CN105711816A - 用于飞行器发动机的推进器叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于飞行器发动机的推进器叶片(1)，该推进器叶片(1)包括：气囊系统，该气囊系统包含在叶片(1)内并且包括至少一个囊(8)和至少一个气体生成器(9)，所述至少一个气体生成器(9)与至少一个囊(8)流体连通以对所述至少一个囊(8)进行充气；用于检测叶片(1)的一部分的破裂的检测系统；用于在由检测系统检测到破裂时激活所述至少一个气体生成器(9)的触发器(10)；以及叶片蒙皮(6)，该叶片蒙皮(6)构造成用于允许所述至少一个囊(8)穿过叶片蒙皮(6)以在所述至少一个囊(8)通过气体生成器(9)充气时在叶片(1)外侧膨胀。

Description

用于飞行器发动机的推进器叶片
技术领域
本发明涉及用于飞行器发动机的推进器叶片并且还涉及用于飞行器的推进器。
本发明的目的是提供下述用于飞行器发动机的推进器叶片，该推进器叶片使在其破裂或完全从其毂释放时对飞行器造成的危害减至最小。
本发明的另一目的是提供下述用于飞行器发动机的推进器叶片，该推进器叶片符合由适航管理局所需的关于叶片冲击的标准和安全要求。
背景技术
以往，已经利用不同材料和结构来制造推进器叶片。这两种构想均已从木质叶片演变至复合材料，同时叶片构型不断复杂化。
如所已知的，叶片安装在推进器上，其中，叶片靠近飞行器结构、用于飞行器正确操作的重要系统并且还靠近相对的推进器而定位。推进器发动机中的叶片除了叶片的折衷位置之外未由整流罩或机舱覆盖。两种情况——即处于对于飞行器正常操作而言的潜在风险位置中以及未被保护——意味着适航当局最近已经考虑到了叶片冲击。
叶片可以部分地或完全地破裂或从推进器毂全部地释放。在几乎所有的这些情形下，这由于冲击而导致飞行器结构和/或其系统的严重损坏，并且导致随之发生的由于破裂的或释放的叶片引起的发动机的不平衡情况。
因此，适航当局已经要求飞行器制造商和发动机供应商考虑由于叶片释放引起的冲击情境，以便能够承受该冲击，特别是在飞行器航行时。因而，由于释放而带来的灾难性后果的风险必须被减至最小。
因此，理想的是提供下述技术手段，该技术手段符合适航性要求以确保叶片已经部分地或完全地释放的飞行器的连续安全飞行和着陆。
发明内容
本发明通过提供一种用于飞行器发动机的推进器叶片来克服上述缺陷，其中，该推进器叶片使在叶片冲击情形下对飞行器造成的损坏减至最小。
本发明的一方面涉及用于飞行器发动机的推进器叶片，该叶片包括位于一端处的根部、位于叶片的另一端处的稍部、以及位于相反两侧处并且在根部与稍部之间延伸的前缘和后缘，其中，所述叶片被蒙皮覆盖并且包括位于所述叶片内部的环形翼梁。根据本发明，叶片还包括气囊系统、检测系统、触发器以及叶片蒙皮构型，该叶片蒙皮构型用于允许至少一个囊穿过叶片蒙皮构型。气囊系统包含在叶片内并且包括至少一个囊和至少一个气体生成器，其中，所述至少一个气体生成器与至少一个囊流体连通以对所述至少一个囊进行充气。检测系统适于检测叶片的一部分的断裂。触发器适于在由检测系统检测到断裂时激活至少一个气体生成器。叶片蒙皮构造成用于允许所述至少一个囊穿过叶片蒙皮以在所述至少一个囊通过气体生成器而充气时在叶片外侧膨胀。
本发明提供了一种气囊系统，该气囊系统集成在叶片内用于使在所述叶片部分地或完全地释放时对飞行器造成的损坏减至最小。除了气囊系统之外，本发明的叶片构造成用于使囊在叶片外侧达到完全打开状态并且设置有用于在部分叶片释放的情形下或完全叶片释放的情形下实现有效检测的器件。
优选地，通过在叶片蒙皮中设置至少一个易断线以允许囊穿过叶片蒙皮，本发明的叶片实现了囊穿过叶片蒙皮。因而，易断线确保囊的完全打开状态。另外，易断线提供了最可能的断裂线，并且由此提供了用于囊输出和定位的受控路径。这样，本发明使得能够保护叶片的所选择区域，而所选择区域将优选地对应于叶片的与冲击情境相关的更关键区域。所述关键区域是涉及作用于飞行器机身的冲击的最可能区域。主要关键区域对应于叶片的稍部、前缘和后缘。由此，叶片的主锐利元件可以由一个或若干个囊覆盖。
另外，充气的囊用作能量吸收器，从而减小可能传递至飞行器结构的能量的量。因而，囊在冲击中用作缓冲器，从而有助于使冲击情境的危害减至最小。
此外，囊在其充气时用作空气动力学制动器，以实现减速。囊充气增大了由叶片承受的阻力，从而减小冲击速率并且因此减小冲击能量。
另外，本发明的叶片包括用于在破裂被检测到时激活囊的充气的装置。为此，叶片包括用于检测一部分叶片或整个叶片的断裂的检测系统、以及用于在破裂被检测到时激活气体生成器的触发器。这样，检测由适当的叶片执行，从而在需要的情况下触发囊的膨胀。因而，本发明实现了用于飞行器的推进器的专用并且成本有效的解决方案，因为仅需替换受损的叶片。
本发明通过在叶片中部署解决方案而提供了一体的并且紧凑的解决方案。因而，本发明避免了在叶片安装至飞行器的推进器上时对叶片周围结构中的任意结构执行任意修改。因此，本发明优选地与常规飞行器设计相结合。这使叶片的安装容易并且限制了本发明涉及的成本。
进一步地，本发明提供了在叶片释放情形下的快速响应。因而，本发明实现了在叶片冲击飞行器之前对飞行器的保护，由此使由叶片释放引起的损坏减至最小。
附图说明
为了更好地理解本发明，出于示例性和非限制性的目的提供以下附图，其中：
图1示出了根据本发明的实施方式的叶片的示意图。
图2示出了根据本发明的另一实施方式的叶片的示意图。
图3示出了图2的实施方式的示意图，其中，囊完全膨胀。
图4示出了根据本发明的另一实施方式的叶片的示意图。
图5a至5e示出了包含在图4中示出的叶片中的囊的膨胀的不同阶段。
图6示出了包括至少两个根据本发明的叶片的飞行器的推进器的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的叶片1的示意性立体图。通常，叶片1包括两个端部(即根部2和稍部3)以及在所述两个端部之间延伸的两个相对的边缘(即前缘4和后缘5)。而且，叶片1由蒙皮6覆盖并且包括位于叶片1内的环形翼梁7，所述翼梁7是叶片1的结构部件并且在所述翼梁7内填充有泡沫。另外，本发明的叶片1包括气囊系统、至少一个易断线11、检测系统以及触发器10，所述至少一个易断线11位于叶片1的蒙皮6上以允许气囊系统在叶片外侧膨胀。
如所示出的，气囊系统集成在叶片1内并且包括至少一个囊8以及用于所述至少一个囊8的充气的至少一个气体生成器9。检测系统与触发器10通信以对检测产生响应，其中，触发器10进而与至少一个气体生成器9通信以执行囊8的充气。
图1中示出的实施方式的气囊系统包括一个气体生成器9和一个囊8。气体生成器9与囊8流体连通以实现囊8的充气。该流体连通可以借助于管17提供。
根据优选实施方式，气体生成器9安置于翼梁7内。因而，本发明利用了翼梁7的构型，这是因为将气体生成器9定位于翼梁7内避免了为气体生成器9的位置提供空间的需要。
如图1所示并且根据另一优选实施方式，囊8包含在叶片1的稍部3内。因而，在发生叶片释放的情况下，稍部3将被囊8覆盖和保护。
为了允许囊8的充气和在叶片1外侧的完全扩大，稍部3可以在其叶片蒙皮6处设置有易断线11以允许叶片蒙皮6破裂。替代性地，稍部3可以以可分离的方式安装在叶片1中，其中，围绕稍部3的相对于叶片1的剩余部分的安装/拆卸表面设置有易断线11。在此情形下，还提供了用于囊8的出口，因为囊8将在稍部3分离时穿过开口离开稍部3。
另外，图1示出了根据另一优选实施方式的检测系统。所述检测系统包括电气封闭回路12，该电气封闭回路12沿叶片跨度的一部分、优选地沿叶片的整个跨度延伸。在此实施方式中，触发器10电连接至封闭回路12以在回路12开通时激活气体生成器9。此系统允许检测完全叶片释放和部分叶片释放，只要回路12延伸达到释放区域即可。
根据另一优选实施方式，气体生成器9安置成与叶片1的根部2相距为叶片跨度的至少四分之三的距离。因而，气体生成器9安置成与靠近根部2相比更靠近稍部3，这是因为在大多数情况下，叶片1的分离部分是稍部3。同时，此定位利用了通过使用叶片的最宽部段来定位气体生成器9的优点。
图2示出了叶片1的示意性立体图，该叶片1包括具有三个囊8和两个气体生成器9的气囊系统。根据另一优选实施方式，囊8中的一个囊8沿叶片1的前缘4安置于翼梁7外侧，其中，所述前缘4包括一个易断线11。
如图3所示，将囊8定位在前缘4处允许在检测系统检测到叶片1的至少一部分的破裂的情况下覆盖此缘。因而，很大程度上减小了由于前缘4对飞行器的冲击而引起的潜在损坏。
此外，根据另一优选实施方式，图2中描绘的囊8中的两个囊8沿叶片1的后缘5安置于翼梁7外侧，其中，所述后缘5包括一个易断线11。
同样，如图3所示，将囊8定位在后缘5处允许在检测系统检测到叶片破裂的情况下覆盖此缘。这样，很大程度上减小了由于后缘5对飞行器的冲击引起的潜在损坏。
在这两种情况下，在前缘4和后缘5处分别设置有易断线11以允许对应的囊8穿过叶片蒙皮6，从而在囊8通过气体生成器9充气时囊8在叶片1外侧完全膨胀。
如图2所示，叶片1可以设置有两个气体生成器9。可以使用多个气体生成器9来在同样设置有多个囊8的情况下对不同囊进行充气，或出于冗余的目的在气体生成器9出故障的情况下确保囊8的充气。
将气体生成器9安置于翼梁7内以及将囊8在翼梁7外侧安置于前缘4处或后缘5处，这需要在翼梁7的结构中设置开口18以实现囊8的充气。在此情形下，根据另一优选实施方式，叶片1包括管17，该管17穿过翼梁7用于允许至少一个气体生成器9与至少一个囊8之间的流体连通。相对于图1中描绘的实施方式，应当指出的是通过将囊8安置于叶片1的稍部3处避开了开口18，因为如图1所示，管17沿翼梁7延伸直到达到囊8为止。
此外，图2示出了根据另一优选实施方式的检测系统。所述检测系统包括至少一个加速度计13，所述至少一个加速度计13定位在叶片1的一部分中以用于检测叶片1的所述一部分的加速度的数据。另外，触发器10与所述至少一个加速度计13通信以在加速度数据超过阈值时激活气体生成器9。这样，触发器10能够监测由加速度计13感测到的加速度数据并且根据预定的阈值激活气体生成器9。完全或部分叶片释放检测将受到加速度计13定位以及阈值设定的影响。优选地，加速度计13将沿叶片蒙皮6分散地定位。而且，阈值允许提供检测的不同程度公差。
根据另一优选实施方式，气体生成器9安置成与叶片1的根部2相距为叶片跨度的至少四分之三的距离。因而，气体生成器9安置成与靠近根部2相比更靠近稍部3，这是因为在大多数情况下，叶片1的分离部分是稍部3。同时，此定位利用了通过使用叶片的最宽部段来定位气体生成器9的优点。
图4示出了另一优选实施方式，在此优选实施方式中，气体生成器9被安置成与靠近根部2相比更靠近稍部3，优选地安置成与叶片1的根部2相距为至少四分之三的距离。将气体生成器9安置于稍部3附近允许本发明保护大多数的叶片释放情形。而且，在此实施方式中，囊8安置成以便围绕叶片1的分离部分的外侧表面膨胀，并且囊8的长度允许在囊8完全膨胀时完全覆盖叶片1的分离部分的外侧表面。
图5a和5b示出了根据图4中示出的实施方式的囊8的展开，而图5c(或5d)和5e示出了两种不同类型的展开的囊。图5c和5d分别示出了一个优选囊构型的截面图和立体图，并且图5e示出了另一优选囊构型的截面图。优选地，囊8是足够长的以完全覆盖叶片1的外侧表面。
优选地，如图5c和5d所示，囊8在膨胀时是筒形形状的，并且该筒的内径大于叶片1的最宽部段。优选地，囊8是足够长的以完全覆盖叶片1的外侧表面，优选地，所述囊8突出超越叶片1的稍部3。这样，囊8以简单且有效的方式实现了对叶片1的稍部3的保护。
如图5e所示，根据另一优选实施方式，囊8包括第一部分和第二部分，该第一部分呈筒形形状用以容纳叶片1的被分离部分，该第二部分具有能够呈叶片1的外侧表面的形式的形状比如瓣状，从而覆盖叶片1的稍部3。
根据另一优选实施方式，易断线11包括叶片蒙皮6厚度的减小部。替代性地，易断线11包括设置在叶片蒙皮6中的多个钻孔。
根据另一优选实施方式，叶片蒙皮6由复合材料制成。
图6示出了根据本发明的另一方面的推进器14。推进器14包括至少两个如上所述的推进器叶片1。
就推进器而言并且具体地就用于驱动叶片的至少一个轴15而言，可以为本发明的叶片1设置另一检测系统。因而，根据另一优选实施方式，每个叶片1的检测系统包括安置于轴15上的用于检测叶片重量的至少一个测力传感器16，并且其中，每个叶片1的触发器10与所述至少一个测力传感器16通信，以在对应的叶片1的重量数据超过阈值时激活叶片1的气体生成器9。在此实施方式中，触发器10构造成使由测力传感器16感测到的对应于叶片1的重量数据电动化并且在所感测的数据超过阈值时激活气体生成器9。此实施方式更适于完全叶片释放检测，然而，可以通过提供具有低公差阈值的灵敏检测或能够测量重量的较小变化的精确测力传感器来检测部分叶片释放。

Claims (15)

1.一种用于飞行器发动机的推进器的叶片(1)，所述叶片(1)包括位于一端处的根部(2)、位于所述叶片(1)的另一端处的稍部(3)、以及位于相反两侧处并且在所述根部(2)与所述稍部(3)之间延伸的前缘(4)和后缘(5)，所述叶片(1)由蒙皮(6)覆盖并且包括位于所述叶片(1)内部中的环形翼梁(7)，其特征在于，所述叶片(1)还包括：
-气囊系统，所述气囊系统包含在所述叶片(1)内，并且包括至少一个囊(8)以及与所述至少一个囊(8)流体连通以对所述至少一个囊(8)进行充气的至少一个气体生成器(9)；
-检测系统，所述检测系统用于检测所述叶片(1)的一部分的破裂；
-触发器(10)，所述触发器(10)用于在由所述检测系统检测到破裂时激活所述至少一个气体生成器(9)；以及
-叶片蒙皮(6)，所述叶片蒙皮(6)构造成用于允许所述至少一个囊(8)穿过所述叶片蒙皮(6)以在所述至少一个囊(8)通过所述气体生成器(9)充气时在所述叶片(1)的外侧膨胀。
2.根据权利要求1所述的推进器的叶片(1)，其中，所述叶片(1)包括位于所述叶片蒙皮(6)中的至少一个易断线(11)，以允许所述囊(8)穿过所述叶片蒙皮(6)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述气体生成器(9)安置在所述翼梁(7)内。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述囊(8)包含在所述叶片(1)的所述稍部(3)内。
5.根据权利要求4所述的推进器的叶片(1)，其中，所述稍部(3)包括易断线(11)。
6.根据权利要求4所述的推进器的叶片(1)，其中，所述稍部(3)以可分离的方式安装在所述叶片(1)中。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述囊(8)沿着所述叶片(1)的所述前缘(4)安置在所述翼梁(7)的外侧，所述前缘(4)包括一个易断线(11)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述囊(8)沿着所述叶片(1)的所述后缘(5)安置在所述翼梁(7)的外侧，所述后缘(5)包括一个易断线(11)。
9.根据权利要求3和7或8所述的推进器的叶片(1)，其中，所述叶片(1)包括管(17)，所述管(17)穿过所述翼梁(7)用于允许所述至少一个气体生成器(9)与所述至少一个囊(8)之间的流体连通。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述囊(8)在膨胀时成形为筒，并且其中，所述筒的内径大于所述叶片(1)的最宽部段。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述气体生成器(9)安置成与所述叶片(1)的所述根部(2)相距为所述叶片的跨度的至少四分之三的距离。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述检测系统包括沿所述叶片的跨度的一部分延伸的电气闭合回路(12)，并且所述触发器(10)电连接至所述电气闭合回路(12)以在所述电气闭合回路(12)开通时激活所述气体生成器(9)。
13.根据权利要求1至11中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述检测系统包括至少一个加速度计(13)，所述至少一个加速度计(13)定位在所述叶片(1)的一部分中，用于检测所述叶片(1)的所述一部分的加速度数据，并且所述触发器(10)与所述至少一个加速度计(13)通信以在所述加速度数据超过阈值时激活所述气体生成器(9)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述易断线(11)包括所述叶片蒙皮(6)的厚度的减小部分，或所述易断线(11)包括设置在所述叶片蒙皮(6)中的多个钻孔。
15.一种用于飞行器的推进器(14)，所述推进器(14)包括至少两个根据权利要求1至11和14中的任一项所述的推进器的叶片(1)，其中，所述推进器(14)包括用于驱动所述叶片(1)的轴(15)，其中，每个叶片(1)的所述检测系统包括安置在所述轴(15)上的用于检测叶片重量的至少一个测力传感器(16)，并且其中，每个叶片(1)的所述触发器(10)与所述至少一个测力传感器(16)通信以在所述叶片(1)的重量数据超过阈值时激活相应叶片(1)的所述气体生成器(9)。
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