CN113844663A - 冲压空气涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞机的冲压空气涡轮叶片组件，包括：形成容纳腔的框架；叶片，叶片的连接部从敞开的端部接纳到容纳腔内，在发电功率要求较大情况下，能够从初始位置移动到延伸位置之间移动，在初始位置，叶片的接部相对框架的容纳腔缩进，在延伸位置，叶片的连接部的一部分相对框架的容纳腔伸出；卡锁装置，卡锁装置构造成当叶片的连接部在延伸位置时将叶片的连接部相对框架锁止；以及阻尼装置，阻尼装置构造成向所述叶片施加与离心力方向相反的阻尼力。采用根据本发明的叶片组件，能够增加空气冲压涡轮的发电功率增大，能够有效应对大功率负载的工况，并且，对于舱门的尺寸要求较小，冲压空气涡轮在飞机中安装位置的可适性随之增加。

Description

冲压空气涡轮

技术领域

本发明涉及飞行器的冲压空气涡轮，尤其涉及一种具有可伸展叶片的冲压空气涡轮。

背景技术

冲压空气涡轮(RAT)是为飞机在失去主动力和辅助动力时进行应急迫降而设计的，以提高飞机的生存性。该系统利用飞机的动能工作，在特定情况下，冲压空气涡轮的螺旋桨将从飞机的一个非气密舱中应急放下，利用急速的空气来流冲击螺旋桨，其高速的旋转运动带动与之相连的电动机和液压泵，产生必要的应急能源，用于重启发动机，保证飞机操作系统、液压系统和电子设备的应急功能供电。

在C919飞机的应急发电模式下，冲压空气涡轮系统的带载问题一直是最重要的问题之一，包括交流电泵(ACMP)的起动，机上关键汇流条及相关设备都对发电系统提出了要求。

对于利于空气流动力来产生能量的冲压空气涡轮而言，为了解决带载问题，希望叶片对于风能利用效率尽可能的高。根据传统的风力发电系统已知，风能利用系数与相关角度等因素有关，在风能利用效率一定的情况下，叶片半径越大，发电功率越强，然而叶片直径的增大，不仅会带来与舱门的干涉问题，而且由大直径叶片带来的舱门结构重量和成本也会增大，同时冲压空气涡轮安装位置的可适应性也会降低。因此，需要能够对现有在冲压空气涡轮的叶片组件进行改进，满足与冲压空气涡轮系统释放操作和对于风能利用效率有关的双重要求。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提供了一种飞机冲压空气涡轮的叶片组件，包括：框架，所述框架中形成容纳腔，所述容纳腔的一端部敞开；叶片，所述叶片的连接部从敞开的端部接纳到所述容纳腔内，并能够从初始位置移动到延伸位置之间移动，在所述初始位置，所述叶片的所述连接部相对所述框架的所述容纳腔缩进，在所述延伸位置，所述叶片的所述连接部的一部分相对所述框架的所述容纳腔伸出；卡锁装置，所述卡锁装置构造成当所述叶片的所述连接部在所述延伸位置时将所述叶片的所述连接部相对所述框架锁止；以及阻尼装置，所述阻尼装置构造成向所述叶片施加与离心力方向相反的阻尼力。

根据本发明的另一个方面，所述框架具有成对的轨道，所述轨道形成在所述容纳腔的相对两侧，所述叶片组件还包括固定到所述叶片的所述连接部的两侧的成对的移动卡槽装置，所述成对的移动卡槽装置的每一个可滑动地接合所述成对的轨道中对应的一个。

根据本发明的再一个方面，所述叶片组件还包括滑移锁定件，所述滑移锁定件构造成当所述叶片的所述连接部在所述初始位置时将所述叶片相对于框架锁止。

根据本发明的再一个方面，所述滑移锁定件被包括在所述移动卡槽装置中，所述滑移锁定件构造成将所述移动卡槽装置相对于所述轨道锁止，使得所述叶片在所述初始位置处相对所述框架锁定。

根据本发明的再一个方面，所述滑移锁定件连接到电磁控制机构，所述电磁控制机构在离心力达到预设阈值时使所述滑移锁定件解除锁止。

根据本发明的再一个方面，所述阻尼装置包括弹簧，所述弹簧布置在所述框架的所述容纳腔与所述敞开的端部相对的端部，所述弹簧的一端固定到所述，所述弹簧的另一端固定到所述叶片的所述连接部。

根据本发明的再一个方面，所述卡锁装置具有锁止销和弹性件，所述弹性件布置成作用在所述锁止销上向所述锁止锁施压弹力，所述叶片的所述连接部上设有卡孔，当所述叶片到达所述延伸位置时，所述锁止销穿过所述卡孔卡止所述叶片。

根据本发明的再一个方面，所述卡锁装置布置在所述框架的所述容纳腔的上壁或下壁中，并且位于所述叶片的所述连接部的横向方向的中间位置。

根据本发明的再一个方面，所述叶片的所述连接部上设有第一卡孔和第二卡孔，所述延伸位置包括第一延伸位置和第二延伸位置，其中所述第一卡孔的位置构造成，当所述锁止销穿过所述第一卡孔时，所述叶片的所述连接部处于所述第一延伸位置，其中所述第二卡孔的位置构造成，当所述锁止销穿过所述第二卡孔时，所述叶片的所述连接部处于所述第二延伸位置位置。

当叶片上同时设置有第一卡孔和第二卡孔，使得具有该叶片组件的同一款冲压空气涡轮能够适应不同规模的飞机，当对于飞机本身对于冲压空气涡轮的功率要求不那么高时，通过设定卡头初始位置，可以使得锁定销穿过第二卡孔，即，图1中的第二卡孔33被锁定销穿过的情况，使得叶片在冲压空气涡轮使用过程中始终保持在第一位置。

根据本发明的再一个方面，在所述叶片的所述连接部朝向所述卡锁装置的表面上设有垫片。

连接部和卡锁骨装置之间设置垫片可以起到保护叶片的作用，避免卡锁装置的卡头在叶片向外滑移的过程中对叶片表面造成损伤。

采用根据本发明的叶片组件，当冲压空气涡轮完全释放时，叶片能够向外延伸，使得整个叶轮的外径增加，在风能利用效率一定的情况下，叶片半径的增大，使得发电功率增大，能够有效应对大功率负载的工况。

采用根据本发明的叶片组件，当冲压空气涡轮释放通过舱门时，其半径处于最小状态，因此，对于舱门的尺寸要求较小，冲压空气涡轮在飞机中安装位置的可适性随之增加。此外，冲压空气涡轮的叶片组件可伸缩，这也减少了冲压空气涡轮舱门的结构和重量要求，降低了相应的结构成本。

附图说明

为了更完全理解本发明，可参考结合附图来考虑示例性实施例的下述描述，附图中：

图1示出了根据本发明较佳实施例的冲压空气涡轮的叶片组件的透视立体图。

图2示出了根据本发明的较佳实施例的用于冲压空气涡轮的叶片组件的卡锁装置的透视立体图。

图3示出了根据本发明较佳实施例的叶片组件处于初始位置时的示意立体图。

图4示出了根据本发明较佳实施例的叶片组件处于延伸位置时的示意立体图。

图5示出了根据本发明较佳实施例的叶片组件的端视图。

图6示出了根据本发明较佳实施例的涡轮叶片的外形示意图。

附图标记列表

10叶片组件

20框架

21容纳腔

221敞开端

22轨道条

30叶片

31连接部

32卡孔

33辅助卡孔

40移动卡槽装置

41滑移锁定件

50卡锁装置

51锁定销

53弹簧

55衬套

60阻尼装置

70涡轮盘

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

在以下描述中，上、下是指以图示位置为基础描述的，仅为能够清楚指代，并不对其位置作实质限定。

图1示出了根据本发明较佳实施例的冲压空气涡轮的一个叶片组件10的透视立体图。该叶片组件10主要包括框架20和安装到框架20的叶片30。框架20通常是被整合在如图5所示的涡轮盘70上，冲压空气涡轮使用时，叶片 30在风力作用下旋转，从而使框架20随之一同旋转，从而带动涡轮盘70旋转，进而使自主发电系统工作，以将能量输出。

如图1所示，叶片组件10框架20中形成容纳腔21，该容纳腔21呈大致扁平长方体形，容纳腔21的一端部是敞开的，用于接纳叶片30的连接部31。较佳的，容纳腔21的敞开的端部处可以设置衬套55(见图1)，以防止叶片30的伸出端口进水并防止雷电。

图1中示出的叶片30的连接部31，其具有与容纳腔21对应的形状。叶片 30还包括直接接受风力作用的叶片部，为简洁起见，该叶片部被省略。较佳地，叶片30的叶片部和连接部31是一体成形的。但应当理解，在替代实施例中，叶片也可以由几个部分拼提形成。

如图3和图4所示，在容纳腔21中，叶片30的连接部31能够从如图3 所示的初始位置移动到如图4所示的延伸位置之间。当叶片30的连接部31位于初始位置时，叶片30的连接部31相对框架20的容纳腔21缩进，当叶片30 的连接部31位于延伸位置时，叶片30的连接部31从框架20的容纳腔21伸出。这样，当叶片30的连接部31处于初始位置时，整个叶片30处于缩进位置，这样，整个叶轮具有最小直径。当叶片30的连接部31处于延伸位置时，整个叶片30处于其伸展状态，从而使得整个叶轮具有最大伸展直径。

为了实现叶片30相对框架20的滑动，框架20在容纳腔21的相对两侧具有成对的轨道。每一条轨道上可滑动地布置有一个移动卡槽装置40，卡槽装置 40随叶片30的滑动而滑动，卡槽装置40的滑动范围为轨道范围。叶片30的连接部31通过紧固件或紧固结构固定到移动卡槽装置40上，从而借助于移动卡槽装置40相对于轨道的滑移，实现叶片30相对框架20的滑移。

在较佳实施例中，如图5所示，每一侧的轨道通过在容纳腔21的侧壁上凸伸出的一条T形截面的轨道条22形成。移动卡槽装置40包括对应的T形凹部，T形凹部和T形截面的轨道条22之间的接合使得移动卡槽装置40分别在轨道条22的上下两表面与轨道条22接合。另一方面，从图5中还可以看到，在移动卡槽装置40中，在与T形凹部相对的一侧上，还设有接合叶片30的连接部31的凹部。

应当理解，轨道的形成方式不限于上述实施例，在其代替代实施例中，移动卡槽装置和容纳腔中的轨道也可以有其他互补形状或结构，只要两者之间能够在离心力的作用下实现滑移即可。

如图1所示，移动卡槽装置40中还设有滑移锁定件41，其构造成能将移动卡槽装置40相对于轨道锁止，此时移动卡槽装置40相对于容纳腔21中的轨道条22不能移动。具体地，当叶片30的连接部31处于缩进的初始位置中时，移动卡槽装置40的滑移锁定件41处于锁止状态。

较佳地，滑移锁定件41包括电磁致动的滑移锁定件41，滑移锁定件41可以与设置在轨道条22或框架20的壁中的凹部或凹孔接合而实现锁止。滑移锁定件41的电磁控制信号与离心力或转速相关联，在冲压空气涡轮释放过程中，叶片30开始转动，转速越来越大，产生的离心力越来越大，离心力超过设定阈值，控制装置向电磁滑移锁定件41提供一个解锁信号，使得滑移锁定件41 解除锁定，移动卡槽装置40相对轨道可滑动。

在较佳实施例中，容纳腔21两侧的每一个移动卡槽装置40都具有各种的滑移锁定件41，并且，两个移动卡槽装置40相关于叶片30的连接部31对称布置。

应当理解，在其他替代实施例中，滑移锁定件41也可以与移动卡槽装置 40分开设置。例如，滑移锁定件不是设置在移动卡槽装置40中的，而是独立地设置在叶片30的连接部31和容纳腔20的壁之一上，能够接合片30的连接部31和容纳腔20的壁中另一个上设置的互补锁定部。

此外，在根据本发明较佳实施例的叶片组件10中，在框架20和叶片30 之间设有阻尼装置60，该阻尼装构造成向叶片30施加与涡轮旋转动时产生的离心力方向相反的阻尼力。这样，该阻尼装置60用于在叶片30向外滑移的过程中，对叶片30施加阻尼力，使得叶片30减速，避免叶片30的滑移速度太快。

在较佳实施例中，阻尼装置60为弹簧，弹簧的一端固定在框架20上，弹簧的另一端固定到叶片30的连接部31上，如图4所示，当叶片30向外移出时，弹簧被拉伸，拉伸状态的弹簧向叶片30施加回复弹性以抵抗部分离心力。

应当理解，阻尼装置也可以有其他替代结构和替代设置位置，阻尼装置60 也可以不设置在框架20远离敞开端部的端部位置，例如阻尼装置也可以设置在框架20的轨道处对移动卡槽装置40施加抵抗离心力的阻尼力，以减缓叶片 30向外伸出的速度。

进一步地，根据本发明较佳实施例的叶片组件10还包括构造成将所述叶片30的所述连接部31相对框架20锁止在所述延伸位置的卡锁装置50。如图 1所示，卡锁装置50设置在框架20的上壁或下壁处，并且位于叶片30的连接部31的横向方向的大致中间位置。如图2所示，卡锁装置50具有锁止销51 和弹性件53，叶片30的连接部31上设有卡孔32，并且在框架20的相对的壁上也设有孔或凹部，孔或凹部与锁止销51对齐。当叶片30的连接部31到达延伸位置时，锁止销51穿过叶片30的卡孔32，并插入框架20中的孔或凹部，从而使得叶片30被卡止，无法再进一步地向外滑移。在较佳实施例中，锁止销51的顶部具有半球式的卡头。从图1中可以看到，除了远离容纳腔21的敞开端221的卡孔32之外，叶片30的连接部31上还设置了一个离敞开端221 较近的辅助卡孔33。该辅助卡孔33能够在叶片30的连接部31相对容纳腔21 延伸距离较小的延伸位置中时与卡锁装置50的锁止销51实现卡合锁定。这个设置是为了满足冲压空气涡轮小叶轮的设计需求。当飞机对于冲压空气涡轮的能量要求增小，可以使用同样的空气冲压涡轮，只要将卡锁装置50与辅助卡孔33锁止，从而避免叶片30在任何转速情况下向外滑移，就能获得小直径叶轮的涡轮。

应当理解，卡锁装置50与卡孔33卡接时，这时卡槽装置40的位置对应于轨道最左侧的位置，此时发电功率要求较低，叶片30在任何转速下都被保持固定。应当理解，如果发电功率要求较高，需要叶片30伸展，卡槽装置40 可从图3所示的初始位置带动叶片30向外移动，当卡孔32被锁止销51卡入时，如图4所示，卡槽装置40的位置对应于轨道最右侧的位置，也就是叶片 30伸展锁定时所对应的位置。

此外，根据本发明的冲压空气涡轮还包括布置在叶片30和框架20的容纳腔21之间的垫片，该垫片能够防止叶片30在向外滑动的过程中锁止销51的卡头对叶片30表面造成磨损。

在冲压空气涡轮中，较佳地，框架20整体地镶嵌在涡轮盘70中，框架20 中对称地布置容纳腔21，并相应对称地接纳叶片30。叶片30的对称布置在冲压空气涡轮释放过程中使得各个叶片30上受到的离心力相同。

以下，对具有根据本发明较佳实施例的叶片组件10的冲压空气涡轮的使用过程中进行说明。

当飞行器遇到特殊情况下，冲压空气涡轮的舱门打开，冲压空气涡轮从机身内部向外释放，此时，叶片30的连接部31相对于框架20的容纳腔21处于缩进的初始位置，多个叶片30组成的叶轮的直径最小化。随着冲压空气涡轮的叶片组件10被释放出，并位于空气中，空气气流带动叶片30旋转，当旋转速度或由旋转产生的离心力达到预定阈值时，控制装置控制移动卡槽装置40 中的锁止销被打开解除锁定，在叶片30旋转产生的离心力的作用下，移动卡槽装置40沿着轨道向径向外侧移动，叶片30进一步向外延伸，使得叶轮的直径变大。在叶片30向外移动的过程中，弹簧阻尼装置60对叶片30施加的阻尼力也逐渐增大，从而抵抗逐渐增大的离心力，减小或保持叶片30的向外移动速度。当叶片30的连接部31到达延伸位置时，在阻尼装置60的协助下，锁定装置的锁定件对齐冲叶片30连接部31上的卡孔32，锁定件被锁定装置的弹性件顶入连接部31的卡孔中，再接合到框架20的壁中的凹部或孔中，叶片 30将不再能够向外移动，此时的叶轮也就达到了最大外径状态。这样，冲压空气涡轮能够以增大的叶轮半径进行运行。

采用根据本发明的叶片组件10，当冲压空气涡轮完全释放时，叶片30能够向外延伸，使得整个叶轮的外径增加，在较佳实施例中，外径可以增加8－ 10cm,在风能利用效率一定的情况下，叶片30半径的增大，使得发电功率增大，能够有效应对大功率负载的工况。

采用根据本发明的叶片组件10，当冲压空气涡轮释放通过舱门时，其半径处于最小状态，因此，对于舱门的尺寸要求较小，冲压空气涡轮在飞机中安装位置的可适性随之增加。此外，冲压空气涡轮的叶片组件10可伸缩，这也减少了冲压空气涡轮舱门的结构和重量要求，降低了相应的结构成本。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞机冲压空气涡轮的叶片组件，包括：

框架，所述框架中形成容纳腔，所述容纳腔的一端部敞开；

叶片，所述叶片的连接部从敞开的端部接纳到所述容纳腔内，并能够从初始位置移动到延伸位置之间移动，在所述初始位置，所述叶片的所述连接部相对所述框架的所述容纳腔缩进，在所述延伸位置，所述叶片的所述连接部的一部分相对所述框架的所述容纳腔伸出；

卡锁装置，所述卡锁装置构造成当所述叶片的所述连接部在所述延伸位置时将所述叶片的所述连接部相对所述框架锁止；以及

阻尼装置，所述阻尼装置构造成向所述叶片施加与离心力方向相反的阻尼力。

2.如权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述框架具有成对的轨道，所述轨道形成在所述容纳腔的相对两侧，

所述叶片组件还包括固定到所述叶片的所述连接部的两侧的成对的移动卡槽装置，所述成对的移动卡槽装置的每一个可滑动地接合所述成对的轨道中对应的一个。

3.如权利要求2所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片组件还包括滑移锁定件，所述滑移锁定件构造成当所述叶片的所述连接部在所述初始位置时将所述叶片相对于框架锁止。

4.如权利要求3所述的叶片组件，其特征在于，所述滑移锁定件被包括在所述移动卡槽装置中，所述滑移锁定件构造成将所述移动卡槽装置相对于所述轨道锁止，使得所述叶片在所述初始位置处相对所述框架锁定。

5.如权利要求3或4所述的叶片组件，其特征在于，所述滑移锁定件连接到电磁控制机构，所述电磁控制机构在离心力达到预设阈值时使所述滑移锁定件解除锁止。

6.如权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述阻尼装置包括弹簧，所述弹簧布置在所述框架的所述容纳腔与所述敞开的端部相对的端部，所述弹簧的一端固定到所述，所述弹簧的另一端固定到所述叶片的所述连接部。

7.如权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述卡锁装置具有锁止销和弹性件，所述弹性件布置成作用在所述锁止销上向所述锁止锁施压弹力，所述叶片的所述连接部上设有卡孔，当所述叶片到达所述延伸位置时，所述锁止销穿过所述卡孔卡止所述叶片。

8.如权利要求7所述的叶片组件，其特征在于，所述卡锁装置布置在所述框架的所述容纳腔的上壁或下壁中，并且位于所述叶片的所述连接部的横向方向的中间位置。

9.如权利要求7所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片的所述连接部上设有第一卡孔和第二卡孔，所述延伸位置包括第一延伸位置和第二延伸位置，

其中所述第一卡孔的位置构造成，当所述锁止销穿过所述第一卡孔时，所述叶片的所述连接部处于所述第一延伸位置，

其中所述第二卡孔的位置构造成，当所述锁止销穿过所述第二卡孔时，所述叶片的所述连接部处于所述第二延伸位置位置。

10.如权利要求8所述的叶片组件，其特征在于，在所述叶片的所述连接部朝向所述卡锁装置的表面上设有垫片。

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