FR2527688A1 - Actuator for gas turbine engine - has external actuator rotating crank with yoke linked to annular slide in engine - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne, d'une manière générale, des systèmes de manoeuvre pour moteurs à turbine à gaz et, plus particulièrement, des systèmes de manoeuvre destinés à transmettre le mouvement d'un vérin externe à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz pour manoeuvrer un élément coulissant, interne ou tiroir. The invention relates, in general, to operating systems for gas turbine engines and, more particularly, to operating systems intended to transmit the movement of an external cylinder inside a turbine engine. gas to operate a sliding element, internal or drawer.
La mise au point de cette invention a été accélérée par l'existence de versions avancées de moteur à turbine à gaz à cycle variable. Depuis les années 1950, ce type de moteur pour avions à réaction connaît un développement continu. Dans le moteur à cycle variable, on améliore la marche du moteur en faisant varier, dans les différentes conditions de fonctionnement, les quantités relatives d'air envoyées, non pas dans un cycle de combustion, mais dans un cycle de dilution de la soufflante. The development of this invention has been accelerated by the existence of advanced versions of a variable cycle gas turbine engine. Since the 1950s, this type of engine for jet aircraft has undergone continuous development. In the variable cycle engine, the engine speed is improved by varying, under the different operating conditions, the relative quantities of air sent, not in a combustion cycle, but in a dilution cycle of the fan.
Dans une réalisation de ce moteur, le réglage du flux d'air se fait au moyen d'un système de tiroir avant, appelé injecteur de dilution à section variable avant (IDSV avant), qui se trouve dans un passage entre un canal de dilution intérieur et un canal de dilution extérieur, et que l'on ouvre ou ferme pour faire varier la quantité d'air de la soufflante pénétrant dans le canal de dilution extérieur et donc court-circuitant le cycle de combustion. Un mécanisme additionnel également à tiroir, appelé injecteur de dilution à section variable arrière (IDSV arrière) se trouve à l'extrémité du canal de dilution principal et a pour fonction de réinjecter le flux dérivé dans le flux du générateur de gaz.On trouvera une description détaillée de ce type de moteur à cycle variable dans le brevet des E.U.A. nO 4 068 471, délivré le 17 juillet 1980.In one embodiment of this engine, the air flow is adjusted by means of a front drawer system, called dilution injector with variable front section (IDSV before), which is in a passage between a dilution channel interior and an exterior dilution channel, and that is opened or closed to vary the amount of air from the blower entering the exterior dilution channel and therefore short-circuiting the combustion cycle. An additional mechanism also with drawer, called rear variable section dilution injector (rear IDSV) is located at the end of the main dilution channel and has the function of reinjecting the bypass flow into the flow of the gas generator. detailed description of this type of variable cycle engine in USA patent No. 4,068,471, issued July 17, 1980.
Les tiroirs de dilution avant et arrière sont conçus pour fonctionner au moyen d'un mécanisme de manoeuvre capable de transmettre au tiroir monté à l'intérieur un mouvement axial fourni par des vérins externes, et ceci à travers un carter extérieur du moteur. Dans les mécanismes de la technique antérieure, ce type de transmission de mouvement se fait souvent par des axes radiaux multiples traversant le carter du moteur. On a mis au point des mécanismes capables d'entraîner un dispositif à axes radiaux multiples au moyen de deux vérins ou plus. Les systèmes utilisés pour manoeuvrer les aubes à angle variable de stator de compresseur en sont des exemples bien connus qui ont été utilisés dans les moteurs de turboréacteur depuis de nombreuses années.On fait pivoter les aubes à angle variable de stator de compresseur en fonction de la vitesse du moteur, pour tenir compte des variations de l'angle du vecteur décharge du rotor. La manoeuvre simultanée de ces aubes s'obtient en faisant tourner des anneaux de couplage qui relient toutes les aubes entre elles au moyen de bras fixés sur les pieds des aubes. Les pieds des aubes traversent radialement la paroi du carter du moteur de l'avion de sorte que la rotation des pieds d'aubes entraîne la rotation avec le même angle de toutes les aubes situées à l'intérieur du moteur. Le mouvement est produit par deux vérins disposées symétriquement qui font tourner les anneaux de couplage. The front and rear dilution drawers are designed to operate by means of an operating mechanism capable of transmitting to the drawer mounted inside an axial movement supplied by external cylinders, and this through an external casing of the engine. In the mechanisms of the prior art, this type of movement transmission is often done by multiple radial axes passing through the motor housing. Mechanisms capable of driving a device with multiple radial axes have been developed using two or more cylinders. Well-known examples of the systems used to maneuver the variable angle compressor stator vanes which have been used in turbojet engines for many years are that the variable angle compressor stator vanes are rotated according to the motor speed, to account for variations in the angle of the rotor discharge vector. The simultaneous operation of these blades is obtained by rotating coupling rings which connect all the blades together by means of arms fixed on the feet of the blades. The feet of the blades radially pass through the wall of the aircraft engine casing so that the rotation of the blade feet causes all the blades inside the engine to rotate at the same angle. The movement is produced by two cylinders arranged symmetrically which rotate the coupling rings.
Bien que ce type de système soit idéal pour faire tourner des aubes multiples de stator de radoteur à axes radiaux multiples, il présente des limites quand il faut faire tourner ensemble un nombre relativement petit d'axes radiaux, ce qui est le cas des injecteurs de dilution à section variable avant et arrière du moteur à cycle variable. Dans le moteur à cycle variable, il est souhaitable de ne pas dépasser trois axes radiaux pour manoeuvrer le tiroir, ceci afin de réduire la masse et la complexité du système. Quand on emploie un nombre réduit d'axes radiaux, la distance physique qui sépare ceux-ci est plus grande et il est plus difricile de synchroniser mécaniquement leur rotation. Although this type of system is ideal for rotating multiple radotor stator vanes with multiple radial axes, it has limits when it is necessary to rotate a relatively small number of radial axes, as is the case with injectors of variable front and rear section dilution of the variable cycle engine. In the variable cycle motor, it is desirable not to exceed three radial axes to maneuver the drawer, this in order to reduce the mass and the complexity of the system. When using a reduced number of radial axes, the physical distance between them is greater and it is more difficult to mechanically synchronize their rotation.
Une difficulté supplémentaire se rencontre sur le tiroir avant, du fait de sa disposit on dans l'avant du moteur d'avion, c'est-à-dire là où les commandes et les accessoires occupent obligatoirement une partie importante de la partie inférieure du carter du moteur. An additional difficulty is encountered on the front drawer, because of its arrangement in the front of the aircraft engine, that is to say where the controls and the accessories necessarily occupy a large part of the lower part of the motor housing.
L'anneau de couplage utilisé dans les mécanismes antérieurs entoure circulairement la totalité du carter du moteur et occuperait donc une partie du même espace.The coupling ring used in the prior mechanisms circularly surrounds the entire engine casing and would therefore occupy part of the same space.
L'interférence mécanique de l'anneau et du bloc des commandes entrainerait à la fois une augmentation de taille de l'enveloppe et des problèmes d'entretien dus à la difficulté de mettre en place ou de déposer un anneau de manoeuvre à l'intérieur du bloc des commandes. Une autre difficulté vient de l'implantation d'une partie ou de la totalité du mécanisme de manoeuvre du tiroir à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz. Par exemple, l'implantation d'un tel mécanisme dans le canal de dilution extérieur d'un moteur à turbine à gaz agit défavorablement sur le rendement global du moteur en obstruant partiellement l'écoulement de l'air de la soufflante. Une telle obstruction provoque des pertes par traînée aérodynamique dans l'air de soufflante, qui ont pour résultat une diminution du rendement du moteur.The mechanical interference of the ring and the control unit would lead to both an increase in the size of the enclosure and maintenance problems due to the difficulty of installing or depositing an operating ring inside. of the command block. Another difficulty comes from the installation of part or all of the drawer operating mechanism inside a gas turbine engine. For example, the installation of such a mechanism in the external dilution channel of a gas turbine engine adversely affects the overall performance of the engine by partially obstructing the flow of air from the blower. Such an obstruction causes aerodynamic drag losses in the blower air, which results in a decrease in the efficiency of the engine.
En définitive, il est souhaitable d'utiliser un système de manoeuvre n'employant qu'un seul vérin, pour réduire la masse du système et sa complexité. Ultimately, it is desirable to use an operating system employing only one cylinder, to reduce the mass of the system and its complexity.
L'invention a donc pour objet de:
réaliser un système de manoeuvre qui transmette de façon synchrone un déplacement axial d'un ou plusieurs vérins à travers un carter extérieur d'un moteur d'avion, pour déplacer axialement un tiroir de débit monté à l'intérieur;
réaliser un système de manoeuvre pour un tiroir monté à l'intérieur au moyen d'un système qui n'enveloppe pas une circonférence entière d'un carter extérieur d'un moteur d'avion, évitant ainsi toute interférence mécanique avec un bloc de commandes et d'accessoires ou tout autre élément fixé sur le carter extérieur du moteur;
réaliser un système de manoeuvre, faisant coulisser un tiroir monté à l'intérieur, qui réduise effectivement le plus possible les pertes par traînée aérodynamique interne du flux d'air dues à ce tiroir;;
réaliser enfin un système de manoeuvre, pour un tiroir interne d'un moteur d'avion, qui emploie un petit nombre d'axes radiaux et est donc à la fois plus léger et moins complexe que les systèmes de manoeuvre similaires communément utilisés.The object of the invention is therefore to:
realize an operating system which synchronously transmits an axial displacement of one or more cylinders through an external casing of an aircraft engine, to axially move a flow valve mounted inside;
make an operating system for a drawer mounted inside by means of a system which does not wrap an entire circumference of an outer casing of an aircraft engine, thus avoiding any mechanical interference with a control block and accessories or any other element fixed to the outer casing of the engine;
make an operating system, sliding a drawer mounted inside, which effectively reduces as much as possible the losses by internal aerodynamic drag of the air flow due to this drawer;
finally make an operating system, for an internal drawer of an aircraft engine, which employs a small number of radial axes and is therefore both lighter and less complex than similar operating systems commonly used.
La présente invention est un système de manoeuvre original capable de transmettre un mouvement linéaire d'un ou de plusieurs vérins situés à l'extérieur d'un carter de moteur d'avion dans un intérieur de moteur, pour faire avancer ou reculer un élément coulissant. Dans une réalisation de la présente invention, un seul vérin manoeuvre le système par rotation d'un seul organe pivotant. Cet organe pivotant est lié mécaniquement à plusieurs organes pivotants au moyen d'un étrier tournant, ce qui entraîne la rotation simultanee de tous les organes pivotants. Les éléments pivotants traversent le carter extérieur du moteur et transmettent le mouvement à l'intérieur du monteur. The present invention is an original operating system capable of transmitting a linear movement of one or more jacks located outside an airplane engine casing in an engine interior, for advancing or reversing a sliding element. . In one embodiment of the present invention, a single cylinder operates the system by rotation of a single pivoting member. This pivoting member is mechanically linked to several pivoting members by means of a rotating bracket, which causes all the pivoting members to rotate simultaneously. The pivoting elements pass through the outer casing of the engine and transmit the movement inside the fitter.
A l'intérieur du moteur, le mouvement passe des éléments pivotants à un élément coulissant annulaire, ou tiroir, par l'intermédiaire de bras relativement minces et flexibles radialement qui font avancer ou reculer axialement le tiroir. Dans une réalisation de l'invention, le système de manoeuvre sert à ouvrir et fermer un tiroir entre les canaux de dilution intérieur et extérieur d'un moteur à cycle variable.Inside the motor, the movement passes from the pivoting elements to an annular sliding element, or drawer, by means of relatively thin and radially flexible arms which advance or retract the drawer axially. In one embodiment of the invention, the operating system is used to open and close a drawer between the interior and exterior dilution channels of a variable cycle engine.
La description qui va suivre se réfère aux figures annexées, qui représentent respectivement:
figure 1, une vue en coupe d'un moteur d'avion à turbine à gaz utilisant la présente invention;
figure 2, une vue partielle, en élévation, de l'invention;
figure 3, une vue en plan, partiellement en coupe et partiellement éclatée, de l'invention combinée avec un tiroir;
figure 4, une vue en plan de l'invention faite suivant la ligne 4-4 de la figure 1;
figure 4a, une vue partielle, en perspective, d'une partie du dispositif de montage et de guidage de l'étrier de synchronisation;
figure 5, une vue en plan, partiellement en coupe et partiellement éclatée, d'une réalisation de l'invention combinée avec un injecteur de dilution à section variable arrière; et
figure 6, une vue en élévation de la réalisation de l'invention représentée à la figure 5.The following description refers to the appended figures, which respectively represent:
Figure 1, a sectional view of a gas turbine aircraft engine using the present invention;
Figure 2, a partial view, in elevation, of the invention;
Figure 3, a plan view, partially in section and partially exploded, of the invention combined with a drawer;
Figure 4, a plan view of the invention taken along line 4-4 of Figure 1;
FIG. 4a, a partial perspective view of part of the device for mounting and guiding the synchronization stirrup;
Figure 5, a plan view, partially in section and partially exploded, of an embodiment of the invention combined with a dilution injector with variable rear section; and
FIG. 6, an elevation view of the embodiment of the invention shown in FIG. 5.
Si l'on se reporte à la figure 1, on y voit un moteur 10 à turbine à gaz à cycle variable pour avion, du type qui a accéléré le développement de l'invention. Ce moteur 10 utilise plusieurs canaux pour faire varier la quantité relative d'air envoyée dans un canal de dilution 12 plutôt que dans une chambre de combustion 13 et une turbine 14, dans différentes conditions de fonctionnement, ceci pour améliorer le fonctionnement du moteur. Cette possibilité qu'a le moteur 10 de faire varier ce flux d'air lui permet de fonctionner en cycle à dilution élevée aux vitesses subsoniques et, inversement, de fonctionner en cycle à faible dilution aux vitesses supersoniques. La variation du cycle de fonctionnement du moteur ainsi obtenue améliore beaucoup le rendement global en fonctionnement du moteur. On se reportera au brevet U.S.A. Referring to Figure 1, there is shown a variable cycle gas turbine engine 10 for aircraft, of the type which accelerated the development of the invention. This engine 10 uses several channels to vary the relative amount of air sent into a dilution channel 12 rather than into a combustion chamber 13 and a turbine 14, under different operating conditions, this to improve the operation of the engine. This possibility that the motor 10 can vary this air flow allows it to operate in a high dilution cycle at subsonic speeds and, conversely, to operate in a low dilution cycle at supersonic speeds. The variation of the engine operating cycle thus obtained greatly improves the overall operating performance of the engine. Reference is made to the U.S.A. patent.
nO 4 068 471 mentionné plus haut pour avoir une description détaillée de ce type de moteur à cycle variable. No. 4,068,471 mentioned above for a detailed description of this type of variable cycle engine.
Dans le moteur 10, l'air entrant reçoit une première accélération sous l'action d'une première soufflante 15. Un répartiteur annulaire 17 divise ce flux d'air, il en envoie une partie dans un canal de dilution intérieur 18 et le restant dans un canal de dilution extérieur 19. L'air circulant dans le canal intérieur 18 reçoit une accélération supplémentaire sous l'action d'une seconde soufflante 16.Les modifications des conditions de fonctionnement rendent souhaitable de faire varier les quantités d'air qui, venant du canal intérieur 18, empruntent le passage 21 et arrivent dans le canal de dilution 12. pour régler la quantité d'air passant du canal intérieur 18 dans le canal de dilution 12, on dispose dans le passage 21 un élément coulissant annulaire tel qu'un tiroir cylindrique 20, auquel on donne le nom d'injecteur de dilution à section variable avant (IDSV avant). Ce tiroir 20 est maintenu dans une position avant (ligne en traits pleins de la figure 1) pour permettre a un flux d'air maximum de pénétrer dans le canal de dilution 12 quand l'avion est en regime de croisière subsonique.Quand l'avion entre en régime supersonique, le tiroir 20 coulisse vers une position arrière(représentée en traits interrompus figure 1). En position arrière, le tiroir 20 limite la quantité d'air perpétrant dans le canal de dilution l*, o'-ligeant ainsi un plus grand volume de l'air de la seconde soufflante à pénétrer dans la chambre de combustion 13 et à s'ajouter au flux comburant des gaz producteurs de poussée. In the motor 10, the incoming air receives a first acceleration under the action of a first blower 15. An annular distributor 17 divides this air flow, it sends part of it into an internal dilution channel 18 and the rest in an external dilution channel 19. The air circulating in the internal channel 18 receives an additional acceleration under the action of a second blower 16. Changes in the operating conditions make it desirable to vary the quantities of air which, coming from the inner channel 18, take the passage 21 and arrive in the dilution channel 12. to adjust the amount of air passing from the inner channel 18 in the dilution channel 12, there is in the passage 21 an annular sliding element such that 'A cylindrical drawer 20, which is given the name of dilution injector with variable front section (IDSV before). This drawer 20 is held in a front position (solid line in Figure 1) to allow maximum air flow to enter the dilution channel 12 when the aircraft is in subsonic cruising regime. airplane enters supersonic regime, the slide 20 slides to a rear position (shown in broken lines in Figure 1). In the rear position, the slide 20 limits the amount of air perpetuating in the dilution channel l *, thus binding a greater volume of air from the second blower to enter the combustion chamber 13 and to s '' add thrust producing gases to the oxidizing flow.
Pour manoeuvrer le tiroir 20, la présente inven- tion réalise un système de manoeuvre 30 simple, efficace et léger. La plus grande partie de ce système de manoeuvre 30 se trouve à l'extérieur d'un carter exterieur 22 entourant le canal extérieur 19 et le canal de dilution 12. Ainsi, le système de manoeuvre 30 n;interfere pas notablement avec le passage de l'air dans le canal ex-té- rieur 19. De plus r la construction du système de manoeuvre 30 vise à éliminer les sources de fuites que sont les trous dans le carter extérieur 22, s'opposant ainsi à toute perte d'air importante par le canal extérieur 19. To operate the drawer 20, the present invention provides a simple, efficient and light operating system 30. Most of this operating system 30 is located outside an external casing 22 surrounding the external channel 19 and the dilution channel 12. Thus, the operating system 30 does not significantly interfere with the passage of the air in the external channel 19. In addition, the construction of the operating system 30 aims to eliminate the sources of leaks which are the holes in the outer casing 22, thus opposing any loss of air important through the outer channel 19.
Si lon se reporte maintenant à la figure 2, cette vue en élévation du système de commande 3G montre une réalisation du système montée sur le carter extérieur 22 du moteur d'avion. Seuls les composants externes du système de commande 30 sont représentes; le tiroir 20 est caché par la surface extérieure du carter 22. If we now refer to FIG. 2, this elevation view of the 3G control system shows an embodiment of the system mounted on the outer casing 22 of the aircraft engine. Only the external components of the control system 30 are shown; the drawer 20 is hidden by the outer surface of the casing 22.
Plusieurs organes pivotants 40 (dont l'un est représenté sur les figures 2 et 3) assurent la transmission, à travers le carter extérieur 22, d'une force de manoeuvre ou mouvement de rotation dans le canal extérieur 19. Un organe pivotant est idéal pour cette fonction car il est facile de l'envelopper d'une douille 42, qui empêche le flux d'air circulant dans le canal eté- rieur 19 de fuir sur les côtés de l'organe pivotant 40. Several pivoting members 40 (one of which is shown in FIGS. 2 and 3) ensure the transmission, through the outer casing 22, of an operating force or rotational movement in the outer channel 19. A pivoting member is ideal for this function because it is easy to wrap it with a sleeve 42, which prevents the air flow circulating in the outer channel 19 from leaking on the sides of the pivoting member 40.
On décrira en premier l'organe pivotant représenté sur les figures 2 et 3 parce qu'il constitue l'élément essentiel des composants du système de manoeuvre. La fonction mécanique de base de ce système 30 est de transformer un mouvement linéaire produit à l'extérieur du carter 22 en une rotation partielle de chacun des organes pivotants 40; puis, à l'intérieur du carter extérieur, de retransformer la rotation partielle des organes pivotants en un mouvement linéaire axial d'un élément coulissant. Dans la réalisation représentée figures 2, 3 et 4, l'élément coulissant est un tiroir 20. La transmission de l'action mécanique à travers le carter extérieur 22 est particulièrement facile à voir sur les figures 3 et 4. We will first describe the pivoting member shown in Figures 2 and 3 because it constitutes the essential element of the components of the operating system. The basic mechanical function of this system 30 is to transform a linear movement produced outside the casing 22 into a partial rotation of each of the pivoting members 40; then, inside the outer casing, to transform the partial rotation of the pivoting members into an axial linear movement of a sliding element. In the embodiment shown in FIGS. 2, 3 and 4, the sliding element is a drawer 20. The transmission of the mechanical action through the external casing 22 is particularly easy to see in FIGS. 3 and 4.
On trouvera maintenant une explication détaillée relative aux composants utilisés pour produire cette transmission et à leurs avantages.We will now find a detailed explanation of the components used to produce this transmission and their advantages.
Si l'on se reporte à nouveau à la figure 2, la création du mouvement linéaire du système de manoeuvre 30 provient d'un vérin linéaire hydraulique 50 utilisant la pression hydraulique comme force de manoeuvre. La commande du vérin 50 se fait, par un système de commande non représenté, qui ne fait pas partie de l'invention. A des moments appropriés du fonctionnement de l'avion, le système de commande agit sur le vérin pour lui faire sortir ou rentrer une tige de vérin 52. La tige de vérin 52 est fixée par un axe d'articulation 54 à un bras de manoeuvre 56, dénommé par la suite troisième bras. Le bras 56 est lui-même fixé directement à un des organes pivotants 40, provoquant ainsi la rotation partielle de cet organe quand la tige 52 sort.Sur la figure 2, le dessin en traits interrompus de la tige 52 et du bras 56 représente la position de sortie du bras et la rotation partielle correspondante de l'organe pivotant. Pour le montage du vérin 50, on utilise par exemple une rotule 58, afin de permettre au verin de pivoter légèrement pendant la sortie ou la rentrée de la tige 52. Quand le vérin 50 et la tige 52 sont en position déployée, le tiroir 20 est dans une position d'ouverture (lignes continues de la figure 3), et inversement, quand le vérin est en position rétractée, le tiroir 20 est dans une position de fermeture partielle (lignes en traits interrompus de la figure 3). Le reste de la description fera apparaître la manière dont cela se fait. If we refer again to FIG. 2, the creation of the linear movement of the operating system 30 comes from a linear hydraulic cylinder 50 using the hydraulic pressure as the operating force. The cylinder 50 is controlled by a control system, not shown, which is not part of the invention. At appropriate times during the operation of the aircraft, the control system acts on the actuator to cause it to extend or retract an actuator rod 52. The actuator rod 52 is fixed by a hinge pin 54 to an operating arm 56, hereinafter referred to as the third arm. The arm 56 is itself fixed directly to one of the pivoting members 40, thus causing the partial rotation of this member when the rod 52 comes out. In FIG. 2, the line drawing of the rod 52 and of the arm 56 represents the arm exit position and corresponding partial rotation of the pivoting member. For the mounting of the jack 50, a ball joint 58 is used for example, in order to allow the jack to pivot slightly during the exit or the return of the rod 52. When the jack 50 and the rod 52 are in the deployed position, the drawer 20 is in an open position (solid lines in Figure 3), and vice versa, when the cylinder is in the retracted position, the slide 20 is in a partially closed position (dashed lines in Figure 3). The rest of the description will show how this is done.
Comme indiqué plus haut, dans la réalisation de l'invention en cours de description, un seul vérin 50 est relié directement à un seul organe pivotant. Le dispositif est agencé pour provoquer la rotation partielle simultanée du reste des organes pivotants 40 lorsque le vérin 50 fait tourner ce seul organe. Si l'on se reporte maintenant à la figure 4, on y voit trois organes pivotants 40 et un seul vérin 50. Le composant essentiel du dispositif destiné à manoeuvrer de façon synchrone tous les organes pivotants est un élément de manoeuvre et de synchronisation en forme d'arc, ou étrier 60 dont le montage circulaire lui permet de tourner autour d'une partie du carter extérieur 22. Etant donné que l'étrier 60 transmet des forces de manoeuvre importante délivrées par le seul vérin linéaire 50, il est soumis à une charge considérable.En conséquence, étrier 50 est un élément en forme d'arc et creux, dont la section est rectangulaire ou de préférence carrée (figure 4 et plus particulièrement figure 4a), ce qui lui confère résistance et rigidité structurale pour un minimum de poids. I1 est aussi possible pour l'étrier 60 d'avoir une section pleine rectangulaire ou toute autre section répondant à une exigence particulière de construction. As indicated above, in the embodiment of the invention during the description, a single cylinder 50 is connected directly to a single pivoting member. The device is arranged to cause the simultaneous partial rotation of the rest of the pivoting members 40 when the jack 50 rotates this single member. If we now refer to FIG. 4, we see there three pivoting members 40 and a single jack 50. The essential component of the device intended to operate synchronously all the pivoting members is a maneuvering and synchronizing element in the form arc, or stirrup 60 whose circular mounting allows it to rotate around a part of the outer casing 22. Since the stirrup 60 transmits significant operating forces delivered by the single linear cylinder 50, it is subjected to a considerable load. Consequently, stirrup 50 is an arc-shaped and hollow element, the section of which is rectangular or preferably square (FIG. 4 and more particularly FIG. 4a), which gives it strength and structural rigidity for a minimum. weight. It is also possible for the stirrup 60 to have a solid rectangular section or any other section meeting a particular construction requirement.
Le dispositif qui supporte l'étrier 60 lui permet de tourner circulairement et l'empêche de se déplacer axialement et radialement. Plus précisément (figure 4), plusieurs moyens de montage répartis circulairement supportent et guident l'étrier 60. Chaque moyen de montage comporte deux glissières arquées fixées chacune sur une face latérale opposée de l'étrier 60. Les glissières comprennent des parties latérales qui coopèrent pour délimiter, de chaque côté de l'étrier 60, deux surfaces de guidage 65, arquées et concentriques, qui sont distantes radialement. En chaque paire de surfaces de guidage 65 se trouve un galet 61 tel qu'un galet cylindrique de roulement à rouleaux ou un galet de poussoir, monté fou sur un support 63 fixé de façon appropriée sur le carter extérieur 22.Des garnitures de frottement 67, comprenant un matériau antifriction, sont fixées sur le fond des glissières entre les deux surfaces de guidage 65 pour assurer une surface de contact à faible frottement entre l'extrémité de chacun des galets 61 et les glissières montées sur l'étrier 60. Dans ces conditions, le déplacement de l'étrier 60 ne peut être seulement qu'une rotation circulaire. Plus précisément. l'étrier 60 peut tourner librement de façon circulaire sur les galets 61, lesquels ont comme seule possibilité de tourner entre les surfaces de guidage 65 montées sur l'étrier 60, pour empêcher l'étrier 60 de se déplacer radialement. De plus, comme les galets 61 portent sur les garnitures de frottement 67 sur les deux faces axiales opposées de l'étrier 60, l'étrier 60 ne peut pas non plus se déplacer axialement. The device which supports the stirrup 60 allows it to rotate circularly and prevents it from moving axially and radially. More precisely (FIG. 4), several mounting means distributed circularly support and guide the stirrup 60. Each mounting means comprises two arcuate slides each fixed on an opposite lateral face of the stirrup 60. The slides include lateral parts which cooperate to define, on each side of the stirrup 60, two guide surfaces 65, arcuate and concentric, which are radially distant. In each pair of guide surfaces 65 there is a roller 61 such as a cylindrical roller bearing roller or a pusher roller, mounted idly on a support 63 fixed appropriately on the outer casing 22. Friction linings 67 , comprising an anti-friction material, are fixed to the bottom of the slides between the two guide surfaces 65 to ensure a contact surface with low friction between the end of each of the rollers 61 and the slides mounted on the stirrup 60. In these conditions, the movement of the stirrup 60 can only be a circular rotation. More precisely. the stirrup 60 can rotate freely in a circular fashion on the rollers 61, which have the only possibility of turning between the guide surfaces 65 mounted on the stirrup 60, to prevent the stirrup 60 from moving radially. In addition, as the rollers 61 bear on the friction linings 67 on the two opposite axial faces of the stirrup 60, the stirrup 60 can also not move axially.
L'étrier enveloppe le carter 22 sur les deux tiers environ de la circonférence de celui-ci, laissant ainsi une région inférieure libre de tout dispositif du système de manoeuvre externe. Sur la plupart des moteurs d'avion, cet espace est occupé par ce que l'on appelle généralement le bloc 70 de commandes et d'accessoires. The stirrup wraps the casing 22 about two thirds of the circumference thereof, thus leaving a lower region free of any device of the external operating system. On most aircraft engines, this space is occupied by what is generally called the block 70 of controls and accessories.
Toutefois, l'étrier 60 peut être un anneau circulaire quand les conditions d'encombrement le permettent et que l'augmentation de poids qui en résulte n'est pas un facteur déterminant.However, the stirrup 60 can be a circular ring when the space conditions allow it and the resulting increase in weight is not a determining factor.
Si l'on se reporte maintenant aux figures 2 et 4, on voit que l'étrier 60 est relie à chacun des organes pivotants par une biellette 62. L'extrémité opposée de ces biellettes es-t reliée à un premier bras 64 qui depasse des organes pivotants. Cette liaison entre l'étrier et les organes pivotants 40 fait tourner chacun de ceux-ci d'un angle équivalent quand l'étrier 60 tourne partiellement autour du carter 22. Ainsi, quand e vérin unique 50 fait tourner directement un organe pivotant, le reste des organes pivotants 40 doit tourner simultanément de la même quantité. If we now refer to Figures 2 and 4, we see that the bracket 60 is connected to each of the pivoting members by a rod 62. The opposite end of these rods is connected to a first arm 64 which exceeds pivoting members. This connection between the stirrup and the pivoting members 40 rotates each of these by an equivalent angle when the stirrup 60 partially rotates around the casing 22. Thus, when the single cylinder 50 directly rotates a pivoting member, the rest of the pivoting members 40 must rotate simultaneously by the same amount.
Les biellettes 62 doivent avoir une fixation qui permette le mouvement non linéaire des biellettes pendant la rotation partielle des organes pivotants 40. En consé- quence, dans la réalisation représentée les biellettes 62 sont reliées à l'étrier 60 par une rotule 66, et aux bras 64 par une rotule 68. The links 62 must have a fixing which allows the non-linear movement of the links during the partial rotation of the pivoting members 40. Consequently, in the embodiment shown, the links 62 are connected to the stirrup 60 by a ball joint 66, and to the arm 64 by a ball joint 68.
L'étrier 60 et les moyens de montage correspondants réalisent un dispositif nouveau et amélioré pour la transmission efficace de la quasi totalité d'une grande force de manoeuvre fournie par le vérin 50 et nécessaire au coulissement du tiroir annulaire 20 avec le minimum de force perdue du fait du frottement.Plus precîsement, comme les biellettes 62 sont sensiblement alignées tangen- tiellement avec l'étrier 6a et se trouvent dans le même plan transversal que lai, elles transmettent effIcacement à l'étrier 60, tangentiellement, la quasi totalité de la force de manoeuvre fournie par les premiers bras 64, ne faisant manoeuvrer l'étrier 60 que circulairement et, par conséquent, seule une partie relativement faible de la force de manoeuvre fournie par les remiers bras (64) s'exerce dans le sens axial et est donc perdue. De plus, comme les biellettes 62 ont une liaison pivotante < oar rotulesiavec leurs éléments coopérants pour s'adapter à tout déplacer ment relatif radial ou axial entre étrier 60 et les premiers bras 64, seule une faible partie des forces de manoeuvre transmise entre eux est perdue en raison du frottement dans les liaisons. Enfin, comme le moyen de montage de l'étrier comporte des galets et garnitures de frottement à faible friction, seule une petite partie des forces de manoeuvre y est perdue par friction. The stirrup 60 and the corresponding mounting means produce a new and improved device for the efficient transmission of almost all of a large operating force supplied by the jack 50 and necessary for the sliding of the annular slide 20 with the minimum of lost force. Due to friction. More precisely, as the rods 62 are substantially aligned tangentially with the stirrup 6a and are in the same transverse plane as lai, they effectively transmit to the stirrup 60, tangentially, almost all of the operating force supplied by the first arms 64, causing the stirrup 60 to operate only circularly and, consequently, only a relatively small part of the operating force provided by the first arms (64) is exerted in the axial direction and is therefore lost. In addition, as the links 62 have a pivoting connection <oar rotulesi with their cooperating elements to adapt to any relative radial or axial movement between stirrup 60 and the first arms 64, only a small part of the operating forces transmitted between them is lost due to friction in the links. Finally, as the mounting means of the caliper includes rollers and friction linings with low friction, only a small part of the operating forces is lost there by friction.
On peut maintenant comprendre que la sortie de la tige 52 du vérin fait tourner d'une même quantité tous les organes pivotants 40. Si l'on se reporte aux figures 3 et 4, on y voit un mécanisme qui transforme ce mouvement de rotation commun en un mouvement axial linéaire d'un élément coulissant ou tiroir 20 dans le carter extérieur 22. Comme indiqué plus haut, les organes pivotants 40 traversent le carter extérieur 22 et pénètrent dans le canal extérieur 19. A l'intérieur du canal extérieur 19 se trouvent plusieurs seconds bras 44 minces et flexibles radialement, dont chacun relie au tiroir 20 un organe pivotant 40 correspondant pour effectuer une translation axiale du tiroir.Plus précisément, chaque bras 44 a l'une de ses extrémités liée rigidement à un organe pivotant 40 pour tourner avec lui et son autre extrémité reliée au tiroir 20 par une liaison pivotante à rotule 46 pour s'adapter aux effets d'un mouvement composé. Le tiroir 20 est pris en sandwich entre deux guides 26 (lun intérieur, l'autre extérieur) pour assurer un chemin d'écoulement aérodynamique continu, maintenir la position du tiroir avec précision entre eux et empêcher le tiroir de basculer ou de se mettre en biais lors de sa translation. Quand le vérin 50 est en position déployée, le tiroir 20 est dans la position d'ouverture représentée par le tracé continu de la figure 3, et quand le vérin 50 est en position rétractée, le tiroir 20 est dans la position de fermeture partielle représentée par les lignes en traits interrompus de la figure 3.Quand le tiroir 20 occupe une position intermédiaire entre l'ouverture et la fermeture partielle (ce qui se produit quand le moteur fonctionne à une vitesse de croisière prédéterminée), la direction des seconds bras 44 est au départ sensiblement tangentielle et ils s'étendent légèrement, radialement vers l'intérieur, vers le tiroir 20. Dans cette position, les bras 44 n'exposent seulement que leurs profils latéraux à l'air de soufflante qui s'écoule sur eux et dans le canal extérieur 19. Pour réduire au maximum les pertes par traînée aérodynamique, ce profil latéral est aussi fin que possible par rapport à l'épaisseur, ou hauteur radiale, du canal extérieur 19.On obtient ce résultat en faisant en sorte que toute section droite représentative des bras 44 se rapproche d'une section droite de profil aérodynamique à faible traînée dans lequel l'épaisseur de la section droite est relativement mince par rapport à l'axe de corde, ou transversal, de la section droite et par rapport à l'épaisseur, ou hauteur, du canal extérieur 19. Par exemple, dans la structure décrite (figure 4), les bras 44 ont une section droite rectangulaire relativement mince, de préférence ne dépassant pas environ 2,54 mm. We can now understand that the output of the rod 52 of the jack rotates all the pivoting members 40 by the same amount. If we refer to FIGS. 3 and 4, we see there a mechanism which transforms this common rotational movement in a linear axial movement of a sliding element or drawer 20 in the outer casing 22. As indicated above, the pivoting members 40 pass through the outer casing 22 and penetrate into the outer channel 19. Inside the outer channel 19 is find several second radially thin and flexible second arms 44, each of which connects to the drawer 20 a corresponding pivoting member 40 to effect an axial translation of the drawer. More specifically, each arm 44 has one of its ends rigidly connected to a pivoting member 40 for rotate with it and its other end connected to the drawer 20 by a swivel ball joint 46 to adapt to the effects of a compound movement. The drawer 20 is sandwiched between two guides 26 (one inside, the other outside) to ensure a continuous aerodynamic flow path, maintain the position of the drawer with precision between them and prevent the drawer from tipping over or falling into position. bias during its translation. When the jack 50 is in the deployed position, the slide 20 is in the open position shown by the continuous line in Figure 3, and when the jack 50 is in the retracted position, the slide 20 is in the partially closed position shown by the dashed lines in FIG. 3. When the slide 20 occupies an intermediate position between the opening and the partial closing (which occurs when the engine operates at a predetermined cruising speed), the direction of the second arms 44 is initially substantially tangential and they extend slightly, radially inwards, towards the slide 20. In this position, the arms 44 only expose their side profiles to the blower air which flows over them and in the outer channel 19. To minimize losses by aerodynamic drag, this lateral profile is as thin as possible with respect to the thickness, or radial height, of the outer channel 19. This is obtained by ensuring that any cross section representative of the arms 44 approaches a cross section of aerodynamic profile with low drag in which the thickness of the cross section is relatively thin with respect to the chord axis, or transverse, of the cross section and with respect to the thickness, or height, of the external channel 19. For example, in the structure described (FIG. 4), the arms 44 have a relatively thin rectangular cross section, preferably not exceeding about 2, 54 mm.
En conséquence, l'orientation sensiblement tangentielle de ces bras 44-radialement minces assure des pertes par traînée aérodynamique réduites, ce qui se traduit par une amélioration du rendement aérodynamique et de la poussée du moteur. On voit aussi sur les figures 3 et 4 un tiroir 20 en position d'ouverture; ses bras 44 se dirigent vers le tiroir 20, en partie axialement vers l'avant et en partie radialement vers l'intérieur. Dans cette position, les bras 44 présentent à l'air de la soufflante qui s'écoule sur eux un profil à traînée effective plus grand (comprenant leur surface radialement extérieure). Ce profil à traînée effective plus grand a pour résultat des pertes par traînée aérodynamique plus élevées que quand les bras 44 sont sensiblement en position tangentielle, auquel cas seuls les profils latéraux des bras 44 sont exposes au flux d'air.De même, quand le tiroir 20 est en position de "fermeture partielle", les bras 44 s'étendent vers ie tiroir 20 en partie axialement vers l'arrière et en partie radialement vers l'intérieur, présentant à l'air de la soufflante un profil à traînée effective plus grand comprenant leur surface radialement intérieure. Toutefois, dans toutes les positions de fonctionnement, les pertes par tramée aérodynamique sont moindres que celles résultant de l'emploi de bras classiques, dont les profils ont des dimensions en largeur et en épaisseur sensiblement plus grandes. Consequently, the substantially tangential orientation of these 44-radially thin arms ensures reduced aerodynamic drag losses, which results in an improvement in aerodynamic efficiency and engine thrust. Also seen in Figures 3 and 4 a drawer 20 in the open position; its arms 44 are directed towards the slide 20, partly axially forwards and partly radially inwards. In this position, the arms 44 have a larger effective drag profile (comprising their radially outer surface) in the air from the fan which flows over them. This larger effective drag profile results in higher aerodynamic drag losses than when the arms 44 are substantially in a tangential position, in which case only the side profiles of the arms 44 are exposed to the air flow. slide 20 is in the "partially closed" position, the arms 44 extend towards the slide 20 partly axially towards the rear and partly radially inward, presenting an air profile to the blower larger including their radially inner surface. However, in all the operating positions, the losses by aerodynamic screening are less than those resulting from the use of conventional arms, the profiles of which have dimensions in width and thickness substantially greater.
En fonctionnement et quand les bras 44 tournent à partir de la position tangentielle, le tiroir 20 doit tout à la fois tourner circulairement et coulisser axialement dans les guides 26, ce qui fait se déplacer radialement vers l'intérieur l'extrémité opposée des bras 44 reliée au tiroir 20. Les bras classiques s'articulent sur des organes pivotants correspondant au moyen d'une liaison à pivot pour s'adapter à ce déplacement radial. Dans la présente invention, ce déplacement radial est rendu possible par la flexibilité des bras 44, lesquels sont fixés rigidement à leurs organes pivotants respectIfs. In operation and when the arms 44 rotate from the tangential position, the slide 20 must both rotate circularly and slide axially in the guides 26, which causes the opposite end of the arms 44 to move radially inwards. connected to the drawer 20. The conventional arms are articulated on pivoting members corresponding by means of a pivot connection to adapt to this radial displacement. In the present invention, this radial displacement is made possible by the flexibility of the arms 44, which are rigidly fixed to their respective pivoting members.
Plus précisément, l'épaisseur relative des bras 44 dans le sens radial donne une structure tout à la fois dotée d'une flexibilité lui permettant de fléchir dans ce sens et assurant des pertes par tralnée aérodynamique réduites.More specifically, the relative thickness of the arms 44 in the radial direction gives a structure which is at the same time endowed with flexibility allowing it to flex in this direction and ensuring reduced aerodynamic tralnea losses.
Bien que les bras 44 soient relativement minces et flexibles dans le sens radial, ils sont par contre relativement larges, et donc rigides, dans le sens transversal, ou axial, ce qui les rend capables de transmettre des forces de manoeuvre importantes pour faire coulisser le tiroir 20.Although the arms 44 are relatively thin and flexible in the radial direction, they are, on the other hand, relatively wide, and therefore rigid, in the transverse, or axial direction, which makes them capable of transmitting significant operating forces in order to slide the drawer 20.
Après examen de la présente invention, les spécialistes en la matière comprendront qu'il est facile de déterminer la géométrie des bras 44 pour obtenir un bras 44 flexible dans le sens radial pour s'adapter à tout mouvement radial de ses extrémités et rigide dans le sens transversal pour transmettre les forces de manoeuvre destinées au coulissement du tiroir 20. De plus, on peut utiliser un matériau tel que l'acier ou le titane pour fabriquer les bras. On donne la préférence au titane dans la présente invention parce qu'il est un matériau flexible à élasticité convenable et qu'il confère aussi aux bras une résistance mécanique suffisante pour la transmission des forces de manoeuvre destinées à faire coulisser le tiroir 20. After examining the present invention, specialists in the field will understand that it is easy to determine the geometry of the arms 44 in order to obtain an arm 44 which is flexible in the radial direction to adapt to any radial movement of its ends and rigid in the transverse direction to transmit the operating forces intended to slide the slide 20. In addition, a material such as steel or titanium can be used to manufacture the arms. Preference is given to titanium in the present invention because it is a flexible material with suitable elasticity and also gives the arms sufficient mechanical resistance for the transmission of the operating forces intended to slide the drawer 20.
On déduira aisément de la description précédente que le système de commande de la présente invention est un dispositif original, simple et léger. Les avantages de cette invention sont utilisables pour d'autres applications sur un moteur d'avion, en particulier en liaison avec un injecteur de dilution à section variable arrière 24 'IDSV arrière) du moteur 10 à cycle variable de la figure 1. It will easily be deduced from the preceding description that the control system of the present invention is an original device, simple and light. The advantages of this invention can be used for other applications on an aircraft engine, in particular in conjunction with a rear variable section dilution injector (rear IDSV (rear IDSV) of the variable cycle engine 10 of FIG. 1.
On voit sur la figure 1 l'implantation générale du système de manoeuvre 32 pour l'injecteur arriere, et sur les figures 5 et 6 les composants de cette réalisation du système de manoeuvre. La partie du Système de manoeuvre 32 sltuée à l'extérieur du carter 74 peut être dentique à celle du système de manoeuvre 30 située à 1!exterieur du carter 22. Elle comprend le vérin hydraulique 50, les organes pivotants 40, un anneau de synchronisation extérieur, ou étrier 6G et un anneau de manoeuvre 72, dont le mouvement correspond de manière générale à celui du tiroir de l'injecteur avant examiné plus haut. We see in Figure 1 the general layout of the operating system 32 for the rear injector, and in Figures 5 and 6 the components of this embodiment of the operating system. The part of the operating system 32 located outside the casing 74 can be dentic to that of the operating system 30 located outside the casing 22. It comprises the hydraulic cylinder 50, the pivoting members 40, a synchronization ring. outside, or caliper 6G and an operating ring 72, the movement of which generally corresponds to that of the drawer of the injector before examined above.
Dans la réalisation du système de manoeuvre 32 pour injecteur arrière, l'anneau de manoeuvre 72 coulisse vers l'avant et vers l'arrière sous l'effet d'un pivotement des bras 44 (figure Sj, chacun s'étendant à partir des trois organes 40 à pivotem^nu partiel. Les organes 40 sont montés sur un carter 74 de cambre de postcombustion et transmettent à l'anneau de manoeuvre 72, à travers la paroi du carter, une force de manoeuvre fournie par les vérins 50. La force de manoeuvre initiale est fournie par trois vérins 5 ou plus, bien que l'on puisse aussi n'utiiiser qu'un seul vérin pour fournir la quantité de force nécessaire, et le mouvement de ces vérins est synchronisé au moyen d'un anneau de synchronisation, ou étrier 60 se déplaçant circulairement, qui relie entre eux tous les organes pivotants 40, comme représenté.In the embodiment of the operating system 32 for rear injector, the operating ring 72 slides forward and backward under the effect of a pivoting of the arms 44 (FIG. Sj, each extending from the three members 40 with partial pivoting. The members 40 are mounted on a casing 74 of afterburner camber and transmit to the operating ring 72, through the wall of the housing, an operating force supplied by the jacks 50. initial operating force is provided by three or more cylinders, although one can also use only one cylinder to provide the amount of force required, and the movement of these cylinders is synchronized by means of a ring synchronization, or stirrup 60 moving circularly, which interconnects all the pivoting members 40, as shown.
Les éléments assurant la connexion entre le système de manoeuvre 32 et plusieurs gouttières pivotantes 76 se voient sur la figure 5. A l'intérieur du carter 74 de la chambre de post-combustion, l'anneau de manoeuvre 72 est relié à une saillie supérieure 78 de chacune de la vingtaine environ de gouttières 76 réparties symétriquement autour de l'extrémité arrière du canal de dilution 12. Les gouttières 76 peuvent pivoter autour d'axes d'articulation 80, si bien que la translation de l'anneau de manoeuvre 72 s'ajoutant à sa liaison avec la saillie supérieure 78 fait pivoter radialement les gouttières 76, les faisant ainsi entrer ou sortir dans le trajet d'écoulement du générateur de gaz. L'implantation des gouttières 76 et l'effet de leur déplacement à l'intérieur du moteur se voient sur la figure 1.Pendant le fonctionnement du moteur, il existe une coordination entre l'action de l'injecteur arrière et celle de l'injecteur avant, pour envoyer convenablement dans le canal de dilution le flux d'air dérivé de la soufflante et le réintroduire dans le flux du générateur de gaz avant de l'éjecter dans la tuyère du moteur. The elements ensuring the connection between the operating system 32 and several pivoting gutters 76 are seen in FIG. 5. Inside the casing 74 of the post-combustion chamber, the operating ring 72 is connected to an upper projection 78 of each of about twenty or so gutters 76 distributed symmetrically around the rear end of the dilution channel 12. The gutters 76 can pivot around articulation axes 80, so that the translation of the operating ring 72 adding to its connection with the upper projection 78 rotates the gutters 76 radially, thereby making them enter or exit in the flow path of the gas generator. The location of the gutters 76 and the effect of their displacement inside the engine are shown in Figure 1.During the operation of the engine, there is coordination between the action of the rear injector and that of the front injector, to properly send the air flow derived from the blower into the dilution channel and reintroduce it into the flow of the gas generator before ejecting it into the nozzle of the engine.
Bien que l'exposé de l'invention ait porté sur des réalisations particulières, les spécialistes en la matière verront facilement que l'on peut apporter des modifications importantes à ces réalisations sans s'écarter des idées-de base de l'invention. Par exemple, bien que la description de l'invention comporte un élément coulissant sur les injecteurs avant et carrière, on peut imaginer que le système de manoeuvre peut évidemment manoeuvrer n'importe quel élément coulissant, pivotant ou tournant ou est en mesure, avec un dispositif d'interface convenable, de manoeuvrer toute variété de mécanismes. Although the presentation of the invention has focused on particular embodiments, specialists in the field will easily see that it is possible to make significant modifications to these embodiments without departing from the basic ideas of the invention. For example, although the description of the invention includes a sliding element on the front and career injectors, it can be imagined that the operating system can obviously operate any sliding, pivoting or rotating element or is able, with a suitable interface device, to operate any variety of mechanisms.
De plus, le nombre et l'implantation de la plupart des divers composants de l'invention peuvent varier dans de larges limites. In addition, the number and layout of most of the various components of the invention can vary within wide limits.
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Citations (1)
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1982
- 1982-06-01 FR FR8209489A patent/FR2527688B1/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2455179A1 (en) * | 1979-04-23 | 1980-11-21 | Gen Electric | SYSTEM FOR HANDLING AN ELEMENT MOUNTED WITHIN A CRANKCASE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2527688B1 (en) | 1987-03-27 |
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Legal Events
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