CN109562840A - 飞机的推进装置，例如涡轮螺旋桨发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种推进装置(1)，其包括扭矩发生器(2)，所述扭矩发生器(2)经由一动力传输齿轮箱(4)驱动一输出轴(3)，该输出轴(3)可旋转地连接到一推进器(5)，所述动力传输齿轮箱(4)利用一悬挂设备(8,14,15)连接到一框架(7)，所述悬挂设备包括液压扭矩恢复设备，所述液压扭矩恢复设备至少包括相互分隔开的第一液压系统(15)和第二液压系统(15)，每个液压系统(15)均包括一压力室，在该压力室中的体积根据该动力传输齿轮箱(4)的壳体(9)相对于框架(7)的位置而变化，液压系统(15)的压力室通过一毛细管相连，使得液压流体能够通过该毛细管从一个压力室流到另一个压力室。

Description

飞机的推进装置，例如涡轮螺旋桨发动机

技术领域

本发明涉及一种飞机的推进装置，例如涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

推进装置通常包括扭矩发生器，该扭矩发生器驱动输出轴，该输出轴通过动力传动箱可旋转地连接到推进器。

在涡轮螺旋桨发动机或活塞发动机的情况下，扭矩发生器例如是涡轮机，螺旋桨通常是具有叶片的螺旋桨，所述叶片配备或不配有叶片定时设备，以调节叶片的角位置。

扭矩发生器通过例如由隔离器形成的柔性的连接件固定到框架或支架上。框架使推进系统从飞机结构例如悬挂在连接到机身的一机翼或一挂架上。

动力传动装置，也称为PGB(动力齿轮箱)，是设计用于降低扭矩发生器轴的旋转速度的齿轮箱，以便驱动配备有推进器的输出轴。

动力传动装置具有壳体和例如行星齿轮箱，该行星齿轮箱包括行星齿轮箱旋转行星，所述行星齿轮箱旋转卫星安装在卫星架上，并在行星齿轮箱的齿圈内旋转。所述壳体通过例如由隔离器形成的柔性的连接件安装在框架上。

隔离器使用于隔离操作过程中所产生的振动，以减少噪音或疲劳现象。

为了确保推进系统的调节，有必要考虑传递到驱动该推进器，即螺旋桨，的输出轴的扭矩。

为此，当前使用的方法在于测量轴的扭转，所述轴连接扭矩发生器的输出和动力传动箱的输入，所述轴将被称为中间轴，以精确地估计由发生器产生的和在输出轴处通过PGB传输的扭矩。

该方法具有以下缺点。

扭矩传感器必须结合在中间轴上，使得其必须延伸，这造成空间限制，并且需要推进系统的总体结构的适应。而且，这种测量仅使在动力传输的输入处，而不是在调节所需的输出处，的扭矩被测量。因此有必要计算推进器上可用的扭矩。这两个扭矩并不相同，因为由于动力传动的静态行为和动态行为而存在损失，特别是由于动力传递的操作过程中的摩擦、温度、油循环或各种部件的机械弯曲，这些损失是很难估计的。由于安装在动力传动箱上的附件消耗的功率也会造成损失，如果需要可估计这些损失。这些不同的损失可导致在输出轴处产生的扭矩与在中间轴处产生的扭矩之间的关系以非线性方式改变。

另外，中间轴的扭转测量对测量系统的各种元件的结合和组装敏感。在维护操作过程中，通常需要从设备的其余部分移除扭矩发生器。在中间轴上使用复杂的测量系统一方面增加了组件的这种拆卸和重新组装的复杂性和时间，另一方面，需要对传感器进行重新校准，用于每次扭矩发电机的移除操作。

发明内容

本发明更具体地在于为这些问题提供简单、有效和成本有效的解决方案。

为此，其提出了一种用于飞机的推进装置，例如涡轮螺旋桨发动机，其具有经由动力传动箱驱动输出轴的扭矩发生器，输出轴可旋转地连接到螺旋桨，所述动力传动箱经由一悬挂设备固定在一框架上，所述悬挂设备具有液压扭矩恢复设备，该液压扭矩恢复设备至少包括相互间隔开的第一液压系统和第二液压系统，每个液压系统均具有压力室，该压力室的体积相对于框架根据动力传动装置壳体的位置而变化，液压系统的压力室通过毛细管连接，使得液压流体能够通过毛细管从一个压力室流到另一个压力室，其特征在于，它包括用于在至少一个压力室和/或毛细管内测量液压流体的压力的设备和用于具体地根据液压流体的压力确定通过输出轴传递道螺旋桨的扭矩的设备。

显示压力室和毛细管中的液压流体的压力是由动力传输壳体施加在装置的框架或支架上的扭矩的一阶函数。该扭矩代表待确定的扭矩，即在输出轴处产生的扭矩，它被称为输出扭矩。因此，在输出扭矩的计算中不再考虑在动力传动箱的操作过程中产生的上述损失。

在动力传动箱包括行星齿轮箱的情况下，在所述行星齿轮箱中，行星齿轮与安装在卫星架上的卫星啮合并在齿圈内旋转，所测量的扭矩等于动力传递箱传递到推进系统的框架或托架的扭矩。根据由动力传动箱和扭矩发生器形成的子组件连接到框架的方式，测量的扭矩-其等于由动力传递箱传递到框架的扭矩-对应于待确定的输出扭矩，或者等于待确定的输出扭矩的已知或可确定的分数(例如80％)，原因如下所述。

因此，本发明使得可以使用低复杂性测量设备来提高测量的可靠性，所述测量设备可以容易地集成到支撑扭矩发生器和动力传动箱的推进系统的现有结构中，而不必增加中间轴的长度。当在维护操作过程中移除扭矩发生器或PGB时，这种测量设备也不需要重新校准。

液压流体例如是油。

液压流体压力测量设备可包括相对压力传感器或绝对压力传感器。

如果压力传感器是相对类型的，则将测量的压力与参考压力进行比较，参考压力可以例如是推进系统外部的空气压力。

如果使实际压力可直接测量，则绝对压力传感器更昂贵并且需要更多维护。

另一方面，相对压力传感器更便宜且更可靠，但不使实际液压流体压力可直接测量。这种传感器使将液压流体的压力可与参考压力进行比较。例如，如果使用推进系统外部的空气压力，则应例如根据高度和/或温度考虑该外部压力的变化。然而，由于各种参数已经由发动机控制系统测量，因此这种改变实现起来并不复杂。优选参考压力是在推进系统的操作循环过程中一不改变的压力。

一个或多个压力传感器可位于测量室和/或毛细管中的不同位置。优选是，仅使用一个传感器来限制成本。

悬挂设备可包括至少一个安装在框架与动力传动装置的壳体之间的隔离器。

该隔离器例如由弹性体类型的弹性体材料制成的部件形成。

在这种情况下，将测量传感器放置在连接压力室的毛细管上以不改变隔离器的结构可似乎更容易。

每个液压系统均可以具有连接到框架的汽缸和活塞，活塞可移动地安装在汽缸中并且与汽缸一起限定压力室，活塞连接到动力传动装置的壳体。

由于其较小的横截面，毛细管使流体可在两个汽缸之间流动，用于低速流体流，即用于由发动机扭矩变化产生的低频旋转，通常在0Hz与10Hz之间。在该操作模式中，两个压力室相对并且抵消PGB的旋转，压力室中的反作用压力与PGB的旋转成比例地增加。隔离器不会干扰悬架系统。超过上述频率，毛细管被阻塞，液压系统打开，压力室中的流体的可压缩性被添加到隔离器的刚度。于是，由于在由PGB和框架的振动产生的其低频分量和和更高频的动态分量中的PGB壳体施加的扭矩，每个气缸中的压力均包括一静态值，受流体的可压缩性和隔离器的动态刚度影响。因此，压力室和毛细管的形状和尺寸相应地根据待检测的瞬态事件的类型被改变。

两个压力室可位于沿出口轴线延伸的中间轴向的平面的任一侧。

确定传递到螺旋桨的扭矩的设备能够考虑环境的参数或推进系统的操作，例如装置外部的空气的温度和/或压力、高度、飞行参数、液压油的温度等。

于是，计算设备可以使用这些输入参数来调整输出扭矩的确定。

毛细管和/或压力室可以设计成抵抗扭矩振荡，频率高达5Hz，优选高达10Hz。

超过此极限频率，压力测量不受振动影响。因此，特别是在飞行中，支撑推进系统的框架受到弯矩的影响，使得框架以高于10Hz的频率振动。例如，这些振动由隔离器阻尼，并且不影响液压流体的静压测量的质量。

该装置可包括液压流体温度传感器，所述液压流体温度传感器连接到例如上述压力传感器，用于确定通过输出轴传递到螺旋桨的扭矩的设备能够考虑液压流体的压力和温度。

本发明还涉及一种用于确定传递到上述类型的推进器装置的输出轴的扭矩的工艺，其特征在于，它包括以下步骤：

(a)测量压力室和/或毛细管中液压流体的压力，

(b)具体是根据液压流体的压力，通过计算确定通过输出轴传递到螺旋桨的扭矩。

当在空转模式下启动装置和/或运行装置时，可以测量液压流体压力，以便限定在步骤(b)中考虑的参考值，以计算通过输出轴传输到推进器的扭矩。

当启动推进系统和/或以空转模式运行其时，螺旋桨叶片可以定位在对应于所称的顺桨位置的失速角，以便最小化或甚至抵消由涡轮喷气发动机施加的推力。在空转模式的这种启动或操作过程中，由装置施加的推力因此是零或至少不足以移动飞机。

在该操作模式中执行的压力测量提供了用于在漂移的情况下调整所有测量值的一参考值。

另外，动力传动箱和扭矩发生器的悬架可以在至少两个轴向间隔的区域或框架中进行，分别是位于推进器附近的前框架和当扭矩发生器是涡轮机时位于例如低压涡轮机的后框架。通常，产生的扭矩在前框架处约为80％，在后部框架处约为20％。换句话说，由动力传递壳体施加在框架上，特别是施加在前框架上的反作用力矩对应于在本例中的在输出轴处产生的扭矩的大约80％。通过前框架的扭矩与通过后框架的扭矩的比率可以根据发动机操作模式和发动机结构而变化。

因此，为了使用液压流体压力测量通过计算来确定输出扭矩，考虑悬架设备所在的不同区域之间的力的分布也是适当的。

这样的分布可以在测试台上测量，因为这样的操作目前已经进行并且不需要任何额外的成本。由此获得的校准曲线特别取决于框架的刚度和隔离器的刚度。该校准曲线不取决于扭矩发生器本身，因此在维护操作过程中如果更换或移除扭矩发生器，则不需要重新校准。

然而，这种校准操作必须在全部或部分悬挂设备发生变化的情况下进行，例如，在这种情况下，由于其他原因将执行该校准操作。

在校准过程中建立的参数必须传输到ECU，该ECU通常与扭矩发生器相关联。

推进装置可包括至少一个具有存储器的芯片，例如RFID芯片，其中，在扭矩发生器改变或维护的情况下，存储校准参数，用于结合到与新的扭矩发生器相关联的ECU中。

在需要更换扭矩发生器的维护操作的情况下，必须将各种校准参数结合到与新扭矩发生器相关联的ECU中。使用这种芯片使这一步更容易。

芯片可以固定在框架或液压系统上。

附图说明

在阅读通过非限制性示例给出的以下描述同时参考附图，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将显而易见，其中：

-图1和图2是根据本发明的一个实施例的用于飞机的推进装置的前视示意图，

-图3是推进装置的一部分的从前面的示意图。

具体实施方式

图1至图3示出了根据本发明的一个实施例的用于飞机的推进装置1。

用于飞机的该推进装置1具有扭矩发生器2，所述扭矩发生器2经由动力传递齿轮箱4驱动输出轴3，该输出轴3可旋转地连接到螺旋桨5。

扭矩发生器2在这里是涡轮机，螺旋桨5是包含叶片6的螺旋桨，所述叶片6配备有叶片调节设备，使叶片6的角位置可围绕垂直于输出轴线3的它们的轴线进行调节。

扭矩发生器2通过隔离器8固定到框架或支架7上，更具体说固定到框架7的所称的后框架7a上。框架7使推进系统1可从飞机结构悬挂在例如连接到机身(未示出)的机翼或挂架上。

动力齿轮箱(PGB)4是设计为用于降低扭矩发生器轴2的旋转速度，以驱动配备有推进器5的输出轴3的齿轮箱。

动力齿轮箱4具有壳体9和行星齿轮箱，该行星齿轮箱包含与卫星12啮合的行星齿轮10和齿圈11(图2)。输出轴3可旋转地固定到卫星架13，该卫星架承载轴线，行星12围绕所述轴线可枢转地安装。壳体9经由隔离器14和液压系统15安装在框架或支架7的所称的前框架7b上。

所述隔离器8,14使得可以避免或限制在操作过程中产生的振动的传递，尤其是减少噪声或疲劳现象。

这里的隔离器8，14是由弹性体材料制成的弹性螺柱，形成减震器。

例如，有三个隔离器14安装在前框架7b上，并分别放置在9点钟、12点钟和3点钟的区域，类似于时钟的表盘。换句话说，第一隔离器14a(图3)放置在穿过输出轴3的轴向中间平面P上，第二隔离器14b和第三隔离器14c对称地放置在所述中间平面P的任一侧上，如图3中所示的那样。

液压系统15，数量为两个，并位于例如3点钟和9点钟的区域中，每个液压系统均具有一汽缸16，活塞17可移动地安装在该汽缸16中，汽缸和活塞限定压力室18a，18b。

每个汽缸16均连接到框架7或分别连接到动力变速箱4的框架9，每个活塞17均连接到动力齿轮箱4的框架9或者分别连接到框架7。

压力室18a，18b通过毛细管19连接，并且填充有液压流体，使得当动力齿轮箱4的壳体9相对于框架7移动时(特别是当围绕出口轴线旋转时)，液压流体流动通过毛细管19以连通器的方式从一个压力室18a流到另一个压力室18b。因此，两个室18a，18b相对，并且所述室18a，18b的体积同时变化，液压流体相对于框架7围绕动力齿轮箱4的壳体9的出口轴线反向旋转。

液压流体例如是油。

压力室18a、压力室18b和/或毛细管19配备有能够分别测量液压流体的压力和温度的至少一个压力传感器20和/或至少一个温度传感器21。

压力传感器20是绝对型传感器或相对型传感器，参考压力例如是推进装置1外部的空气压力。

优选地，仅压力室18a，18b中的一个配备有压力传感器20和温度传感器21，它们组合在一起作为单个的测量模块。

如前所指示的那样，压力室18a，18b和毛细管19中的液压流体的压力是由动力齿轮箱4的壳体9施加在装置1的框架或支架7上的扭矩的一阶函数。该扭矩表示待确定的输出扭矩，即在输出轴3处产生的扭矩。

因此，可以使用算法通过计算来确定来自液压流体压力测量的输出扭矩。

通过算法还可以考虑其他参数，特别是环境的参数或推进装置的操作，例如装置外部的空气的温度和/或压力、高度或飞行参数。

隔离器8,14将吸收扭矩振荡或高频振动，例如大于10Hz，液压系统15将对抗低频扭矩振荡，例如在0和10Hz之间，以避免弹性螺柱上的过度静态应力。因此，压力测量反映输出轴3处的“静态”扭矩值，但也适用于测量由瞬态事件产生的扭矩峰值，前提是这些峰值的带宽与压力室18a，18b和毛细管19的带宽兼容。因此，毛细管19的压力室18a，18b的形状和尺寸根据待检测的瞬态事件的类型相应地改变。

推进装置1可包括至少一个具有存储器的芯片22(图1)，例如RFID芯片，校准参数储存在该芯片中，用于在所述扭矩发生器2的变化或维护的情况下，结合到与一新的扭矩发生器2相关联的ECU中。例如，芯片22连接到动力齿轮箱4的壳体9。

如上所述，在需要改变扭矩发生器2的维护操作的情况下，必须将不同的校准参数结合到与一新的扭矩发生器2相关联的ECU中。使用这种芯片22使该步骤更容易。

在操作过程中，必须调节扭矩发生器。为此，它配备了通常称为EEC(电子发动机控制)的车载计算机。

这种调节的一个重要元素是输出扭矩的计算，即输出轴3处产生的扭矩的计算。

为此，如上所述，使用液压流体的温度和压力测量值以及上述环境参数或推进系统的操作。如上所述，在测试过程中获得的校准曲线还用于确定通过液压缸15和前框架7b的所述输出扭矩的百分比或分数。

这样，本发明提出一种方法和一种推进装置1，使从螺旋桨5处产生的扭矩可有效地调节扭矩发生器。

Claims (9)

1.一种用于飞机的推进装置(1)，例如涡轮螺旋桨发动机，包括扭矩发生器(2)，所述扭矩发生器(2)经由一动力齿轮箱(4)驱动输出轴(3)，所述输出轴(3)可旋转地连接到一螺旋桨(5)，所述动力齿轮箱(4)通过悬挂设备(8,14,15)固定在一框架(7)上，所述悬挂设备包括液压扭矩恢复设备，所述液压扭矩恢复设备至少包括相互间隔开的第一液压系统(15)和第二液压系统(15)，每个液压系统(15)均包括压力室(18a，18b)，所述压力室(18a，18b)的体积根据所述动力齿轮箱(4)的壳体(9)相对于所述框架(7)的位置而变化，所述液压系统(15)的压力室(18a，18b)由一毛细管(19)相连，使得一液压流体能够经由所述毛细管(19)从一个压力室(18a)流到另一个压力室(18b)，其特征在于，它包括一用于测量在所述压力室(18a，18b)的至少一个内和/或在所述毛细管(19)内的液压流体的压力的设备(20)和用于确定，特别是根据所述液压流体的压力来确定通过所述输出轴(3)传递到所述推进器(5)的所述扭矩的设备。

2.根据权利要求1所述的推进装置(1)，其特征在于，所述悬挂设备包括至少一个隔离器(14)，所述隔离器(14)安装在所述框架(7)与所述动力齿轮箱(4)的壳体(9)之间。

3.根据权利要求1或2所述的推进装置(1)，其特征在于，每个液压系统(15)均包括汽缸(16)和活塞(17)，所述汽缸(16)连接到所述框架(7)，所述活塞(17)可移动地安装在所述汽缸(16)中，并与所述气缸(16)限定所述压力室(18a，18b)，所述活塞(17)连接到所述动力齿轮箱(4)的壳体(9)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的推进装置(1)，其特征在于，所述两个压力室(18a，18b)位于沿着所述出口轴线(3)延伸的中间轴向平面(P)的任何一侧上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的推进装置(1)，其特征在于，用于确定传递到所述螺旋桨(5)的所述扭矩的设备能够考虑所述推进装置(1)的环境的或操作的参数，例如，在所述装置(1)外部的空气的温度和/或压力、高度、飞行参数和液压流体温度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的推进装置(1)，其特征在于，所述毛细管(19)和/或所述压力室(18a，18b)设计为测量扭矩振荡，所述扭矩振荡的频率高达至少5Hz，优选高达10Hz。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的推进装置(1)，其特征在于，所述推进装置包括至少一个芯片(22)，所述芯片包括存储器，例如RFID芯片，在所述芯片中存储校准参数，用于在所述扭矩发生器(2)的变化或维护的情况下，结合到与一新的扭矩发生器(2)相关联的所述ECU中。

8.一种用于确定传递到根据权利要求1至7中任一项所述的推进装置(1)的输出轴的扭矩的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)测量压力室(18a，18b)和/或毛细管(19)中的液压流体的压力，

(b)通过计算，特别是根据所述液压流体的压力，通过计算来确定通过所述输出轴(3)传递到所述螺旋桨(5)的扭矩。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当启动所述装置(1)时和/或当在一空转模式下操作所述装置(1)时，测量所述液压流体的压力，以限定在步骤(b)中所考虑的参考值，从而计算通过所述输出轴(3)传递到所述推进器(5)的扭矩。