JP5490880B2 - ターボプロップのファンブレードのピッチを制御する可動アクチュエータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１組の調節可能なピッチのファンブレードを含むターボプロップの一般分野に関する。特に、本発明は、２プロペラ式航空機ターボプロップのファンブレードのピッチの制御に関する。

知られている形では、２プロペラ式ターボプロップは、それぞれが１組のアンダクテッドファンブレードを駆動する２つの二重反転ロータを有するタービンを備える。例として、このようなターボプロップの種々の実施形態について記載している英国特許第２１２９５０２号明細書を参照する。

このタイプのターボプロップでは、各組のファンブレードのピッチ（ピッチは配向とも呼ばれる）は、ターボプロップの推力を制御することができるパラメータの１つとなる。このために、所与の組のファンブレードのピッチを制御するための知られている解決策は、ターボプロップの中心に位置するアクチュエータによって作動される半径方向シャフトを介してピッチ制御テイクオフを利用することを含む。

英国特許第２１２９５０２号明細書

この解決策は、効果的であるが、多くの歯車装置を使用しなければならないので、製造が特に複雑であるという欠点がある。また、このタイプの制御は、半径方向シャフトが受けるねじれの問題を克服するには、大きな直径の半径方向シャフトが必要である。残念ながら、このようなシャフトは最大断面が大きくなるので、タービンを流れる空気流をさらに妨げることになり、効率損失を招く。

したがって、本発明の主な目的は、ねじれて作用するシャフトに頼る必要のないファンブレードピッチ制御を提案することによって、上述の欠点を軽減することである。

上述の目的は、少なくとも１組の調節可能なピッチのファンブレードを有するターボプロップのファンブレードのピッチを制御する装置で、前記組は、長手方向軸を中心とし、タービンロータに機械的に接続される回転リングと共に回転するように固定され、各組のブレードは、ピッチ調節のために長手方向軸を中心とした同期リングに結合される装置であって、さらに、長手方向軸を中心とし、タービンロータと共に回転するように固定され、アクチュエータを作動させると同期リングが長手方向軸を中心として回転運動するように、アクチュエータのロッドに接続され、同期リングにヒンジ取り付けされる複数の接続アームを使用して、同期リングに機械的に接続されるアクチュエータを備えることを特徴とする装置によって達成される。

本発明の制御装置は、接続アームがねじれではなく牽引力で作用し、アームを構成するリンクの直径を小さくできるという利点がある。また、制御装置には全く歯車がない。このことで、信頼性が高く、正確で、軽量な制御装置が可能となる。

有利な条件において、各接続アームは、アクチュエータのロッドに接続される軸方向リンクと、同期リングに接続される半径方向リンクと、アクチュエータを作動させると半径方向リンクが略半径方向に運動するように軸方向リンクを半径方向リンクに接続する少なくとも１つのベルクランクとを備える。

好ましくは、各接続アームはさらに、回転リングに固定され、半径方向リンクの略半径方向運動により同期リングが長手方向軸を中心として回転運動するように、まず半径方向リンクに接続され、次に同期リングに締結された接線方向リンクに接続される別のベルクランクを含む。

一実施形態では、各接続アームの軸方向リンクの一端は、転がり軸受の外側ケージに接続され、その内側ケージは、アクチュエータのロッドに接続され、フルーティングを介してタービンロータのシャフトを長手方向に摺動するのに適している。このような状況下で、各接続アームの半径方向リンクは、密封軸受によって半径方向に案内されるのが好ましい。

別の実施形態では、各接続アームの軸方向リンクの一端は、アクチュエータのロッドに接続される。

有利には、制御装置はさらに、アクチュエータに不具合が生じた場合に、ファンブレードに所定のピッチを付与する手段を含む。

さらに有利には、制御装置のそれぞれの接続アームは、ターボプロップのケーシングアームを半径方向に貫通する。

接続アームは、長手方向軸を中心として一定間隔で配置される。最後に、組は１０枚のファンブレードを備え、アクチュエータは５本の接続アームによって同期リングに機械的に接続され得る。

本発明はさらに、２つの二重反転ロータと、ロータのそれぞれに接続される２つの回転リングと共に回転するように拘束された２組の調節可能なピッチのファンブレードとを有し、２組のうち少なくとも１組のファンブレードのピッチは上述の装置によって制御されるタービンを備える２プロペラ式ターボプロップを提供する。

本発明の他の特徴および利点は、限定的でない一実施形態を示した添付図面を参照して考察された以下の説明から明らかになる。

プロペラのピッチを制御するための本発明の装置を有する２プロペラ式ターボプロップの長手方向断面図である。 上流側の組のプロペラのピッチが制御される方法を示した図１の拡大図である。 上流側の組のプロペラのピッチが制御される方法を示した図１の拡大図である。 下流側の組のプロペラのピッチが制御される方法を示した図１の拡大図である。 図２Ａ、図２Ｂおよび図３の制御装置の一部の端面図である。

図１は、２つのプロペラを有するタイプの航空機ターボプロップの一実施形態の詳細図である。

このようなターボプロップは知られているので、詳細には説明しない。ターボプロップ１０は、特に、長手方向軸１２と、長手方向軸を中心として同軸上に配置される環状ナセル１４とを備える。ターボプロップ１０はさらに、上流側から下流側に向かって、圧縮機１６と、燃焼室１８と、２つの二重反転ロータ２２ａ、２２ｂを有するタービン２０とを含み、これらの種々の要素も同様に、ターボプロップの長手方向軸１２を中心として同軸上に配置される。

ターボプロップ１０はさらに、上流側（または前方）の組２４ａおよび下流側（または後方）の組２４ｂの調節可能なピッチのファンブレード２６とを含む。各組２４ａ、２４ｂのファンブレード２６は、より詳細には、それぞれの回転リング２８ａ、２８ｂに取り付けられ、それぞれの回転リングはターボプロップの長手方向軸１２を中心とした環状プラットフォームを形成する。

また、各組のファンブレード２６は、円周方向に一定間隔離間し、それぞれの回転リング２８ａ、２８ｂの表面から半径方向に延在する。タービン２０のロータ２２ａ、２２ｂのそれぞれは、調節可能なピッチのファンブレードの組２４ａ、２４ｂの一方が取り付けられた回転リング２８ａ、２８ｂの一方を担持して回転駆動する。

ターボプロップはさらに、各組２４ａ、２４ｂのファンブレードのピッチを制御する装置を含む。本発明の制御装置は、上流側の組２４ａおよび下流側の組２４ｂの両方のファンブレードのピッチを調節する働きをする。しかし、これらの組のうち一方の組のブレードのみのピッチを制御するのに使用してもよい。

図２Ａ、図２Ｂおよび図３でさらに詳細に示されているように、本発明の制御装置は、各組２４ａ、２４ｂに対して、ターボプロップの長手方向軸１２を中心とし、対応する回転リング２８ａ、２８ｂに対して同軸上に配置される同期リングで、一般には、多角形状の同期リング３０ａ、３０ｂを含む。

また、図４に示されるように、各同期リング３０ａ、３０ｂは、対応する回転リング２８ａ、２８ｂに枢動可能に取り付けられるブレード根元部支持体３４に接続され、この接続は、両端にヒンジを有する各駆動リンク３２を介して行われる。知られている方法では、各支持体３４は、例えば、ダブテール形状の取付具を使用してブレード２６の根元部を受承し、例えば、玉軸受を使用して、半径方向軸３６を中心として枢動できるように回転リングに締結される。

その結果、各同期リング３０ａ、３０ｂがターボプロップの長手方向軸１２を中心として（一方向または他方向に）回転することで、各ブレード根元部支持体３４が（駆動リンク３２を介して）それぞれの半径方向軸３６を中心として旋回し、そのことが、支持体に取り付けられたブレード２６のピッチを変えることにつながる。

本発明の制御装置はさらに、長手方向軸１２を中心とし、タービン２０のロータ２２ａ、２２ｂのうちの一方のシャフトと共に回転するように拘束される（本明細書で説明される例では、アクチュエータは下流側に組２４ｂを回転駆動するロータ２２ｂのシャフトと共に回転するように拘束される）アクチュエータ３８（油圧式、空気圧式、または電気式）を含む。

このために、アクチュエータ３８は、締め具４１によって環状スリーブ３９内に取り付けられ、スリーブは長手方向軸１２を中心とし、ロータ２２ｂのシャフトに軸方向および接線方向に締結される。

また、アクチュエータ３８は、同期リングを長手方向軸１２を中心として回転させるために、複数の接続アーム４０ａ、４０ｂによって同期リング３０ａ、３０ｂに機械的に連結される。

図２Ａ、図２Ｂおよび図４を参照して、アクチュエータ３８を上流側の組２４ａの同期リング３０ａに接続する接続アーム４０ａについて説明する。

各接続アーム４０ａは、アクチュエータ３８のロッド４４に接続される軸方向リンク４２ａと、同期リング３０ａに接続される半径方向リンク４６ａと、軸方向リンクを半径方向リンクに接続するベルクランク４８０ａとを備える。各接続アームはさらに、ベルクランク４８ａと半径方向リンク４６ａとの間に介在される連結リンク５０を含む。

より詳細には、各接続アーム４０ａの軸方向リンク４２ａは、玉軸受５４の外側ケージ４２ａに接続される。その内側ケージ５６は、フルーティング５８によってロータのシャフト２２ｂに取り付けられ、アクチュエータ３８のロッド４４に接続される。玉軸受５４は、上流側の組２４ａを回転駆動するロータ２２ａのシャフトに対して回転するロータ２２ｂのシャフトを支持する。また、各接続アーム４０ａのベルクランク４８ａは、ロータ２２ａのシャフトに枢動可能に接続される。

このような構造から、アクチュエータ３８を作動させると、玉軸受５４の内側ケージ５６をフルーティング５８内で摺動させることで玉軸受５４が長手方向に運動することは容易に理解できる。各接続アームの軸方向リンク４２ａは玉軸受の外側ケージに接続されるので、軸方向リンク４２ａも同様に長手方向軸１２に沿って運動し、そのことで、ベルクランク４８ａをロータ２２ａのシャフト上の締結点を中心として揺動させることができる。連結リンク５０によって、ベルクランク４８ａがその締結点を中心として揺動することで、半径方向リンク４６ａは略半径方向に運動することができる。このリンク機構は、接続アーム４０ａの種々の要素の２つの極限位置を示す図２Ａおよび図２Ｂにも示されている。

本発明の制御装置はさらに、各接続アーム４０ａの半径方向リンク４６ａのこの運動を長手方向軸１２を中心とした同期リング３０ａの回転に変換する手段を含む。

そのためには、図４に示されるように、各接続アーム４０ａはさらに、回転リング２８ａに枢動可能に締結され、まず半径方向リンク４６ａに接続され、次に同期リング３０ａに締結された接線方向リンク６２ａに接続される別のベルクランク６０ａを有する。その結果、半径方向リンクの略半径方向の運動により、ベルクランク６０ａが回転リング上のその締結点を中心として揺動し、そのことが、接線方向リンクを略接線方向に運動させることにつながる。この運動により、同期リング３０ａは長手方向軸を中心として（一方向または他方向に）回転される。

図３および図４を参照して、アクチュエータ３８を下流側の組２４ｂの同期リング３０ｂに接続する接続アーム４０ｂについて説明する。

上流側の組のブレードのピッチ制御に関しては、各接続アーム４０ｂは、アクチュエータ３８のロッド４４に接続される軸方向リンク４２ｂと、同期リング３０ｂに接続される半径方向リンク４６ｂと、軸方向リンクを半径方向リンクに接続するベルクランク４８ｂで、ロータ２２ｂのシャフトに枢動可能に接続されるベルクランク４８ｂとを備える。

したがって、アクチュエータを作動させることで、軸方向リンク４２ｂが長手方向に運動し、それによりベルクランク４８ｂがロータ２２ｂのシャフト上の締結点を中心として揺動することが理解できる。したがって、ベルクランク４８ｂの揺動により、半径方向リンク４６ｂは略半径方向に運動することができる。このリンク機構は図３にも示されており、接続アーム４０ｂの種々の要素の２つの極限位置が実線と破線とで示されている。

最後に、図４を参照して上述した方法と同じように、接続アーム４０ｂの半径方向リンク４６ｂの運動が長手方向軸１２を中心とした同期リング３０ｂの回転に変換される。そのためには、図４に示されるように、各接続アーム４０ｂは、回転リング２８ｂに枢動可能に締結され、まず半径方向リンク４６ｂに接続され、次に同期リング３０ｂに締結された接線方向リンク６２ｂに接続される別のベルクランク６０ｂを含む。したがって、リンク機構は、上流側の組を作動させるために上述した機構と同じである。

次に、上流側の組のブレードおよび下流側の組のブレードのピッチの制御に共通する特徴について説明する。

図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、接続アーム４０ａ、４０ｂを作動させるアクチュエータ３８は、ノズル６４を介して油が噴射されるエンクロージャ内に配置される。この油は、様々な転がり軸受、特に、回転するロータ２２ａ、２２ｂのシャフトを支持する玉軸受５４を潤滑させて冷却する働きをする。

接続アーム４０ａはオイルエンクロージャを貫通しているので、これらのアームのそれぞれの各半径方向リンク４６ａは、その下端で密封軸受６８によって半径方向に案内される。一方、下流側の同期リング３０ｂを駆動するための接続アーム４０ｂの半径方向リンク４６ｂを案内するのに、密封軸受は必ずしも必要ではない（これらの接続アーム４０ｂはオイルエンクロージャを貫通しない）。

接続アーム４０ａ、４０ｂの半径方向リンク４６ａ、４６ｂは、ターボプロップの各ケーシングアーム７０ａ、７０ｂを貫通する。

最後に、上流側の組のブレードおよび下流側の組のブレードのピッチの制御に共通する本発明の特に有利な特徴によれば、制御装置はさらに、アクチュエータに不具合が生じた場合に、ブレードに所定のピッチを付与する手段を含む。

図４に示されているように、これらの手段は、カウンターウェイトとなるフライウェイト７２によって形成される。これらのフライウェイト７２は、ベルクランク６０ａ、６０ｂに固定され、その重量は半径方向リンク４６ａ、４６ｂに牽引力が加わるように決定される。

したがって、アクチュエータ３８に不具合が生じた場合に、半径方向リンク４６ａ、４６ｂおよびこれらのフライウェイト７２の重量によって生じる遠心力により、ベルクランク６０ａ、６０ｂはその締結点を中心として枢動して同期リング３０ａ、３０ｂを所定位置に「戻す」ことが意図されている。例えば、この所定位置は、ファンブレード２６のフェザリング位置に一致してもよい。

最後に、これらの図は、本発明の制御装置が位置決めされたブレードの組が１０枚のファンブレード２６を有するターボプロップの構造を示している。このような構造では、ターボプロップの長手方向軸１２を中心として一定間隔で配置された５本の接続アーム４０ａ、４０ｂは、同期リング３０ａ、３０ｂ（この場合、それぞれは十角形の形状である）を回転させることができる。

さらに、本発明は、プロペラに直接接続される二重反転タービンを有するターボプロップに関して説明されている。当然、本発明は、プロペラが遊星歯車装置を介して駆動される２プロペラ式ターボプロップにも適用できる。

Claims (10)

1. 少なくとも１組（２４ａ、２４ｂ）の調節可能なピッチのファンブレード（２６）を有するターボプロップのファンブレードのピッチを制御する装置にして、前記組は、長手方向軸（１２）を中心とし、タービンロータ（２２ａ、２２ｂ）に機械的に接続される回転リング（２８ａ、２８ｂ）と共に回転するように固定され、各組のブレードは、ピッチ調節のために長手方向軸を中心とした同期リング（３０ａ、３０ｂ）に結合される装置であって、長手方向軸を中心とし、タービンロータと共に回転するように固定され、複数の接続アーム（４０ａ、４０ｂ）によって同期リングに機械的に接続されるアクチュエータ（３８）をさらに備え、接続アームのそれぞれは、アクチュエータのロッドに接続される軸方向リンク（４２ａ、４２ｂ）と、同期リングに接続される半径方向リンク（４６ａ、４６ｂ）と、アクチュエータを作動させると同期リングが長手方向軸を中心として回転運動するように軸方向リンクを半径方向に接続する少なくとも１つのベルクランク（４８ａ、４８ｂ）とを備えることを特徴とする、装置。
2. 各接続アーム（４０ａ、４０ｂ）はさらに、回転リング（２８ａ、２８ｂ）に固定され、半径方向リンクの略半径方向運動により同期リングが長手方向軸を中心として回転運動するように、まず半径方向リンク（４６ａ、４６ｂ）に接続され、次に同期リング（３０ａ、３０ｂ）に締結された接線方向リンク（６２ａ、６２ｂ）に接続される別のベルクランク（６０ａ、６０ｂ）を含む、請求項１に記載の装置。
3. 各接続アーム（４０ａ）の軸方向リンク（４２ａ）の一端は、転がり軸受（５４）の外側ケージ（５２）に接続され、その内側ケージ（５６）は、アクチュエータ（３８）のロッド（４４）に接続され、フルーティング（５８）を介してタービンロータ（２２ｂ）のシャフトを長手方向に摺動するのに適している、請求項１または２に記載の装置。
4. 各接続アーム（４０ａ）の半径方向リンク（４６ａ）が、密封軸受（６８）によって半径方向に案内される、請求項２または３に記載の装置。
5. 各接続アーム（４０ｂ）の軸方向リンク（４２ｂ）の一端は、アクチュエータ（３８）のロッド（４４）に接続される、請求項１または２に記載の装置。
6. アクチュエータ（３８）に不具合が生じた場合に、ファンブレード（２６）に所定のピッチを付与する手段（７２）をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 各接続アーム（４０ａ、４０ｂ）が、ターボプロップのケーシングアーム（７０ａ、７０ｂ）を半径方向に貫通する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 接続アーム（４０ａ、４０ｂ）が、長手方向軸（１２）を中心として一定間隔で配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 組（２４ａ、２４ｂ）が、１０枚のファンブレード（２６）を有し、アクチュエータ（３８）が、５本の接続アーム（４０ａ、４０ｂ）を使用して同期リングに機械的に接続される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. ２つの二重反転ロータ（２２ａ、２２ｂ）と、ロータのそれぞれに接続される２つの回転リング（２８ａ、２８ｂ）と共に回転するように拘束された２組（２４ａ、２４ｂ）の調節可能なピッチのファンブレード（２６）とを有し、２組のうち少なくとも１組のファンブレードのピッチが請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置によって制御されるタービン（２０）を備える２プロペラ式ターボプロップ。

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