CN110967137B - 扭矩测量系统 - Google Patents

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Abstract

大体提供用于扭矩测量的系统。该系统包括设置在轴承组件的外轴承座圈和静态结构之间的传感器。传感器沿推力加载方向邻近外轴承座圈设置。该系统还包括转子组件和控制器，转子组件可旋转地联接到轴承组件，控制器可通信地联接到传感器。控制器构造为存储并执行操作。该操作包括至少基于来自转子组件的轴向推力负载确定来自转子组件的扭矩测量值。

Description

扭矩测量系统
技术领域
本主题大体涉及用于测量涡轮机处的扭矩的系统。
背景技术
涡轮机(诸如涡轮轴或涡轮螺旋桨燃气涡轮发动机)通常需要扭矩测量系统来检测轴扭矩，例如向控制系统提供反馈以用于操作涡轮机和输出轴扭矩。已知的扭矩测量系统通常直接在轴(例如静态参考轴)处测量和量化扭转扭曲。除了设置在轴处的传感器和用于容纳附加轴和传感器的物理空间之外，这种已知的系统和方法通常需要附加的硬件，例如在其处测量扭转扭曲的参考扭矩轴。这样的系统可能相对复杂并且可能增加涡轮机或周围设备的重量，从而降低效率，可靠性或准确性。
因此，需要一种相对更简单，重量更轻，更精确且更可靠的扭矩测量系统。
因此，需要一种相对更简单，重量更轻的系统，用于测量涡轮机的推力轴承组件处的扭矩。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
本公开的一方面涉及一种用于扭矩测量的系统。该系统包括设置在轴承组件的外轴承座圈和静态结构之间的传感器。传感器沿推力加载方向与外轴承座圈相邻设置。该系统还包括转子组件和控制器，转子组件可旋转地联接到轴承组件，控制器可通信地联接到传感器。控制器构造为执行操作。该操作包括至少基于来自转子组件的轴向推力负载确定来自转子组件的扭矩测量值。
在各种实施例中，操作还包括测量来自转子组件的轴向推力负载。在一个实施例中，测量来自转子组件的轴向推力负载还包括响应于向其施加扭矩而测量在转子组件处由齿轮啮合部产生的轴向推力负载。
在一个实施例中，至少基于轴向推力负载确定来自转子组件的扭矩测量值还至少基于在转子组件处经由齿轮啮合部产生的轴向推力负载。
在另一个实施例中，传感器限定邻近外轴承座圈和静态结构设置的基本上柱形的几何形状。
在又一个实施例中，传感器沿前向推力加载方向与外轴承座圈相邻设置。
在又一个实施例中，传感器沿反向推力加载方向与外轴承座圈相邻设置。
在又一个实施例中，传感器包括载荷传感器，应变计，压电材料或其组合。
在一个实施例中，传感器沿推力加载方向设置在静态结构和外轴承座圈之间。
在另一个实施例中，该系统设置在飞行器的主传动装置处。
在又一个实施例中，该系统设置在飞行器的齿轮组件处。
在各种实施例中，该系统设置在涡轮机的风扇组件处。在一个实施例中，风扇组件包括变距机构，系统可操作地联接在该变距机构处。
在又一个实施例中，转子组件包括轴和输入组件，轴限定径向延伸部分，齿轮啮合部限定在该径向延伸部分处，输入组件在齿轮啮合部处联接到轴。径向延伸部分包括从动齿轮，从动齿轮在输入组件处与驱动齿轮结构啮合。
本公开的另一方面涉及一种发动机，发动机包括轴承组件，转子组件和控制器。轴承组件包括联接到静态结构的外轴承座圈。轴承组件还包括传感器，该传感器沿推力加载方向邻近外轴承座圈设置。传感器构造成确定来自发动机的扭矩测量值。转子组件经由内轴承座圈和滚动轴承元件可旋转地联接到轴承组件。控制器可通信地联接到传感器。控制器构造成执行操作，其中操作包括至少基于来自转子组件的轴向推力负载确定来自转子组件的扭矩测量值。
在各种实施例中，转子组件包括：轴，其限定径向延伸部分，齿轮啮合部限定在该径向延伸部分处；输入组件，其在齿轮啮合部处联接到轴。径向延伸部分包括从动齿轮，从动齿轮在输入组件处与驱动齿轮结构啮合。在一个实施例中，操作还包括测量来自转子组件的轴向推力负载。在另一个实施例中，测量来自转子组件的轴向推力负载还包括响应于来自输入组件的扭矩的施加，测量在转子组件处由齿轮啮合部产生的轴向推力负载。在又一个实施例中，传感器限定第一传感器，该第一传感器沿前向推力加载方向邻近外轴承座圈设置。在又一个实施例中，轴承组件还包括第二传感器，该第二传感器沿反向推力加载方向邻近外轴承座圈设置。第二传感器构造成确定来自发动机的扭矩测量值。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1是根据本公开的一个方面的飞行器的示例性实施例；
图2是根据本公开的一个方面的包括扭矩测量系统的飞行器的部分的示例性示意实施例；
图3是根据本发明的一个方面的示例性发动机的示意性横截面视图；
图4是根据本公开的一个方面的示例性涡轮机的示意性横截面视图；
图5-7是图1-4的飞行器，发动机或涡轮机的各种实施例的扭矩测量系统的示例性实施例的示意性横截面视图。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
大体提供用于测量轴扭矩的系统的实施例。大体提供的实施例包括涡轮机，该涡轮机包括邻近轴承组件的外轴承座圈设置的基本上柱形的传感器，其中传感器设置在外轴承座圈与传感器和外轴承座圈附接到的静态结构之间。传感器沿着推力加载方向从转子组件相邻设置，转子组件可旋转地联接到轴承组件并由静态结构支撑。
本文大体提供的系统的实施例可以提供相对更简单，重量更轻的系统，用于测量涡轮机处的扭矩。当螺旋或锥齿轮刚性地安装在轴上或者与其整体地制造时，本文大体提供的实施例经由轴处的扭矩和轴向推力之间的直接相关来测量轴扭矩。例如，本文大体提供的实施例可以避免需要扭矩轴和扭矩参考管，每个扭矩轴和扭矩参考管在转子组件内径向延伸。不需要扭矩轴和扭矩参考管可以减小机械传动组件，发动机和飞行器或其他设备的重量和复杂性，从而提高涡轮机和附接其的设备(例如，飞行器)的效率和性能。
图1-2提供了根据本公开的示例性飞行器10的立体图。飞行器10限定了正交坐标系，包括三个正交坐标轴。更具体地，三个正交坐标轴包括侧向(lateral)轴线L，纵向轴线T和竖直轴线V。在操作中，飞行器10可以沿着或围绕侧向轴线L，纵向轴线T和竖直轴线V中的至少一个移动。
在图1所示的实施例中，飞行器10包括机身12和驾驶舱20。在一个实施例中，驾驶舱20可包括总距输入装置(collective pitch input device)22，一个或多个节气门输入装置26和仪表板28。飞行器10还包括主转子组件40和尾转子组件50。主转子组件40包括主转子毂42和多个主转子叶片44。如图所示，每个主转子叶片44从主转子毂42向外延伸。尾转子区段50包括尾转子毂52和多个尾转子叶片54。每个尾转子叶片54从尾转子毂52向外延伸。
另外，飞行器10可包括发动机100以产生和传递动力，以驱动主转子叶片44和尾转子叶片54的旋转。特别地，主转子叶片44的旋转产生用于飞行器10的升力，而尾转子叶片54的旋转在尾转子区段50处产生侧向推力并且抵消由主转子叶片44施加在机身12上的扭矩。
现在参考图1-2，飞行器10还包括主传动装置48，主传动装置48机械地设置在发动机100与主转子组件40以及尾转子组件50之间。主传动装置48通常将发动机100的输出速度降低到更适合于主转子组件40和/或尾转子组件50的操作的速度。主传动装置48还可以将来自发动机100中的一个或多个的动力引导至飞行器10的一个或多个附件。此外，主传动装置48通常可以改变发动机100和主转子组件40之间的旋转轴线。虽然未进一步详细示出，但主传动装置48的各种实施例可包括离合器组件，以选择性地使主转子组件40和/或尾转子组件50与发动机100接合或脱离。此外，主传动装置40包括润滑剂系统，该润滑剂系统向主传动装置48的齿轮，轴承，阻尼器等提供润滑剂，如下面进一步描述的。
应当理解，尽管已经关于飞行器10示出和描述了特定飞行器，但是其他构造和/或飞行器(例如具有补充平移推力系统的高速复合旋翼飞行器，双反转、同轴转子系统飞行器，涡轮螺旋桨飞行器，倾斜转子，倾斜翼飞行器，竖直起飞或短距离起飞或降落飞行器，常规起飞和降落飞行器，固定翼飞行器)以及其他涡轮驱动机器也将受益于本公开。
图3提供了根据本公开的示例性燃气涡轮发动机100的示意性横截面视图。如图3所示，燃气涡轮发动机100限定了延伸通过以用于参考的纵向或中心线轴线102。燃气涡轮发动机100通常可包括基本上管状的外壳体104，其限定环形入口106。外壳体104可以由单个壳体或多个壳体形成。外壳体104以串行流动关系包围高压(HP)或气体发生器压缩机区段110、燃烧区段130、涡轮区段140和排气区段150。气体发生器压缩机区段110包括入口导向轮叶112的环形阵列、压缩机叶片114的一个或多个连续级、可变轮叶116的一个或多个级的一个或多个连续级、一个或多个静止压缩机轮叶的一个或多个连续级和压缩机转子118(例如，包括轴向和/或离心压缩机)。压缩机叶片114，可变轮叶116，静止压缩机轮叶和压缩机转子118共同限定压缩空气路径120。
燃烧区段130包括燃烧室132和延伸到燃烧室132中的一个或多个燃料喷嘴134。燃料喷嘴134供应燃料以与进入燃烧室132的压缩空气混合。此外，燃料和压缩空气的混合物在燃烧室132内燃烧以形成燃烧气体136。如下面将更详细地描述的，燃烧气体136驱动压缩机区段110和涡轮区段140。
涡轮区段140包括高压(HP)或气体发生器涡轮142以及低压(LP)或动力涡轮144。气体发生器涡轮142包括涡轮转子叶片146的一个或多个连续级以及定子轮叶147的一个或多个连续级。同样地，动力涡轮144包括涡轮转子叶片148的一个或多个连续级以及定子轮叶149的一个或多个连续级。如下面将更详细地讨论的，气体发生器涡轮142经由气体发生器轴160驱动气体发生器压缩机区段110，并且动力涡轮144经由LP或动力涡轮轴170驱动输出轴180。
如图3所示的实施例中所示，气体发生器压缩机区段110和气体发生器涡轮142经由气体发生器轴160彼此联接。在操作中，燃烧气体136驱动气体发生器涡轮142和动力涡轮144。当气体发生器涡轮142围绕中心线轴线102旋转时，气体发生器压缩机区段110和气体发生器轴160都围绕中心线轴线102旋转。此外，当动力涡轮144旋转时，动力涡轮轴170旋转并将旋转能量传递到输出轴180。作为示例，发动机100的输出轴180可以旋转飞行器10的主转子叶片44和尾转子叶片54(图1)。
应当理解，尽管飞行器10被描绘为包括一个或多个燃气涡轮发动机100，但是飞行器10通常可以从其他发动机类型(包括但不限于活塞发动机，混合动力发动机或适于将动力传递到主转子组件40，尾转子区段50，齿轮组件46，主传动装置48或飞行器10的其他系统中的一个或多个的其他发动机)接收动力。
现在参考图4，大致提供了可结合本发明的各种实施例的示例性涡轮机500的另一示意性局部横截面侧视图。虽然本文大致描述为涡轮风扇构造，但是本文示出和描述的涡轮机500还可以包括关于图3所示的发动机100示出和描述的部件的组合。涡轮机500的各种实施例可以限定螺旋桨风扇，涡轮螺旋桨或涡轮轴构造，包括但不限于用于固定翼或旋翼飞行器，发电(例如，工业燃气涡轮发动机，辅助动力单元，船用燃气涡轮发动机等)等的发动机。如图4所示，涡轮机500包括发动机100，例如核心发动机或气体发生器，例如关于图3所描述的。另外，涡轮机500可包括螺旋桨或风扇组件514，以及设置在风扇组件514的下游的发动机100。
发动机100通常可包括基本上管状的外壳体104，其限定环形入口106。外壳体104以串行流动关系包围或至少部分地形成：压缩机区段110，其具有增压器或低压(LP)压缩机522，高压(HP)压缩机124或一个或多个中压(IP)压缩机(未示出)，该一个或多个中压(IP)压缩机空气动力学地设置在LP压缩机522和HP压缩机124之间；燃烧区段130；涡轮区段140，其包括高压(HP)涡轮142，低压(LP)涡轮144和/或一个或多个中压(IP)涡轮(未示出)，该一个或多个中压(IP)涡轮空气动力学地设置在HP涡轮142和LP涡轮144之间；喷射排气喷嘴区段150。高压(HP)转子轴160将HP涡轮142驱动地连接到HP压缩机124。低压(LP)转子轴170将LP涡轮144驱动地连接到LP压缩机522。在其他实施例中，IP转子轴170将IP涡轮驱动地连接到IP压缩机(未示出)。LP转子轴170还可以或替代地连接到风扇组件514的螺旋桨，风扇或大致输出轴180。在特定实施例中，例如图4中所示，LP转子轴170可以经由动力或减速齿轮组件46例如以间接驱动或齿轮传动构造连接到输出轴180。
压缩机522,142，涡轮142,144和轴160,170,180的组合各自限定发动机100的转子组件90。例如，在各种实施例中，LP涡轮144，LP轴170，风扇组件514和/或LP压缩机522一起将转子组件90限定为低压(LP)转子组件。转子组件90还可包括经由齿轮组件46联接到风扇组件514和LP轴170的风扇转子180。作为另一个示例，HP涡轮142，HP轴160和HP压缩机124可以一起将转子组件90限定为高压(HP)转子组件。还应当理解，转子组件90可以经由IP压缩机，IP涡轮和空气动力学地设置在LP转子组件和HP转子组件之间的IP轴的组合来限定。
如图4所示，风扇组件514包括多个螺旋桨或风扇叶片542，其联接到输出轴180并从输出轴180径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱544周向地围绕风扇组件514和/或发动机100的至少一部分。本领域普通技术人员应该理解，机舱544可以构造成通过多个周向间隔开的出口导向轮叶或支柱546相对于发动机100被支撑。此外，机舱544的至少一部分可以在发动机100的外部分上延伸，以便在它们之间限定旁路气流通道548。
仍然参考图4，风扇组件514可包括通过螺旋桨或风扇叶片542限定的俯仰轴线(pitch axis)505。风扇组件514可包括变距机构503，其使得叶片542能够相对于俯仰轴线505旋转。在各种实施例中，诸如关于图5-7进一步描述的扭矩测量系统395可包括在风扇组件514处，以便测量螺旋桨或风扇叶片542处的扭矩。测量的扭矩可以在控制器210处使用，例如下面进一步描述的，以为风扇组件514的操作提供输入和响应，并且发动机100向风扇组件514提供动力(例如，经由输出轴180)。
在涡轮机500的操作期间，如图4中共同示出的，由箭头74示意性所示的一定量的空气通过机舱544和/或风扇组件514的相关入口76进入发动机100。当空气74穿过风扇叶片542时，由箭头78示意性所示的一部分空气被引导或导向到旁路气流通道548中，而由箭头80示意性所示的另一部分空气被引导或导向到LP压缩机522中。当空气80流过LP压缩机522和HP压缩机142朝向燃烧区段130时，空气80逐渐被压缩。
仍然参考图4，在燃烧区段130中产生的燃烧气体136流到涡轮区段140的HP涡轮142，因此使HP轴160旋转，从而支持HP压缩机124的操作。如图4所示，然后燃烧气体136被导向至LP涡轮144，因此使LP轴170旋转，从而支持LP压缩机522的操作和输出轴180的旋转。然后燃烧气体136通过发动机100的喷射排气喷嘴区段150排出，以提供推进推力。
参考图3-7，在各种实施例中，转子组件90还包括轴承组件400，轴承组件400使得轴35(例如，轴160,170,180)能够相对于周围的接地或静态结构410(例如，外壳体104)旋转，例如关于图5-7进一步示出和描述的。轴承组件400包括外轴承座圈402，内轴承座圈404和滚动轴承元件403，滚动轴承元件403设置在外轴承座圈402和内轴承座圈404之间。在各种实施例中，外轴承座圈402联接到静态结构410。静态结构410可包括轴承外壳，齿轮组件外壳，螺旋桨齿轮组件外壳或另外合适的静态结构，以支撑转子组件90的旋转。内轴承座圈404联接到转子组件90。滚动轴承元件403可以限定构造成响应沿着推力加载方向405的轴向负载的轴承，例如通常的推力轴承，或者更具体地，滚珠轴承。
现在参考图5-7，大体提供扭矩测量系统395的示例性实施例的示意图。扭矩测量系统395可设置在齿轮组件46，主传动装置48，包括可设置在齿轮组件46处、主传动装置48处的那些的一个或多个轴承组件400处，或联接到一个或多个轴35(例如，LP轴160，HP轴170，输出轴180等)，或飞行器10或发动机1000处的其他合适的机械传动系统。在各种实施例中，轴承组件400包括联接到静态结构410的外轴承座圈402。轴承组件400还包括传感器420，传感器420沿推力加载方向405邻近外轴承座圈402设置。传感器420构造成确定来自发动机100的扭矩测量值。在各种实施例中，传感器420沿推力加载方向405直接联接到外轴承座圈402。传感器402可以进一步或替代地联接到静态结构410，或者更具体地，联接到静态结构410处的套筒411，并且沿着推力加载方向405与外轴承座圈402相邻。
在各种实施例中，转子组件90包括从轴35延伸的径向延伸部分91。齿轮啮合部415限定在转子组件90和输入组件440处。齿轮啮合部415包括花键或其他适当的齿轮几何形状。在各种实施例中，转子组件90处的齿轮啮合部415和输入组件440一起限定螺旋齿轮，正齿轮，锥齿轮或其他适当的几何形状，以传递扭矩和轴向负载，轴向负载与传递到传感器420的扭矩成比例。径向延伸部分91的远端包括从动齿轮92，例如花键或其他适当的齿轮几何形状。在轴35的径向延伸部分91处的从动齿轮92联接到，附接或以其他方式与输入组件440处的驱动齿轮结构414啮合，驱动齿轮结构414例如相应的花键或其他适当的齿轮几何形状。在各种实施例中，输入组件440可包括齿轮组件46，径向或塔轴，主传动装置或其他动力传动装置。
发动机100通常限定轴向负载路径，由线431示意性地示出，该轴向负载路径延伸通过转子组件90，外轴承座圈402和传感器420。发动机100还可以限定扭矩负载路径，由线432示意性地示出，该扭矩负载路径从驱动齿轮结构414延伸通过转子组件90。
在各种实施例中，轴向负载路径431从驱动齿轮结构414延伸通过轴35的径向延伸部分91到轴承组件400(例如，通过内轴承座圈404，滚动轴承元件403和外轴承座圈402)，传感器420，并且通过静态结构410。传感器420从驱动齿轮结构414接收轴向负载，并至少基于所接收的负载确定扭矩测量值。
在一个实施例中，例如关于图5大致描绘的，驱动齿轮结构414可包括从动力涡轮或LP涡轮30(图1)接收动力的齿轮组件46的一部分。
在另一个实施例中，例如关于图6大致描绘的，驱动齿轮结构414可包括联接到两个或更多个驱动齿轮结构414的两个或更多个分离的径向延伸部分91。驱动齿轮结构414和相应的从动齿轮92可以一起限定与啮合齿轮的螺旋角，以便在轴承组件400的滚动轴承元件403处产生净轴向负载。
在另一个实施例中，例如关于图7大致描绘的，发动机100可包括相对于转子组件90至少部分地径向设置的输入组件440。输入组件440包括联接到轴35的径向延伸部分91的驱动齿轮结构414。输入组件440可包括多个轴承组件，其使得能够旋转并传递来自动力源的动力。例如，输入组件440可以从气体发生器，电机或发动机100的另一构造接收动力。转子组件90可以限定用于旋翼飞行器(例如，直升机，倾斜转子飞行器等)的传动装置的一部分。应该理解的是，轴承组件400和转子组件90的各种实施例可以设置成不同于关于图1的发动机100大致示出的示例性实施例的纵向，横向或径向布置。
在各种实施例中，传感器420设置在轴承组件400的外轴承座圈402和静态结构410之间并且沿着推力加载方向405与外轴承座圈402相邻。下面关于图3-7进一步描述的控制器210通信地联接到传感器420以执行操作，以至少基于来自转子组件90的轴向推力负载(即沿着推力加载方向405)确定来自转子组件90的扭矩测量值。
在一个实施例中，控制器210存储用于确定轴处的扭矩(例如，经由扭矩负载路径432表示)的指令或操作，该扭矩与来自输入组件440的轴向推力负载(例如，经由轴向负载路径431表示)成比例。操作还可以包括经由传感器420确定或测量来自转子组件90的轴向推力负载431。确定或测量来自转子组件90的轴向推力负载431可以进一步包括响应于在齿轮啮合部415处对其施加扭矩，确定或测量转子组件90和输入组件440处从齿轮啮合部415产生的轴向推力负载431。在各种实施例中，确定或测量来自转子组件90和输入组件440的扭矩432是至少基于轴向推力负载431并且还至少基于经由齿轮啮合部415产生的轴向推力负载431。
在一个实施例中，传感器420限定了邻近外轴承座圈402和静态结构410设置的基本上柱形的几何形状。在其他各种实施例中，传感器420包括载荷传感器(load cell)和/或应变计。传感器420还可包括与载荷传感器和/或应变计组合的压电材料。压电材料可以响应来自转子组件90的负载。例如，在发动机100操作期间，转子组件90通常将例如基于推力输出或推力输出的变化，沿推力加载方向405从转子组件90轴向移动和加载到轴承组件400上。在一个实施例中，传感器420沿前向推力加载方向(例如，沿方向406)邻近外轴承座圈402设置。在另一个实施例中，传感器420(例如，第二传感器422)可以沿反向推力加载方向(例如，沿方向407)邻近外轴承座圈402设置。
例如，在发动机100的前向推力加载操作期间，转子组件90可以经由朝向传感器420和静态结构410加载的外轴承座圈402将基本上轴向的负载施加到传感器420上(例如，沿方向406)。在另一示例性实施例中，发动机100和轴承组件400可包括第二传感器422，第二传感器422邻近外轴承座圈402设置成与传感器420相对。例如，传感器420可以构造成确定来自转子组件90的前向推力负载(即，对应于方向406的负载)，并且第二传感器422可以构造成确定来自转子组件90的反向推力负载(即，对应于方向407的负载)。沿着方向407的反向推力负载可以对应于转子组件90和轴承组件400处的发动机100的推力交叉(例如，对应于转子速度从减小到增加的变化，或者转子速度从增加到减小的变化的推力负载)。
包括在传感器420处的压电材料的各种实施例可包括压电晶体，压电陶瓷或压电聚合物。在其它各种实施例中，传感器420可包括硅酸镓镧，正磷酸镓，铌酸锂(lithiumniobate)，钽酸锂(lithium tantalite)，钛酸钡，钛酸铅，锆酸铅，锆钛酸铅，铌酸钾，钨酸钠，Ba2NaNb5O5，Pb2KNb5O15，氧化锌，聚氟乙烯，聚偏二氟乙烯，多孔聚丙烯，氟乙烯丙烯，聚四氟乙烯，多孔环烯烃，多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯，或其组合，或其它适当的压电材料。
返回参考图3-4，结合图5-7，发动机100包括的控制器210可以对应于任何合适的基于处理器的装置，包括一个或多个计算装置。例如，图3-4示出了可以包括在控制器210内的合适的部件的一个实施例。如图3-4所示，控制器210可以包括处理器212和相关联的存储器214，其被构造为执行各种计算机实施的功能。在各种实施例中，控制器210可构造成至少基于来自转子组件90的轴向推力负载(例如，沿推力加载方向405)确定来自转子组件90的扭矩测量值。
如本文所使用的，术语“处理器”不仅指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，还指控制器，微控制器，微计算机，可编程逻辑控制器(PLC)，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)和其他可编程电路。另外，存储器214通常可包括存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))，计算机可读非易失性介质(例如，闪存)，光盘-只读存储器(CD-ROM)，磁光盘(MOD)，数字通用盘(DVD)和/或其他合适的存储器元件或其组合。在各种实施例中，控制器210可以限定全权限数字发动机控制器(FADEC)，螺旋桨控制单元(PCU)，发动机控制单元(ECU)或电子发动机控制(EEC)中的一个或多个。
如图所示，控制器210可以包括存储在存储器214中的控制逻辑216。控制逻辑216可以包括指令，当指令由一个或多个处理器212执行时使得一个或多个处理器212执行操作，例如经由设置在外轴承座圈402和静态结构410之间的传感器420至少基于轴向推力负载431(例如，沿推力加载方向405)来确定或测量来自转子组件90的扭矩，例如参照图5-7进一步示出和描述的。
另外，如图3-4所示，控制器210还可以包括通信接口模块230。在各种实施例中，通信接口模块230可包括用于发送和接收数据的相关电子电路。这样，控制器210的通信接口模块230可用于从转子组件90，轴承组件400，静态结构410和/或传感器420接收数据。通信接口模块230可以接收和发送与来自传感器420的操作参数，应力或应变(例如，应变计)，推力输出或施加的负载(例如，载荷传感器)或压力(例如，压力传感器)相对应的数据。应当理解，联接或靠近转子组件90和/或静态结构410的其他传感器可以进一步接收和发送对应于旋转速度(例如，1/rev信号，转速计或其他接近转子组件90的速度检测装置)，振动(例如，加速度计，接近探测器等)或推力输出的数据，该推力输出对应于发动机压力比。此外，通信接口模块230还可用于与发动机100的任何其他合适的部件(包括构造成监测发动机100的一个或多个操作参数的任何数量的传感器)通信。
应当理解，通信接口模块230可以是合适的有线和/或无线通信接口的任何组合，并且因此可以经由有线和/或无线连接通信地联接到发动机100的一个或多个部件(例如，转子组件90，轴承组件400，静态结构410等，或分布在那里的其他传感器)。这样，控制器210可以与一个或多个传感器420通信，以经由传感器420确定经由从转子组件90到静态结构410的轴向负载的扭矩测量值。
现在参照图5-7，大体提供包括联接到轴承组件400并由静态结构410支撑的转子组件90的发动机100的一部分的示例性实施例。转子组件90包括轴35。轴35通常可设置成至少部分地延伸通过齿轮组件46，主传动装置48或另一机械传动系统。在各种实施例中，轴35可限定HP轴160(图3-4)，LP轴170(图3-4)或输出轴180(图3-4)。轴35联接到内轴承座圈404。轴35和内轴承座圈404一起经由滚动轴承元件403和外轴承座圈402至少由静态结构410(例如，壳体，轴承外壳，齿轮组件外壳等)支撑，外轴承座圈402联接，固定或以其他方式附接到静态结构410。在各种实施例中，静态结构410还包括套筒411，套筒411限定基本上周向部分和径向延伸部分，外轴承座圈402在径向方向R(即，从轴向中心线轴线102延伸)上并且沿着推力加载方向405(即，沿与轴向中心线轴线102同向的轴向方向)施加负载到其上。在各种实施例中，外轴承座圈402直接联接到静态结构410的套筒411。套筒411还可以直接联接到静态结构410(例如，限定壳体，外壳或其他固定结构)。
应当进一步理解的是，本文大体提供的轴承组件400的各种实施例可以构造成用于齿轮组件46，或固定到壳体(例如，外壳体104)，或发动机100，涡轮机500或飞行器10的另一静态支撑结构。在其他各种实施例中，扭矩测量系统395可以被包括为用于旋翼飞行器(例如，如关于图1-2所描述的)的主传动装置48或齿轮箱组件46的一部分。虽然传感器420相对于本文所述的静态结构410和转子组件90的定位可以指轴向方向，但是应当理解，发动机100，飞行器10以及本文中大致示出和描述的系统可以沿径向方向，侧向方向(例如，关于图1的侧向轴线L)，横向或纵向方向(例如，关于图1的纵向轴线T)，竖直方向(例如，关于图1的竖直方向V)等取向，定位，放置或以其他方式设置，使得传感器420通常相对于轴线或路径与外轴承座圈402相邻，转子组件90大致或基本上沿该轴线延伸(例如，沿着图3-7中所示的轴向中心线轴线102的方向)，轴向负载431和/或扭矩负载432大致沿该路径延伸。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种用于扭矩测量的系统，所述系统包括：传感器，所述传感器设置在轴承组件的外轴承座圈和静态结构之间，其中所述传感器沿着推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置；转子组件，所述转子组件可旋转地联接到所述轴承组件；和控制器，所述控制器通信地联接到所述传感器，其中所述控制器被构造为执行操作，所述操作包括：至少基于来自所述转子组件的轴向推力负载，确定来自所述转子组件的扭矩测量值。
2.根据任何在前条项的系统，其中所述操作进一步包括：测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载。
3.根据任何在前条项的系统，其中测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载进一步包括响应于向其施加扭矩来测量在所述转子组件处由齿轮啮合部产生的所述轴向推力负载。
4.根据任何在前条项的系统，其中至少基于所述轴向推力负载确定来自所述转子组件的所述扭矩测量值进一步至少基于在所述转子组件处经由齿轮啮合部产生的所述轴向推力负载。
5.根据任何在前条项的系统，其中所述传感器限定邻近所述外轴承座圈和所述静态结构设置的基本上柱形的几何形状。
6.根据任何在前条项的系统，其中所述传感器沿着前向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置。
7.根据任何在前条项的系统，其中所述传感器沿着反向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置。
8.根据任何在前条项的系统，其中所述传感器包括载荷传感器，应变计，压电材料或其组合。
9.根据任何在前条项的系统，其中所述传感器沿着所述推力加载方向设置在所述静态结构和所述外轴承座圈之间。
10.根据任何在前条项的系统，其中所述系统设置在飞行器的主传动装置处。
11.根据任何在前条项的系统，其中所述系统设置在飞行器的齿轮组件处。
12.根据任何在前条项的系统，其中所述系统设置在涡轮机的风扇组件处。
13.根据任何在前条项的系统，其中所述风扇组件包括变距机构，所述系统可操作地联接在所述变距机构处。
14.根据任何在前条项的系统，其中所述转子组件包括：轴，所述轴限定径向延伸部分，在所述径向延伸部分处限定齿轮啮合部；和输入组件，所述输入组件在所述齿轮啮合部处联接到所述轴。
15.根据任何在前条项的系统，其中所述轴的所述径向延伸部分包括从动齿轮，所述从动齿轮在所述输入组件处与驱动齿轮结构啮合。
16.一种发动机，所述发动机包括：轴承组件，所述轴承组件包括联接到静态结构的外轴承座圈，其中所述轴承组件进一步包括沿着推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置的传感器，并且其中所述传感器被构造为确定来自所述发动机的扭矩测量值；转子组件，所述转子组件经由内轴承座圈和滚动轴承元件可旋转地联接到所述轴承组件；和控制器，所述控制器通信地联接到所述传感器，其中所述控制器被构造为执行操作，所述操作包括：至少基于来自所述转子组件的轴向推力负载，确定来自所述转子组件的扭矩测量值。
17.根据任何在前条项的发动机，其中所述转子组件包括：轴，所述轴限定径向延伸部分，在所述径向延伸部分处限定齿轮啮合部；和输入组件，所述输入组件在所述齿轮啮合部处联接到所述轴，其中所述径向延伸部分包括从动齿轮，所述从动齿轮在所述输入组件处与驱动齿轮结构啮合。
18.根据任何在前条项的发动机，其中所述操作进一步包括：测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载。
19.根据任何在前条项的发动机，其中测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载进一步包括响应于来自所述输入组件的扭矩的施加，测量在所述转子组件处由所述齿轮啮合部产生的所述轴向推力负载。
20.根据任何在前条项的发动机，其中所述传感器限定第一传感器，所述第一传感器沿着前向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置，并且其中所述轴承组件进一步包括：第二传感器，所述第二传感器沿着反向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置，其中所述第二传感器被构造为确定来自所述发动机的扭矩测量值。

Claims (19)

1.一种用于扭矩测量的系统，其特征在于，所述系统包括：
传感器，所述传感器设置在轴承组件的外轴承座圈和静态结构之间，其中所述传感器沿着推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置；
转子组件，所述转子组件可旋转地联接到所述轴承组件；和
控制器，所述控制器通信地联接到所述传感器，其中所述控制器被构造为执行操作，所述操作包括：
至少基于来自所述转子组件的轴向推力负载，确定来自所述转子组件的扭矩测量值，其中至少基于所述轴向推力负载确定来自所述转子组件的所述扭矩测量值进一步至少基于在所述转子组件处经由齿轮啮合部产生的所述轴向推力负载。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述操作进一步包括：
测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其中测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载进一步包括响应于向其施加扭矩来测量在所述转子组件处由齿轮啮合部产生的所述轴向推力负载。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述传感器限定邻近所述外轴承座圈和所述静态结构设置的基本上柱形的几何形状。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述传感器沿着前向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述传感器沿着反向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述传感器包括载荷传感器，应变计，压电材料或其组合。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述传感器沿着所述推力加载方向设置在所述静态结构和所述外轴承座圈之间。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述系统设置在飞行器的主传动装置处。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述系统设置在飞行器的齿轮组件处。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述系统设置在涡轮机的风扇组件处。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，其中所述风扇组件包括变距机构，所述系统可操作地联接在所述变距机构处。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述转子组件包括：
轴，所述轴限定径向延伸部分，在所述径向延伸部分处限定齿轮啮合部；和
输入组件，所述输入组件在所述齿轮啮合部处联接到所述轴。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，其中所述轴的所述径向延伸部分包括从动齿轮，所述从动齿轮在所述输入组件处与驱动齿轮结构啮合。
15.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括：
轴承组件，所述轴承组件包括联接到静态结构的外轴承座圈，其中所述轴承组件进一步包括沿着推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置的传感器，并且其中所述传感器被构造为确定来自所述发动机的扭矩测量值；
转子组件，所述转子组件经由内轴承座圈和滚动轴承元件可旋转地联接到所述轴承组件；和
控制器，所述控制器通信地联接到所述传感器，其中所述控制器被构造为执行操作，所述操作包括：
至少基于来自所述转子组件的轴向推力负载，确定来自所述转子组件的扭矩测量值。
16.根据权利要求15所述的发动机，其特征在于，其中所述转子组件包括：
轴，所述轴限定径向延伸部分，在所述径向延伸部分处限定齿轮啮合部；和
输入组件，所述输入组件在所述齿轮啮合部处联接到所述轴，其中所述径向延伸部分包括从动齿轮，所述从动齿轮在所述输入组件处与驱动齿轮结构啮合。
17.根据权利要求16所述的发动机，其特征在于，其中所述操作进一步包括：
测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载。
18.根据权利要求17所述的发动机，其特征在于，其中测量来自所述转子组件的所述轴向推力负载进一步包括响应于来自所述输入组件的扭矩的施加，测量在所述转子组件处由所述齿轮啮合部产生的所述轴向推力负载。
19.根据权利要求18所述的发动机，其特征在于，其中所述传感器限定第一传感器，所述第一传感器沿着前向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置，并且其中所述轴承组件进一步包括：
第二传感器，所述第二传感器沿着反向推力加载方向邻近所述外轴承座圈设置，其中所述第二传感器被构造为确定来自所述发动机的扭矩测量值。
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