JP2004316651A - ターボ機関における可変ピッチ・ベーンを制御するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に航空機用のターボプロップまたはターボジェットエンジンといった、ターボ機関における可変ピッチ・ベーンを制御するための装置を提供する。
【解決手段】ターボ機関における可変ピッチ・ベーンを制御するための装置は、上記ベーンの半径方向旋回軸（２６）を、半円状のエレメント（２０）および制御リングのブリッジ（２２）に支持される半径方向フィンガー（３２）に結合するリンク（２４）を備えており、上記リンク（２４）は、制御リング（１８）に固定される半径方向フィンガー（３２）上に玉継ぎ手方式で装備されている。この装備の形態は、上記制御リングに関連する全てのベーンが同一の角度ピッチに設定されることを可能とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、特に航空機用のターボプロップまたはターボジェットエンジンといった、ターボ機関における可変ピッチ・ベーンを制御するための装置に関する。

そのようなターボ機関において、あるいくつかの固定子ベーンの角度位置すなわち「ピッチ」を調整する目的は、ターボ機関の能率を最適化することおよびその異なる飛行形態のもとでの燃料消費を低減することにある。そのような調整は、一列またはそれより多くの列のベーンについて、ターボ機関固定子の外側を取り囲み、且つアクチュエーターまたは電気モーターのような駆動手段によって固定子の縦軸のまわりで回転され得る制御リングによって、一般に、行われる。リングの回転運動は、リンクによって、列のベーンに伝達され、各リンクは、その一方の端部においてベーンに固定され且つその他方の端部における半径方向フィンガーを支持しており、そしてそのフィンガーは、円筒状ハウジング内において制御リングに係合している。

あるパワーレベルを呈するターボ機関において、固定子のケーシングは、ケーシングから外方へ突出する縦の接合フランジを含む２個の半円筒状の外殻から作られている。そのような縦に延びるフランジの存在のために、各制御リングは、ケーシングのフランジにまたがって配置され且つケーシングの縦軸のまわりで一定の角度にわたってリングを回転させることを可能とする２個のブリッジによってそれらの端部にて堅く相互に結合された２個のほぼ半円状のエレメントから作られている。

リンクの半径方向フィンガーは、それらが実質的に半円状のリング・エレメントからなるハウジングに受入されるべく設計されているとき、内方に向かって延び、そしてそれらは、それらがブリッジの円筒状ハウジングに受入されるべく設計されているとき、ブリッジは、リングの半円状エレメントであるケーシングの縦軸からさらに離れているため、外方に向かって延びる。

結果として、ブリッジに結合されるリンクの回転のポイントは、リングの半円状エレメントに結合されるリンクの回転のポイントよりも、ケーシングの縦軸からさらに離れており、そしてケーシングの軸のまわりでのリングの角度変位は、リングのブリッジへリンクによって結合されるベーンが、より大きな角度にわたって回転される間に、一定の角度にわたって回転される半円状のリング・エレメントに、リンクによってベーンが結合されることにつながる。

ブリッジに結合されるベーンの差異調整は、能率および燃料節約の最適化を妨げる。

本発明の特別の目的は、この問題に対する単純で、効果的でしかも安価な解決法を提供することにある。

このために、本発明は、ターボ機関における可変ピッチ・ベーンを制御するための装置であって、ベーンは、ケーシング内の軸受けに装備され且つリンクによってケーシングの外側を取り囲む制御リングに結合された半径方向旋回軸を有し、上記リングは、ケーシングの縦フランジにまたがって配設されたブリッジによってそれらの端部において堅く相互連結された、２個の実質的に半円状のエレメントを備え、装置は、リンクが、半円状エレメントによって、そして制御リングのブリッジによって支持される半径方向フィンガーの端部に旋回可能に装備されており、そして半円状エレメントに支持されているフィンガーは、上記エレメントから半径方向外向きに延び、且つブリッジによって支持されているフィンガーは、上記ブリッジから半径方向内向きに延び、半円状エレメントによって支持されている半径方向フィンガーにおいてと、制御リングのブリッジによって支持される半径方向フィンガーにおいてとの両方で、上記フィンガー上のリンクの旋回ポイントの、制御リングの旋回軸からの距離が同一となることを特徴とする装置を提供する。

この構成によって、リンクの回転のポイントは、リンクと半径方向フィンガーとの間の結合ゾーンに位置し、そしてもはや半径方向フィンガーとそれらの円筒状ハウジングとの間の結合ゾーンにはなく、それゆえ、リングの角度変位が、列内の全てのベーンについて同一の回転量となることを保証する。

本発明の他の特徴によれば、リンクは、半径方向フィンガー上に玉継ぎ手（ｂａｌｌ−ａｎｄ−ｓｏｃｋｅｔ）方式で取り付けられている。

このことは、ベーンの角度ピッチを調整する間における、リンクの応力と変形を低減することを可能とさせている。

第１の実施の形態においては、上述された半径方向フィンガーは、半円状エレメントの、および制御リングのブリッジの半径方向円筒状ハウジング内に装備され、且つそれらは、ネジによって上記エレメントおよびブリッジに固定された折曲されたタブによってそこに保持され、そしてリンクが装備されるフィンガーの端部と協働する。

本発明の他の実施の形態においては、半径方向フィンガーは、半円状エレメントの、および制御リングのブリッジの円筒状ハウジングにおけるリンクから離れたそれらの端部においてかしめられて（ｃｒｉｍｐｅｄ）いる。

この構成は、上述された折曲されたタブが、それらを半円状エレメントおよび制御リングのブリッジに締め付け固定するためのそれらのネジと一緒に省かれることを可能とするので、重量の節減につながる。

任意に、リンク保持手段が、半径方向フィンガー上に装備され、そして半径方向フィンガーを通過させるための貫通開口部を含むフランジを有し且つ各半径方向フィンガー上のカラーのいずれかの側に配置されるＵ字形ピースを備える。

これらの保持手段は、不利にする方法で総重量を増大させることなく、軽いシート状金属で作られていても良い。

実施例によって与えられ且つ添付図面を参照して与えられる以下の説明を読むことにより、本発明は、より良く理解され且つそれについての他の特徴、詳細および利点は、より明確に明らかにされるであろう。

図１は、ターボ機関ケーシング１０の一部を示す非常に概略的な断面図であり、上記ケーシングは、接合面１６に沿って互いに圧接され且つケーシング１０から外方に突出する縦方向組み立てフランジ１４を有する２個の半外殻１２から作られている。

可変ピッチ・ベーンの角度位置を制御するためのリング１８は、ケーシング１０の外側をそれの直接的近傍において取り囲んでおり、そしてそれらの端部において２個のブリッジ２２によって堅く相互に結合されている２個のほぼ半円状エレメントから作られており、それらのうちの１個のみが図１に示されていて、各ブリッジは、ケーシング１０の縦方向フランジ１４にまたがって配置され且つリング１８が、そのケーシング１０の縦軸と実質的に一致する縦軸のまわりで一定の範囲まで回転することを可能としている。

可変ピッチ・ベーンの列に制御リングを結合する手段が、図２および図３に概略的に示されている。

これらの手段は、リンク２４を備え、それらの各々は、一端部において半径方向旋回軸２６によって可変ピッチ・ベーン２８に固定されていて、各旋回軸２６は、ケーシング１０を通る半径方向開口部内に装備される軸受け３０においてピボット的に案内される。各リンク２４の他端部は、例えば、上記リンク端部にかしめられた、半径方向フィンガー３２、を支持し、且つ制御リング１８における円筒状ハウジング内に装備された円筒状ブッシング３４においてピボット的に案内される。

リンク２４が、図２に示されるように、リング１８の半円状エレメント２０のうちの１つに結合されるとき、フィンガー３２は、半円状エレメント２０の半径方向外側にリンク２４を備えて、ケーシング１０の軸に向かって半径方向に延びる。

半径方向フィンガー３２は、一定の長さを呈する円筒状ブッシング３４に案内されるので、ケーシング１０の縦軸とそのブッシング３４内における各半径方向フィンガー３２についてのヒンジ・ポイントとの間の距離を厳密に定義することは困難である。

もしも、対称性のための理由から、最初の近似のために、これらの旋回ポイントが、フィンガー３２とブッシング３４の中間ゾーンに存在するとみなされると、それからこれらの旋回ポイントは、ケーシング１０の縦軸から距離Ｒ１にある。

リンク２４が、図３に示されるように、制御リング１８のブリッジ２２に結合されるとき、フィンガー３２は、リンク２４から半径方向外方向きに延び、且つリンク２４の旋回ポイントは、同様のやり方で、フィンガー３２とブッシング３４の近似的に中間に、そして制御リング１８の旋回軸から、Ｒ１よりも大きい距離Ｒ２の位置に、位置設定される。

制御リングが、その旋回軸のまわりである角度にわたって回転されるとき、ベーン２８は、それらの旋回軸２６の軸まわりで、制御リング１８の半円状エレメント２０へリンク２４によって結合されるベーンについては、Ｒ１に比例する量だけ、そして制御リング１８のブリッジ２２へリンク２４によって結合されるベーン２８については、Ｒ２に比例する量だけ回転される。

それらがエレメント２０に結合されるかまたはリング１８のブリッジ２２に結合されるかに依存するベーン２８の間の旋回角度のこの差異は、ターボ機関の能率の最適化を妨げる。

この不都合を緩和するため、本発明は、全てがケーシングの軸から同一の距離にあるリンクの旋回ポイントによって、半円状エレメント２０によって、そして制御リング１８のブリッジ２２によって支持される半径方向フィンガー３２上で旋回させるべくリンク２４を取り付けることを提供する。

図４に示される実施の形態において、半径方向フィンガー３２は、上記ハウジングの半径方向外側の端部から制御リングのエレメント２０の円筒状ハウジングに係合されており、そしてそれらは、フィンガー３２の半径方向外側端部を押圧し且つネジ３８によって制御リングのエレメント２０に固定される折曲タブ３６によって適正位置に保持される。それらの半径方向内側端部において、フィンガー３２は、それらの円筒状ハウジング内におけるそれぞれの内側肩部を押圧する。

各リング２４は、一方の端部において、可変ピッチ・ベーンの半径方向旋回軸２６に固定され、且つその他方の端部において、そこを通過する関連する半径方向フィンガー３２を有するワッシャー４０に係合されている開口部を含んでおり、フィンガー３２上のリンク２４のために玉継ぎ手方式の取り付けを提供するように、ワッシャー４０の内側面が、その中間部からその端部へ向けて開く。

そのような取り付けによれば、リンクの旋回ポイントは、ワッシャー４０の中間部分と半径方向フィンガー３２との間の結合によるレベルに配置される。

リンクがブリッジ２２に結合されるとき、フィンガー３２は、リンクから半径方向外方に向かって延び、そして配置はリンクについて図４に示されたものと対称であり、しかしリンクの旋回ポイントは、依然としてワッシャー４０の中間部と半径方向フィンガー３２との間の結合ゾーンに配置され、それゆえ制御リング１８の旋回軸から同一の距離にある。

図５および図６に概略的に示される変形の実施の形態において、半径方向フィンガー３２は、その端部４２の一方をかしめることにより、エレメント２０または制御リングのブリッジ２２に固定され、そしてその中間部に、エレメント２０のまたはブリッジ２２の肩部を押圧するためのカラー４４を有している。対応するリンク２４は、上述において特定されたタイプのワッシャー４０によってかしめるためのその開いた端部４２の反対側のフィンガー３２の端部４６に取り付けられる。

リンク２４が、図５に示されるように、制御リングの半円状エレメント２０に結合されるとき、エレメント２０のためにかしめられるのは、フィンガー３２の半径方向内側端部であり、そしてリンク４２の端部においてワッシャー４０に係合されるのは、半径方向外側端部である。対照的に、リンク２４がブリッジ２２に結合されるとき、ブリッジ２２のためにかしめられるのは、半径方向フィンガー３２の半径方向外側端部であり、そしてリンク２４の端部においてワッシャー４０に係合されるのは、上記フィンガーの半径方向内側部分である。

図７および図８に示される変形の実施の形態において、構成は、実質的に図５および図６のそれと同一であるが、半径方向フィンガー３２の端部４６にリンク２４を保持するための付加的なピースを含んでおり、この保持ピース４８は、例えばＵ字状に折りたたまれた一片のシート金属によって、構成され、且つ半径方向フィンガー３２の端部４６に係合させるための孔によって穿孔された１つのフランジ５０と、フィンガー３２を通過させるための孔を含み且つフィンガーのカラー４４を押圧すべく設計されたそれに平行な他のフランジ５２とを含み、上記カラーは、それゆえピース４８の２つのフランジ５０および５２の間に位置する。

組み立ての目的のために、ピース４８は、開いており、フィンガー３２は、フランジ５２の開口部に係合され、そしてそれから制御リング１８におけるその円筒状ハウジング内に配置され、且つその端部４２においてかしめられ、その後に、リンク２４のワッシャー４０は、フィンガー３２の端部４６に係合され、そしてフランジ５０は、半径方向フィンガー３２の端部をフランジ５０の対応する開口部に係合させて、フランジ５２と実質的に平行となるように折りたたまれる。

図５から図８の実施の形態は、例えば、可変ピッチ・ベーンの各列において、図５の実施の形態については、重量を約０．７２キログラム（ｋｇ）、そして図７の実施の形態については、約０．６５ｋｇ削減することで、図４の実施の形態よりも重量が軽いという利点を有している。

本発明の利点は、可変ピッチ・ベーンの列のリンク２４が同一で、且つそれらは、リンクが半円状エレメントに結合されるか、または制御リングのブリッジに結合されるかにかかわらず、制御リングの所定の旋回動作のために同一の角度でベーンを角度的に偏移させることである。

ターボ機関ケーシングおよび制御リングの断片的概略断面図である。 制御リングへの可変ピッチ・ベーンのリンクを結合するための先行技術の構成を示す断片図である。 制御リングへの可変ピッチ・ベーンのリンクを結合するための先行技術の構成を示す断片図である。 本発明の装置の第１の実施の形態を示す断片的概略図である。 装置の変形の実施の形態を示す図である。 図５の装置における半径方向フィンガーの概略的斜視図である。 本発明の装置の他の実施の形態の図である。 図７の装置の半径方向フィンガーおよびリンク保持手段の概略的斜視図である。

符号の説明

１０ ターボ機関ケーシング
１２ 半外殻
１４ 縦方向組み立てフランジ
１６ 接合面
１８ 制御リング
２０ 半円状エレメント
２２ ブリッジ
２４ リンク
２６ 半径方向旋回軸
２８ 可変ピッチ・ベーン
３０ 軸受け
３２ 半径方向フィンガー
３４ 円筒状ブッシング
３６ 折曲タブ
３８ ネジ
４０ ワッシャー
４２、４６ フィンガーの端部
４４ カラー
４８ ピース
５０、５２ フランジ
Ｒ１、Ｒ２ 距離

Claims (6)

1. ターボ機関における可変ピッチ・ベーンを制御するための装置であって、前記ベーンは、ケーシング（１０）内の軸受けに装備され且つリンク（２４）によって前記ケーシング（１０）の外側を取り囲む制御リング（１８）に結合された半径方向旋回軸（２６）を有し、前記リングは、ケーシングの縦フランジ（１４）にまたがって配設されたブリッジ（２２）によってそれらの端部において堅く相互連結された、２個の実質的に半円状のエレメント（２０）を備え、前記装置は、前記リンク（２４）が、前記半円状エレメント（２０）によって、そして前記制御リング（１８）の前記ブリッジ（２２）によって支持される半径方向フィンガー（３２）の端部に旋回可能に装備されており、前記半円状エレメント（１０）に支持されている前記フィンガー（３２）は、前記エレメントから半径方向外向きに延び、且つ前記ブリッジ（２２）によって支持されているフィンガー（３２）は、前記ブリッジから半径方向内向きに延び、前記半円状エレメント（２０）によって支持されている半径方向フィンガー（３２）においてと、前記制御リングの前記ブリッジ（２２）によって支持される半径方向フィンガーにおいてとの両方で、前記フィンガー（３２）上の前記リンク（２４）の旋回ポイントの、前記制御リング（１８）の旋回軸からの距離が同一となることを特徴とする、装置。
2. 前記リンク（２４）は、前記半径方向フィンガー（３２）上に玉継ぎ手方式で取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記半径方向フィンガー（３２）は、半円状エレメント（２０）の、およびブリッジ（２２）の半径方向円筒状ハウジング内に装備され、且つそれらは、ネジ（３８）によって前記エレメント（２０）およびブリッジ（２２）に固定された折曲されたタブ（３６）によってそこに保持され、そして前記リンク（２４）が装備される前記フィンガー（３２）の端部と協働することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記半径方向フィンガー（３２）は、前記半円状エレメント（２０）の、および制御リングの前記ブリッジ（２２）の円筒状ハウジングにおけるリンクから離れたそれらの端部（４２）においてかしめられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記リンク（２４）を保持するための手段（４８）が、前記半径方向フィンガー（３２）上に装備されていることを特徴とする、請求項に４に記載の装置。
6. 前記保持する手段（４８）は、前記半径方向フィンガー（３２）を通過させるための開口部を備えるフランジ（５０、５２）を有し且つ前記半径方向フィンガー（３２）のそれぞれのカラー（４４）のいずれかの側に配置されるＵ字形ピースを備えることを特徴とする、請求項５に記載の装置。

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