CN105579342A - 用于将液压流体供给至液压缸的装置以及用于对包括该液压缸的涡轮发动机螺旋桨的叶片桨距进行控制的机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压缸，包括固定支撑件(30)、相对于支撑件能够平移移动的液压缸(24)、被固定至液压缸内部并与液压缸(24)界定出两个腔的活塞(22)以及供给装置，该供给装置用于将固定支撑件(30，31)上游的液压流体供给至腔。液压缸的特征在于以下事实：供给装置包括伸缩通道(25，26，28)，每个伸缩通道包括两个管状元件，两个管状元件的其中一个滑动到另一个中，第一管状元件在一个端部处被刚性连接至固定支撑件(31)，并且第二管状元件在至少两个沿液压缸的母线彼此分离的位置点处被刚性连接至液压缸。本发明可应用于对涡轮发动机螺旋桨的叶片的螺距进行控制。

Description

用于将液压流体供给至液压缸的装置以及用于对包括该液压缸的涡轮发动机螺旋桨的叶片桨距进行控制的机构

技术领域

本发明涉及液压致动器领域，尤其是具有固定活塞的致动器，由致动器控制的部件被连接至可平移移动的液压缸；本发明还涉及用于将液压流体供给至致动器的腔的导管装置。具体地，本发明涉及对飞行器的推进发动机中的螺旋桨的叶片桨距进行控制时这种致动器的使用，该推进发动机例如为具有无涵道螺旋桨的发动机。

背景技术

出于改善飞行器的推进发动机的性能和单位消耗量的目的，一种新的构架已被提出，其具有被布置在燃气轮机涡轮轴发动机的上游或下游处的一对对转式无涵道螺旋桨。该发动机也被称为“开式转子”发动机。例如，在专利申请FR2941493中描述的发动机包括常规的涡轮轴发动机气体发生器，其一个或多个涡轮级可对延伸到发动机外部的无涵道风扇加以驱动。在具有一对下游螺旋桨的涡轮轴发动机中，转子也可被安装在壳体的下游侧的结构元件上，并利用自由涡轮通过齿轮箱来驱动，该齿轮箱例如为行星齿轮箱。

如在常规的涡轮螺旋桨发动机的情况下，开式转子发动机的螺旋桨叶片具有可变桨距，即可在飞行过程中更改这些螺旋桨的桨距以根据飞行器的速度改变发动机的推力并优化螺旋桨的输出。已设想了许多装置来改变叶片的桨距，这些装置通常包括通过位于叶片的根部下方的锥形小齿轮使叶片围绕其主轴线旋转。所述小齿轮与控制系统的锥形小齿轮啮合。

在飞行阶段期间，螺旋桨的桨距可在两个极限界限之间变化，该两个极限界限分别对应于低行进速度时的低桨距位置以及高速时的高桨距位置，该低桨距位置例如为相对于螺旋桨的旋转平面大约30°的位置，该高桨距位置例如为相对于螺旋桨的该同一旋转平面大约65°的位置。叶片可采取顺桨位置(featheredposition)，其对应的桨距大于高桨距位置时的桨距，并约等于90°。在该位置，叶片造成的阻力最小。叶片也可被置于推力反向位置，并且可具有负的桨距角，例如为-30°。

叶片的桨距可通过致动器来控制，致动器的可动部件可轴向地平移并且可通过安装在轴承上的适当的联动件使叶片的枢轴绕相应的径向轴线旋转。

一对螺旋桨的两个转子中的每个具有其自己的用于驱动并对控制桨距的装置。对于上游转子的装置来说，由于需要为转子的位于下游的辅助系统提供通道，因此一些应力与受限的中央空间相联系。

本发明的目的在于提供一种装置的布置，所述用于驱使叶片绕其轴线旋转，该布置的结构紧凑且坚固。

发明内容

本发明的目标由液压致动器实现，该液压致动器包括支撑件、能够相对于支撑件平移移动的液压缸、活塞以及供给装置，该活塞在液压缸的内部被刚性连接至支撑件并与液压缸界定出两个腔，该供给装置用于将支撑件上游的液压流体供给至腔。该致动器的特征在于，供给装置包括伸缩管道，每个伸缩管道包括两个管状元件，两个管状元件中的一个在另一个的内部滑动，第一管状元件在一个端部处被刚性连接至支撑体，并且第二管状元件在至少两个沿液压缸的母线彼此远离的位置点处被刚性连接至液压缸，所述腔中的一个在液压缸的行程一部分上经由第一伸缩管道被供给流体，并在液压缸的行程其余部分上经由第二伸缩管道被供给流体。

本发明的致动器的径向紧凑的优点在于，用于供给液压流体的管道沿可动液压缸的外表面布置。此外，该致动器是强健的并且对互相可动的部件的引导(尤其是一个管状元件相对于另一管状元件的引导)可被较好地控制。因此，当存在热膨胀引起的尺寸变化时，或甚至当其在不同的飞行阶段期间遭受到机械应力引起的变形时，其操作不会被改变。

当致动器是环形时，本发明是尤其有益的，并且其必定在用于使辅助系统被引入的内部容积中解放出空间，辅助系统用于相对于致动器的支撑件位于下游的设备。

根据另一特征，第一管道包括第一封闭构件，该第一封闭构件被布置成在所述行程部分的末端处对管道进行封闭，并且第二管道包括第二封闭构件，该第二封闭构件被布置成：使管道在液压缸的所述行程部分上保持封闭，并在液压缸的所述其余行程部分上保持打开。

有利地，第一管道或第二管道的封闭构件由所述管道的第一管状元件和第二管状元件相互作用而形成，第二管状元件具有将第一管状元件连接至所述腔的通道，并且第一管状元件具有未被所述通道覆盖的开口。

根据一个实施例，第一管状元件在其端部处被封闭，并且在侧部上具有所述开口，并且第二管状元件包括：所具有的直径使得所述侧向开口被封闭的部分；以及具有较宽直径以便形成所述通道的部分。尤其地，第二管道通过被布置成与第二管道平行的管状元件连接至所述腔。

根据另一特征，管道的第一管状元件通过鹅颈形状的部分连接至支撑件。

有利地，本发明的致动器被具体使用在用于对可变桨距螺旋的桨距进行控制的机构中。该致动器通过其支撑件刚性连接至螺旋桨的定子。

第一管道在桨距设定范围内将流体供给至所述腔，并且，第二管道在螺旋桨的推力反向范围内将流体供给至所述腔。

根据另一特征，另一腔经由被第三伸缩管道被供给流体。

附图说明

参照附图，通过对本发明的非限制性实施例的描述，其他特征和优点将呈现，在附图中：

图1示出了本发明应用的具有对转式螺旋桨的发动机的轴向截面；

图2为图1的发动机的螺旋桨叶片的桨距控制的示意图；

图3为本发明的液压致动器的透视图；

图4为图3的致动器的轴向截面视图；

图5为图3的致动器在上游罩的区域中的横截面视图；

图6至图8为处于不同运行阶段的图3的致动器在低桨距第一管道的区域中的局部纵向视图；

图9为图3的致动器在第二反向桨距管道的区域中的局部纵向截面视图；

图10为图3的致动器在旁通管道的区域中的局部纵向截面视图；

图11为图3的致动器在高桨距管道的区域中的局部纵向截面视图；

图12为第一管的封闭构件的示意图。

具体实施方式

通常，如图1示意性地所示，具有纵向轴线A的无涵道风扇(开式转子)涡轮轴发动机1沿该涡轮轴发动机的短舱2内的气流的流动方向F从上游到下游包括，一个或两个(根据单转子燃气发生器结构或双转子燃气发生器结构)压缩机3、环形燃烧室4、高压涡轮或一个高压涡轮和一个中压涡轮5(根据所述结构)、以及低压涡轮6，该低压涡轮6通过减速器或行星齿轮箱7以对转(contra-rotating)的方式对两个螺旋桨加以驱动，该两个螺旋桨中的一个螺旋桨8沿流动方向F位于上游，一个螺旋桨9沿流动方向F位于下游。螺旋桨沿涡轮轴发动机的纵向轴线A排列以形成风扇。以常规的方式，用于对气体进行喷射的排气喷管10形成发动机的后机身。

螺旋桨被布置在径向平行的平面中，这些平面垂直于轴线A，并且，螺旋桨通过涡轮6和齿轮箱7沿相反的旋转方向进行旋转。所述螺旋桨被安装在旋转壳体11、12中，该旋转壳体例如为由本申请的申请人于2012年7月2日申请的专利申请FR1256323中描述的多边环形壳体，其中，叶片16、17的根部14、15围绕该旋转壳体安装。

上游螺旋桨8和下游螺旋桨9的叶片的具有可变的桨距。所述叶片分别通过适当的机构20和20’绕其径向枢转轴线B定向，以这种方式可采取最优的角度位置，而该最优的角度位置基于涡轮轴发动机的工作条件以及飞行器的飞行阶段来确定。

以下的说明涉及用于对与上游螺旋桨8相关联的叶片进行定向的系统20。

图2中所示的定向系统20使得上游螺旋桨8的上述不同工作阶段能够被执行：使叶片以增加的桨距、减小的桨距或反向的桨距沿两个方向进行旋转，并可在发生故障的情况下将叶片返回至顺桨位置。

为此，该系统包括具有轴线A的环形的线性位移液压致动器21，所述液压致动器的可平移移动的主体24由液压缸形成，致动器的活塞保持为固定。致动器的平移运动通过传动机构23来传递，该传动机构将致动器的主体24连接至螺旋桨8的叶片16的根部14的径向轴18。该机构包括轴承和一组连接杆，该轴承的内环被刚性地连接至主体24，该一组连接杆将外环连接至径向轴，径向轴因此可通过致动器的主体的平移运动而绕它们各自的轴线进行旋转。

图3为致动器21及其液压缸24的外部透视图。图4为图3的轴向截面视图，并示出了内部。液压缸24能够在管状支撑件30上平移移动，该管状支撑件形成致动器的固定支撑件。图4示出了固定支撑件30的内部、轴的用于驱动下游转子的部分以及外壳，用于下游转子的辅助系统被引导穿过所述外壳。固定支撑件30在致动器21的上游包括套环31，致动器的控制流体穿过该套环被分配。由于该支撑件被刚性连接至涡轮轴发动机的定子部分，因此该支撑件可被称为固定支撑件。

因此，致动器21包括液压缸，在本实施例中，该液压缸由圆筒形部分241、上游罩(cowl)243以及下游罩245形成。液压缸24在固定支撑件30的管状部分33上滑动。分隔件22被刚性连接至该管状部分33并与液压缸24形成两个腔C1和C2。腔C1是上游的位于支撑件的套环31一侧的腔。

图3示出了三个第一管状元件，所述三个第一管状元件通过它们的上游的端部刚性连接至套环31，还示出了刚性连接至液压缸的四个管状元件，两个腔C1、C2分别经由所述四个管状元件被供给流体。

在图6至图8中，被称为低桨距管道25的第一管道由第一低桨距管状元件251和第二低桨距管状元件252形成。第一低桨距管状元件被刚性连接至套环31，通过套环被供以液压流体并在第二低桨距管状元件252内滑动，第二低桨距管状元件被刚性连接至液压缸24并沿下游方向与腔C2流体连通。

图9中，被称为反向桨距管道26的第二管道由第一反向桨距管状元件261和第二反向桨距管状元件262形成。第一反向桨距管状元件261被刚性连接至套环31，通过套环被供以液压流体并在第二反向桨距管状元件262内滑动，第二反向桨距管状元件被刚性连接至液压缸24并沿下游方向与腔C2流体连通。所述第二管状元件通过被称为旁通管道的管道27与腔C2流体连通。旁通管道的作用将在下文中进行解释。第二反向桨距管状元件262在上游罩243的区域中经由通道263与管道27流体连通，如在图5中所示的图3的横截面中可见。

被称为高桨距管道28的第三管道由第一高桨距管状元件281和第二高桨距管状元件282形成。第一高桨距管状元件281被刚性连接至套环31，通过套环被供以液压流体并在第二高桨距管状元件282内滑动，第二高桨距管状元件被刚性连接至液压缸24并沿上游方向与腔C1流体连通。

三个第一管状元件251、261、281通过任何适当的构件被固定在它们各自制成在套环31中的凹部内。这些元件通过控制构件与加压流体源流体连通，该控制构件在此处不做描述。

三个第二管状元件252、262和282以及旁通管道27被刚性连接至液压缸24，并且根据本发明的一个特征，三个第二管状元件在任何情况下均在其母线(generatrix)上的彼此远离的两点处被保持在液压缸24上。更具体地，该两点分别位于它们的端部处，在此情况下分别处于上游罩243和下游罩245的区域中。对第二管状元件进行安装的其他实施例也是可能的；例如第二管状元件可机械加工成至少部分地位于形成液压缸的元件中的一个的内部。

本发明的解决方案的优点在于，对于每个管道来说，当第一管状元件在第二管状元件内滑动时确保第一管状元件被有效地引导。当飞行器在飞行时，固定支撑件30和发动机的结构的一组部件将承受应力，该应力能够改变一个部件相对于另一部件的轴向定向；例如支撑件30的部分33可相对于套环31弯曲。在没有这种引导的情况下，部件的相对变形将会阻止液压缸相对于固定支撑件的移动。

应当注意的是，第一管状元件可通过具有两个弯管的鹅颈形状的管体部分连接至套环。这是由液压缸24和布置在套环31上的流体分配出口之间的直径差造成的结果。这种布置的优点在于能够使第一管状元件251、261和281和其他部件之间的膨胀差和其他变形被就地吸收。

现在将对该组件的工作模式以及两个腔在安装有涡轮轴发动机的飞行器的不同飞行阶段如何被供给流体以确保用于对叶片的桨距进行控制的机构的可靠运行进行描述。

如附图所示，增加下游腔C2的容积会使得液压缸24相对于固定分隔件22向右位移。这种位移在液压缸的行程的一部分上对应于叶片桨距的减小，这在飞行中从高桨距转变到低桨距的正常工作期间进行，随后，对应于低桨距在地面上的例如在65°、30°和0°之间的调节，随后，当由螺旋桨产生的推力被反向以便在着陆时将制动器支撑在地面上时，这种位移在液压缸的行程的其与部分上对应于进入反向位置(例如为-30°)的移动。

根据本发明的另一特征，下文中描述的解决方案可确保从叶片的正桨距到推力反向位置的移动不能被无意或意外地实现。

图6示出了左手侧位置绘出致动器的界限(abutment)位置，对应于顺桨位置中的90°的高桨距。附图示出了旨在当桨距控制系统失效时减小螺旋桨的牵拉力的安全桨距。当致动器24从该位置朝向右侧移动时，桨距角减小以越过0°(螺旋桨的旋转平面)变为负值。更具体地，该附图示出了沿第一低桨距管道25的纵向截面。应当注意的是，第一低桨距管状元件251滑动至第二低桨距管状元件252中。图7示出了致动器已经朝向右侧移动；这是处于0°的桨距位置以及运行界限。在图6和图7之间，液压流体从第一管状元件251流至腔C2中。制成在下游罩245中的径向槽可确保流体从第二管状元件252行进至腔C2。提供有第一低桨距管道的封闭构件以防止所述极端正桨距位置在该运行阶段朝向负桨距转变。实际上，这可防止推力反向被以不合时宜的方式控制；参见图6至图8。

有利地，用于对低桨距管道进行封闭的构件以下文中的简单的方式产生，并如图12所示。

第一管状元件251在其与套环31相对的端部251’处被封闭。如图所示12所示，所述元件具有位于所述套环附近的侧向槽251”。此外，第二管状元件252具有直径不同的两个部分，并且第一部分252’具有的直径大于第一管状元件251的直径。以这种方式，槽是不受约束的，并且流体可从第一管状元件251流至第二管状元件252，并且更具体地，流至该元件的增宽部分252’。因此，在90°和0°之间的桨距范围内，下游腔C2经由第一低桨距管道25被供给流体。当桨距达到0°时，由于槽251”被第二管状元件252的直径较小的部分252”封闭，因此管道25将封闭。不论施加到第一管状元件的压力如何，所述压力不再传递至下游腔C2，它的容积不会增加。

越过该位置对应于直接移动桨距反向器。这仅由第二桨距反向管道262和旁通管道27一起控制。

反向桨距管道26具有与第一管道相同的结构，但是从上游到下游反向。第二管状元件262包括具有大直径的部分262’和具有小直径的部分262”。然而，第一管状元件使其端部封闭，并具有侧向槽，因此，封闭构件与第一管道的封闭构件是类似但反向的。在桨距调节阶段的期间，当第二管状元件262的小直径部分262”将第一管状元件261中的侧向槽封闭时，管道将被封闭。用于对管道25和26进行封闭的两个构件是协调配合的(coordinated)，以使得在位移(例如朝向0°的桨距移动)期间，一个的封闭对应于另一个的打开。因此，由此可见，当桨距处于0°位置处的界限时，需要正向作用(positiveaction)以便能够移动到反向位置，反之亦然。该正向作用导致通过第二管道26来控制反向桨距。

当被控制而移动到反向位置时，液压流体穿过反向桨距管道26，然后穿过旁通管道，以将流体供给至下游腔C2。通过本发明的布置，进入反向位置的移动意味着该致动器首先到达0°的位置，然后经由第二反向桨距管道26接收处于特定反向桨距的压力下的供给。流体经由管状元件261以及然后经由元件261中的侧向槽朝向管状元件262的直径较大的部分262’穿过管道26，并经由旁通通道263移动至管道27；参见图5。图8示出了致动器向右移动，而管道25被封闭。可通过反向桨距管道26(图8)以及旁通管道27(图9和10)将流体供给至腔中。

图11示出了被称为高桨距管道28的第三管道。管道28的第一管状元件281在管状元件282内滑动以便将流体供给至上游腔C1。这就将桨距从推力反向桨距返回到顺桨位置。如果需要，来自上游控制装置的流体被引导至元件281的内部，并且然后被引导至所述元件和具有较大的直径的第二管状元件282之间。

因此，本发明可得到用于对螺旋桨的桨距进行控制的系统，该系统是紧凑并且不会占用很大的径向空间，并且同时具有用于其它管道穿过的足够的中心空间。由于该系统的结构中对尺寸变化和轴向弯曲不太敏感，因此该系统是强健的。最后，该系统可确保可靠的运行。

Claims (9)

1.一种液压致动器，包括支撑件(30)、能够相对于所述支撑件平移移动的液压缸(24)、活塞(22)以及供给装置，所述活塞在液压缸的内部刚性连接至所述支撑件并与所述液压缸(24)界定出两个腔(C1，C2)，所述供给装置用于将所述支撑件(30，31)上游的液压流体供给至所述腔，其特征在于，所述供给装置包括伸缩管道(25，26，28)，每个伸缩管道包括两个管状元件(251，261，281；252，262，282)，所述两个管状元件中的一个在另一个的内部滑动，第一管状元件在一个端部处被刚性连接至所述支撑体，并且第二管状元件在至少两个沿所述液压缸的母线彼此远离的位置点处被刚性连接至所述液压缸，所述腔(C1，C2)中的一个在所述液压缸的行程一部分上经由第一伸缩管道(25)被供给流体，并在所述液压缸(24)的所述行程的其余部分上经由第二伸缩管道(26，27)被供给流体。

2.根据权利要求1所述的液压致动器，其中，第一管道(25)包括第一封闭构件，所述第一封闭构件被布置成在所述行程部分的末端处将该管道封闭，并且第二管道(26)包括第二封闭构件，所述第二封闭构件被布置成使所述第二管道在所述液压缸的所述行程部分上保持封闭，并使所述第二管道在所述液压缸的所述其余行程部分上保持打开。

3.根据权利要求2所述的液压致动器，其中，所述第一管道(25)或所述第二管道(26)的所述封闭构件由所述管道的所述第一管状元件(251，261)和所述第二管状元件(252，262)相互作用而形成，所述第二管状元件具有将所述第一管状元件连接至所述腔的通道，并且所述第一管状元件具有未被所述通道覆盖的开口。

4.根据权利要求3所述的液压致动器，其中，所述第一管状元件(251，261)在与套环(31)相对的端部处被封闭，并且在侧部上具有所述开口，所述第二管状元件包括：所具有的直径使得侧向开口被封闭的部分(252”，262”)；以及具有较宽直径以便形成所述通道的部分(252’，262’)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的液压致动器，其中，所述第二管道(26)通过布置成与所述第二管道平行的管道(27)连接至所述腔。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的液压致动器，其中，所述管道的所述第一管状元件通过鹅颈形状的部分连接至所述支撑件(30)。

7.一种用于对可变桨距螺旋桨的桨距进行控制的机构，包括根据权利要求1至6中任一项所述的致动器，所述致动器被刚性连接至所述螺旋桨的定子部分。

8.根据权利要求7所述的机构，其中，被称为低桨距管道的第一管道(25)在桨距设定范围内将流体供给至所述腔(C2)，并且，被称为反向桨距管道的第二管道(216，27)在螺旋桨的推力反向范围内将流体供给至所述腔。

9.根据权利要求7或8所述的机构，其中，另一腔(C1)经由被称为高桨距管道的第三伸缩管道(28)被供给流体，所述第三伸缩管道具有被刚性连接至固定支撑件的第一管状元件(281)以及与所述另一腔(C1)连通的第二管状元件(282)。