CN104395558B - 通过风机圆盘的差速旋转具有变量设置的风机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机的压气机转子，包括轴(12)和被安装在所述轴上的至少两个圆盘(10a，10b)，以保持绕所述轴的旋转轴线可旋转地移动的单组轮叶(2)，至少一个第一圆盘(10a)以可移动方式被安装在所述轴上，使得能够产生相对于所述第二圆盘(10b)的角间距，以及触发轮叶(2)绕其径向轴线的旋转，这两个圆盘的至少一个被成形，使得接收用于连接轮叶(11)的至少一个固定设备(11)，在所述圆盘和所述设备之间的连接能够使所述设备绕径向轴线旋转，其特征在于，所述连接为切线地和轴向地可移动的球接头。

Description

通过风机圆盘的差速旋转具有变量设置的风机

技术领域

本发明的领域是涡轮发动机的领域，以及更具体地，是具有高稀释率的涡轮喷气发动机，或涡扇发动机。

背景技术

在根据气流的下游方向，飞机的涡轮发动机通常包括风机，一个或多个压气机级，例如低压压气机和高压压气机，燃烧室、一个或多个涡轮级，例如高压涡轮和低压涡轮，以及排气管。涡轮机可对应于每个压气机，这两个组件通过轴连接，从而形成例如高压部件和低压部件。

在涡扇发动机的情况下，第一压气级或风机通常由低压气率以及由当在地面上操作时相对较小的泵送范围所表征。泵送现象对应于气流在轮叶叶片的脱离，以及这导致流体中的不稳定现象，其可导致发动机的短路甚至或损坏发动机。这导致可能在飞机滑行过程中发生以及有利的避免发生的发动机故障风险。为此，已经实施了许多可能性。因此，可以使用具有变量截面的管道以及在地面上打开它，以增加泵送范围或使用具有可变节距的风机，以及在地上打开该节距。

一种用于打开该管道截面的装置所遭遇的缺点是额外质量以及设置的难度。此外，所实现的增加对于技术结构的原因保持限制以及随着涡轮喷气发动机的稀释率增加而进一步减少，这对于现代涡扇发动机的情况是最通常的。对于轮叶的变节距装置，根据飞机的速度，通常在地面上修改叶片和这些轮叶的节距以提高泵送范围或在飞行过程中以开发发动机的推力，以及从而优化螺旋桨的输出。因此，已经想象了多种装置以改变叶片的节距；它们通常包括轮叶通过锥形齿轮绕其主轴线的旋转，该锥形齿轮位于轮叶基部以下以及与控制系统的锥形齿轮配合。尽管已经证明了该解决方案的原理，其特征在于，存在一种相对比较笨重的轮毂，以能够在其中接收锥形齿轮，从而导致风机的更大直径以及在飞行过程中质量和阻力方面的相关缺点。其进一步的特征在于，在叶片根部难以优化的空气动力学，以及复杂的机械结构，以在涡轮喷气发动机发生故障的情况下确保风机的羽化。

已经提出了其它装置，例如在专利申请WO2009/142973或EP1961916中所描述的，其提出固定被安装在两个圆盘上的风机轮叶的部件，所述圆盘绕涡轮喷气发动机的旋转轴线彼此相对是可移动的。这些装置生产相对复杂，因为它们使用三个装置以分别实现这三个功能，保持轮叶，在绕其轴线旋转过程中引导轮叶以及改变其节距的功能。此外，这些装置需要被安装在轴承上的用于叶片根部或枢轴点的柔性支撑件以考虑各种旋转，一种很难调和风机叶片的力学的要求，其必须考虑保持轮叶所需的巨大努力。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供一种装置克服这些缺点，所述装置允许修改涡扇发动机的风机轮叶的节距，并且不具有现有技术的缺点，以及特别地其是机械简单的及具有小尺寸。

为此，本发明涉及一种涡轮发动机的压气机转子，包括一个轴和被安装在所述轴上的至少两个圆盘，以在绕所述轴的旋转轴线的旋转过程中确保相同组的可移动轮叶的保持，至少第一圆盘以可移动方式被安装在所述轴上，以能够产生相对于所述第二圆盘的角间距，这两个圆盘的至少一个被形成以接收用于所述轮叶的至少一个固定设备，在所述圆盘和所述设备之间的连接允许所述设备绕径向轴线的旋转，其特征在于，所述连接为切线地和轴向地可移动的球窝接头。

对于在可移动轮叶的底座上被固定到不同位置的它们每一个来说，相对于另一个旋转一个圆盘的能力允许其节距的变化。通过一种已被发现在机械方面有益以及能够承受与风机叶片的保留相关联的巨大努力的连接，球窝接头的存在允许考虑相对于这两个圆盘的轮叶的固定位置的切向和轴向位移。

有利地，形成这两个圆盘以接收以球窝接头形式的切线和轴向地可移动的所述固定设备。

在特定的实施例中，所述圆盘包括帽部、设置有所述球窝接头的孔延伸通过所述帽部，用于所述轮叶的所述固定设备为延伸通过所述孔的轮轴。

以优选的方式，第二圆盘根据相对于所述轴的旋转被固定，所述第一圆盘被固定到致动设备，所述致动设备包括被连接到所述轴的固定部分和可移动部分，所述可移动部分根据绕所述轴的旋转轴的旋转是可移动的。

以更优选的方式，所述致动设备是旋转致动器。该解决方案具有大密实度的优点以及防止所述节距的控制装置的轮毂过于笨重。

有利地，所述旋转致动器包括根据所述轴的旋转轴线延伸的轮轴，它被刚性地固定到所述轴上，以及根据绕所述轮轴的旋转可移动的容器，所述第一圆盘被安装在所述容器上。

优选地，所述旋转致动器的容器包括两个腔室，所述两个腔室旨在接收液压液体，用于所述第一圆盘相对于所述第二圆盘的旋转。

在特定的实施例中，所述转子包括被定位在所述两个圆盘之间的旋转引导环，以确保其各自的轴向节距处于永久状态中。

本发明还涉及一种具有高稀释率的旁路涡轮喷气发动机的风机模块，包括如上所述的风机转子，以及一种包括这种风机模块的旁路涡轮喷气发动机。

附图说明

从仅通过非限制性示例参考所附示意图给出的本发明实施例的以下详细解释性描述，将更好地理解本发明及将更清晰地理解其其它目的，细节，功能及其优点，其中：

—图1是带有轮叶的涡轮喷气发动机风机的透视图，所述轮叶的节距可通过根据本发明的控制装置被修改；

—图2是图1的风机的轴向剖面图，以及

—图3、4和5是图1的风机轮叶节距的控制装置的详细视图，轮叶处于飞行结构中，分别处于顺流交距(feathered)状态和反向状态。

具体实施方式

参考图1，可能看到一种具有高稀释率的涡轮喷气发动机的风机1。它由多个轮叶2构成，所述多个轮叶2均匀地分布在其承载体轴的圆周上以及在被固定到中心轮毂的叶片根部3和沿外环5移动的叶片末端4之间延伸，外环5形成由风机夹带的气流的外部通道。叶片根部本身被封闭在形成所述气流的内部通道的锥体6内。在将参考图2更详细描述的致动机构7的作用下，在该附图中示出为处于顺流交距位置内，也就是说其弦与风眼对齐的轮叶2可绕其纵轴线旋转移动。

图2示出轮叶2的下部，其叶片根部3凹进有两个圆周凹槽8，其中插入有被沿涡轮喷气发动机的旋转轴并排定位的两个风机圆盘10a和10b的径向外端部。这些径向端部是帽部9的形式，轮叶2的固定轮轴11延伸进入该帽部的孔中。叶片根部3因此具有圆柱形状，该圆柱形状根据发动机的纵轴线A对齐，并且孔通过该圆柱形状在其中心延伸以允许所述固定轮轴被接收在其中。在轮轴11和对于这两个圆盘每一个的帽部9之间的连接是球窝接头，该球窝接头从而允许轮轴11以及因此叶片根部3被定向在一个方向内，该方向不严格地垂直于圆盘的径向方向以及在相对于发动机的旋转轴线A的方向的切线平面内更通常地有角度偏移。被赋予在叶片根部3上在旋转方面的运动自由度允许风机1的轮叶2的节距变化，同时移位了固定轮轴11的方向。

除了轴11的切向位移以带来节距的变化，在轮轴11和帽部9之间球窝接头的选择允许轴向位移，该轴向位移由圆盘圆度以及以下事实所导致，在延伸通过固定圆盘帽部的径向平面内的突起内，在可移动圆盘的帽部区域内轮轴11的位置与在固定圆盘的帽部区域内的轮轴11位置相比径向地更接近发动机的旋转轴线。

在机械方面，从而获得了轮叶的固定装置，其考虑由于简单的球窝接头结果的由风机圆盘的相对旋转所产生的所有位移，而不需要如柔性圆盘固定设备的更复杂装置或轴承的存在。由于简单可移动的金属部件，获得了很大的简单性以及考虑用于保持轮叶的努力的良好水平。该装置可确保在单个连接中符合三种功能，保持轮叶，在绕其纵轴线的旋转过程中引导轮叶以及控制其节距的变化的功能。

应该注意的是，在改变风机节距的过程中，在帽部9的这两个球窝连接设备之间的距离改变。因此，必须安装这两个帽部的至少一个，以在固定轮轴11上滑动，使得该距离可改变。此外，凹槽8对于帽部9必须足够宽以能够必需尽可能多地移动。

另一方面，如果期望阻挡帽部9在固定轮轴11上的平移挡，在环17的连接必需是滑动的枢轴接头，使得在圆盘10a和10b之间的轴向间距是可变的。

这两个圆盘10a和10b如下由涡轮喷气发动机的风机轴12承载。首先，在这里示出为被定位在下游最远端的圆盘的第二圆盘10b，该结构不是绝对必要的，以通常方式直接地由风机轴12承载。它经由例如螺栓类型的连接被连接到那里以及随其一起旋转。另一方面以及其次，上游圆盘或第一圆盘10a通过以旋转致动器形式的致动机构7被连接到该风机轴。可以设想其它致动装置，例如，滚珠螺杆或一个圆盘相对于另一圆盘的其它角偏移设备，只要它确保了在它们已经偏移后这两个圆盘的相对位置的保持。

旋转致动器7包含称为固定部分的部分13，其与风机轴12一起旋转，它由驱动设备14以旋转形式被固定地连接到其上，例如，具有波纹以允许在前面拆卸机构7。固定部分13通常地是圆柱轮轴13a的形式，其沿涡轮喷气发动机的旋转轴A轴向地延伸以及从其径向地延伸有肩部13b，液压流体的压力可被施加到该肩部13a，以确保在旋转致动器的位置的控制。固定部分13被封闭在被称为可移动部分15的容器内，其也是圆柱形式以及其没有间隙地围绕轮轴13a和肩部13b，以及其可相对于所述固定部分13绕其轮轴13a旋转。该液压容器15由仅根据半径延伸的径向壁15b分为两个，以在肩部13b的一侧以及另一侧产生两个腔室，其中可传送在两个不同液压压力下的液压流体，以控制旋转致动器的旋转。

可移动容器15在其外部上进一步承载固定凸缘16，该固定凸缘16将它固定地连接到第一风机圆盘10a，以及允许相对于第二圆盘10b控制第一圆盘10a的角位移，可移动部分15的角位置相对于固定部分13被控制。最后，在旋转方面用于引导第一圆盘10a的环17被定位在这两个圆盘之间，以在旋转方面导致圆盘10a相对于圆盘10b的引导。

图3示出了在飞行结构中轮叶2的位置，也就是说，对于相对于空气在风机1的进气方向被定向有被称为正角的入射角的轮叶，空气在其内弧面碰到轮叶。第一圆盘10a在相对于第二圆盘10b的轮叶旋转方向内位移，其在旋转方向内移动轮叶前缘，而后缘仍由第二圆盘保持。通过致动机构7在这两个圆盘之间从而获得的角间距被限定，以在任何时候在所涉及的飞行结构中为轮叶赋予适合于风机的正确操作的入射角。

图4示出了处于顺流交距位置内的轮叶2位置，也就是说，其弦与在风机被抽吸的空气方向对齐。相对于图3的位置，第一圆盘10a已相对于第二圆盘10b在与轮叶旋转的相反方向内通过致动机构7位移。

最后，图5示出了处于相反位置内的轮叶位置，也就是说，在它们引导在关于发动机的上游方向内穿过发动机的气流的位置内。然后它们具有相对于气流的负入射角，其由第一圆盘10a在轮叶旋转的相反方向内的位移所导致，使其超过该位置的程度对应于顺流交距的位置。

现在将描述根据本发明用于改变轮叶2的节距的机构的操作。

在操作过程中，涡轮喷气发动机的风机1绕其轴线A旋转，轮叶的节距处于给定位置，其推理性地对应于最好适合于所考虑的飞行操作的情况。涡轮喷气发动机的低压转子驱动风机轴12旋转，一方面第二圆盘10b，以及另一方面，致动机构7的固定部分13的轮轴13a通过驱动设备14，被刚性地固定到该风机轴12。

在永久操作过程中，在可移动部分15的两个腔室内的压力均等，以及肩部13b处于相对于可移动部分的固定位置。可移动部分的容器15因此具有与固定部分13相同的转速。由于在容器15和第一圆盘10a之间由凸缘16所导致的刚性连接，该第一圆盘以与固定部分、以及因此风机轴12和第二圆盘10b相同的速度转动。因此，所有可移动组件以相同速度旋转以及轮叶2的节距在飞行过程中发动机的操作中保持不变，不存在驱动机构7的任何作用。

当需要修改轮叶的节距时，这是否通过飞行员的蓄意动作以将发动机切换到顺流交距模式或相反模式，或者这是否是由于寻求使轮叶的节距适应于发动机的当前操作的发动机的控制，过多液压压力被传递到容器15的两个腔室之一，所涉及的腔室是在需要修改节距的方向内对应于肩部13b的致动的这一个。该过多压力的传递修改了在这两个腔室之间压力的平衡以及绕主轴线A旋转可移动部分15，对固定部分13的肩部13b反应。这样做，可移动部分15通过凸缘16携带第一圆盘10a，相对于第二圆盘10b处于相对旋转中。

在这两个圆盘的相对旋转内的位移导致轮叶2的固定轮轴11的旋转，以及在一个方向内导致其前缘相对于其后缘的运动，其产生所需节距的变化。在这两个圆盘的帽部9内在球窝接头上的固定轮轴11的组件允许其旋转以及因此轮叶绕其纵轴线的旋转，从而产生所需节距的修改。

与传统的枢轴类型系统相比，所描述的该装置的优点如下：

—该系统的紧密度允许风机被配置有等同于当前涡扇发动机的轮毂比；不存在发动机空间要求的增加，以及因此不存在阻力和质量方面的缺点；

—可以具有与在传统涡扇发动机内相同数量的叶片，以及因此与当前风机相同的输出；

—内部流可以锥形方式产生，使得叶片根部的空气动力学受益于离心效应；

—轮叶的向心保持由带有两个帽部和两个风机圆盘的自然的双重结构所导致；

—最后，在用于其节距的控制系统内压力损失的情况下，离心作用具有自然地使轮叶进入顺流交距位置的倾向。

此外，风机的维护仍然简单，因为其各种元件很容易拆卸。仅仅必要的是，一方面，移除将它们连接到风机圆盘的轮轴以拆卸轮叶2，以及另一方面，拆卸锥体6以进入在前面撤回的致动结构7，随后是凸缘16的简单拆卸。

然而，所描述的装置需要在轮叶之间的平台，所述轮叶可适应于所存在的间隙以及由于轮叶的发展节距而变化。为此，可能设想各种解决方案，如弹性体材料的变形平台、铰接平台或重叠平台。

Claims (11)

1.涡轮发动机的压气机转子，包括轴和被安装在所述轴上的至少两个圆盘，以在绕所述轴的旋转轴线的旋转过程中确保保持相同组的可移动轮叶，至少第一圆盘以可移动方式被安装在所述轴上，以能够产生相对于第二圆盘的角间距，第一圆盘和第二圆盘中的至少一个圆盘被形成以接收用于每个轮叶的至少一个固定设备，在所述第一圆盘和第二圆盘中的至少一个圆盘和所述固定设备之间的连接允许所述固定设备绕轴线的旋转，其中，所述连接为切向地和轴向地可移动的球窝接头。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，至少两个圆盘被形成，以接收以切向地和轴向地可移动的球窝接头的形式的所述固定设备。

3.根据权利要求1的转子，其中，所述圆盘包括帽部，设置有所述球窝接头的孔延伸通过所述帽部，所述轮叶的所述固定设备是延伸通过所述孔的轮轴。

4.根据权利要求1的转子，其中，第二圆盘在相对于所述轴旋转地被固定，所述第一圆盘被固定到致动设备，所述致动设备包括被连接到所述轴的固定部分以及可移动部分，所述可移动部分在绕所述轴的旋转轴的旋转方向是可移动的。

5.根据权利要求4所述的转子，其中，致动设备是旋转致动器。

6.根据权利要求5所述的转子，其中，旋转致动器包括根据所述轴的旋转轴线延伸的轮轴，轮轴被刚性地固定到所述轴，以及容器，所述容器在绕所述轮轴的旋转方向是可移动的，所述第一圆盘被安装在所述容器上。

7.根据权利要求6所述的转子，其中，旋转致动器的容器包括两个腔室，所述腔室用于接收用于所述第一圆盘相对于第二圆盘旋转的液压液体。

8.根据权利要求1所述的转子，包括旋转导向环，所述旋转导向环被定位在两个圆盘之间，以确保其各个轴向节距处于永久状态中。

9.根据权利要求1所述的转子，其中所述圆盘和所述固定设备之间的连接允许所述固定设备绕着轮叶的径向轴线或纵向轴线旋转。

10.具有高稀释率的旁路涡轮喷气发动机的风机模块，包括根据权利要求1所述的风机转子。

11.旁路涡轮喷气发动机，包括根据权利要求10所述的风机模块。