 502，其中介绍了这种涡轮螺旋桨发动机的各种实施例。
在这种类型的涡轮螺旋桨发动机中，每组风扇叶片的螺距(此处，螺距还可称之为方向)构成了可以使涡轮螺旋桨发动机推力得以控制的参数之一。为此，控制给定叶片组中风扇叶片螺距的已知解决方案在于通过径向轴来使用变距控制起飞(pitch control takeoff)，这些径向轴由位于涡轮螺旋桨发动机中央的执行机构来驱动。
尽管有效，但这种解决方案还是存在一些缺陷，特别是制造复杂，因为其要求使用大量的齿轮传动机构。此外，这种类型的控制要求径向轴的直径较大，以便克服所承受的扭力问题。遗憾地是，这种轴会引起大的最大截面积，从而增加了流经涡轮的气流阻力，进而导致发动机效能损失。
发明内容
为此，本发明的一个主要目的是采用风扇叶片螺距控制来减轻上述缺陷，而这种螺距控制不要求使用扭转(intorsion)工作轴。
该目的可以通过涡轮螺旋桨发动机风扇叶片螺距控制装置来实现，一种控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的螺距的装置，包括：至少一组可调螺距的风扇叶片，所述叶片组固定成与旋转环一起旋转，所述旋转环以纵轴为中心并机械连接到涡轮转子上，该组的每个叶片由于螺距调节而与以纵轴为中心的同步环相联接；所述装置的特征在于，其进一步包括以纵轴为中心的执行机构，其固定成可与涡轮转子一起转动并通过多个连接臂机械连接到同步环上，这些连接臂连接到执行机构的杆上并采用铰链安装在同步环上，这样，当执行机构动作时，就会使同步环围绕纵轴旋转移动。
本发明控制装置的优点是，连接臂牵引工作，而不是扭转工作，这样，构成连接臂的联杆可以为小直径的。此外，控制装置并不带有任何齿轮传达装置。这就使得控制更可靠，准确，且重量轻。
有利的是，每个连接臂包括连接到执行机构杆上的轴向联杆，连接到同步环上的径向联杆，以及至少一个将轴向联杆连接到径向联杆上的曲拐，这样，当执行机构动作时，径向联杆就会沿大体径向方向移动。
优选地，每个连接臂进一步包括另一个固定到旋转环上的曲拐，该曲拐首先连接到径向联杆上，而后再连接到切向联杆上，后者固定到同步环上，这样，径向联杆沿大体径向方向的移动使得同步环围绕纵轴转动。
在一个实施例中，每个连接臂的轴向联杆的一端连接到滚动轴承的外保持架上，而其内保持架则连接到执行机构的杆上，并适于通过沟槽在涡轮转子轴上纵向滑动。在这种情况下，每个连接臂的径向联杆就优选通过密封轴承来被径向引导。
在另一个实施例中，每个连接臂的轴向联杆的一端连接到执行机构的杆上。
有利的是，控制装置进一步包括执行机构出现故障时将预定螺距传递给风扇叶片的装置。
另外有利的是，控制装置的每个连接臂径向穿过涡轮螺旋桨发动机的壳体臂(casing arm)。
连接臂可以有规律地分布在纵轴周围。最后，该叶片组可以包括十个风扇叶片，执行机构可以通过五个连接臂机械连接到同步环上。
本发明还提供了一种双螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机，该发动机包括带有两个对转转子的涡轮和两组可调螺距风扇叶片，这些叶片只能随两个旋转环一起转动，而所述两个旋转环被连接到转子的各个叶片上，至少一组风扇叶片的螺距是由上述装置来控制。
附图说明
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，附图如下：
·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的螺旋桨螺距控制装置；
·图2A和2B为图1放大图，示出了上游叶片组的螺旋桨螺距是如何控制的；
·图3为图1放大图，示出了下游叶片组螺旋桨螺距是如何控制的；以及
·图4为图2A，2B和3所示控制装置的部分端视图。
具体实施方式
图1示出了带有两个螺旋桨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具体包括一个纵轴12和围绕该纵轴共轴布置的环形发动机短舱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，这些不同部件同样也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可调螺距风扇叶片26。更具体地，每组24a，24b风扇叶片26都安装在各自的旋转环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沿周缘有规律地隔开，它们从各个旋转环28a，28b的表面径向延伸。涡轮20的每个转子22a，22b安装并带动其中一个旋转环28a，28b旋转，而其中一组24a，24b可调螺距风扇叶片就安装在该旋转环上。
涡轮螺旋桨发动机还包括每组24a，24b风扇叶片的螺距控制装置。本发明的控制装置用来调节上游组24a和下游组24b风扇叶片的螺距。不过，这种控制装置过去通常用来仅仅控制所述两组中其中一组风扇叶片的螺距。
正如图2A，图2B和图3清楚所示，对于每组24a，24b来讲，本发明的控制装置包括以涡轮螺旋桨发动机纵轴12为中心并共轴布置在相应旋转环28a，28b内的同步环30a，30b，这些同步环在形状上一般都是多边形的。
此外，如图4所示，每个同步环30a，30b连接到叶根支架34上，这些叶根支架枢轴安装在相应的旋转环28a，28b内，其连接形式是各采用两端带有铰链的传动联杆32。按照已知方式，每个支架34通过鸠尾榫形固定件来安装叶片26的根部，并固定到旋转环上，从而能够通过(例如)滚珠轴承来围绕径向轴线36枢转。
因此，每个同步环30a，30b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，从而改变了安装在支架上的叶片26的螺距。
本发明的控制装置还包括以纵轴12为中心的执行机构38(液压、气动或电动型)，该执行机构只能与涡轮20的其中一个转子22a，22b的轴一起转动(在此处所述示例中，执行机构只能与转子22b的轴一起转动，后者带动下游组24b叶片转动)。
为此，执行机构38通过固定件41安装在环形套筒39内，该套筒以纵轴12为中心，轴向和切向地固定到转子22b的轴上。
执行机构38还通过多个连接臂40a，40b机械连接到同步环30a，30b上，使得同步环围绕纵轴12旋转。
参照图2A，图2B和图4，下面介绍连接臂40a，该连接臂将执行机构38与上游组24a的同步环30a相连接。
每个连接臂40a包括连接到执行机构38的杆44上的轴向联杆42a，连接到同步环30a上的径向联杆46a，以及将轴向联杆连接到径向联杆上的曲拐48a。每个连接臂还包括置于曲拐48a和径向联杆46a之间的联结杆50。
更确切地说，每个连接臂40a的轴向联杆42a连接到滚珠轴承54的外保持架52上。而其内保持架56则通过沟槽58安装在转子的轴22b上并连接到执行机构38的杆44上。滚珠轴承54支撑转子22b的轴相对于转子22a的轴旋转，该转子驱动上游组24a叶片转动。此外，每个连接臂40a的曲拐48a枢轴连接到转子22a的轴上。
采用这种布置形式，人们可以很容易明白，执行机构38的动作会使得滚珠轴承54通过其内保持架56在沟槽58内滑动而纵向移动。因为每个连接臂的轴向联杆42a连接到滚珠轴承的外保持架上，所以其同样也沿纵轴12移动，从而使得曲拐48a在转子22a的轴上围绕其固定点摆动。经由联结杆50，曲拐48a围绕其固定点的摆动就会使得径向联杆46a沿大体径向方向移动。图2A和2B也示出了这种联动关系，这两个附图所示为连接臂40a各个部件的两个极限位置。
本发明的控制装置还包括将每个连接臂40a上的径向联杆46a的这种动作转换为同步环30a围绕纵轴12的旋转。
为此，如图4所示，每个连接臂40a还带有另一个曲拐60a，该曲拐通过枢轴固定到旋转环28a上，并首先与径向联杆46a连接，而后再与切向联杆62a连接，而后者又固定到同步环30a上。结果，径向联杆在大体径向方向上的移动使得曲拐60a围绕旋转环上固定点旋转，从而使得切向联杆沿大体切向方向移动。由于这种移动，而使得同步环30a围绕纵轴(沿一个方向或另一个方向)转动。
参照图3和图4，介绍连接臂40b，该连接臂将执行机构38连接到下游组24b同步环30b上。
关于上游组叶片的螺距控制，每个连接臂40b包括连接到执行机构38的杆44上的轴向联杆42b，连接到同步环30b上的径向联杆46b，以及将轴向联杆连接到径向联杆上的曲拐48b，所述曲拐枢轴连接到转子22b的轴上。
可以看出，执行机构的动作会使轴向联杆42b纵向移动，从而使得曲拐48b围绕转子22b的轴上的固定点摆动。于是，曲拐48b的摆动使得径向联杆46b沿大体径向方向移动。图3也示出了这种联动关系，该图分别用连线和虚线示出了连接臂40b各个部件的两个极限位置。
最后，连接臂40b的径向联杆46b的动作被转换成同步环30b围绕纵轴12的旋转，其方式与参照图4所述方式相同。正如该图所示，为此，每个连接臂40b包括另一个曲拐60b，后者通过枢轴固定到旋转环28b上并首先连接到径向联杆46b，再连接到切向联杆62b上，该切向联杆固定到同步环30b上。为此，这种联动关系与上述上游组的动作关系相同。
下面介绍上游组和下游组叶片螺距控制的共有特性。
正如图2A和图2B所示，驱动连接臂40a，40b的执行机构38布置在外壳内，喷嘴64将润滑油喷入该壳体内。该润滑油用来润滑和冷却各个滚动轴承，特别是支撑旋转转子22a，22b的轴的滚珠轴承54。
因为连接臂40a穿过润滑油外壳，这些壁的每个臂的径向联杆46a通过密封轴承68在其底端被径向导向。相反，密封轴承的使用并不需要引导连接臂40b的径向联杆46b以驱动下游的同步环30b(这些连接臂40b并不穿过润滑油外壳)。
连接臂40a，40b的径向联杆46a，46b径向穿过涡轮螺旋桨发动机的各个壳体臂70a，70b。
最后，根据本发明的特别有利的特性，该特性是控制上游组和下游组叶片螺距所共有的，该控制装置还包括在执行机构出现故障时将预定螺距传递给叶片的装置。
如图4所示，这些装置是通过构成平衡块的飞铁72来实施。这些飞铁72固定在曲拐60a，60b上，而其重量的确定是旨在确保径向联杆46a，46b上的牵引力。
为此，在执行机构38出现故障情况下，径向联杆46a，46b和这些飞铁72的重量所诱导的离心力就趋于使曲拐60a，60b围绕其固定点枢转，从而将同步环30a，30b“返回”到预定位置。例如，该预定位置可以是相当于调整风扇叶片26。
最后，这些附图示出了涡轮螺旋桨发动机的结构，其中，带有本发明控制装置的叶片组就置于其上，该叶片组共有十个风扇叶片26。在该结构中，围绕涡轮螺旋桨发动机纵轴12有规律分布的五个连接臂40a，40b可以用来使同步环30a，30b返回(为此，每个的形状均呈十边形)。
此外，上面介绍的本发明是参照带有对转涡轮的涡轮螺旋桨发动机，这种涡轮直接连接到螺旋桨上。显然，本发明还应用于双螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机，在这种发动机中，螺旋桨是通过行星齿轮传动的。

Claims (10)

1.一种控制涡轮螺旋桨发动机风扇叶片的螺距的装置，包括：至少一组(24a，24b)可调螺距的风扇叶片(26)，所述叶片组固定成与旋转环(28a，28b)一起旋转，所述旋转环以纵轴(12)为中心并机械连接到涡轮转子(22a，22b)上，该组的每个叶片由于螺距调节而与以纵轴为中心的同步环(30a，30b)相联接；所述装置的特征在于，其进一步包括以纵轴为中心的执行机构(38)，其固定成可与涡轮转子一起转动并通过多个连接臂(40a，40b)机械连接到同步环上，每个连接臂包括：连接到执行机构的杆上的轴向联杆(42a，42b)，连接到同步环上的径向联杆(46a，46b)，以及将轴向联杆连接到径向联杆上的至少一个第一曲拐(48a，48b)，这样，当执行机构动作时，就会使同步环围绕纵轴旋转移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，每个连接臂(40a，40b)进一步包括另一个固定到旋转环(28a，28b)上的第二曲拐(60a，60b)，该第二曲拐首先连接到径向联杆(46a，46b)上，而后再连接到切向联杆(62a，62b)上，所述切向联杆(62a，62b)固定到同步环(30a，30b)上，这样，径向联杆沿大体径向方向的移动就会使得同步环围绕纵轴旋转。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个连接臂(40a)的轴向联杆(42a)的一端连接到滚动轴承(54)的外保持架(52)上，而滚动轴承的内保持架(56)则连接到执行机构(38)的杆(44)上，并适于通过沟槽(58)在涡轮转子(22b)的轴上纵向滑动。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，每个连接臂(40a)的径向联杆(46a)通过密封轴承(68)被径向引导。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个连接臂(40b)的轴向联杆(42b)的一端被连接到执行机构(38)的杆(44)上。
6.根据权利要求1或2所述的装置，进一步包括在执行机构(38)出现故障时向风扇叶片(26)传递预定螺距的装置(72)。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个连接臂(40a，40b)径向穿过涡轮螺旋桨发动机的壳体臂(70a，70b)。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，连接臂(40a，40b)有规律地分布在纵轴(12)的周围。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每组(24a，24b)可调螺距的风扇叶片(26)带有十个风扇叶片(26)，而执行机构(38)通过五个连接臂(40a，40b)机械连接到同步环上。
10.一种双螺旋桨涡轮螺旋桨发动机，包括带有两个对转涡轮转子(22a，22b)的涡轮(20)，以及两组(24a，24b)可调螺距风扇叶片(26)，所述风扇叶片只能随两个旋转环(28a，28b)一起转动，而所述旋转环被连接到涡轮转子的各个叶片上，至少其中一组风扇叶片的螺距是由根据权利要求1至9任何一项所述的装置来控制。
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