DE602006000250T2

DE602006000250T2 - Hinteraufhängung für ein Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE602006000250T2
Application number: DE602006000250T
Authority: DE
Inventors: Sebastien 92120 Dron; Thibaut 75012 Guibert; Gregory 76600 Prudhomme; Marc 91750 Tesniere
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: EP1707487B1; CA2541127C; UA90094C2; EP1707487A1; FR2883839B1; FR2883839A1; RU2374142C2; RU2006110021A; CA2541127A1; CN1840426A; ES2296266T3; US20060219841A1; DE602006000250D1; JP4990545B2; JP2006273320A; CN100594161C; US7566029B2

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet von Turbotriebwerken und zielt auf deren Aufhängung an der Struktur bzw. Konstruktion des Flugzeugs ab, das sie antreiben.
Ein Antriebsmotor wie ein Turbotriebwerk kann an verschiedenen Stellen des Flugzeugs durch Ankopplung an einen Stiel oder einem Pylon angebracht sein, der zu seiner Struktur gehört. Er kann also unter der Tragfläche aufgehängt, am Rumpf, allgemein hinten befestigt oder durch geeignete Ankopplungsmittel im Leitwerk angebracht sein. Diese Ankopplungsmittel haben die Funktion, die Übertragung der mechanischen Kräfte zwischen dem Motor und der Struktur des Flugzeugs zu gewährleisten. Die zu berücksichtigenden Lasten sind nach den drei Hauptrichtungen eines Bezugssystems in Verbindung mit dem Motor orientiert. Dies sind insbesondere das Gewicht des Motors nach der vertikalen Achse Z, seine Schubkraft nach der Achse X des Motors und die seitlichen aerodynamischen Lasten nach der Querachse Y. Die zu übertragenden Lasten umfassen auch die Wiederaufnahme des Drehmoments um die Achse des Motors. Diese Mittel müssen ferner die Verformungen absorbieren, die während der verschiedenen Phasen des Flugs von dem Motor durchgemacht werden, ohne sie zu dem Stiel zu übertragen, und die sich z. B. aus Dimensionsschwankungen aufgrund von thermischen Ausdehnungen oder Kontraktionen ergeben.
Die Verbindung zwischen dem Motor und dem Stiel ist im allgemeinen für Motoren mit Fan durch zwei Aufhängungsebenen gewährleistet, eine vorne am Motor auf Höhe des Zwischengehäuses, die andere hinten. Jedes der Aufhängungsmittel ist angeordnet, um einen Teil der Kräfte zu übertragen. Beispielsweise gewährleistet eine der Aufhängungen die Wiederaufnahme oder Übertragung von seitlichen Kräften nach der Achse Y und vertikalen Kräften nach der Achse Z sowie des Motormoments um die Achse X. Die andere Aufhängung gewährleistet die Übertragung der Schubkraft und ebenfalls der seitlichen und vertikalen Kräfte zu dem Stiel des Flugzeugs. Eine solche Aufhängung ist isostatisch.
Allgemein weist ein Aufhängungsmittel einen gegebenenfalls doppelten Träger auf, der an dem Stiel durch Bolzen befestigt und mit dem Gehäuse des Motors durch Schwingarme verbunden ist. Die Schwingarme rotieren an ihren Enden über Laufzapfen an Gabelgelenken oder Laschen, die je nach der Montage mit dem Motorgehäuse bzw. dem Träger verbunden sind. Damit die Übertragung der Kräfte durch die Schwingarme rein axial ist, d. h. entlang der Achse der Schwingarme, sieht man ein Lager vom Typ mit Kugelgelenk für die Querachsen an jedem Ende der Schwingarme vor. Diese Montage ermöglicht insbesondere, die radialen und axialen Ausdehnungen des Motors zu absorbieren.
Die mit der Sicherheit verbundenen Zwänge schreiben im übrigen die Anwesenheit von Mitteln vor, die dem Ausfall eines Organs zur Übertragung der Kräfte abhelfen. An diesen Aufhängungen sieht man also allgemein mit diesem Ziel Verbindungsmittel mit Spiel, sogenannte Verbindungen in Wartestellung vor, die durch Absorption des Spiels aktiv werden und die Kräfte über einen Notweg übertragen, wenn eine der Übertragungen in Folge des Bruchs eines Teils ausfällt.
Aus der US-Patentschrift 5,860,623 ist eine hintere Aufhängung eines Turbotriebwerks an einem Stiel eines Flugzeugs bekannt, die einen Querträger bezüglich der Achse des Motors aufweist, welcher durch drei Stangen mit dessen Gehäuse verbunden ist. Der Träger weist eine Platte mit Mitteln zur Befestigung durch Bolzenverbindung an dem Stiel auf. Man erkennt deutlich eine erste und eine zweite seitliche Stange, die jeweils durch eine erste Achse mit dem Träger und durch eine zweite Achse mit einem Beschlag verbunden ist, der mit dem Motorgehäuse fest verbunden ist. Diese Stangen sind beiderseits der Achse des Motors angeordnet. Eine zentrale Stange ist zwischen den beiden seitlichen Stangen angeordnet und ebenfalls durch eine erste Achse mit dem Träger und durch eine zweite Achse mit dem Beschlag verbunden. Im Normalbetrieb haben diese drei Stangen die Funktion, die vertikal und seitlich orientierten Kräfte sowie das Motormoment zu dem Stiel zu übertragen.
Eine der zwei seitlichen Stangen weist einen Finger auf, der sie an der Seite der ersten Achse verlängert. Dieser Finger findet mit Spiel in einer Öffnung Aufnahme, die in einer Rippe des Träges vorgesehen ist. Diese Rippe ist senkrecht zu der Drehebene der Stange, und das Spiel reicht aus, damit die Bewegungen der Stange im Normalbetrieb nicht blockiert sind. Die Montage ist isostatisch. Im Falle eines Bruchs einer Verbindung der ersten Stange oder der zweiten Stange wird das Spiel durch Kippen des Motors um die Achsen der zwei anderen Stangen verbraucht, und die Verbindung bleibt isostatisch. Die anderen Stangen nehmen die Übertragung der Gesamtheit der Kräfte an dieser Aufhängung wieder auf.
Es besteht eine zweite Sicherheitsverbindung in Wartestellung und dem Motorgehäuse in Form einer Verbindungsachse, die gleichzeitig die zentrale Stange und ein Gabelgelenk durchquert, das mit dem Gehäuse des Motors fest verbunden ist. Diese Achse ist mit Spiel entweder an der Stange oder an dem Gabelgelenk angebracht. Dieses Spiel wird auf die gleiche Weise wie oben verbraucht, wenn eine der anderen Verbindungen bricht, und die Kräfte passieren dann über die verbleibenden Verbindungen.
Die Anmelderin hat sich zum Ziel gesetzt, eine Aufhängung zu realiseren, welche die gleichen Funktionen wie diejenigen erfüllt, die in der obengenannten Patentschrift präsentiert sind, aber einfacher herzustellen ist, wobei sie gleichzeitig den Zwängen von Robustheit und Zuverlässigkeit genügt.
Erfindungsgemäß ist die Aufhängung eines Turbotriebwerks an einem Stiel eines Flugzeugs, bestehend aus einem Träger mit einer Platte, der mit Mitteln zur Befestigung an dem Stiel versehen ist, und der quer zur Motorachse angeordnet ist, einer ersten seitlichen Stange und einer zweiten seitlichen Stange, die jeweils durch eine erste Achse mit dem Träger und durch eine zweite Achse mit dem Motorgehäuse verbunden sind, wobei die zweite seitliche Stange auf der Seite der ersten Achse durch einen Finger verlängert ist, der mit Spiel in einem Hohlraum Aufnahme findet, welcher dergestalt in dem Träger ausgeführt ist, daß er eine Sicherheitsverbindung in Wartestellung bildet, einer zentralen Stange, die zwischen den beiden seitlichen Stangen angeordnet ist, durch eine erste Achse mit dem Träger verbunden ist und durch eine zweite Achse mit dem genannten Gehäuse verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß, da der Träger ein Gabelgelenk aufweist, um die erste Verbindungsachse der zentralen Stange aufzunehmen, diese erste Achse dergestalt von der Platte beabstandet ist, daß ein Zwischenraum zwischen der Platte und der zentralen Stange gebildet wird, wobei dieser Zwischenraum den genannten Hohlraum bildet, in dem der Finger der zweiten seitlichen Stange im Normalbetrieb mit Spiel Aufnahme findet.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß die Eingliederung einer speziellen Rippe und ihre Bearbeitung vermieden wird, um die Aufnahme für die Verbindung in Wartestellung herzustellen. Diese Lösung ist vorteilhaft, was die Kosten, aber auch die Masse angeht.
Nach einem weiteren Merkmal ist die zentrale Achse durch eine dritte Achse mit dem Träger derart verbunden, daß eine zweite Verbindung in Wartestellung gebildet wird. Diese Verbindung in Wartestellung wird aktiv, wenn insbesondere die erste Verbindungsachse dieses zentralen Schwingarms bricht. In diesem Fall kann die Aufhängung isostatisch bleiben.
Nach einem anderen Merkmal bilden die Gabelgelenke, die die ersten Verbindungsachsen der beiden seitlichen Stangen und der zentralen Stange halten, mit der Platte zusammen ein Werkstück mit U-förmigem Querschnitt. Die Lösung der Erfindung ermöglicht nämlich, einen Träger zu realisieren, dessen vereinfachte Geometrie eine Herstellung durch ökonomische Bearbeitung ermöglicht.
Nun wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben, die eine nicht einschränkende Ausführungsform zeigen und in denen:
1 schematisch die Aufhängung eines Turbotriebwerks an einem Flugzeug darstellt;
2 eine Perspektivansicht der Aufhängung der Erfindung darstellt, wobei die Stangen an Position sind, aber die Achsen nicht dargestellt sind;
3 die Aufhängung aus der Sicht von vorne zeigt;
4 eine Schnittansicht längs 4-4 von 3 ist;
5 eine Schnittansicht längs 5-5 von 4 ist,
6 bis 9 die Funktionsweise der Sicherheitsverbindungen in Wartestellung in den verschiedenen Situationen des Bruchs von Achsen veranschaulichen.
1 stellt aus der Sicht drei viertel von hinten ein Turbotriebwerk T dar, das mit seinen Mitteln zum Ankoppeln an einem Stiel eines Flugzeugs ausgestattet ist, der nicht gezeigt ist. Es kann sich insbesondere um die Ankopplung an den Flügel eines Flugzeugs handeln. Nach dieser Aufhängungsart weist der Motor eine Befestigungsvorrichtung 4 vorne am Motor auf, die an dem Zwischengehäuse des Fans befestigt ist. Er weist auch ein Befestigungsmittel 1 hinten auf, das am Abluftgehäuse des Primärflusses befestigt ist. Die Wiederaufnahme der Schubkraft ist durch zwei Holme 2 und 3 gewährleistet, die in Längsrichtung beiderseits der Achse des Motors angeordnet und an ihrem Enden einerseits an die Nabe des Gehäuses des Fans und andererseits an die hintere Befestigung angekoppelt sind.
Die folgende Beschreibung betrifft die hintere Befestigung 1. Wie in 2 und 3 zu sehen ist, weist die Befestigung einen Träger 10 zur Befestigung an dem Stiel oder Pylon des Flugzeugs und drei Stangen 20, 20, 40 auf, die den Träger 10 mit den Gabelgelenken verbinden, die mit dem Motorgehäuse fest verbunden sind. Diese Gabelgelenke sind nicht dargestellt.
Der Träger 10 weist eine Platte 11 auf, die mit Aufnahmen zum Durchgang geeigneter Mittel wie Bolzen zur Befestigung an dem Stiel versehen ist. Diese Mittel sind an sich bekannt. Der Träger ist senkrecht zur Achse des Motors angeordnet. Seine Seite, die bezüglich der Abströmungsrichtung der Gase nach stromaufwärts von dem Motor gewandt ist, weist Laschen 111 für die Befestigung der Holme 2 und 3 zur Übertragung der Schubkraft auf. Dies ist auch an sich bekannt.
Der Träger 10 ist auch mit Gabelgelenken 12, 13, 14 und 15 zur Aufnahme der Achse zum Halten und Anlenken der drei Stangen 20, 30, 40 versehen. Diese Gabelgelenke weisen eine bezüglich der Abströmungsrichtung der Gase stromaufwärts gelegene Öse und eine stromabwärts gelegene Öse auf. Die verschiedenen stromaufwärts gelegenen Ösen sind vorteilhaft in einer gleichen Ebene parallel zu derjenigen der Platte 11. Ebenso sind die stromabwärts gelegenen Ösen in einer gleichen Ebene parallel zu derjenigen der stromaufwärts gelegenen Ösen. Diese Anordnung ermöglicht die Realisierung eines Trägers mit relativ einfacher Form, da er im wesentlichen aus drei Ebenen besteht: einer ersten, welche die Platte bildet, einer zweiten, welche die stromaufwärts gelegenen Ösen bildet, und einer dritten, welche die stromabwärts gelegenen Ösen bildet. Die Bearbeitung eines solchen Teils ist einfacher als bei den Ausführungen aus dem Stand der Technik.
Die erste seitliche Stange 20 ist an dem Gabelgelenk 12 angelenkt, indem sie an einer ersten Achse 21 angebracht ist, die sie wie die zwei Ösen des Gabelgelenks 12 durchquert. Die Stange 20 ist durch eine zweite Verbindungsachse 22 an ihrem anderen Ende an einem nicht dargestellten Gabelgelenk angelenkt, das mit dem Motorgehäusebeschlag fest verbunden ist.
Die zweite seitliche Stange 40 ist auf die gleiche Weise an dem Gabelgelenk 14 angelenkt, indem sie an einer ersten Verbindungsachse 41 angebracht ist, die sie wie die zwei Ösen des Gabelgelenks 14 durchquert. Die Stange ist an ihrem anderen Ende durch eine zweite Verbindungsachse 42 an einem nicht dargestellten Gabelgelenk angelenkt, das mit dem Motorgehäusebeschlag fest verbunden ist.
Die dritte, sogenannte zentrale Stange 30 ist zwischen den zwei seitlichen Stangen in ein und derselben Querebene wie diese angeordnet. Diese Stange 30 ist auf die gleiche Weise an dem Gabelgelenk 13 angelenkt, indem sie an einer ersten Achse 31 angebracht ist, die sie wie die zwei Ösen des Gabelgelenks 13 durchquert. Die Stange ist ebenfalls durch eine zweite Verbindungsachse 32 im Abstand von der ersten Achse 31 an einem nicht dargestellten Gabelgelenk angelenkt, das mit dem Motorgehäusebeschlag fest verbunden ist.
Wie in dem Schnitt von 4 zu sehen ist, der auf Höhe der Verbindung durch die Achse 31 erstellt ist, findet diese in Bohrungen Aufnahme, mit denen die zwei Ösen des Gabelgelenks 13 und die Stange durchsetzt sind, und zwar über Hülsen 31a bzw. 31b du 31c. Die Außenfläche der Hülse 31c ist kugelförmig. Die Stange 30 kann also nicht nur um die Achse 31 schwenken, sondern um jede Achse, die dazu senkrecht ist und durch das Zentrum der Hülse 31c verläuft. Es handelt sich um eine an sich wohlbekannte Kugelgelenkverbindung.
Obwohl in den Figuren nur die Verbindung mit der Achse veranschaulicht ist, sind die anderen Verbindungen der Stangen mit den Achsen 21, 41; bzw. 22; 32; 42 ebenfalls vom Typ mit Kugelgelenk. Diese Verbindungen sind insofern notwendig, als man wünscht, daß die Übertragung der Kräfte nur durch die Achse der Stangen verläuft, und daß die Aufhängung isostatisch ist.
Nun werden die Sicherheitsverbindungen in Wartestellung beschrieben.
Die zweite Stange 40 ist an der Seite der ersten Achse 41 durch einen Finger 43 verlängert, der einen Winkel mit ihr bildet, wie dies in 5 zu sehen ist. Dieser Finger 43 weist einen Abschnitt auf, der zwischen dem Ende der zentralen Stange 30 an der Seite ihrer ersten Achse 31 und der Platte 11 aufgenommen ist. 4 zeigt ebenfalls die Position des Fingerabschnitts 43 im Normalbetrieb. Ein erstes Spiel ist zwischen dem Kopf der zentralen Stange und dem Finger vorgesehen. Ein zweites Spiel ist zwischen dem Finger und der Platte vorgesehen. Im Normalbetrieb werden diese Spiele während aller Betriebsphasen bewahrt. Die Form des Fingers und diejenige des Stangenkopfes ermöglichen, daß ihre relative Winkelpositionierung im Rahmen des Normalbetriebs variiert, ohne daß diese Spiele verbraucht werden.
Eine zweite Sicherheitsverbindung in Wartestellung ist durch die Verbindung zwischen der zentralen Stange 30 und einer Sicherheitsachse 33 in Wartestellung geliefert. Diese Achse 33 durchquert die Ösen des Gabelgelenks 15 und einen Arm der zentralen Stange 30. Dieser Arm 30 liegt an der Seite der zweiten Verbindungsachse der zentralen Stange. Die Stange 30 hat also im wesentlichen die Form eines V, wie dies in der Figur zu sehen ist. Im Unterschied zu den anderen Achsen wird von dieser Achse 33 wegen eines Spiels, das zwischen der Achse und entweder der zentralen Stange 30 oder dem Gabelgelenk 15 vorgesehen ist, im Normalbetrieb keine Kraft übertragen.
Nun wird der Betrieb der Sicherheitsverbindungen unter Bezug auf 6 bis 9 gezeigt. Der ausgefallene Teil ist durch ein Kreuz angegeben.
6 veranschaulicht den Fall, wo die Übertragung der Kräfte durch die erste seitliche Stange 20 abgebrochen ist. Das Spiel auf Höhe der Achse 33 in Wartestellung wird dann verbraucht. Die zentrale Stange 30 bildet eine starre Verbindung. Man hat durch Pfeile die Richtung der Komponenten der von den zwei aktiven Stangen übertragenen Kräfte dargestellt. Die von der seitlichen Stange verlorene Übertragung wird von der zentralen Stange wiederaufgenommen.
7 zeigt den Fall, wo die zweite Achse 32 der zentralen Stange zerbricht. Die Verbindung in Wartestellung zwischen dem Finger 43 und dem Träger wird durch Verbrauch des Spiels aktiv. Die von der zentralen Stange verlorene Übertragung wird von der zweiten seitlichen Stange 40 wiederaufgenommen. Die Pfeile stellen die Richtung der Komponenten der Kräfte dar, die von den zwei aktiven Stangen übernommen wurden.
8 zeigt den Fall, wo die Übertragung durch die zweite seitliche Stange 40 verloren ist. Das Spiel der zweiten Verbindung 33 in Wartestellung an der zentralen Stange 30 wird verbraucht. Sie wird aktiv. Die Kräfte an den Verbindungen werden von der zentralen Stange wiederaufgenommen.
9 zeigt den Fall, wo die zentrale Stange 30 an der Seite des Trägers bricht. Das Spiel der zweiten Verbindung 33 in Wartestellung wird verbraucht. Diese Verbindung wird aktiv.

Claims

Aufhängung eines Turbotriebwerks an einem Stiel eines Flugzeugs, bestehend aus – einem Träger (10) mit einer Platte (11), der mit Befestigungsmitteln versehen ist, mittels derer dieser Stiel befestigt werden kann, und der quer zur Motorachse angeordnet ist, – eine erste seitliche Stange (20) und eine zweite seitliche Stange (40), die jeweils durch eine erste Achse (21, 41) mit dem Träger (10) verbunden sind und jeweils durch eine zweite Achse (22, 42) mit dem Motorgehäuse verbunden werden können, wobei die zweite seitliche Stange (40) auf der Seite der ersten Achse durch einen Finger (43) verlängert wird, der mit Spiel in einem Hohlraum Aufnahme findet, welcher dergestalt in dem Träger ausgeführt ist, dass er eine Sicherheitsverbindung in Wartestellung bildet, – einer zentralen Stange (30), die zwischen den beiden seitlichen Stangen (20, 40) angeordnet ist, durch eine erste Achse (31) mit dem Träger verbunden ist und durch eine zweite Achse (32) mit dem genannten Gehäuse verbunden werden kann, wobei der Träger ein Gabelgelenk (13) aufweist, um die erste Verbindungsachse (31) der zentralen Stange (30) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste Achse dergestalt von der Platte (11) beabstandet ist, dass ein Zwischenraum zwischen der Platte (11) und der zentralen Stange (30) gebildet wird, wobei dieser Zwischenraum den genannten Hohlraum bildet, in dem der Finger (43) der zweiten seitlichen Stange (40) im Normalbetrieb mit Spiel Aufnahme findet.
Aufhängung nach dem vorherigen Anspruch, bei der das genannte Spiel verbraucht wird, wenn die Übertragung der Kräfte durch die zweite Achse (32) der zentralen Stange unterbrochen wird.
Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zentrale Stange (30) durch eine dritte Achse (33) mit dem Träger (10) verbunden ist, so dass eine zweite Verbindung in Wartestellung gebildet wird.
Aufhängung nach Anspruch 3, bei der das Spiel der zweiten Verbindung in Wartestellung verbraucht wird, wenn die Übertragung der Kräfte durch die erste seitliche Stange (20) oder die zweite seitliche Stange (40) unterbrochen wird.
Aufhängung nach Anspruch 3, bei der das Spiel der zweiten Verbindung in Wartestellung verbraucht wird, wenn die Übertragung der Kräfte durch die erste Achse (31) der zentralen Stange unterbrochen wird.
Aufhängung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Gabelgelenke (12, 13, 14), die die ersten Verbindungsachsen (21, 41, 31) der beiden seitlichen Stangen (20, 40) und der zentralen Stange (30) halten, mit der Platte zusammen ein Werkstück mit U-förmigem Querschnitt bilden.
Aufhängung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Verbindungen der Stangen (20, 30, 40) mit dem Träger oder dem Gehäuse Kugelgelenkverbindungen sind.