CN103282275A - 将螺旋桨进入反推的装置，其包括在曲柄销上动作的传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过在主轴(13)上动作来控制螺旋桨倾角以便控制螺旋桨涡轮发动机进入反推方式的装置。所述装置包括：至少一个离心配重(14)，布置成可在离心力作用下带动螺旋桨进入顺桨位置(flag position)；和传动机构(9)，可转动控制主轴(13)，以便将螺旋桨倾角通过零倾角位置从牵引方式转至反推方式。本发明的特征在于，当控制主轴将螺旋桨(6)倾角移过零倾角位置时，离心配重(14)相对于离心力作用而处在不平衡位置上。此外，本发明包括传动装置(19)，当离心配重处在不平衡位置时，向控制主轴(13)施加扭力，从而防止其停留在该位置上。

Description

将螺旋桨进入反推的装置,其包括在曲柄销上动作的传动机构

技术领域

本发明涉及航空涡轮发动机领域，特别涉及带有称之为“开式转子(openrotor)”的无函道螺旋桨的涡轮发动机或者高速螺旋桨发动机领域，以及控制这种螺旋桨叶片方向的装置的领域。

背景技术

航空发动机技术发展非常快，正在研究的其中一个方面就是提高民用飞机发动机的燃油消耗率，而这个方面目前就是指开式转子发动机的研发。这种发动机，正如本申请人公司专利申请FR2941493所介绍的那样，包括传统涡轮发动机燃气发生器，该发生器的其中一个或多个涡轮级带动延伸在发动机外部的无函道风扇。考虑到需要达到的推力级和降低叶片产生的噪音，发动机通常都带有两个共轴反转无函道螺旋桨，这就是说，两个螺旋桨沿彼此相对方向旋转并位于发动机的下游，为的是尽可能地远离客舱。图1给出了开式转子发动机的整体布局。

正如传统涡轮螺旋桨发动机那样，开式转子螺旋桨的叶片为变倾角叶片，这就是说，这些螺旋桨的倾角在飞行期间可以改变，从而调整了发动机所产生的推力，优化了螺旋桨效率，以适应飞机的航速。人们已经设计了多个可改变叶片倾角的装置，这些装置通常包括采用位于叶根下方伞齿轮来围绕其主轴线旋转叶片，并与属于控制系统的伞齿轮一起配合。英国专利文件GB2218747给出了有关这些装置的其中一个示例。

对螺旋桨叶片倾角调整控制系统起约束作用的其中一项是，如果系统出现故障时，这些螺旋桨叶片必须能够转到称之为“顺桨”的位置。顺桨位置涉及到转动螺旋桨，直到其浆弦与风向大体一致，这样，可最大限度地降低其会产生的阻力，因此，也会将作用在飞机上的偏航不稳定性降到最低。当倾角控制系统不再传送扭矩时，顺桨位置需要自动对应于螺旋桨所采用的平衡位置。为此，通常将抗衡用的配重置于控制系统的斜齿轮上，并布置成以悬臂方式伸过这些齿轮。在正常运行时，斜齿轮通过控制系统保持定位。如果该系统出现故障，螺旋桨转动所造成的离心力作用会使得这些齿轮向静止位置运动，后者对应于顺桨位置。

在正常使用时，在飞行阶段，螺旋桨倾角在两个端点之间变化，两个端点分别对应于向前低速的低倾角位置，其相对于螺旋桨旋转平面大约30°，和高速时的高倾角位置，其相对于螺旋桨在该同一平面旋转大约65°。顺桨位置对应于倾角调定位置，该值大于高倾角调定位置，等于90°左右。在这些正常使用条件下，倾角调定位置传统上称之为正倾角调定位置。

降落时，飞机需要逐渐减慢速度，以便缩短横滚距离，从而使用较短的跑道。为此，发动机被置于称之为反推位置，该位置趋于引导发动机推力朝向发动机上游端。在开式转子发动机中，正如涡轮螺旋桨发动机情况一样，将负倾角角度应用到螺旋桨上从而获得反推，即，相对于螺旋桨转动平面，将螺旋桨叶片的前缘置于后扇形体上。可通过围绕其纵轴继续转动螺旋桨越过低倾角位置，直到穿过零倾角位置后而获得这个位置，即，在这个位置时，叶片处于螺旋桨转动平面上，在调定的负倾角值上增加所述倾角。

通常，叶根伞齿轮在配重倾角角度与叶片倾角角度之间会形成减速比2。于是，在顺桨和零倾角位置之间的转动螺旋桨90°对应于配重转动180°，使得其从上部（且因此是稳定的）垂直顺桨位置移动至与前一个位置相反的不稳定的下部垂直位置。

这类发动机（不论是开式转子还是涡轮螺旋桨发动机）上需要解决的其中一个问题是，当驾驶员命令进入反推(shift into reverse)时，确保配重不会停留在该不稳定位置，以及当降落后驾驶员重新施加动力时确信桨叶实际上就在负倾角位置。如果不是这种情况，如果螺旋桨始终在零倾角设定位置时，油门的开度会导致发动机飞车，造成超速和进而折断叶片的风险，或者，如果倾角调定位置保持在正倾角调定范围内，甚至会引起螺旋桨应用牵引力，即使驾驶员在期望这些螺旋桨会产生制动作用。

因此，重要的是，在进入反推时，确保螺旋桨实际上越过零倾角位置，即，配重未停留在位于正倾角调定位置和负倾角调定位置之间的不稳定位置。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种可控制螺旋桨倾角的装置，来解决这些缺陷，该装置可保证配重在需要进入反推时能越过零倾角位置。

为此，本发明的一个目的是，通过在可控制所述螺旋桨倾角的倾角控制主轴上采取动作，来提供一种控制螺旋桨型涡轮机进入反推的装置，所述装置包括至少一个配重，以悬挂形式安装在所述控制主轴上，在涡轮机转动所产生的离心力作用下，可带动所述螺旋桨向其顺桨位置，所述装置还包括传动装置，能够使得所述控制主轴转动，从而将叶片倾角从牵引方式通过零倾角位置转至反推方式，其特征在于，当所述控制主轴使得螺旋桨倾角通过零倾角位置时，配重所处位置为相对于离心力作用是不稳定平衡位置。

将配重的不稳定平衡与螺旋桨零倾角位置的结合可以保证螺旋桨不会停留在零倾角位置，因为，如果驾驶员在这个位置上重新打开油门时，就会引起发动机故障。

优选地，所述装置包括传动装置，其可在配重处于所述不稳定平衡位置时施加扭矩给所述控制主轴，从而防止其停留在该位置上。于是，螺旋桨就不会返回到牵引方式，因为如果驾驶员认为发动机为反推而打开油门时这个布局也会带来危险。

有利的是，在从牵引方式转至反推方式和从反推方式返回牵引方式期间，所述传动装置会施加扭矩给所述主轴。而后，这就保证了螺旋桨实际上会转到预期的配置形式，不论其为反推还是牵引方式。

优选地，当配重位于不稳定平衡位置时，传动机构不再施加扭矩给所述控制主轴。这种配置形式消除了所述装置转至反推所施加给控制主轴的扭矩和执行机构所施加给控制主轴的扭矩之间的任何可能的干扰。简化了进入反推的装置的研发。

在优选的实施例，所述传动装置通过曲柄销来施加其扭矩给所述控制主轴，所述曲柄销安装成具有自由度可经由所述配重上的其中一个端部而转动。

有利的是，所述传动装置通过枢轴被固定在其中一个端部处，所述枢轴与控制心轴平行偏置，通过建立回转扭矩装置来围绕该枢轴转动而向曲柄销返回。

优选地，位于其自由端的曲柄销支撑着传输装置，能够与所述传动装置配合，从而将所述传动装置提供的扭矩传递给控制主轴。

按照一个具体实施例，所述传动装置是一种凸舌(tongue)，而传输装置则是一个杆，布置成可在进入反推时沿所述凸舌滑动。

更优选地，在其自由端处的所述凸舌包括固定装置，能够在进入反推时限定所述杆沿凸舌滑动，从而向所述曲柄销提供一种杠杆作用(purchase)。

在优选的实施例中，在所述配重抵达其不稳定平衡位置前，所述杆与所述固定装置对接。有利的是，当所述配重进入到不稳定平衡位置时，所述杆与所述固定装置对接，而曲柄销则被导向将配重推过所述不稳定位置。

按照一个具体实施例，控制装置包括两个如上所述的传动装置，第一个装置施加扭矩给曲柄销，用来从使用位置转至反推位置，第二个装置是将扭矩施加给所述曲柄销，用来返回到使用位置。

本发明还涉及到一种涡轮机用螺旋桨，包括装有控制上述进入反推的装置的叶片根部，或甚至涉及到一种涡轮机，其包括至少一个这样的螺旋桨。

附图说明

通过对本发明如下典型实施例的详细解释性说明，可以更好地理解本发明，本发明的其它目的、细节、特性和优点会更清楚地显现出来，所述实施例纯粹为说明性的、非限定性的，所述说明参照附图，附图如下：

图1为高速螺旋桨涡轮发动机剖面示意图；

图2为根据本发明实施例的控制图1所示涡轮发动机叶片倾角的装置的透视图；

图3为图2所示控制装置的传动机构的详图；

图4为图2所示装置的端面视图，所示螺旋桨倾角对应于巡航位置；

图5为图2所示装置的端面视图，所示螺旋桨倾角对应于低倾角位置，发动机为地面空车运转；

图6至图8为图2所示装置的连续端面视图，螺旋桨倾角从地面慢车的低倾角位置逐渐改向反推低倾角位置，以及

图9为图2所示装置的端面视图，螺旋桨倾角处于其最终位置，对应于反推低倾角。

具体实施方式

参照图1，该图示出了高速螺旋桨涡轮发动机1，其一方面包括，传统的燃气发生器，后者又尤其包括了压缩机2、燃烧室3和涡轮4，涡轮4带动压缩机2，其另一方面包括，位于联接涡轮4下游的自由涡轮5，后者带动两组共轴反转螺旋桨6叶片。螺旋桨布置在燃气发生器壳体7的外部，其叶片由可围绕轴线旋转的叶片根部8来保持，所述轴线相对于涡轮机1为径向，并穿过叶根中央，构成叶片的主轴。叶片通过传动机构带动旋转，呈联动装置9形式，作用于一对斜齿轮上，其中一个斜齿轮固定在叶片上，环绕叶根8。如前所述，这些斜齿轮的尺寸使得减速比为2，这样，当相关的配重转动180°时，螺旋桨就在其顺桨位置和其零倾角位置之间形成通路。控制系统10通过联动装置9而控制每个螺旋桨6叶片的角度位置，确保同步转动。

图2示出了根据本发明的叶片倾角控制装置的防护罩11，其围绕着叶片根部8并固定到叶片固定环12上。该旋转环将叶片固定到发动机轴上，转动叶片，产生推力。防护罩11基本上呈圆筒体形式，环绕着叶片根部8，包括侧向窗口，控制主轴13从该窗口显现，该轴支撑斜齿轮，后者又与叶片根部斜齿轮相啮合而控制叶片倾角。固定到该轴上并以悬臂形式从该轴伸出的是配重14，后者呈两个以所述轴为中心的角度形扇形体形式，并排布置并固定到圆盘15上，后者被推装到支撑主轴13上。这两个扇形体按一定角度布置，这样，在离心力的作用下，扇形体会施加一个扭力，该扭力趋于使主轴13转动，进而使螺旋桨叶片6向其顺桨位置转动。

下面参照图3，该图示出了控制叶片6倾角的装置。联动装置9在其外端通过枢轴16固定到配重14上，枢轴16穿过两个配重，与主轴13平行运行并相对于该主轴侧向偏置。联动装置9外端和枢轴16之间的连接是一种带有自由度的连接装置，可围绕枢轴自由转动，这样，联动装置9可通过纵向运动而转动配重14，从而起到联结杆的作用。

另外，每个配重14还支撑安装曲柄销17的主轴，曲柄销为金属条形式，能够在垂直于控制主轴13的平面上转动。在配重外部一侧，曲柄销绕之旋转的轴线定位在构成配重14的角度扇形体的平分线上，为的是赋予曲柄销17尽可能最长的水平臂。两个曲柄销17围绕其公共轴运动，彼此保持平行，其自由端通过沿控制主轴13方向延伸的联杆18连接。

与此同时，固定环12在螺旋桨叶片6根部的每一边上通过主轴20支撑着两个凸舌19，即两个呈舌片形状的部件，通过其中一个端部固定到环12上，两个凸舌围绕所述主轴20旋转。可以看出，第一凸舌19a在进入反推期间动作，第二凸舌19b本身在返回到正常运转期间动作。由所述凸舌主轴20支撑的扭力弹簧(图中未示)，使得凸舌回到配重14和固定环12的中间平面上。凸舌主轴20固定在叶根每一边的固定环12上，固定点相对于控制主轴13而成侧向隔开，从而使得凸舌彼此面对，并当配重和曲柄销17之间无干扰时，通过其自由端而与配重14形成对接。每个凸舌19都带有一个扁平舌片形状，沿平行于控制主轴的平面，从主轴20处一直延伸到与之相钩的自由端21处。该被钩的端部在其沿所述凸舌滑动时可起联杆18端部止动作用。该钩为双钩形状，其首先抵住配重14，起到上述端部止动的作用，然后向相反方向折转，起所述联杆18的连接坡道的作用。这样，如下所述，该联杆在离开钩部之后便回到凸舌19处，以便在其继续运动中能沿凸舌滑动。

尽管联动装置9可作为传动装置使配重14转动，进而使控制主轴13所支撑的齿轮转动，但在某些使用条件下，通过向配重传递由安装在凸舌主轴20上的复位弹簧所提供的扭力，由凸舌19和曲柄销17组成的组件也可作为附加传动装置来转动这些配重。

尽管图4示出了在巡航使用时控制螺旋桨6倾角所涉及所有部件的相对位置，图5至图9详细说明了该位置在从地面慢车（图5）至反推位置(图9)进入反推期间的变化情况。这些附图还说明（顶部右侧）螺旋桨相对于零倾角调定位置和该螺旋桨倾角角度β的方向。

图4所示为巡航工作状态，配重14为部分向上(part-way-up)位置，这是联动装置9位置所强加的平衡位置，该平衡是固定环12转动所施加的离心力和联动装置9所强加的牵引力之间的平衡，所示离心力会趋于带动配重向上，而所述牵引力则抵抗这种转动。配重的这个位置对应于主轴13的角度位置，后者提供给螺旋桨的倾角调定位置β是控制系统10所需要的，该倾角调定位置在低倾角位置和高倾角位置之间某处。值得注意的是，在这个位置时，曲柄销17并不与第一凸舌19a接触，其联杆18可自由地抵靠在配重14上，并根据这些配重控制系统10和控制主轴13的要求一起转动。两个凸舌19通过其扭力复位弹簧而向控制主轴13返回，并采用备用位置，在这个位置时，每个凸舌都对接到固定环12所支撑的撑铁(spur)22上。

在图5中，螺旋桨所处位置对应于地面慢车运转位置，该位置在飞机降落期间对应于低倾角位置。与巡航飞行时的值相比，倾角角度β减小了，配重14向附图底部移动，即沿朝向零倾角的方向移动。在这个位置时，曲柄销17会更靠近凸舌19a，其联杆与之接触。此时，该凸舌不会施加负载给联杆，该凸舌仍抵靠在撑铁22上。

在图6中，螺旋桨所处位置为转动中间位置，进入反推，以响应控制系统10施加给联动装置9的牵引力。配重14越过低倾角位置，尽管倾角角度依然为正。通过与图5相比，联杆18沿凸舌19a滑动，后者仍抵靠在撑铁22上，并与该凸舌的钩部21a所构成的唇部相接触。

在图7中，螺旋桨所处位置甚至进一步向零倾角推进，与此同时，依然保持正倾角角度。由钩部21a固定曲柄销17自由端，曲柄销17进行转动，该转动使得其大体上垂直于第一凸舌19a。该转动只有通过曲柄销作用在凸舌19a上的推力作用才可能实现，而所述凸舌19a此时已离开撑铁22。因此，位于凸舌主轴上的扭力复位弹簧受到压缩，作为回应，其回复力使得凸舌推向曲柄销17，进而最终推向配重14。

在图8中，螺旋桨处在零倾角位置，在离心力的作用下，配重位置所对应的位置是围绕控制主轴13转动时不稳定的位置。曲柄销17自由端和联杆18仍受钩部21a的制约。在这种情况下，联动装置9被拉向最大位置，使其方向指向控制主轴13；因此，其不再对驱动配重14的转动产生任何作用，并且不允许配重通过最底部位置，从而达到负倾角调定位置。相反，赋予曲柄销-凸舌组件的几何布局是这样的，即凸舌所施加的力不会经过控制主轴13，而会推动配重越过其目前位置。因此，配重14则不再保持在所述不稳定位置，这正是本发明的所述目的。

在图9中，螺旋桨为反推状态。控制螺旋桨倾角的装置所处位置与正常使用时地面慢车运行位置对称。配重14处在中间向上（mid-way-up）位置，在离心力和联动装置9牵引力之间处于平衡，离心力趋于使配重向负倾角角度顺桨移动，而牵引力则固定其位置，于是，反推时的倾角角度所对应的角度可可提供发动机最佳反推力。曲柄销17由配重14驱动，不受第一凸舌19a钩部21a的作用的影响；其通过钩部21b斜道在第二凸舌19b下方滑过，该舌部与负倾角角度相关。如图5所示，连杆18在第二凸舌和其复位弹簧的作用下向后弯曲抵靠在配重14上，而第二凸舌19b则靠在对应撑铁22上。

下面介绍根据本发明控制装置工作方式，具体说明高速螺旋桨发动机螺旋桨从巡航位置转至反推位置时倾角角度的变化情况，以便飞机降落。

在正常使用时，在巡航飞行时或降落前的最后进场期间，螺旋桨6的倾角角度大约在低倾角位置和高倾角位置之间，如图4所述布局形式。配重14受联动装置9的制约，后者在施加到平衡块上的离心力的作用下阻止平衡块向顺桨位置移动。曲柄销17可围绕配重枢轴16自由转动，连杆18则不会与第一凸舌19a形成干扰。螺旋桨的倾角角度通常是由联动装置9在配重上的动作而调定，无需协助进入反推的装置在这方面起任何作用。

在飞机降落后，飞行员调节油门减速使发动机进入慢车运转，于是，螺旋桨就被调定在低倾角角度位置，如图5所示。为了实现此目的，控制系统10a继续拉动联动装置9，使得配重14向对应于30°倾角角度的位置转动。在这个位置时，曲柄销17到达底部位置，在这里，连杆18被设计成与第一凸舌19a相接触。连杆18和第一凸舌之间的这种接触大约发生在该凸舌的中间，此时，在这两个部件之间还没有施加任何压力。

然后，飞行员通过指挥控制系统开始进入反推，继续拉动联动装置9，使其相对于配重进入尽可能收缩的位置。然后，这些配重向对应于零倾角角度的位置转动，在其尾部拖动着曲柄销17和连杆18。后者首先沿第一凸舌19a滑动，直到其相对于钩部21a而形成嵌入（图6所示的位置）。在这个位置之外，随着配重14继续转动，曲柄销17也会随其逐渐推动凸舌19a，将其与配重分开，并压缩位于旋转主轴20上的扭力复位弹簧（见图7）。

因为联动装置9继续动作，配重大约在固定环12中平达到对称位置，该位置对应于其不稳定平衡位置（见图8）。在这个位置时，联动装置9被控制系统10拉向其最大范围，使其对准控制主轴13方向定位；因此，其对配重14的转动不会带来进一步的影响，也不会因额外拉动而使其延长。相反，当配重处于该不稳定平衡位置时，曲柄销17受到来自第一凸舌19a的推力，该推力源自其扭力弹簧所提供的反扭矩。该推力本身并不朝向控制主轴13，而是指向负倾角角度一侧。于是，使得配重继续转动，从该不稳定平衡位置离开，从而提供了本发明旨在解决的技术问题的解决方案。

此后，施加到配重14上的离心力自然就使得配重继续转动，该转动沿负倾角角度方向增加了螺旋桨的倾角角度。联动装置9得以释放，从而使得该动作一直持续到到达预定的角度位置。此外，该转动可以使得连杆18与第一凸舌钩部21a分离，该连杆然后抵靠在第二凸舌19b的钩部21b上。钩端部的斜道形状使得该杆18能够沿其滑动并插入到第二凸舌19b和配重14之间，从而将各部件固定到位，以确保配重在恢复正常控制时可通过该不稳定平衡点。

在联动装置9锁定任何后续运动并补偿该离心力作用的位置上，控制系统停止移动（见图9）。所采用的位置是由装置设计者选择的，以给予螺旋桨一定幅度的倾角角度，该倾角角度范围可提供最佳反推牵引，切记反推情况下给予发动机的发动机转速。如图9所示，在该值并不是至关重要的情况下，反推倾角角度并不对应于地面慢车运转的倾角角度(-30°)。

返回正常使用位置通样采用类似方式，通过不稳定平衡是借助于第二凸舌19b所产生的推力来实现的，其作用与第一凸舌19a在进入反推期间所起作用相同，但是，这次是紧紧压抵在第二凸舌19b钩部21b上。

Claims (14)

1.一种控制螺旋桨型涡轮机进入反推的装置，其通过控制所述螺旋桨(6)倾角的倾角控制主轴(13)上动作来实现；所述装置包括至少一个安装在其上的配重(14)，其以悬臂方式伸过所述控制主轴并设计成在涡轮机转动所产生的离心力作用下带动所述螺旋桨(6)向其顺桨位置，所述装置还包括执行机构(9)，能够使所述控制主轴(13)转动，从而经过零倾角位置，将叶片(6)倾角从牵引方式转至反推方式，其特征在于，当所述控制主轴使得叶片(6)倾角通过零倾角位置时，所述配重(14)位置相对于离心力的作用而为不稳定平衡位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其包括传动装置(19)，当配重处在所述不稳定平衡位置时，该装置向所述控制主轴(13)施加一种扭力，以便防止其停留在该位置上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述传动装置在从牵引方式转至反推方式期间和从反推方式返回至牵引方式期间向所述主轴施加扭力。

4.根据权利要求1到3其中一项所述的装置，其特征在于，当配重处在不稳定平衡位置时，执行机构(9)不向所述控制主轴(13)施加扭力。

5.根据权利要求1到4其中一项所述的装置，其特征在于，所述传动装置通过曲柄销(17)来向所述控制主轴(13)施加其扭力，所述曲柄销(17)安装成具有自由度，可通过所述配重(14)上的其中一个端部转动。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传动装置(19)通过枢轴(20)固定其中一个端部，该轴与控制主轴(13)平行偏置，并通过可形成复位扭矩的装置，围绕该轴(20)返回转向曲柄销(17)。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，曲柄销(17)在其自由端支撑着传递装置(18)，该装置能够与所述传动装置(19)配合，从而将所述传动装置(19)所提供的扭力传递给控制主轴(13)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述传动装置是一种凸舌(19)，其特征还在于，传递装置是一种杆(18)，可布置成在进入反推期间沿所述凸舌滑动。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述凸舌在其自由端包括固定装置(21)，能够在进入反推期间沿凸舌(19)限制所述杆(18)滑动，从而为所述曲柄销(17)提供一种杠杆作用。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述杆在所述配重(14)到达其不稳定平衡位置前与所示固定装置(21)形成对接。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，当所述配重进入到其不稳定平衡位置时，所述杆(18)与所述固定装置(21)对接，曲柄销(17)的取向是推动配重(14)越过所述不稳定位置。

12.包括两个根据权利要求5到11其中一项所述的传动装置(19)的控制装置，第一装置(19a)向曲柄销(17)施加扭力，用来从使用位置进入反推位置，和第二装置(19b)，向所述曲柄销施加扭力，用来返回至使用位置。

13.涡轮机螺旋桨，包括叶片根部(8)，所述叶片根部装有根据前面其中一项权利要求所述的控制进入反推的装置。

14.一种涡轮机，包括至少一个根据前面权利要求所述的螺旋桨。

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