通過風機圓盤的差速旋轉具有變量設置的風的製造方法

2023-09-19 17:41:10

通過風機圓盤的差速旋轉具有變量設置的風的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種渦輪發動機的壓氣機轉子，包括軸(12)和被安裝在所述軸上的至少兩個圓盤(10a，10b)，以保持繞所述軸的旋轉軸線可旋轉地移動的單組輪葉(2)，至少一個第一圓盤(10a)以可移動方式被安裝在所述軸上，使得能夠產生相對於所述第二圓盤(10b)的角間距，以及觸發輪葉(2)繞其徑向軸線的旋轉，這兩個圓盤的至少一個被成形，使得接收用於連接輪葉(11)的至少一個固定設備(11)，在所述圓盤和所述設備之間的連接能夠使所述設備繞徑向軸線旋轉，其特徵在於，所述連接為切線地和軸向地可移動的球接頭。
【專利說明】通過風機圓盤的差速旋轉具有變量設置的風機
[0001]本發明的領域是渦輪發動機的領域，以及更具體地，是具有高稀釋率的渦輪噴氣發動機，或渦扇發動機。
[0002]在根據氣流的下遊方向，飛機的渦輪發動機通常包括風機，一個或多個壓氣機級，例如低壓壓氣機和高壓壓氣機，燃燒室、一個或多個渦輪級，例如高壓渦輪和低壓渦輪，以及排氣管。渦輪機可對應於每個壓氣機，這兩個組件通過軸連接，從而形成例如高壓部件和低壓部件。
[0003]在渦扇發動機的情況下，第一壓氣級或風機通常由低壓氣率以及由當在地面上操作時相對較小的泵送範圍所表徵。泵送現象對應於氣流在輪葉葉片的脫離，以及這導致流體中的不穩定現象，其可導致發動機的短路甚至或損壞發動機。這導致可能在飛機滑行過程中發生以及有利的避免發生的發動機故障風險。為此，已經實施了許多可能性。因此，可以使用具有變量截面的管道以及在地面上打開它，以增加泵送範圍或使用具有可變節距的風機，以及在地上打開該節距。
[0004]一種用於打開該管道截面的裝置所遭遇的缺點是額外質量以及設置的難度。此夕卜，所實現的增加對於技術結構的原因保持限制以及隨著渦輪噴氣發動機的稀釋率增加而進一步減少，這對於現代渦扇發動機的情況是最通常的。對於輪葉的變節距裝置，根據飛機的速度，通常在地面上修改葉片和這些輪葉的節距以提高泵送範圍或在飛行過程中以開發發動機的推力，以及從而優化螺旋槳的輸出。因此，已經想像了多種裝置以改變葉片的節距；它們通常包括輪葉通過錐形齒輪繞其主軸線的旋轉，該錐形齒輪位於輪葉基部以下以及與控制系統的錐形齒輪配合。儘管已經證明了該解決方案的原理，其特徵在於，存在一種相對比較笨重的輪轂，以能夠在其中接收錐形齒輪，從而導致風機的更大直徑以及在飛行過程中質量和阻力方面的相關缺點。其進一步的特徵在於，在葉片根部難以優化的空氣動力學，以及複雜的機械結構，以在渦輪噴氣發動機發生故障的情況下確保風機的羽化。
[0005]已經提出了其它裝置，例如在專利申請W02009/142973或EP1961916中所描述的，其提出固定被安裝在兩個圓盤上的風機輪葉的部件，所述圓盤繞渦輪噴氣發動機的旋轉軸線彼此相對是可移動的。這些裝置生產相對複雜，因為它們使用三個裝置以分別實現這三個功能，保持輪葉，在繞其軸線旋轉過程中引導輪葉以及改變其節距的功能。此外，這些裝置需要被安裝在軸承上的用於葉片根部或樞軸點的柔性支撐件以考慮各種旋轉，一種很難調和風機葉片的力學的要求，其必須考慮保持輪葉所需的巨大努力。
[0006]本發明的一個目的是通過提供一種裝置克服這些缺點，所述裝置允許修改渦扇發動機的風機輪葉的節距，並且不具有現有技術的缺點，以及特別地其是機械簡單的及具有小尺寸。
[0007]為此，本發明涉及一種渦輪發動機的壓氣機轉子，包括一個軸和被安裝在所述軸上的至少兩個圓盤，以在繞所述軸的旋轉軸線的旋轉過程中確保相同組的可移動輪葉的保持，至少第一圓盤以可移動方式被安裝在所述軸上，以能夠產生相對於所述第二圓盤的角間距，這兩個圓盤的至少一個被形成以接收用於所述輪葉的至少一個固定設備，在所述圓盤和所述設備之間的連接允許所述設備繞徑向軸線的旋轉，其特徵在於，所述連接為切線地和軸向地可移動的球窩接頭。
[0008]對於在可移動輪葉的底座上被固定到不同位置的它們每一個來說，相對於另一個旋轉一個圓盤的能力允許其節距的變化。通過一種已被發現在機械方面有益以及能夠承受與風機葉片的保留相關聯的巨大努力的連接，球窩接頭的存在允許考慮相對於這兩個圓盤的輪葉的固定位置的切向和軸向位移。
[0009]有利地，形成這兩個圓盤以接收以球窩接頭形式的切線和軸向地可移動的所述固定設備。
[0010]在特定的實施例中，所述圓盤包括帽部、設置有所述球窩接頭的孔延伸通過所述帽部，用於所述輪葉的所述固定設備為延伸通過所述孔的輪軸。
[0011]以優選的方式，第二圓盤根據相對於所述軸的旋轉被固定，所述第一圓盤被固定到致動設備，所述致動設備包括被連接到所述軸的固定部分和可移動部分，所述可移動部分根據繞所述軸的旋轉軸的旋轉是可移動的。
[0012]以更優選的方式，所述致動設備是旋轉致動器。該解決方案具有大密實度的優點以及防止所述節距的控制裝置的輪轂過於笨重。
[0013]有利地，所述旋轉致動器包括根據所述軸的旋轉軸線延伸的輪軸，它被剛性地固定到所述軸上，以及根據繞所述輪軸的旋轉可移動的容器，所述第一圓盤被安裝在所述容器上。
[0014]優選地，所述旋轉致動器的容器包括兩個腔室，所述兩個腔室旨在接收液壓液體，用於所述第一圓盤相對於所述第二圓盤的旋轉。
[0015]在特定的實施例中，所述轉子包括被定位在所述兩個圓盤之間的旋轉引導環，以確保其各自的軸向節距處於永久狀態中。
[0016]本發明還涉及一種具有高稀釋率的旁路渦輪噴氣發動機的風機模塊，包括如上所述的風機轉子，以及一種包括這種風機模塊的旁路渦輪噴氣發動機。
[0017]從僅通過非限制性示例參考所附示意圖給出的本發明實施例的以下詳細解釋性描述，將更好地理解本發明及將更清晰地理解其其它目的，細節，功能及其優點，其中:
[0018]一圖1是帶有輪葉的渦輪噴氣發動機風機的透視圖，所述輪葉的節距可通過根據本發明的控制裝置被修改；
[0019]—圖2是圖1的風機的軸向剖面圖，以及
[0020]一圖3、4和5是圖1的風機輪葉節距的控制裝置的詳細視圖，輪葉處於飛行結構中，分別處於順流交距(feathered)狀態和反向狀態。
[0021]參考圖1，可能看到一種具有高稀釋率的渦輪噴氣發動機的風機1。它由多個輪葉2構成，所述多個輪葉2均勻地分布在其承載體軸的圓周上以及在被固定到中心輪轂的葉片根部3和沿外環5移動的葉片末端4之間延伸，外環5形成由風機夾帶的氣流的外部通道。葉片根部本身被封閉在形成所述氣流的內部通道的錐體6內。在將參考圖2更詳細描述的致動機構7的作用下，在該附圖中示出為處於順流交距位置內，也就是說其弦與風眼對齊的輪葉2可繞其縱軸線旋轉移動。
[0022]圖2示出輪葉2的下部，其葉片根部3凹進有兩個圓周凹槽8，其中插入有被沿渦輪噴氣發動機的旋轉軸並排定位的兩個風機圓盤10a和10b的徑向外端部。這些徑向端部是帽部9的形式，輪葉2的固定輪軸11延伸進入該帽部的孔中。葉片根部3因此具有圓柱形狀，該圓柱形狀根據發動機的縱軸線A對齊，並且孔通過該圓柱形狀在其中心延伸以允許所述固定輪軸被接收在其中。在輪軸11和對於這兩個圓盤每一個的帽部9之間的連接是球窩接頭，該球窩接頭從而允許輪軸11以及因此葉片根部3被定向在一個方向內，該方向不嚴格地垂直於圓盤的徑向方向以及在相對於發動機的旋轉軸線A的方向的切線平面內更通常地有角度偏移。被賦予在葉片根部3上在旋轉方面的運動自由度允許風機1的輪葉2的節距變化，同時移位了固定輪軸11的方向。
[0023]除了軸11的切向位移以帶來節距的變化，在輪軸11和帽部9之間球窩接頭的選擇允許軸向位移，該軸向位移由圓盤圓度以及以下事實所導致，在延伸通過固定圓盤帽部的徑向平面內的突起內，在可移動圓盤的帽部區域內輪軸11的位置與在固定圓盤的帽部區域內的輪軸11位置相比徑向地更接近發動機的旋轉軸線。
[0024]在機械方面，從而獲得了輪葉的固定裝置，其考慮由於簡單的球窩接頭結果的由風機圓盤的相對旋轉所產生的所有位移，而不需要如柔性圓盤固定設備的更複雜裝置或軸承的存在。由於簡單可移動的金屬部件，獲得了很大的簡單性以及考慮用於保持輪葉的努力的良好水平。該裝置可確保在單個連接中符合三種功能，保持輪葉，在繞其縱軸線的旋轉過程中引導輪葉以及控制其節距的變化的功能。
[0025]應該注意的是，在改變風機節距的過程中，在帽部9的這兩個球窩連接設備之間的距離改變。因此，必須安裝這兩個帽部的至少一個，以在固定輪軸11上滑動，使得該距離可改變。此外，凹槽8對於帽部9必須足夠寬以能夠必需儘可能多地移動。
[0026]另一方面，如果期望阻擋帽部9在固定輪軸11上的平移擋，在環17的連接必需是滑動的樞軸接頭，使得在圓盤10a和10b之間的軸向間距是可變的。
[0027]這兩個圓盤10a和10b如下由渦輪噴氣發動機的風機軸12承載。首先，在這裡示出為被定位在下遊最遠端的圓盤的第二圓盤10b，該結構不是絕對必要的，以通常方式直接地由風機軸12承載。它經由例如螺栓類型的連接被連接到那裡以及隨其一起旋轉。另一方面以及其次，上遊圓盤或第一圓盤10a通過以旋轉致動器形式的致動機構7被連接到該風機軸。可以設想其它致動裝置，例如，滾珠螺杆或一個圓盤相對於另一圓盤的其它角偏移設備，只要它確保了在它們已經偏移後這兩個圓盤的相對位置的保持。
[0028]旋轉致動器7包含稱為固定部分的部分13，其與風機軸12 —起旋轉，它由驅動設備14以旋轉形式被固定地連接到其上，例如，具有波紋以允許在前面拆卸機構7。固定部分13通常地是圓柱輪軸13a的形式，其沿渦輪噴氣發動機的旋轉軸A軸向地延伸以及從其徑向地延伸有肩部13b，液壓流體的壓力可被施加到該肩部13a，以確保在旋轉致動器的位置的控制。固定部分13被封閉在被稱為可移動部分15的容器內，其也是圓柱形式以及其沒有間隙地圍繞輪軸13a和肩部13b，以及其可相對於所述固定部分13繞其輪軸13a旋轉。該液壓容器15由僅根據半徑延伸的徑向壁15b分為兩個，以在肩部13b的一側以及另一側產生兩個腔室，其中可傳送在兩個不同液壓壓力下的液壓流體，以控制旋轉致動器的旋轉。
[0029]可移動容器15在其外部上進一步承載固定凸緣16，該固定凸緣16將它固定地連接到第一風機圓盤10a，以及允許相對於第二圓盤10b控制第一圓盤10a的角位移，可移動部分15的角位置相對於固定部分13被控制。最後，在旋轉方面用於引導第一圓盤10a的環17被定位在這兩個圓盤之間，以在旋轉方面導致圓盤10a相對於圓盤10b的引導。
[0030]圖3示出了在飛行結構中輪葉2的位置，也就是說，對於相對於空氣在風機1的進氣方向被定向有被稱為正角的入射角的輪葉，空氣在其內弧面碰到輪葉。第一圓盤10a在相對於第二圓盤10b的輪葉旋轉方向內位移，其在旋轉方向內移動輪葉前緣，而後緣仍由第二圓盤保持。通過致動機構7在這兩個圓盤之間從而獲得的角間距被限定，以在任何時候在所涉及的飛行結構中為輪葉賦予適合於風機的正確操作的入射角。
[0031]圖4示出了處於順流交距位置內的輪葉2位置，也就是說，其弦與在風機被抽吸的空氣方向對齊。相對於圖3的位置，第一圓盤10a已相對於第二圓盤10b在與輪葉旋轉的相反方向內通過致動機構7位移。
[0032]最後，圖5示出了處於相反位置內的輪葉位置，也就是說，在它們引導在關於發動機的上遊方向內穿過發動機的氣流的位置內。然後它們具有相對於氣流的負入射角，其由第一圓盤10a在輪葉旋轉的相反方向內的位移所導致，使其超過該位置的程度對應於順流交距的位置。
[0033]現在將描述根據本發明用於改變輪葉2的節距的機構的操作。
[0034]在操作過程中，渦輪噴氣發動機的風機1繞其軸線A旋轉，輪葉的節距處於給定位置，其推理性地對應於最好適合於所考慮的飛行操作的情況。渦輪噴氣發動機的低壓轉子驅動風機軸12旋轉，一方面第二圓盤10b,以及另一方面，致動機構7的固定部分13的輪軸13a通過驅動設備14，被剛性地固定到該風機軸12。
[0035]在永久操作過程中，在可移動部分15的兩個腔室內的壓力均等，以及肩部13b處於相對於可移動部分的固定位置。可移動部分的容器15因此具有與固定部分13相同的轉速。由於在容器15和第一圓盤10a之間由凸緣16所導致的剛性連接,該第一圓盤以與固定部分、以及因此風機軸12和第二圓盤10b相同的速度轉動。因此，所有可移動組件以相同速度旋轉以及輪葉2的節距在飛行過程中發動機的操作中保持不變，不存在驅動機構7的任何作用。
[0036]當需要修改輪葉的節距時，這是否通過飛行員的蓄意動作以將發動機切換到順流交距模式或相反模式，或者這是否是由於尋求使輪葉的節距適應於發動機的當前操作的發動機的控制，過多液壓壓力被傳遞到容器15的兩個腔室之一，所涉及的腔室是在需要修改節距的方向內對應於肩部13b的致動的這一個。該過多壓力的傳遞修改了在這兩個腔室之間壓力的平衡以及繞主軸線A旋轉可移動部分15，對固定部分13的肩部13b反應。這樣做，可移動部分15通過凸緣16攜帶第一圓盤10a,相對於第二圓盤10b處於相對旋轉中。
[0037]在這兩個圓盤的相對旋轉內的位移導致輪葉2的固定輪軸11的旋轉，以及在一個方向內導致其前緣相對於其後緣的運動，其產生所需節距的變化。在這兩個圓盤的帽部9內在球窩接頭上的固定輪軸11的組件允許其旋轉以及因此輪葉繞其縱軸線的旋轉，從而產生所需節距的修改。
[0038]與傳統的樞軸類型系統相比，所描述的該裝置的優點如下:
[0039]一該系統的緊密度允許風機被配置有等同於當前渦扇發動機的輪轂比；不存在發動機空間要求的增加，以及因此不存在阻力和質量方面的缺點；
[0040]一可以具有與在傳統渦扇發動機內相同數量的葉片，以及因此與當前風機相同的輸出；
[0041]一內部流可以錐形方式產生，使得葉片根部的空氣動力學受益於離心效應；
[0042]一輪葉的向心保持由帶有兩個帽部和兩個風機圓盤的自然的雙重結構所導致；
[0043]一最後，在用於其節距的控制系統內壓力損失的情況下，離心作用具有自然地使輪葉進入順流交距位置的傾向。
[0044]此外，風機的維護仍然簡單，因為其各種元件很容易拆卸。僅僅必要的是，一方面，移除將它們連接到風機圓盤的輪軸以拆卸輪葉2，以及另一方面，拆卸錐體6以進入在前面撤回的致動結構7，隨後是凸緣16的簡單拆卸。
[0045]然而，所描述的裝置需要在輪葉之間的平臺，所述輪葉可適應於所存在的間隙以及由於輪葉的發展節距而變化。為此，可能設想各種解決方案，如彈性體材料的變形平臺、鉸接平臺或重疊平臺。
【權利要求】
1.渦輪發動機的壓氣機轉子，包括軸(12)和被安裝在所述軸上的至少兩個圓盤(10a，10b)，以在繞所述軸的旋轉軸線的旋轉過程中確保保持相同組的可移動輪葉(2)，至少第一圓盤(1a)以可移動方式被安裝在所述軸上，以能夠產生相對於所述第二圓盤(1b)的角間距，這兩個圓盤的至少一個被形成以接收用於輪葉的至少一個固定設備(11)，在所述圓盤和所述設備之間的連接允許所述設備繞徑向軸線的旋轉，其特徵在於，所述連接為切線地和軸向地可移動的球窩接頭。
2.根據權利要求1所述的轉子，其中，兩個圓盤被形成，以接收以切線地和軸向地可移動的球窩接頭的形式的所述固定設備。
3.根據權利要求1或2所述的轉子，其中，所述圓盤包括帽部(9)，設置有所述球窩接頭的孔延伸通過所述帽部(9)，所述輪葉的所述固定設備是延伸通過所述孔的輪軸(11)。
4.根據權利要求1到3任一所述的轉子，其中，第二圓盤在相對於所述軸(12)旋轉地被固定，所述第一圓盤被固定到致動設備(7)，所述致動設備(7)包括被連接到所述軸(12)的固定部分以及可移動部分，所述可移動部分在繞所述軸的旋轉軸的旋轉方面是可移動的。
5.根據權利要求4所述的轉子，其中，致動設備是旋轉致動器(7)。
6.根據權利要求5所述的轉子，其中，旋轉致動器包括根據所述軸的旋轉軸線延伸的輪軸(13)，它被剛性地固定到所述輪軸(13)，以及容器(15)，所述容器(15)在繞所述輪軸(13a)的旋轉方面是可移動的，所述第一圓盤(10)被安裝在所述容器上。
7.根據權利要求6所述的轉子，其中，旋轉致動器(7)的容器(15)包括兩個腔室，所述腔室用於接收用於所述第一圓盤相對於第二圓盤旋轉的液壓液體。
8.根據權利要求1到7任一所述的轉子，包括旋轉導向環(17)，所述旋轉導向環(17)被定位在兩個圓盤之間，以確保其各個軸向節距處於永久狀態中。
9.具有高稀釋率的旁路渦輪噴氣發動機的風機模塊，包括根據權利要求1到8任一所述的風機轉子。
10.旁路渦輪噴氣發動機，包括根據前一權利要求所述的風機模塊。
【文檔編號】F01D7/00GK104395558SQ201380030355
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月24日 優先權日:2012年6月25日
【發明者】弗朗西斯·加列特 申請人:斯奈克瑪