CN109236739B - 航空器燃气涡轮发动机可变风扇叶片机构 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种变距风扇组件，包括变距风扇叶片，所述变距风扇叶片环绕发动机中心轴线，所述发动机中心轴线连接到以所述发动机中心轴线为中心的驱动轴。每个叶片是能够绕平行于中心轴线的俯仰轴枢转的，并且具有连接到所述叶片的叶片转动杆。一个或多个线性致动器不可旋转地安装成平行于发动机中心轴线并且可操作地连接到风扇叶片以使风扇叶片枢转并且通过推力轴承连接到星形环以在所述风扇叶片旋转的同时传递致动器的不可旋转致动器杆的轴向位移。星形臂从星形环向叶片根部延伸并且每个星形臂连接到所述转动杆中的一个转动杆。本申请还提供一种航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机。

Description

航空器燃气涡轮发动机可变风扇叶片机构
技术领域
本发明涉及一种具有变距风扇叶片的航空器燃气涡轮发动机，且更具体地，涉及用于改变风扇叶片的间距的风扇叶片和机构。
背景技术
提供变距风扇叶片和机构来改变风扇叶片的间距在航空器燃气涡轮发动机领域中是已知的。发动机可以是管道式的或非管道式的。变距风扇叶片通过设置各种飞行条件下叶片的最佳角度来提高发动机的整体性能。非常期望有用于改变风扇叶片的间距的轻型、简单、有效且可靠的变距风扇叶片系统和机构。
发明内容
一种变距风扇组件包括：多个变距风扇叶片，所述多个变距风扇叶片环绕发动机中心轴线并且连接到以所述发动机中心轴线为中心的驱动轴，这些变距风扇叶片中的每个变距风扇叶片是能够绕垂直于或正交于所述中心轴线的俯仰轴枢转或旋转的，并且具有与之相连的叶片转动杆；一个或多个线性致动器，所述一个或多个线性致动器不可旋转地安装成平行于所述发动机中心轴线并且可操作地连接到这些风扇叶片以使这些风扇叶片绕对应的俯仰轴枢转或旋转，这些致动器通过推力轴承连接到星形环以便在这些风扇叶片正在旋转的同时传递这些致动器的不可旋转致动器杆的轴向位移；以及星形臂，这些星形臂从所述星形环向这些叶片根部延伸，并且这些星形臂中的每个星形臂连接到这些转动杆中的一个转动杆。
这些转动杆中的每个转动杆可以通过销和槽连接并凸轮连接到这些星形臂中的一个对应星形臂并且可以正交于或垂直于所述发动机中心轴线和对应的俯仰轴。这些转动杆中的每个转动杆可以包括连接槽、对应的星形臂、连接销，以及所述连接销穿过所述连接槽布置。所述连接槽可以是成角度的或弯曲的以使所述转动杆凸轮连接于所述星形臂。
这些转动杆可以在叶片基部或平台附近连接到这些风扇叶片。这些转动杆可以与这些风扇叶片的叶片根部连为一体或构成整体，其中这些转动杆远离这些风扇叶片的翼型件的压力侧或吸力侧延伸。所述一个或多个线性致动器可以连接到不可旋转风扇结构如风扇毂框架。
一种航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机可以结合有所述变距风扇组件，所述包括航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机包括：在下游串流连通且环绕发动机中心轴线布置的风扇、低压压缩机或增压机、以及高压压缩机。
所述风扇包括环绕所述发动机中心轴线的多个变距风扇叶片，这些变距风扇叶片连接到以所述发动机中心轴线为中心的驱动轴，这些变距风扇叶片中的每个变距风扇叶片是能够绕垂直于或正交于所述中心轴线的俯仰轴枢转或旋转的，并且具有与之相连的叶片转动杆，一个或多个线性致动器不可旋转地安装成平行于所述发动机中心轴线并且可操作地连接到这些风扇叶片以使这些风扇叶片绕对应的俯仰轴枢转或旋转，这些致动器通过推力轴承连接到星形环以便在这些风扇叶片旋转的同时传递这些致动器的不可旋转致动器杆的轴向位移，并且星形臂从所述星形环向这些叶片根部延伸并且这些星形臂中的每个星形臂连接到这些转动杆中的一个转动杆。这些致动器可以位于所述发动机的转子中并且位于所述增压机的径向内侧。
技术方案1.一种变距风扇组件，包括：
多个变距风扇叶片，所述多个变距风扇叶片环绕发动机中心轴线，
所述变距风扇叶片连接到以所述发动机中心轴线为中心的驱动轴，
每个所述变距风扇叶片绕垂直于或正交于所述中心轴线的俯仰轴枢转或旋转，且具有与之相连的叶片转动杆；
一个或多个线性致动器，所述一个或多个线性致动器不可旋转地安装成平行于所述发动机中心轴线且可操作地连接到所述风扇叶片以使所述风扇叶片绕相应的俯仰轴枢转或旋转，
所述致动器通过推力轴承连接到星形环以在所述风扇叶片旋转的同时传递所述致动器的不可旋转致动器杆的轴向位移；以及
星形臂，所述星形臂从所述星形环向叶片根部延伸，且每个所述星形臂连接到所述转动杆中的一个转动杆。
技术方案2.根据技术方案1所述的组件，进一步包括：每个所述转动杆通过销和槽连接以及凸轮连接到所述星形臂中相应的一个星形臂。
技术方案3.根据技术方案2所述的组件，进一步包括：每个所述转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
技术方案4.根据技术方案2所述的组件，进一步包括：
每个所述转动杆包括连接槽，
所述星形臂中相应的一个星形臂包括连接销，且
所述连接销穿过所述连接槽布置。
技术方案5.根据技术方案4所述的组件，进一步包括：所述连接槽是成角度的或弯曲的以使所述转动杆凸轮连接于所述星形臂。
技术方案6.根据技术方案5所述的组件，进一步包括：每个所述转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
技术方案7.根据技术方案1所述的组件，进一步包括：所述转动杆在叶片基部或平台附近连接到所述风扇叶片。
技术方案8.根据技术方案7所述的组件，进一步包括：所述转动杆与所述风扇叶片的叶片根部连为一体且构成整体，且所述转动杆远离所述风扇叶片的翼型件的压力侧或吸力侧延伸。
技术方案9.根据技术方案8所述的组件，进一步包括：所述一个或多个线性致动器连接到不可旋转风扇结构件。
技术方案10.根据技术方案9所述的组件，进一步包括：所述不可旋转风扇结构件是风扇毂框架。
技术方案11.根据技术方案9所述的组件，进一步包括：每个所述转动杆通过销和槽连接以及凸轮连接到所述星形臂中相应的一个星形臂。
技术方案12.根据技术方案11所述的组件，进一步包括：每个所述转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
技术方案13.根据技术方案11所述的组件，进一步包括：
每个所述转动杆包括连接槽，所述连接槽是成角度的或弯曲的以使所述转动杆凸轮连接于所述星形臂，
所述星形臂中相应的一个星形臂包括连接销，且
所述连接销穿过所述连接槽布置。
技术方案14.一种航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机，包括：
在下游串流连通且环绕发动机中心轴线布置的风扇、低压压缩机或增压机、高压压缩机，，
所述风扇包括环绕所述发动机中心轴线的多个变距风扇叶片，
所述变距风扇叶片连接到以所述发动机中心轴线为中心的驱动轴，
每个所述变距风扇叶片绕垂直于或正交于所述中心轴线的俯仰轴枢转或旋转，且具有与之相连的叶片转动杆；
一个或多个线性致动器，所述一个或多个线性致动器不可旋转地安装成平行于所述发动机中心轴线且可操作地连接到所述风扇叶片以使所述风扇叶片绕相应的俯仰轴枢转或旋转，
所述致动器通过推力轴承连接到星形环以在所述风扇叶片旋转的同时传递所述致动器的不可旋转致动器杆的轴向位移；以及
星形臂，所述星形臂从所述星形环向叶片根部延伸，且每个所述星形臂连接到所述转动杆中的一个转动杆。
技术方案15.根据技术方案14所述的发动机，进一步包括：所述致动器位于所述发动机的转子中且位于所述增压机的径向内侧。
技术方案16.根据技术方案15所述的发动机，进一步包括：每个所述转动杆通过销和槽连接以及凸轮连接到所述星形臂中相应的一个星形臂，且每个所述转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
技术方案17.根据技术方案16所述的发动机，进一步包括：
每个所述转动杆包括连接槽，
所述星形臂中相应的一个星形臂包括连接销，
所述连接销穿过所述连接槽布置，且
所述连接槽是成角度的或弯曲的以使所述转动杆凸轮连接于所述星形臂。
技术方案18.根据技术方案17所述的发动机，进一步包括：所述转动杆在叶片基部或平台附近连接到所述风扇叶片。
技术方案19.根据技术方案18所述的发动机，进一步包括：所述转动杆与所述风扇叶片的叶片根部连为一体且构成整体。
技术方案20.根据技术方案19所述的发动机，进一步包括：所述转动杆远离所述风扇叶片的翼型件的压力侧或吸力侧延伸。
附图说明
本发明的上述方法和其它特征在结合附图作出的以下说明中进行解释，在附图中：
图1是具有变距风扇叶片及其变距机构的航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机的示例性实施例的纵向的部分截面视图。
图2是沿图1中的2-2的叶片的放大的部分截面视图。
图3是图1示出的叶片的后部前视图。
图4是图3示出的叶片的侧视图。
具体实施方式
图1所示出的是环绕发动机中心轴线12并被适合地设计成被安装到航空器的机翼或机身上的示例性航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机10。发动机10包括在下游串流连通的风扇14、低压压缩机或增压机16、高压压缩机18、燃烧室20、高压涡轮机(HPT)22、以及低压涡轮机(LPT)24。核心发动机25包括被高压驱动轴23传动地连接到高压压缩机18和燃烧室20的HPT或高压涡轮机22。LPT或低压涡轮机24被低压驱动轴26传动地连接到风扇14和增压机16。
风扇14可由低压驱动轴26绕发动机中心轴线12旋转。风扇14是如图1所示出的具有连接到盘62并从所述盘径向向外延伸的多个变距风扇叶片60的变距风扇38。每个风扇叶片60是绕垂直于或正交于中心轴线12的俯仰轴P可枢转或可旋转的。间距致动机构66可操作用于一致地改变风扇叶片60的间距。
参考图1到图4，每个风扇叶片60包括从叶片基部或平台202径向向外延伸到翼型件尖端203的翼型件200。翼型件200包括从前缘LE向下游延伸到每个翼型件200的后缘TE的压力侧205和吸力侧207。叶片根部204从叶片基部或平台202径向向内延伸。风扇叶片销或轴206从叶片根部204径向向内延伸、可旋转地安装在盘62中并且以俯仰轴P为中心且环绕所述俯仰轴。叶片转动杆210在叶片基部或平台202附近连接到风扇叶片60。转动杆210可以联接到叶片根部204或是与所述叶片根部连为一体且构成整体，并且远离翼型件200的压力侧205或吸力侧207延伸。
参考图1，星形连杆212包括具有推力传递星形臂216的星形环214，其中推力传递星形臂216布置在星形环214周围并且远离所述星形环朝向叶片根部204和转动杆210延伸。星形臂216与风扇叶片60之间存在一对一的数字关系。星形环214连接到间距致动机构66的一个或多个线性致动器70。线性致动器70可以是液压致动器或电动致动器、不可旋转地安装成平行于发动机中心轴线12并且接地或连接到不可旋转风扇结构如风扇毂框架56。致动器70通过推力轴承80被连接到星形环214，所述星形环使致动器70的不可旋转致动器杆220的轴向位移能够在风扇叶片60正在旋转的同时传递。致动器70的优选数量为四。每个推力轴承80的内座圈222联接到星形环214。致动器70位于发动机10的转子73中并且位于增压机16的径向内侧。
图2示出了转动杆210是如何通过销和槽224连接并凸轮连接到星形臂216的。转动杆210可以包括连接槽228，并且星形臂216可以包括穿过连接槽228布置的连接销226。槽可以是成角度的或弯曲的以提供转动杆210与星形臂216的凸轮连接。转动杆210正交于或垂直于发动机中心轴线12和俯仰轴P。参考图1，在风扇叶片60正在旋转的同时致动器杆220的轴向移动被传递到星形臂216的端部，其中，星形臂216的端部连接到转动杆210，转动杆210被推动且使风扇叶片60旋转到期望的间距角度或位置。风扇叶片60的位置或间距可以相对于沿轴向平移的致动器杆220的长度来限定。
在典型操作中，空气27由风扇14加压并且产生通过增压机16输送的内部或核心气流15，所述增压机对核心气流15进一步加压。核心气流15的加压空气接着流入对空气进一步加压的高压压缩机18。加压空气与燃烧室20中的燃料混合以生成热的燃烧气体28，这些热的燃烧气体进而向下游流经HPT 22和LPT 24。发动机轴承(未示出)可旋转地支撑高压压缩机18和HPT 22并且可旋转地支撑风扇14和LPT 24。
恰好在风扇14后面围绕增压机16的分流器34包括尖锐的前缘32，所述尖锐的前缘将风扇14加压的风扇空气27分成通过增压机16输送的径向内流(核心气流15)以及通过与增压机16径向向外地间隔开的旁通管道36而被输送到旁通流动路径35中的径向外流或旁通气流17。围绕风扇14和旁通管道36的风扇外壳30由环绕发动机中心轴线12的环形风扇框架33来支撑。风扇毂框架56是风扇框架33的一部分或连接到所述风扇框架。
增压机16包括叶片和叶轮的交替的环形排37，42，环形排37，42在增压机管道40中跨增压机流动路径39径向向外和向内延伸增压机。增压机叶片的环形排37适合地连接到低压驱动轴26。增压机16位于风扇框架33前方并且位于分流器34的径向内侧。风扇框架33包括环形外部框架外壳54、风扇毂框架56、以及在所述环形外部框架外壳与所述风扇毂框架之间延伸的多个周向间隔开的管道支柱58。管道支柱58呈翼型状。
已经以说明性的方式描述了本发明。应理解，已使用的术语旨在本质上说明性词语而非限制性词语。尽管本说明书已经描述了被视为本发明的优选和示例性实施例的内容，但是对于本领域的技术人员而言，根据本说明书中的教导，本发明的其它修改应该是显而易见的，并且因此期望使如落入本发明的真实精神和范围内的所有这种修改在所附权利要求书中得到保护。

Claims (18)

1.一种变距风扇组件，包括：
多个变距风扇叶片，所述多个变距风扇叶片环绕发动机中心轴线，
所述变距风扇叶片连接到以所述发动机中心轴线为中心的驱动轴，
每个所述变距风扇叶片绕垂直于或正交于所述发动机中心轴线的俯仰轴枢转或旋转，且具有与之相连的叶片转动杆；
一个或多个线性致动器，所述一个或多个线性致动器不可旋转地安装成平行于所述发动机中心轴线且可操作地连接到所述变距风扇叶片以使所述变距风扇叶片绕相应的俯仰轴枢转或旋转，
所述线性致动器通过推力轴承连接到星形环以在所述变距风扇叶片旋转的同时传递所述线性致动器的不可旋转致动器杆的轴向位移；以及
星形臂，所述星形臂从所述星形环向叶片根部延伸，且每个所述星形臂连接到所述叶片转动杆中的一个叶片转动杆；
其中，每个所述叶片转动杆通过连接销和连接槽连接以及凸轮连接到所述星形臂中相应的一个星形臂。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，进一步包括：每个所述叶片转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，进一步包括：
每个所述叶片转动杆包括连接槽，
所述星形臂中相应的一个星形臂包括连接销，且
所述连接销穿过所述连接槽布置。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，进一步包括：所述连接槽是成角度的或弯曲的以使所述叶片转动杆凸轮连接于所述星形臂。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，进一步包括：每个所述叶片转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，进一步包括：所述叶片转动杆在叶片基部附近连接到所述变距风扇叶片。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，进一步包括：所述叶片转动杆与所述变距风扇叶片的叶片根部连为一体且构成整体，且所述叶片转动杆远离所述变距风扇叶片的翼型件的压力侧或吸力侧延伸。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，进一步包括：所述一个或多个线性致动器连接到不可旋转风扇结构件。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，进一步包括：所述不可旋转风扇结构件是风扇毂框架。
10.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，进一步包括：每个所述叶片转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
11.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，进一步包括：
每个所述叶片转动杆包括连接槽，所述连接槽是成角度的或弯曲的以使所述叶片转动杆凸轮连接于所述星形臂，
所述星形臂中相应的一个星形臂包括连接销，且
所述连接销穿过所述连接槽布置。
12.一种航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机，包括：
在下游串流连通且环绕发动机中心轴线布置的风扇、增压机和高压压缩机，
所述风扇包括环绕所述发动机中心轴线的多个变距风扇叶片，
所述变距风扇叶片连接到以所述发动机中心轴线为中心的驱动轴，
每个所述变距风扇叶片绕垂直于或正交于所述发动机中心轴线的俯仰轴枢转或旋转，且具有与之相连的叶片转动杆；
一个或多个线性致动器，所述一个或多个线性致动器不可旋转地安装成平行于所述发动机中心轴线且可操作地连接到所述变距风扇叶片以使所述变距风扇叶片绕相应的俯仰轴枢转或旋转，
所述线性致动器通过推力轴承连接到星形环以在所述变距风扇叶片旋转的同时传递所述线性致动器的不可旋转致动器杆的轴向位移；以及
星形臂，所述星形臂从所述星形环向叶片根部延伸，且每个所述星形臂连接到所述叶片转动杆中的一个叶片转动杆；
其中，每个所述叶片转动杆通过连接销和连接槽连接以及凸轮连接到所述星形臂中相应的一个星形臂。
13.根据权利要求12所述的发动机，其特征在于，进一步包括：所述线性致动器位于所述发动机的转子中且位于所述增压机的径向内侧。
14.根据权利要求13所述的发动机，其特征在于，进一步包括：每个所述叶片转动杆正交于或垂直于所述发动机中心轴线和相应的俯仰轴。
15.根据权利要求14所述的发动机，其特征在于，进一步包括：
每个所述叶片转动杆包括连接槽，
所述星形臂中相应的一个星形臂包括连接销，
所述连接销穿过所述连接槽布置，且
所述连接槽是成角度的或弯曲的以使所述叶片转动杆凸轮连接于所述星形臂。
16.根据权利要求15所述的发动机，其特征在于，进一步包括：所述叶片转动杆在叶片基部附近连接到所述变距风扇叶片。
17.根据权利要求16所述的发动机，其特征在于，进一步包括：所述叶片转动杆与所述变距风扇叶片的叶片根部连为一体且构成整体。
18.根据权利要求17所述的发动机，其特征在于，进一步包括：所述叶片转动杆远离所述变距风扇叶片的翼型件的压力侧或吸力侧延伸。
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