CN108775262A - 一种冲压空气涡轮变桨机构 - Google Patents

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肖云峰
冯凯山
孟波
吕涛
张志莲
聂帅
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Beijing Institute of Petrochemical Technology
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D41/00—Power installations for auxiliary purposes
    • B64D41/007—Ram air turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D19/00—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith

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Abstract

本发明公开了一种冲压空气涡轮变桨机构，设于冲压空气涡轮的外壳内，并通过叶片连接轴与叶片连接，包括横向固定于外壳内的前部和后部的齿轮条架板和膨胀节次挡板，齿轮条架板与膨胀节次挡板之间设有膨胀节挡板，齿轮条架板与膨胀节挡板之间安装有齿轮条，膨胀节挡板与膨胀节次挡板之间设有膨胀节；齿轮条与固定在叶片连接轴内端的齿轮啮合。可使冲压空气涡轮叶片工作时始终保持最佳攻角，工作结束后可自动顺桨。安装简单紧凑，工作稳定，寿命长且维护方便，降低了冲压空气涡轮的占用体积和维护成本，为航空领域应急动力系统设计提供相应的参考。

Description

一种冲压空气涡轮变桨机构
技术领域
本发明涉及一种冲压空气涡轮，尤其涉及一种冲压空气涡轮变桨机构。
背景技术
冲压空气涡轮(Ram Air Turbine，后文简称RAT)是飞机的应急动力系统以及液压系统的重要设备。当飞机主发动机停车，辅助动力系统(APU)失灵时，RAT系统是最后的应急手段。此时，飞机的应急动力系统给出故障信号，冲压空气涡轮开始进行工作。RAT在正常情况下收在飞机机身的内侧、机翼的内部或起落架的舱门中。工作时，冲压空气涡轮经自动或手动弹出，通过飞行时的来流气流吹动前端叶片并带动发动机或小型液压机工作，为飞机提供紧急电力供应或者液压供应。
变桨机构是冲压空气涡轮最为重要的一部分，是整个部件的核心，冲压空气涡轮工作时需面对来流气流，而来流的不稳定变化容易使冲压空气涡轮无法达到最佳工作状态，并造成冲压空气涡轮的设备效率降低；面对来流气流，冲压空气涡轮叶片的攻角需随着气流的变化而变化，不断调整最佳攻角，才能使冲压空气涡轮的风能利用率达到最大。
现有技术中还没有一种能满足上述要求的可自动变桨的变桨机构。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲压空气涡轮变桨机构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的冲压空气涡轮变桨机构，变桨机构设于冲压空气涡轮的外壳内，并通过叶片连接轴与外壳外的叶片连接，变桨机构包括横向固定于外壳内的前部和后部的齿轮条架板和膨胀节次挡板，齿轮条架板与膨胀节次挡板之间设有膨胀节挡板，齿轮条架板与膨胀节挡板之间安装有齿轮条，膨胀节挡板与膨胀节次挡板之间设有膨胀节；齿轮条与固定在叶片连接轴内端的齿轮啮合。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的冲压空气涡轮变桨机构，可通过自动变桨实现最佳攻角变化，使冲压空气涡轮在面对来流气流时，叶片的攻角可随着气流的变化而变化，不断调整最佳攻角，使冲压空气涡轮的风能利用率达到最大，叶片受到的损伤最小。同时，在非工作状态或失速状态下，叶片通过该变桨机构可以进行自动顺桨，保证了整个冲压空气涡轮的稳定性。该机构安装简单紧凑且维护方便，降低了冲压空气涡轮的占用体积和维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的冲压空气涡轮变桨机构主视结构示意图。
图2为本发明实施例提供的冲压空气涡轮变桨机构左视结构示意图。
图3为本发明实施例提供的冲压空气涡轮变桨机构俯视结构示意图。
图4、图5、图6、图7、图8分别为本发明实施例不同角度的结构示意图。
图中：
1.外壳，2.轴，3.齿轮条架板，4.齿轮条，5.叶片连接轴，6.叶片，7.膨胀节挡板，8.膨胀节，9.膨胀节次挡板，10.轴承，11.齿轮。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的冲压空气涡轮变桨机构，其较佳的具体实施方式是：
变桨机构设于冲压空气涡轮的外壳内，并通过叶片连接轴与外壳外的叶片连接，所述变桨机构包括横向固定于外壳内的前部和后部的齿轮条架板和膨胀节次挡板，所述齿轮条架板与膨胀节次挡板之间设有膨胀节挡板，所述齿轮条架板与膨胀节挡板之间安装有齿轮条，所述膨胀节挡板与膨胀节次挡板之间设有膨胀节；
所述齿轮条与固定在所述叶片连接轴内端的齿轮啮合。
所述推动齿轮条的下端与所述膨胀节挡板固定连接，上端与所述齿轮条架板活动连接。
所述叶片连接轴与齿轮之间通过键连接，所述叶片连接轴与外壳之间设有轴承，所述叶片与叶片连接轴之间通过螺纹连接。
所述外壳外部造型为流线型结构，所述外壳的轴心部位设有轴，所述轴贯穿所述齿轮条架板、膨胀节挡板、膨胀节和膨胀节次挡板，且轴顶端的螺纹与外壳内部的内螺纹配合。
本发明的冲压空气涡轮变桨机构，可通过自动变桨实现最佳攻角变化，通过自身的装置设计，使冲压空气涡轮在面对来流气流时，叶片的攻角可随着气流的变化而变化，不断调整最佳攻角，使冲压空气涡轮的风能利用率达到最大，叶片受到的损伤最小。同时，在非工作状态或失速状态下，叶片通过该变桨机构可以进行自动顺桨，保证了整个冲压空气涡轮的稳定性。该机构安装简单紧凑且维护方便，降低了冲压空气涡轮的占用体积和维护成本，为航空领域应急动力系统设计提供相应的参考。
本发明的原理是：
冲压空气涡轮弹出时，空气来流掠过叶片，冲压空气涡轮开始旋转，并开始工作。不同风速下叶片的最佳攻角不同。随着风速的变化，冲压空气涡轮内部的膨胀节通过膨胀节弹力抵消部分叶片所受气流的力。具体情况是：当气流掠过叶片时，由于叶片的气动设计，存在一个指向上叶面的合力，其合力分为阻力与升力。产生的阻力由叶片连接轴与外壳之间的作用力抵消，由于升力的存在，叶片顶端相对于外壳进行切向运动，通过叶片连接轴带动冲压空气涡轮旋转做功。合力对其它点存在扭转力矩，该扭转力矩通过叶片根部与叶片旋向相反的螺纹抵消，叶片连接轴及连接轴键带动齿轮转动，齿轮转动推动齿轮条移动。由于两个叶片周向对称，相同风向下旋转方向相反，因此两根齿轮条齿轮面朝向相反安装，保证两根齿轮条移动方向相同。当两根齿轮条运动时带动膨胀节挡板拉伸或挤压膨胀节，此时叶片攻角由于膨胀节的力可以在在不同风速下始终保持最佳攻角，风能利用最大化。停止工作时，膨胀节恢复原来的形状，使叶片顺桨。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)传递动力大，寿命长，工作平稳，可靠性高、性能良好；
(2)变桨结构简单，工作稳定，安装方便，维修成本低；
(3)整机设计紧凑占用体积小。
具体实施例：
如图1至图8所示，包括外壳1、叶片部分和变桨机构部分，变桨机构部分安装在外壳1内，所述外壳1设有与叶片连接轴5、叶片6、轴承相连接的凹槽和圆孔，外壳1内部有与齿轮条架板3、膨胀节挡板7外径相同的槽，顶部内有内螺纹孔，造型为流线型整体设计，叶片部分包括叶片6、叶片连接轴5、键、轴承10，其中叶片在外壳1外侧，键嵌入叶片连接轴5键槽内，叶片连接轴5通过外壳圆孔，与外壳1外的叶片6进行螺纹连接。变桨机构部分为：齿轮条架板3置于外壳1内，抵住所述外壳1最内侧槽，齿轮条4通过螺纹配合安装在膨胀节次挡板9处，膨胀节次挡板9与膨胀节挡板7通过板上凹槽固定膨胀节8，并通过膨胀节8连接。齿轮条4-膨胀节次挡板9-膨胀节-膨胀节挡板7连接体通过齿轮条4对准与齿轮11相对应位置，同时膨胀节挡板7抵住相应的外壳内槽。轴2贯穿膨胀节次挡板9、膨胀节挡板7、齿轮条架板1，且轴顶端的螺纹与外壳内部的内螺纹配合。叶片部分通过外壳1固定，变桨机构可直接置于外壳1内。键嵌入叶片连接轴5后，依次套入齿轮11和轴承10，从外壳1内侧将叶片连接轴5内螺纹段通过外壳1的圆孔，叶片6外螺纹段在外壳1外侧与叶片连接轴5进行螺纹连接。齿轮条架板3在叶片部分安装前，置于外壳1最内侧槽处并调整孔的位置(与之后的齿轮条位置相对应)。叶片部分安装完后，两根齿轮条4外螺纹段与膨胀节挡板内螺纹段螺纹配合，将两根齿轮条4齿轮面调整至合适(位置相对且刚好可以与各自对应的齿轮11进行齿轮配合)，膨胀节挡板7，膨胀节8与膨胀节次挡板9膨胀节连接，且膨胀节次挡板9抵住外壳1的相应槽处，轴2贯穿膨胀节挡板2、膨胀节挡板1、齿轮条架板1，且轴顶端的螺纹与外壳内部的内螺纹配合。两叶片6转动时，通过叶片连接轴5和键带动齿轮11转动。齿轮11转动时，推动齿轮条4和膨胀节挡板7移动，此时，膨胀节挡板7拉伸或压缩膨胀节8。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种冲压空气涡轮变桨机构，变桨机构设于冲压空气涡轮的外壳(1)内，并通过叶片连接轴(5)与外壳外的叶片(6)连接，其特征在于：
所述变桨机构包括横向固定于外壳(1)内的前部和后部的齿轮条架板(3)和膨胀节次挡板(9)，所述齿轮条架板(3)与膨胀节次挡板(9)之间设有膨胀节挡板(7)，所述齿轮条架板(3)与膨胀节挡板(7)之间安装有齿轮条(4)，所述膨胀节挡板(7)与膨胀节次挡板(9)之间设有膨胀节(8)；
所述齿轮条(4)与固定在所述叶片连接轴(5)内端的齿轮(11)啮合。
2.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮变桨机构，其特征在于，所述推动齿轮条(4)的下端与所述膨胀节挡板(7)固定连接，上端与所述齿轮条架板(3)活动连接。
3.根据权利要求2所述的冲压空气涡轮变桨机构，其特征在于，所述叶片连接轴(5)与齿轮(11)之间通过键连接，所述叶片连接轴(5)与外壳(1)之间设有轴承(10)，所述叶片(6)与叶片连接轴(5)之间通过螺纹连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的冲压空气涡轮变桨机构，其特征在于，所述外壳(1)外部造型为流线型结构，所述外壳(1)的轴心部位设有轴(2)，所述轴(2)贯穿所述齿轮条架板(3)、膨胀节挡板(7)、膨胀节(8)和膨胀节次挡板(9)，且轴(2)顶端的螺纹与外壳内部的内螺纹配合。
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