PL226826B1

PL226826B1 - Układ sterowania skokiem dozespołu wirnika, silnik turbospalinowy isposób sterowania katem skoku wielu łopat smigła

Info

Publication number: PL226826B1
Application number: PL413823A
Authority: PL
Inventors: Piotr Wincenty Tomaszewicz
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-09-29
Also published as: CA2940045A1; EP3141475A1; CN106499520A; EP3141475B1; US10800512B2; PL413823A1; CN106499520B; US20170066525A1; BR102016020320A2; JP2017100701A

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania skokiem do zespołu wirnika, silnik turbospalinowy i sposób sterowania kątem skoku wielu łopat śmigła.

W szczególności niniejszy wynalazek dotyczy ogólnie układów oraz sposobów sterowania zmiennym skokiem śmigieł silnika turbospalinowego, oraz bardziej konkretnie układów i sposobów zmniejszania do minimum obciążeń naprężeniami sterowania skokiem.

Silniki turbospalinowe zawierają zwykle silnik główny napędzający turbinę, aby obracać jedną albo więcej łopatę wiatraka albo śmigła. Jeden rodzaj silnika turbospalinowego, znany jako konstrukcja z „otwartym wirnikiem”, funkcjonuje podobnie do konwencjonalnych konstrukcji silnika turbowentylatorowego albo turbośmigłowego, ale z wydajnością paliwową (zużyciem paliwa), która jest lepsza w stosunku do nich obu. Silnik turbowentylatorowy działa na takiej zasadzie, że usytuowana centralnie, główna turbina gazowa napędza wentylator boczny, przy czym wentylator boczny jest usytuowany w położeniu promieniowym pomiędzy gondolą silnika oraz rdzeniem silnika (silnikiem głównym). Jednakże w konstrukcji o otwartym wirniku, śmigło „boczne” jest montowane na zewnątrz gondoli silnika. To pozwala na działanie śmigła na większe objętości powietrza oraz wytwarzanie większej siły ciągu niż w konwencjonalnym silniku turbowentylatorowym. W niektórych silnikach z otwartym wirnikiem, śmigło „boczne” zawiera dwa przeciwbieżne zespoły wirnika, przy czym każdy zespół wirnika przenosi zestaw łopat śmigła usytuowanych na zewnątrz gondoli silnika.

Układ sterowania skokiem może być zamocowany do śmigieł, aby zmieniać kąt nastawienia śmigieł zgodnie z pożądanymi charakterystykami lotu. Optymalna sprawność wymaga, aby takie układy wykazywały duży stopień dokładności. Dodatkowo optymalna sprawność może wymagać, aby kąty ustawienia (natarcia) wielu łopat śmigła były zmieniane jednocześnie. Jednakże powtarzane albo nieregularne zmiany skoku mogą poddawać układ serowania skokiem nadmiernym naprężeniom albo szkodliwym obciążeniom. Z upływem czasu te naprężenia mogą zmniejszyć dokładność układu albo prowadzić do awarii silnika. Obecne układy nie zmniejszają odpowiednio do minimum tarcia oraz naprężeń. Ponadto, ich próba synchronizacji zmian skoku może być nierzetelna.

Odpowiednio pożądane są ulepszone układy - oraz sposoby sterowania skokiem. W szczególności byłyby korzystne układy oraz sposoby sterowania skokiem, dla silników turbospalinowych, które zmniejszają do minimum naprężenia robocze, zwiększają dokładność, oraz umożliwiają jednolite zmiany skoku.

Układ sterowania skokiem, do zespołu wirnika według wynalazku, charakteryzuje się tym, że ma obrotową ramę wirnika, zamocowaną do ramy statycznej silnika, wokół osi środkowej oraz wiele łopat śmigła, zamontowanych obwodowo do ramy wirnika, przy czym układ sterowania skokiem zawiera:

pierścieniowy siłownik, zamocowany obrotowo do ramy statycznej wokół osi środkowej, przy czym pierścieniowy siłownik może być przemieszczany ruchem postępowym równolegle do osi środkowej, łożysko przenoszące obciążenie (LTB), zamocowane nieruchomo wobec ruchu postępowego do siłownika;

drążek korby mający pierwszy koniec zamocowany obrotowo do łożyska LTB oraz drugi koniec zamocowany obrotowo do wału korbowego łopaty śmigła;

kołek promieniowy rozciągający się na zewnątrz od łożyska LTB; oraz wał prowadzący, zamocowany obrotowo do kołka promieniowego, aby kierować kołek promieniowy wzdłuż łukowanej ścieżki, względem ramy wirnika, podczas przemieszczania ruchem postępowym siłownika.

Korzystnie łożysko LTB zawiera:

bieżnię wewnętrzną, usytuowaną wokół pierścieniowego siłownika; oraz bieżnię zewnętrzną, zamocowaną obrotowo oraz koncentrycznie na bieżni wewnętrznej.

Korzystnie łożysko LTB zawiera ponadto:

co najmniej jeden pierścień łożyskowy, usytuowany promieniowo pomiędzy bieżnią wewnętrzną oraz bieżnią zewnętrzną.

Pierścień łożyskowy korzystnie zawiera pierścieniowy rząd łożysk kulkowych. Drążek korby zawiera pierwszy zespół jarzma końcowego zamocowany do wału korbowego łopaty śmigła oraz drugi zespół jarzma końcowego zamocowany do łożyska LTB.

PL 226 826 B1

Korzystnie wał prowadzący zawiera stały odcinek prowadzący, przy czym drążek korby jest zamocowany odsiebnego czopa wału korbowego oraz utrzymuje ustaloną z góry odległość pomiędzy czopem oraz punktem nastawy łożyska LTB oraz ponadto, w którym odcinek prowadzący jest harmoniczne dopasowany do tej ustalonej z góry odległości, ograniczając w ten sposób ruch funkcjonalnego drążka korby w ustalonym zakresie obrotu.

Pierścieniowy siłownik zawiera korzystnie zmienną długość przesuwu, ruchem postępowym, wybieraną zgodnie z żądanym kątem skoku śmigła.

Układ sterowania skokiem, zawiera ponadto:

wiele drążków korby, przy czym każdy drążek korby jest zamocowany obrotowo do łożyska LTB na pierwszym końcu oraz połączony oddzielnie z odpowiednim wałem korbowym łopaty śmigła na drugim końcu, przy czym przemieszczanie, ruchem postępowym, drążków korby względem osi środkowej jest zsynchronizowane mechanicznie.

Silnik turbospalinowy, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera:

ramę statyczną, rozciągającą się wzdłuż osi środkowej;

ramę wirnika, zamocowaną obrotowo do ramy statycznej, wokół osi środkowej;

wiele obwodowych zespołów łopat śmigła, zamocowanych do ramy wirnika, przy czym co najmniej jeden zespół łopaty zawiera łopatę śmigła o zmiennym skoku oraz wał korbowy, do kierowania ruchu obrotowego łopaty wokół oddzielnej osi promieniowej;

pierścieniowy siłownik, zamocowany obrotowo do ramy statycznej wokół osi środkowej, zgodnie z żądanym kątem skoku łopaty śmigła;

łożysko przenoszące obciążenie (LTB), zamocowane nieruchomo wobec ruchu postępowego do siłownika;

kołek promieniowy rozciągający się na zewnątrz od łożyska LTB; oraz wał prowadzący, zamocowany obrotowo do kołka promieniowego, aby kierować kołek promieniowy wzdłuż łukowanej ścieżki, względem ramy wirnika.

Korzystnie łożysko LTB zawiera:

bieżnię wewnętrzną, usytuowaną wokół pierścieniowego siłownika; oraz bieżnię zewnętrzną, zamocowaną obrotowo oraz koncentrycznie na bieżni, wewnętrznej, a zwłaszcza łożysko LTB zawiera ponadto:

Pierścień łożyskowy zawiera korzystnie pierścieniowy rząd łożysk kulkowych.

Drążek korby zawiera korzystnie pierwszy zespół jarzma końcowego zamocowany do wału korbowego łopaty śmigła oraz drugi zespół jarzma końcowego zamocowany do łożyska LTB. Korzystnie wał prowadzący zawiera stały odcinek prowadzący, przy czym drążek, korby jest zamocowany odsiebnego czopa wału korbowego oraz utrzymuje ustaloną z góry odległość pomiędzy czopem oraz punktem nastawy łożyska LTB oraz ponadto, w którym odcinek prowadzący jest harmonicznie dopasowany do tej ustalonej z góry odległości, ograniczając w ten sposób ruch funkcjonalnego drążka korby w ustalonym zakresie obrotu.

Korzystnie pierścieniowy siłownik zawiera zmienną długość przesuwu, ruchem postępowym, wybieraną zgodnie z żądanym kątem skoku śmigła.

Silnik turbospalinowy zawiera ponadto:

wiele drążków korby, przy czym każdy drążek korby jest zamocowany obrotowo do łożyska LTB na pierwszym końcu oraz połączony oddzielnie z odpowiednim wałem korbowym łopaty śmigła na drugim końcu, przy czym przemieszczanie, ruchem postępowym, drążków korby względem osi środkowej jest zsynchronizowane mechanicznie, a zwłaszcza zawiera ponadto:

sprężarkę zamocowaną wokół statycznej ramy;

komorę spalania usytuowaną za sprężarką, aby otrzymywać z niej sprężony płyn; oraz turbinę usytuowaną za komorą spalania oraz połączoną funkcjonalnie z ramą wirnika tak, że obrót turbiny jest przenoszony na ramę wirnika.

Sposób sterowania kątem skoku wielu łopat śmigła, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że łopaty śmigła są zamocowane do ramy wirnika oraz rozciągają się wzdłuż odpowiednich osi promieniowych wokół osi środkowej, co najmniej jedna łopata śmigła zawiera wał korbowy rozciągający się od osi promieniowej, przy czym sposób zawiera kroki:

PL 226 826 B1 dostarczania liniowej siły wejściowej w pierścieniowym siłowniku, w kierunku równoległym do osi środkowej, inicjując w ten sposób liniowy ruch wejściowy w łożysku przenoszącym obciążenie (LTB), przy czym łożysko LTB znajduje się w układzie sterowania skokiem, który zawiera pierścieniowy siłownik zamocowany do ramy statycznej, przy czym łożysko LTB jest usytuowane wokół pierścieniowego siłownika, promieniowy kołek, rozciągający się od łożyska LTB oraz wał prowadzący, zamocowany obrotowo do promieniowego kołka;

przekształcania liniowego ruchu wejściowego w ruch obrotowo-postępowy; obejmujące kierowanie łożyska LTB wzdłuż łukowatej ścieżki, względem ramy wirnika;

przenoszenia ruchu obrotowo-postępowego na wał korbowy wzdłuż drążka korby usytuowanego pomiędzy łożyskiem LTB oraz wałem korbowym, obejmujące przekazywanie wzdłużnej składowej przemieszczenia do wału korbowego; oraz obracania co najmniej jednej łopaty śmigła wokół osi promieniowej, zgodnie z przemieszczeniem wzdłużnym przenoszonym na wał korbowy.

Korzystnie krok przekształcania zawiera ponadto krok obracania bieżni zewnętrznej łożyska LTB wokół koncentrycznej bieżni wewnętrznej łożyska LTB, a zwłaszcza krok przenoszenia zawiera ponadto krok przemieszczania ruchem postępowym drążka korby, w ustalonym zakresie obrotowym.

Postacie oraz zalety wynalazku zostaną przedstawione w części, w następującym opisie albo mogą wynikać w sposób oczywisty z opisu, albo mogą być nauczone przy praktycznym zastosowaniu wynalazku.

Zgodnie z jednym przykładem wykonania wynalazku układ sterowania skokiem, zawiera pierścieniowy siłownik, zamocowany obrotowo do ramy statycznej silnika wokół osi środkowej. Pierścieniowy siłownik może być przemieszczany ruchem postępowym równolegle do osi środkowej. Łożysko przenoszące obciążenie (LTB), jest zamocowane nieruchomo wobec ruchu postępowego do siłownika; natomiast pierwszy koniec drążka korby jest zamocowany obrotowo do łożyska LTB. Drugi koniec drążka korby jest zamocowany obrotowo do wału korbowego łopaty śmigła. Kołek promieniowy rozciąga się na zewnątrz od łożyska LTB; oraz wał prowadzący, jest zamocowany obrotowo do kołka promieniowego, aby kierować kołek promieniowy wzdłuż łukowanej ścieżki, względem ramy wirnika, podczas przemieszczania ruchem postępowym pierścieniowego siłownika.

Zgodnie z innym przykładem wykonania wynalazku dostarczono silnik turbospalinowy. Silnik turbospalinowy zawiera ramę statyczną, rozciągającą się wzdłuż osi środkowej oraz ramę wirnika, zamocowaną obrotowo do ramy statycznej, wokół osi środkowej. Dostarczono również wiele obwodowych zespołów łopat śmigła, przy czym co najmniej jeden zespół łopaty zawiera łopatę śmigła o zmiennym skoku oraz wał korbowy, do kierowania ruchu obrotowego łopaty wokół oddzielnej osi promieniowej. Pierścieniowy siłownik jest zamocowany do ramy statycznej oraz może być przemieszczany ruchem postępowym wzdłuż ścieżki równoległej do osi środkowej. Łożysko przenoszące obciążenie (LTB), jest zamocowane nieruchomo wobec ruchu postępowego do siłownika, natomiast pierwszy koniec drążka korby jest zamocowany obrotowo do łożyska LTB. Drugi koniec drążka korby jest zamocowany obrotowo do wału korbowego łopaty śmigła. Kołek promieniowy rozciąga się na zewnątrz od łożyska LTB; oraz wał prowadzący, jest zamocowany obrotowo do kołka promieniowego, aby kierować kołek promieniowy wzdłuż łukowanej ścieżki, względem ramy wirnika, podczas przemieszczania ruchem postępowym pierścieniowego siłownika.

Zgodnie z innym przykładem wykonania wynalazku dostarczono sposób zmiany skoku śmigła. Sposób zawiera kroki dostarczania liniowej siły wejściowej w pierścieniowym siłowniku, w kierunku równoległym do osi środkowej, inicjując w ten sposób liniowy ruch wejściowy w łożysku przenoszącym obciążenie (LTB). Łożysko LTB znajduje się w układzie sterowania skokiem, który zawiera pierścieniowy siłownik zamocowany do ramy statycznej, promieniowy kołek, rozciągający się od łożyska LTB oraz wał prowadzący, zamocowany obrotowo do promieniowego kołka. Łożysko LTB jest usytuowane wokół pierścieniowego siłownika. Krok przekształcania przekształca liniowy ruch wejściowy w ruch obrotowo-postępowy; obejmujący kierowanie łożyska LTB wzdłuż łukowatej ścieżki, względem ramy wirnika. Następny krok obejmuje przenoszenie ruchu obrotowo-postępowego na wał korbowy, wzdłuż drążka korby usytuowanego pomiędzy łożyskiem LTB oraz wałem korbowym, obejmujące przekazywanie wzdłużnej składowej przemieszczenia do wału korbowego; oraz obracanie co najmniej jednej łopaty śmigła wokół osi promieniowej, zgodnie z przemieszczeniem wzdłużnym przenoszonym na wał korbowy.

Te oraz inne właściwości, postacie oraz zalety niniejszego wynalazku staną się lepiej zrozumiałe, w odniesieniu do następującego opisu oraz załączonych zastrzeżeń. Załączone rysunki, które są

PL 226 826 B1 włączone do niniejszego opisu oraz stanowią część niniejszego opisu, przedstawiają przykłady wykonania wynalazku oraz razem z opisem służą do wyjaśnienia zasad wynalazku.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku na którym:

fig. 1 jest schematycznym przekrojem osiowym silnika przeciwbieżnego, o otwartym wirniku, zawierającego układ sterowania skokiem dla jednego spośród śmigieł; fig. 2 jest przekrojem poprzecznym silnika turbospalinowego zgodnie z jednym przykładem wykonania układu sterowania skokiem;

fig. 3 jest schematycznym widokiem perspektywicznym połączenia oraz ścieżek ruchu pomiędzy kilkoma elementami przykładu wykonania z fig. 2;

fig. 4 jest widokiem z góry jednego przykładu wykonania układu sterowania skokiem;

fig. 5 jest widokiem perspektywicznym przykładu wykonania z fig. 2; oraz fig. 6 jest schematycznym widokiem perspektywicznym zakresu obrotu jednego przykładu wykonania drążka korby.

Odniesiemy się teraz szczegółowo do obecnych przykładów wykonania wynalazku, których jeden albo więcej przykładów jest przedstawionych na załączonych rysunkach. Szczegółowy opis stosuje oznaczenia liczbowe oraz literowe, aby odnosić się do cech przedstawionych na rysunkach. Zastosowano takie same albo podobne oznaczenia na rysunkach oraz w opisie, aby odnieść się do takich samych albo podobnych części wynalazku. Szczególne przykłady wykonania omówione w niniejszym są jedynie poglądowe, w odniesieniu do szczególnych sposobów wykonania oraz stosowania wynalazku, oraz nie ograniczają zakresu wynalazku.

Aby wspomóc zrozumienie niniejszego ujawnienia, zostało zdefiniowanych poniżej kilka określeń. Zrozumiałym jest, że zdefiniowane określenia mają znaczenie powszechnie uznawane przez osoby o zwykłych umiejętnościach w dziedzinie techniki dotyczącej niniejszego wynalazku.

Określenia „zawiera” oraz „zawierający” mają być nieograniczające w sposób podobny do określenia „obejmujące”. Podobnie określenie „lub” ma być ogólnie nieograniczające (czyli „A albo B” ma oznaczać „A albo B albo zarówno A jak i B”). Wyrażenie „w jednym przykładzie wykonania” niekoniecznie odnosi się do tego samego przykładu wykonania, chociaż może.

Określenia „pierwszy”, „drugi” oraz „trzeci” mogą być używane wymiennie, aby odróżniać jeden element od innego oraz nie są przeznaczone do oznaczania położenia albo ważności poszczególnych elementów. Określenia „przed (w górę strumienia)” oraz „za (w dół strumienia)” odnoszą się do względnego kierunku przepływu, w odniesieniu do przepływu płynu po drodze przepływu płynu. Na przykład „przed (w górę strumienia)” odnosi się do kierunku przepływu, z którego płynie płyn, oraz „za (w dół strumienia)” odnosi się do kierunku przepływu, w którym płynie płyn.

Ponadto, używane w niniejszym określenia „osiowy” albo „osiowo” odnoszą się do wielkości wzdłuż osi wzdłużnej silnika. Określenia „promieniowy” albo „promieniowo” odnoszą się do wielkości rozciągającej się pomiędzy środkową osią wzdłużną silnika oraz zewnętrznym obwodem silnika. Określenie „przedni” używane w połączeniu z „osiowy” albo „osiowo” odnosi się do kierunku w stronę wlotu silnika, albo elementu znajdującego się stosunkowo bliżej wlotu silnika w porównaniu z innym elementem. Określenie „tylny” albo „z tyłu” używane w połączeniu z „osiowy” albo „osiowo” odnosi się do kierunku w stronę dyszy silnika, albo elementu znajdującego się stosunkowo bliżej dyszy silnika, w porównaniu z innym elementem. O ile nie podano inaczej, określenia położenia „powyżej”/„poniżej”, „do góry”/„do dołu”, „zewnętrzny”/„wewnętrzny” oraz „na zewnątrz”/„do wewnątrz” odnoszą się do usytuowania promieniowego oraz kierunku względem osi środkowej.

Odnosząc się obecnie do figur rysunku, fig. 1 przedstawia przykładowy silnik turbospalinowy 10, o otwartym wirniku, wyznaczający oś środkową 30. Silnik turbospalinowy 10, o otwartym wirniku, może być skonfigurowany jako ciągnik (wirniki przed silnikiem w konfiguracji ciągnącej) albo jako pchacz (pokazany na rysunku). Chociaż przedstawione jako szczególne rozwiązanie konstrukcyjne, w ujawnionym nieograniczającym przykładzie wykonania, zrozumiałym jest, że koncepcje opisane w niniejszym mają zastosowanie do innych rozwiązań konstrukcyjnych.

Ogólnie, oraz jak to pokazano na figurach, silnik turbospalinowy 10 zawiera jedną sprężarkę albo więcej sprężarek 14, komorę spalania 16, jedną turbinę albo więcej turbin 18, 20. Turbina mocy 20 niskiego ciśnienia jest połączona funkcjonalnie z przekładnią planetarną 28, która z kolei jest połączona funkcjonalnie z przeciwbieżnymi zespołami wirnika 24, 26, nieobudowanymi kanałami.

Podczas pracy, przepływ strumienia F płynu ściśliwego (na przykład gazu) rozpoczyna się wewnątrz dyszy gondoli 12. Stamtąd strumień gazu przepływa przez jedną sprężarkę albo więcej sprężarek 14, przed jego zapaleniem wraz z paliwem w pierścieniowej komorze spalania 16. Gazy spalinowe

PL 226 826 B1 obracają turbinę 18 wysokiego ciśnienia oraz turbinę 20 niskiego ciśnienia przed ich wydaleniem przez wylot spalin 22. Obrót turbiny 20 niskiego ciśnienia obraca przekładnię 28, która następnie obraca przeciwbieżne zespoły wirnika 24, 26.

Łopaty 32, 34 śmigła przedniego oraz śmigła tylnego są łopatami o zmiennym kącie nastawienia (czyli mogą być ustawiane wokół ich odpowiednich promieniowych osi obrotu 36 za pomocą układu 38 do zmiany albo nastawiania skoku łopat) tak, że łopaty przyjmują optymalne położenie kątowe w zależności od warunków roboczych silnika oraz odpowiednich faz lotu. W niniejszym opisie, zostanie opisany jedynie układ 38 sterowania skokiem, do nastawiania łopat powiązanych z przednim zespołem wirnika 24. Tylny zespół wirnika 26, który nie jest pokazany na fig. 2-6, może zawierać układ do nastawiania łopat, który jest podobny albo inny od układu opisanego w dalszej części niniejszego, w odniesieniu do przedniego zespołu wirnika 24.

W związku z tym, jak pokazano na figurach 1 oraz 2, układ 38 do sterowania skokiem łopat śmigła (a zatem ich kąta nastawienia) znajduje się wewnątrz silnika 10, w przestrzeni wewnętrznej usytuowany pomiędzy ramą statyczną 40 oraz obrotową ramą 42 wirnika tak, aby zmieniać kątowe położenie łopat oraz w ten sposób skok śmigła.

Jak widać na fig. 2, układ 38 sterowania skokiem zawiera pierścieniowy siłownik 44, który porusza się liniowo (czyli ruchem postępowym) wzdłuż osi środkowej 30 silnika. Siłownik 44 otacza obudowę 46 cylindra oraz jest w stanie przesuwać się w przód i w tył wzdłuż niej aby zmieniać długość przesuwu siłownika. Ponieważ siłownik 44 jest zamocowany do ramy statycznej 40, długość przesuwu może być określana równolegle do osi środkowej 30. Ogólnie, gdy długość przesuwu zwiększa się, położenie osiowe siłownika zostaje przesunięte do tyłu. Gdy długość przesuwu zmniejsza się, położenie osiowe siłownika zostaje przesunięte do przodu w stronę dyszy silnika. Jak to zostanie opisane poniżej, długość przesuwu siłownika jest powiązana funkcjonalnie ze skokiem śmigła. Dlatego też długość przesuwu siłownika 44 może być wybrana, zgodnie z żądanym kątem skoku 84A, 84B śmigła.

W pewnych przykładach wykonania, zastosowano ograniczniki 48 w postaci kołnierza 48A oraz pierścienia 48B, aby zapobiec nadmiernemu przemieszczeniu siłownika (czyli ograniczyć długość przesuwu). Tłok 49 jest usytuowany wokół obudowy 46 cylindra oraz rozciąga się liniowo wzdłuż osi 30, pod kierunkiem sterowania siłownika (niepokazanego na fig.). Tłok 49 dostarcza napędową siłę wejściową, gdy jest pożądane przemieszczanie siłownika 44. W niektórych przykładach wykonania wynalazku, tłok 49 jest napędzany przez płyn hydrauliczny, chociaż dodatkowe albo alternatywne przykłady wykonania mogą zawierać silnik siłownika magnetycznego (niepokazany na fig.), aby napędzać tłok 49 równolegle do osi środkowej 30.

Łożysko 50 przenoszące obciążenia (LTB) jest zamocowane na siłowniku 44 oraz ogólnie podlega tym samym przemieszczeniom osiowym. Przemieszczenie liniowe siłownika 44 wymusza ruch łożyska LTB do przodu albo do tyłu, wzdłuż osi środkowej 30, zgodnie z długością przesuwu siłownika. W rezultacie łożysko LTB 50 może przemieszczać się osiowo w stosunku do ramy statycznej 40, pozostając zamocowanym nieruchomo wobec ruchu postępowego do siłownika 44.

W opcjonalnych przykładach wykonania, łożysko LTB 50 ma przerywaną bieżnię wewnętrzną 52 oraz bieżnię zewnętrzną 54. Jak pokazano na fig. 2, bieżnia wewnętrzna 52 z pewnych przykładów wykonania jest usytuowana powyżej siłownika 44, jako pierścień pierścieniowy. Podobnie bieżnia zewnętrzna 54 może być pierścieniem pierścieniowym usytuowanym powyżej oraz koncentrycznie z bieżnią wewnętrzną 52. Dwie bieżnie 52, 54 pokazane na rysunku są zamocowane nieruchomo wobec ruchu postępowego. Ruch osiowy bieżni wewnętrznej 52 jest w ten sposób powtarzany jak lustrzane odbicie przez bieżnię zewnętrzną 54, podczas operacji zmiany skoku. Jednakże ruch obrotowy jest niekoniecznie kopiowany. W pewnych przykładach wykonania, bieżnia zewnętrzna 45 może obracać się wokół osi środkowej 30 niezależnie (czyli obracać się swobodnie) względem bieżni wewnętrznej 52. Dlatego też, chociaż przemieszczenie siłownika 44 jest przenoszone na bieżnią wewnętrzną 52 oraz bieżnią, zewnętrzną 54, obrót bieżni zewnętrznej 54 nie wpływa bezpośrednio na położenie kątowe bieżni wewnętrznej 52 oraz siłownika 44. Zamiast tego, przemieszczenie siłownika 44 może wzbudzać nowy ruch obrotowy bieżni zewnętrznej 54. W rezultacie na bieżni zewnętrznej 54 może być tworzony nowy ruch obrotowo-postępowy.

Jak to przedstawiono na figurach, odległość promieniowa pomiędzy bieżniami 52, 54 łożyska LTB jest stała dla niektórych przykładów wykonania. Jeden albo więcej pierścieni łożyskowych 56 może być usytuowanych pomiędzy bieżniami 53, 54 albo utrzymywać tę odległość. Opcjonalne przyPL 226 826 B1 kłady wykonania pierścieni łożyskowych 56 obejmują bieżnię wewnętrzną 58 oraz bieżnię zewnętrzną 60 mieszczącą rząd łożysk kulkowych 62 aby zmniejszyć tarcie.

Jeden albo więcej wałów prowadzących 64 łączy łożysko LTB 50 z ramą 42 wirnika. W pewnych przykładach wykonania, kołek promieniowy 66 rozciąga się na zewnątrz 30 od bieżni zewnętrznej 54 oraz łączy się z wałem prowadzącym 64. Wał prowadzący 64 może być zakotwiony do ramy 42 wirnika tak, że obrót ramy 42 wirnika powoduje jednoczesny obrót wału prowadzącego 64. Opcjonalnie wał prowadzący 64 zawiera stały odcinek 68. W pewnych przykładach wykonania, stały odcinek 68 jest wyznaczony przez sztywny pręt rozciągający się pomiędzy kołkiem promieniowym 66 oraz punktem kotwienia 70 ramy wirnika. Połączenie obrotowe może być utworzone zarówno na kołku 66 oraz w punkcie kotwienia 70 (czyli połączenie mające jarzmo i kołek, jak to przedstawiono na fig. 2).

Podczas funkcjonowania, wał prowadzący 64 ogranicza położenie kołka promieniowego względem ramy 42 wirnika. Ponieważ rama 42 wirnika jest nieruchoma wobec ruchu postępowego względem ramy statycznej 40, wał prowadzący 64 kieruje ruch kołka promieniowego 66 (oraz w ten sposób ruch bieżni zewnętrznej 54) podczas przemieszczania siłownika. W szczególności, oraz jak to zostanie opisane poniżej, przemieszczenie siłownika 44 powoduje skierowanie koła 66 wzdłuż nastawionej łukowatej ścieżki 86, względem ramy 42 wirnika. W opcjonalnych przykładach wykonania, łukowata ścieżka jest wyznaczona promieniowo przez odcinek 68 wału prowadzącego oraz punkt kotwienia 70. Odcinek 68 wału prowadzącego oraz łukowata ścieżka 86 są wybrane tak, aby harmonicznie dopasować się (czyli utworzyć wybrane powiązanie zgodnie z częstotliwością ruchu) odległość pomiędzy punktem nastawy J w łożysku LTB 50 oraz częścią łopaty 32 śmigła.

Jak pokazano na figurach 2-6 niektóre przykłady wykonania zawierają jeden albo więcej drążków korby 72, łączących bieżnię zewnętrzną 54 łożyska LTB z poszczególnymi łopatami 32 śmigła. Ogólnie każdy drążek korby 72 zawiera sztywny korpus rozciągający się wzdłużnie, aby łączyć łożysko LTB 50 z łopatami 32 śmigła.

Każda łopata 32 śmigła zawiera kolumnę 74 podtrzymującą śmigło, która rozciąga się wzdłuż oraz obraca się wokół osi promieniowej 36. Wał korbowy 76 może rozciągać się do góry od kolumny 74 podtrzymującej śmigło (czyli w kierunku promieniowym względem osi promieniowej 36) oraz obracać się wokół osi 36. Chociaż jeden koniec wału korbowego jest potencjalnie zamocowany nieruchomo do kolumny podtrzymującej 74, przeciwległy koniec może zawierać czop 78 zamocowany obrotowo do drążka korby 72.

W pewnych przykładach wykonania drążek korby 72 jest zamocowany obrotowo zarówno do wału korbowego 76 oraz do zewnętrznej bieżni 54 łożyska LTB, na przeciwległym pierwszym oraz drugim końcu 80, 82. W rezultacie w niektórych przykładach wykonania zastosowano co najmniej dwa zespoły 81A, 81B jarzma i kołka. Jeden zespół 81A jarzma i kołka łączy pierwszy koniec 80 drążka korby z wałem korbowym 76. Drugi zespół 81B jarzma i kołka łączy drugi koniec 80 drążka korby z bieżnią zewnętrzną 54. Pomiędzy dwoma końcami 80, 82 drążek korby 72 może wyznaczać stały odcinek. W pewnych przykładach wykonania drążek korby 72 może ponadto wyznaczać ustaloną z góry odległość pomiędzy łożyskiem LTB 50 oraz czopem 78 korbowodu. Jak pokazano na fig. 3, stały odcinek 68 wału prowadzącego jest harmonicznie dopasowany do ustalonej odległości (czyli stałej długości drążka korby) tak, że ruch obrotowo-postępowy bieżni zewnętrznej 54 łożyska LTB steruje ruchem obrotowym wału korbowego 76 na czopie 78. W rezultacie, drążek korby 72 w takich przykładach wykonania jest utrzymywany w ustalonym zakresie obrotowym θ względem osi środkowej 30 podczas przemieszczania zarówno do przodu jak i do tyłu.

W niektórych przykładach wykonania, zakres obrotowy θ zawiera zakres promieniowy θ_Ρ oraz zakres styczny θτ, wyznaczone względem osi środkowej 30. Jak pokazano na fig. 6 zakres promieniowy θ_Ρ reprezentuje ugięcie promieniowe drążka korby 72 względem osi środkowej 30' podczas funkcjonowania, natomiast zakres styczny 5 reprezentuje ugięcie styczne drążka korby 72 względem osi środkowej 30' (gdzie 30' jest uważane za oś odniesienia, równoległą do osi środkowej 30, 36' jest uważane za oś odniesienia, równoległą do osi promieniowej 36, oraz 36' jest uważane za oś odniesienia, prostopadłą 10 do osi promieniowej 36). W pewnych przykładach wykonania zakres promieniowy θ_Ρ jest mniejszy niż 15°, natomiast styczny θ_τ jest mniejszy niż 15°. W dalszych przykładach wykonania zakres promieniowy θ_ρ jest mniejszy niż 10°, natomiast styczny θ_τ jest mniejszy niż 10°. W jeszcze innych przykładach wykonania zakres promieniowy θ_ρ jest mniejszy niż 5°, natomiast styczny θ_τ jest mniejszy niż 5°. W opcjonalnych przykładach wykonania zakres promieniowy θρ jest mniejszy niż 3°, natomiast styczny θ_τ jest mniejszy niż 3°. W wyżej wymienionych przykładach wykonania zakres promieniowy θ_ρ może być równoważny zakresowi stycznemu θ_τ, chociaż nie musi tak być.

PL 226 826 B1

Podczas funkcjonowania układu 38 sterowania skokiem, żądany kąt nastawienia 84A, 84B skoku, może być wybrany albo ręcznie albo poprzez zautomatyzowaną jednostkę sterującą (niepokazany na figurach). W odpowiedzi na ten wybór, pierścieniowy siłownik 44 może być przemieszczany do nowego położenia. W tym celu liniowa siła wejściowa przemieszcza pierścieniowy siłownik 44 do położenia osiowego odpowiadającego wybranemu kątowi nastawienia 84A, 84B skoku. Odpowiednie położenie osiowe może być wybrane z przechowywanej bazy danych albo obliczane dynamicznie przez zautomatyzowaną jednostkę sterującą.

Gdy siłownik 44 jest przesuwany wzdłuż osi środkowej 30, zamontowane łożysko LTB 50 jest podobnie przemieszczane. Bieżnia wewnętrzna 52 oraz bieżnia zewnętrzna 54 łożyska LTB, zamocowane na stałe względem siebie, poruszają się zgodnie osiowo. Chociaż bieżnia wewnętrzna 52 oraz bieżnia zewnętrzna 54 łożyska LTB, są przemieszczane zgodnie, ruch postępowy dostarczany do bieżni wewnętrznej 52 łożyska LTB jest przekształcany w ruch obrotowo-postępowy na bieżni zewnętrznej 54 łożyska LTB. W szczególności bieżnia zewnętrzna 54 jest zmuszona do obracania się koncentrycznie wokół bieżni wewnętrznej 52, jednocześnie z jednolitym przemieszczaniem osiowym. Wał prowadzący 64, zakotwiony do nieprzemieszczającej się ramy 42 wirnika, kieruje bieżnię zewnętrzną 54 oraz kołek promieniowy 66, wzdłuż łukowatej ścieżki 86. Dla przykładów wykonania obejmujących sztywny wał prowadzący 64, ścieżka 86 ogólnie odpowiada promieniowi wyznaczonemu przez stały odcinek prowadzący 68.

Ruch obrotowo-postępowy jest częściowo przenoszony na wał korbowy 76 oraz drążek korby 72. Drążek korby 72 jest przemieszczany wzdłużnie, wzdłuż osi środkowej 30, podczas gdy pierwszy oraz drugi koniec 80, 82 są obracane. W szczególności drugi koniec 82 drążka korby obraca się względem obrotu bieżni zewnętrznej 54, oraz pierwszy koniec 80 obraca się względem czopa 78 wału korbowego. Odcinek 68 wału prowadzącego może być dopasowany do długości własnej drążka korby, aby zharmonizować ruch na obu końcach 80, 82 drążka korby. W pewnych przykładach wykonania, odcinek 68 wału prowadzącego oraz drążek korby 72 są dopasowane tak, aby utrzymać drążek korby 72 w ustalonym zakresie obrotowym θ względem osi środkowej 30. W takich przykładach wykonania jest utrzymywana ustalona odległość pomiędzy łożyskiem LTB 50 oraz czopem 78 wału korbowego. Z kolei przemieszczenie wzdłużne drążka korby 72 jest przenoszone na wał korbowy 76.

Przemieszczenie wzdłużne uzyskane przez czop 78 wału korbowego obraca wał korbowy 76 wokół osi promieniowej 36. Ponieważ wał korbowy 76 jest zamocowany nieruchomo do kolumny 74 podtrzymującej śmigło, łopata 32 jest jednocześnie obracana wokół osi promieniowej 36. Obracanie trwa od pierwotnego żądanego kąta nastawienia 84A skoku, aż ustanie przemieszczanie siłownika, oraz aż zostanie osiągnięty nowy żądany kąt nastawienia 84B skoku.

Dla przykładów wykonania mających wiele łopat 32 śmigła, zamocowanych za pomocą drążków korby, obracanie łopat 32 może być zsynchronizowane mechanicznie. Podczas takiej synchronizacji, każdy drążek korby 72 jest połączony z łożyskiem LTB 50, na swoim drugim końcu 82 oraz połączony z oddzielnym wałem korbowym 76 na swoim odpowiednim pierwszym końcu 80, jak to przedstawiono na fig. 5. Ruch obrotowo-postępowy łożyska LTB 50, przemieszcza drążki 72 jednolicie oraz umożliwia jednoczesny ruch osiowy pomiędzy każdym drążkiem 72.

Ten pisemny opis używa przykładów do ujawnienia wynalazku, obejmujących najlepszy sposób wykonania, oraz również aby umożliwić dowolnej osobie, będącej specjalistą w tej dziedzinie techniki, zastosowanie wynalazku w praktyce, obejmujące wykonanie oraz używanie dowolnych urządzeń albo układów, oraz wykonanie wszelkich zawartych w nim sposobów. Patentowany zakres wynalazku jest zdefiniowany przez zastrzeżenia patentowe, oraz może obejmować inne przykłady, które nasuną się tym specjalistom w tej dziedzinie techniki. Takie inne przykłady przewidziano do uwzględnienia w zakresie zastrzeżeń patentowych, jeżeli zawierają one elementy konstrukcyjne, które nie różnią się od dosłownego języka zawartego w zastrzeżeniach patentowych, albo jeżeli zawierają one równoważne elementy konstrukcyjne z nieistotnymi zmianami względem dosłownego języka zastrzeżeń patentowych.

Claims

1. Układ sterowania skokiem, do zespołu wirnika, znamienny tym, że mającego obrotową ramę wirnika, zamocowaną do ramy statycznej silnika, wokół osi środkowej oraz wiele łopat śmigła, zamontowanych obwodowo do ramy wirnika, przy czym układ sterowania skokiem zawiera:

drążek korby mający pierwszy koniec zamocowany obrotowo do łożyska LTB oraz drugi koniec zamocowany obrotowo do wału korbowego łopaty śmigła; kołek promieniowy rozciągający się na zewnątrz od łożyska LTB; oraz wał prowadzący, zamocowany obrotowo do kołka promieniowego, aby kierować kołek promieniowy wzdłuż łukowanej ścieżki, względem ramy wirnika, podczas przemieszczania ruchem postępowym siłownika.

2. Układ sterowania skokiem, według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko LTB zawiera: bieżnię wewnętrzną, usytuowaną wokół pierścieniowego siłownika; oraz bieżnię zewnętrzną, zamocowaną obrotowo oraz koncentrycznie na bieżni wewnętrznej.

3. Układ sterowania skokiem, według zastrz. 1, znamienny tym, że łożysko LTB zawiera ponadto:

4. Układ sterowania skokiem, według zastrz. 3, znamienny tym, że pierścień łożyskowy zawiera pierścieniowy rząd łożysk kulkowych.

5. Układ sterowania skokiem, według zastrz. 1, znamienny tym, że drążek korby zawiera pierwszy zespół jarzma końcowego zamocowany do wału korbowego łopaty śmigła oraz drugi zespół jarzma końcowego zamocowany do łożyska LTB.

6. Układ sterowania skokiem, według zastrz. 1, znamienny tym, że wał prowadzący zawiera stały odcinek prowadzący, przy czym drążek korby jest zamocowany odsiebnego czopa wału korbowego oraz utrzymuje ustaloną z góry odległość pomiędzy czopem oraz punktem nastawy łożyska LTB oraz ponadto, w którym odcinek prowadzący jest harmoniczne dopasowany do tej ustalonej z góry odległości, ograniczając w ten sposób ruch funkcjonalnego drążka korby w ustalonym zakresie obrotu.

7. Układ sterowania skokiem, według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścieniowy siłownik zawiera zmienną długość przesuwu, ruchem postępowym, wybieraną zgodnie z żądanym kątem skoku śmigła.

8. Układ sterowania skokiem, według zastrz. 1, znamienny tym, że zawierający ponadto: wiele drążków korby, przy czym każdy drążek korby jest zamocowany obrotowo do łożyska LTB na pierwszym końcu oraz połączony oddzielnie z odpowiednim wałem korbowym łopaty śmigła na drugim końcu, przy czym przemieszczanie, ruchem postępowym, drążków korby względem osi środkowej jest zsynchronizowane mechanicznie.

9. Silnik turbospalinowy, znamienny tym, że zawiera ramę statyczną, rozciągającą się wzdłuż osi środkowej;

ramę wirnika, zamocowaną obrotowo do ramy statycznej, wokół osi środkowej; wiele obwodowych zespołów łopat śmigła, zamocowanych do ramy wirnika, przy czym co najmniej jeden zespół łopaty zawiera łopatę śmigła o zmiennym skoku oraz wał korbowy, do kierowania ruchu obrotowego łopaty wokół oddzielnej osi promieniowej;

drążek korby mający pierwszy koniec zamocowany obrotowo do łożyska LTB oraz drugi koniec zamocowany obrotowo do wału korbowego łopaty śmigła; kołek promieniowy rozciągający się na zewnątrz od łożyska LTB; oraz

PL 226 826 B1 wał prowadzący, zamocowany obrotowo do kołka promieniowego, aby kierować kołek promieniowy wzdłuż łukowanej ścieżki, względem ramy wirnika.

10. Silnik turbospalinowy według zastrz. 9, znamienny tym, że łożysko LTB zawiera bieżnię wewnętrzną, usytuowaną wokół pierścieniowego siłownika; oraz bieżnię zewnętrzną, zamocowaną obrotowo oraz koncentrycznie na bieżni wewnętrznej.

11. Silnik turbospalinowy według zastrz. 10, znamienny tym, że łożysko LTB zawiera ponadto co najmniej jeden pierścień łożyskowy, usytuowany promieniowo pomiędzy bieżnią wewnętrzną oraz bieżnią zewnętrzną.

12. Silnik turbospalinowy według zastrz. 11, znamienny tym, że pierścień łożyskowy zawiera pierścieniowy rząd łożysk kulkowych.

13. Silnik turbospalinowy według zastrz. 9, znamienny tym, że drążek korby zawiera pierwszy zespół jarzma końcowego zamocowany do wału korbowego łopaty śmigła oraz drugi zespół jarzma końcowego zamocowany do łożyska LTB.

14. Silnik turbospalinowy według zastrz. 9, znamienny tym, że wał prowadzący zawiera stały odcinek prowadzący, przy czym drążek korby jest zamocowany odsiebnego czopa wału korbowego oraz utrzymuje ustaloną z góry odległość pomiędzy czopem oraz punktem nastawy łożyska LTB oraz ponadto, w którym odcinek prowadzący jest harmoniczne dopasowany do tej ustalonej z góry odległości, ograniczając w ten sposób ruch funkcjonalnego drążka korby w ustalonym zakresie obrotu.

15. Silnik turbospalinowy według zastrz. 9, znamienny tym, że pierścieniowy siłownik zawiera zmienną długość przesuwu, ruchem postępowym, wybieraną zgodnie z żądanym kątem skoku śmigła.

16. Silnik turbospalinowy według zastrz. 9, znamienny tym, że zawierający ponadto wiele drążków korby, przy czym każdy drążek korby jest zamocowany obrotowo do łożyska LTB na pierwszym końcu oraz połączony oddzielnie z odpowiednim wałem korbowym łopaty śmigła na drugim końcu, przy czym przemieszczanie, ruchem postępowym, drążków korby względem osi środkowej jest zsynchronizowane mechanicznie.

17. Silnik turbospalinowy według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera ponadto sprężarkę zamocowaną wokół statycznej ramy; komorę spalania usytuowaną za sprężarką, aby otrzymywać z niej sprężony płyn; oraz turbinę usytuowaną za komorą spalania oraz połączoną funkcjonalnie z ramą wirnika tak, że obrót turbiny jest przenoszony na ramę wirnika.

18. Sposób sterowania kątem skoku wielu łopat śmigła, znamienny tym, że łopaty śmigła są zamocowane do ramy wirnika oraz rozciągają się wzdłuż odpowiednich osi promieniowych wokół osi środkowej, co najmniej jedna łopata śmigła zawiera wał korbowy rozciągający się od osi promieniowej, przy czym sposób zawiera kroki:

dostarczania liniowej siły wejściowej w pierścieniowym siłowniku, w kierunku równoległym do osi środkowej, inicjując w ten sposób liniowy ruch wejściowy w łożysku przenoszącym obciążenie (LTB), przy czym łożysko LTB znajduje się w układzie sterowania skokiem, który zawiera pierścieniowy siłownik zamocowany do ramy statycznej, przy czym łożysko LTB jest usytuowane wokół pierścieniowego siłownika, promieniowy kołek, rozciągający się od łożyska LTB oraz wał prowadzący, zamocowany obrotowo do promieniowego kołka;

przekształcania liniowego ruchu wejściowego w ruch obrotowo-postępowy; obejmujące kierowanie łożyska LTB wzdłuż łukowatej ścieżki, względem ramy wirnika; przenoszenia ruchu obrotowo-postępowego na wał korbowy wzdłuż drążka korby usytuowanego pomiędzy łożyskiem LTB oraz wałem korbowym, obejmujące przekazywanie wzdłużnej składowej przemieszczenia do wału korbowego; oraz obracania co najmniej jednej łopaty śmigła wokół osi promieniowej, zgodnie z przemieszczeniem wzdłużnym przenoszonym na wał korbowy.

19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że krok przekształcania zawiera ponadto krok obracania bieżni zewnętrznej łożyska LTB wokół koncentrycznej bieżni wewnętrznej łożyska LTB.

20. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że krok przenoszenia zawiera ponadto krok przemieszczania ruchem postępowym drążka korby, w ustalonym zakresie obrotowym.