螺旋槳槳轂的製作方法

2023-05-18 16:21:41

專利名稱：螺旋槳槳轂的製作方法
螺旋槳槳轂本發明涉及具有節距可變葉片的螺旋槳槳轂，其用於開式轉子渦輪發動機。典型地，這種類型的渦輪發動機的風扇包括兩個同軸對轉的外部螺旋槳，一個位於上遊，另一個位於下遊，每個螺旋槳由渦輪發動機的渦輪驅動旋轉，並且向渦輪發動機艙的外部基本徑向地延伸。每個螺旋槳包括轂，該轂具有多邊形環，該環上具有繞渦輪發動機的縱軸分布的基本上徑向的圓柱形凹槽，這些凹槽容納螺旋槳的葉片。轂還包括渦輪的轉子元件，及將多邊形環連接至轉子元件的緊固安裝凸緣。葉片能夠在多邊形環的凹槽中轉動，並被合適的裝置驅動以繞葉片的軸旋轉，由此可以根據渦輪發動機的運行條件來調節葉片的角節距，並對所述節距進行優化。在運行過程中，螺旋槳的葉片承受巨大的離心力，該離心力可能高達30000daN，並被傳遞給多邊形環。如果多邊形環破裂，葉片可能脫落，對渦輪發動機造成非常大的結構性損壞。特別地，本發明的目的是提供解決上述問題的簡單，有效且經濟的方案。本發明的主題是上述類型的螺旋槳槳轂，其提供安全性，以應對多邊形環的故障。為此，本發明提出用於渦輪發動機的具有節距可變葉片的螺旋槳槳轂，該轂包括 多邊形環，該環上具有繞其中心軸分布的基本上徑向的圓柱形凹槽，這些凹槽容納所述葉片；渦輪發動機的渦輪轉子元件；連接至所述環的緊固安裝凸緣，用於將所述環連接至所述轉子元件；以及多個支持鉤狀部件，所述支持鉤狀部件(back-up hook)插入孔中，並和該孔之間具有間隙，所述支持鉤狀部件連接至所述環和所述轉子元件中的一個，所述孔連接至所述環和所述轉子元件中的另一個。在多邊形環和/或緊固安裝凸緣產生破裂或徑向變形的情況下，上述支持鉤狀部件承受徑向應力，由此至少確保環的保持作用，並限制該故障可能引起的損壞。有益地，上述支持鉤狀部件由能夠連接至轉子元件的徑向板固定。在第一實施方式中，每個徑向板帶有至少兩個具有基本圓形截面的銷，所述銷形成支持鉤狀部件。在第二實施方式中，支持鉤狀部件像上述孔那樣具有非圓形的橫截面。在任意一個上述實施方式中，支持鉤狀部件可以連接至徑向板，或者可以與徑向板一體形成。在上述兩個實施方式中，支持鉤狀部件不僅限制多邊形環的一部分在多邊形環的徑向平面中相對於對應的徑向板平移，而且限制多邊形環的一部分在多邊形環的徑向平面中相對於對應的徑向板旋轉。有益地，所述緊固安裝凸緣連接至環的一側，所述板位於環軸向上的另一側，由此限制環的軸向移動。有益地，所述轂還包括用於在與環的中心軸平行的方向上連接所述鉤狀部件的軸向裝置，例如，舉例來說，將板連接至轉子元件的螺栓，這些螺栓與環的中心軸平行。更具體地，所述板包括緩解裝置(relief)，該緩解裝置允許所述板在徑向平面中與所述板的支撐件強制接合(positive engagement)。這種強制接合阻止所述板在被所述軸向連接裝置固定在支撐件上時在徑向平面中移動。舉例來說，這種接合可以由支撐件中的中央突起以及支撐件中的兩個側面突起形成，所述中央突起與板中的中央凹槽接合，每個側面突起與板的側邊緣接合。參考附圖，下面對本發明的相關細節進行描述。

圖1示出了開式轉子渦輪發動機。圖2透視示出了現有技術中用於固定開式轉子的葉片的多邊形環。圖3示出了根據本發明第一實施方式的螺旋槳槳轂的多邊形環的前視圖。圖4示出了根據本發明第二實施方式的螺旋槳槳轂的多邊形環的前視圖。圖5示出了連接至渦輪發動機轉子元件的圖3所示多邊形環的細節圖。圖6示出了連接至渦輪發動機轉子元件的圖4所示多邊形環的細節圖。圖7示出了連接至渦輪發動機轉子元件的圖3所示多邊形環的局部縱截面。圖8示出了連接至渦輪發動機轉子元件的圖4所示多邊形環的局部縱截面。首先參考圖1，其代表開式轉子渦輪發動機10，沿著氣體在渦輪發動機中流動的方向，該渦輪發動機10從上遊到下遊依次包括壓縮機12，環形燃燒室14，高壓渦輪16，以及兩個低壓渦輪18和20，所述兩個低壓渦輪對轉，S卩，它們繞渦輪發動機的縱軸A以相反的兩個方向轉動。這些下遊渦輪18、20中的每一個與在渦輪發動機的發動機艙沈外部徑向延伸的外部螺旋槳22J4 —起旋轉，發動機艙沈基本上為圓柱形，並沿軸A延伸，圍繞壓縮機12， 燃燒室14，以及渦輪16、18和20。進入渦輪發動機的空氣流觀被壓縮，然後與燃料混合，在燃燒室14中燃燒，接著燃燒氣體進入渦輪以驅動螺旋槳22、M旋轉，渦輪發動機產生的推力的大部分由螺旋槳 22、M提供。離開渦輪的燃燒氣體通過軟管32 (箭頭30)排出，以增加推力。螺旋槳22J4 —個接在另一個後面同軸設置，並包括多個繞渦輪發動機的軸A均勻分布的葉片。這些葉片基本徑向地延伸，並且為節距可調型葉片，即，這些葉片能夠繞它們的軸旋轉，以根據渦輪發動機的運行條件來優化它們的角位置。在以前的結構中，每個螺旋槳包括由多邊形環形成的轉子元件，該多邊形環繞軸A 延伸，並具有多個基本圓柱形的徑向凹槽，這些凹槽中接合有螺旋槳葉片安裝裝置。圖2中示出了這種類型的多邊形環134，其包括基本徑向的圓柱形凹槽136，凹槽136包括圓柱形壁156和多個開口 158，該開口 158繞環的中心軸C均勻分布，並形成於環中以減輕其重量。 每個開口 158位於兩個連續的徑向凹槽136之間。這種類型的多邊形環134構成渦輪發動機的致命故障點。如果多邊形環134，或環和渦輪之間的連接發生破裂，螺旋槳葉片會脫落，並由離心力推動，對渦輪發動機造成巨大損壞。因此，必須採取措施來排除這種風險。圖3示出了多邊形環234，其形成本發明第一實施方式的螺旋槳槳轂的一部分。如同環1；34 —樣，環234也包括繞環徑向分布的圓柱形凹槽236，以容納葉片。但是，環234還包括繞環徑向分布的徑向突起MO，每個徑向突起240具有兩個與環的中心軸C基本平行的圓柱形孔對1。這些徑向突起240插入在圓柱形凹槽236之間，不幹涉圓柱形凹槽236。參考圖5，本發明第一實施方式的螺旋槳槳轂包括沒計成與渦輪轉子元件243連接的徑向板242，每個徑向板242上帶有兩個具有圓形橫截面的銷244，這兩個銷244容納於環234的徑向突起240的兩個孔241中，並與孔之間具有間隙。這些銷形成支持鉤狀部件。如圖7所示，環234通過緊固安裝凸緣245連接至轉子元件243。緊固安裝凸緣 245通過螺栓246連接至轉子元件243，並與徑向板242在軸向相反的一側通過螺栓247連接至環234。徑向板242通過用於連接緊固安裝凸緣245的同樣的螺栓246而被連接至轉子元件243。這些螺栓246的方向基本上為環234的中心軸C的方向。此外，對於每個板242，轉子元件243具有與板242中的中央凹槽249接合的中央突起248，以及兩個側面突起250， 每個側面突起250與板242的側邊緣251接觸。由此，轉子元件243中的這些突起與板242 在徑向平面中形成強制接合，該徑向平面垂直於環234的中心軸。在正常運行中，由於銷244容納於孔241中，它們之間具有間隙，不會通過板242 傳遞任何應力。所有來自於環234並朝向轉子元件243的應力通過緊固安裝凸緣245傳遞。 但是，如果環234和/或緊固安裝凸緣245發生破裂或基本徑向的變形，銷244與孔241的內壁接觸，並承受環234的至少一部分的徑向保持應力的至少一部分。銷244由此形成環 234的支持鉤狀部件。由於每個板242帶有兩個銷244，並與轉子元件243在徑向平面中強制接合，板242不僅能夠將應力，還能夠將徑向平面中的局部轉矩傳遞給轉子元件243。由此，板242提供額外安全性，防止本發明的螺旋槳槳轂破裂。在圖4、6和8所示的另一實施方式中，在多邊形環334的中心軸C的方向上，多邊形環334的支持鉤狀部件不是由具有圓形橫截面的成對的銷形成，而是由徑向板342的側突起344形成。側突起344與板342 —體形成。這些側突起344的橫截面為矩形，並容納於環344的徑向突起340中的孔341中，孔341具有細長的橫截面，並且側突起344和孔341 之間具有間隙。如圖6所示，以與第一實施方式相似的方式，環334通過緊固安裝凸緣345連接至轉子元件343。緊固安裝凸緣345通過螺栓346連接至轉子元件343，並在與徑向板342軸向相反的一側通過螺栓347連接至環334。徑向板342通過用於連接緊固安裝凸緣345的同樣的螺栓346而被連接至轉子元件343。這些螺栓346的方向基本上為環334的中心軸C的方向。此外，對於每個板342，轉子元件343具有與板342中的中央凹槽349接合的中央突起348，以及兩個側面突起350， 每個側面突起350與板342的側邊緣351接觸。由此，轉子元件343中的這些突起與板342 在徑向平面中形成強制接合，該徑向平面垂直於環334的中心軸。如同本發明第一實施方式中一樣，板342確保在環334和/或凸緣345發生破裂或基本徑向的變形的時候發揮保持環334的作用。在本實施方式中，徑向平面中的局部轉矩通過突起344和孔341的非圓形橫截面從環334傳遞給板342。儘管本發明藉助特定的說明性的實施方式進行描述，很顯然，在不超出由權利要求所限定的本發明範圍的情況下，可以對這些實施方式進行不同修改。例如，在多邊形環中，兩個相鄰的徑向凹槽之間可以設置一個以上徑向板。這些徑向板可以位於與將多邊形環連接至緊固安裝凸緣的連接裝置相同的一側，所述連接裝置和板交替設置。備份裝置也可以連接至環而非轉子元件，同時容納這些備份裝置的孔連接至轉子元件而非環。因此，說明書和附圖應該被更多地看作是說明性的，而非限制性的。
權利要求
1.具有節距可變葉片的用於渦輪發動機的螺旋槳槳轂，該螺旋槳槳轂包括多邊形環034、334)，該多邊形環(234、334)具有用於容納所述葉片並繞所述環034) 的中心軸(C)分布的基本徑向的圓柱形凹槽036、336)；所述渦輪發動機的渦輪轉子元件043、343)；以及連接至所述環的緊固安裝凸緣045、345)，該緊固安裝凸緣(對5、34幻將所述環連接至所述轉子元件043、343)；特徵在於所述螺旋槳槳轂還包括多個插入在孔(Ml、341)中並和所述孔(Ml、341)之間具有間隙的支持鉤狀部件044、344)，所述支持鉤狀部件(M4、344)連接至所述環034、 334)和所述轉子元件043、343)中的一者，所述孔041、341)連接至所述環(234、334)和所述轉子元件043、343)中的另一者。
2.如權利要求1所述的榖，其中所述支持鉤狀部件044、344)由連接至所述轉子元件 (243,343)的徑向板(242,342)固定。
3.如權利要求2所述的榖，其中每個徑向板(M2)帶有至少兩個銷，所述銷形成支持鉤狀部件(M4)並具有基本圓形的橫截面。
4.如權利要求2所述的榖，其中所述支持鉤狀部件(344)如同所述孔(341)—樣具有非圓形的橫截面。
5.如權利要求2所述的榖，其中所述緊固安裝凸緣(M5、345)連接至所述環034、 334)的一側，所述板(對2、34幻在軸向上位於所述環034、334)的另一側。
6.如權利要求2所述的榖，其中所述榖還包括用於在與所述環的所述中心軸(C)平行的方向上連接所述板042、342)的裝置046、346)。
7.如權利要求6所述的榖，其中所述板(對2、34幻具有緩解裝置，該緩解裝置允許所述板(對2、34幻在徑向平面中與所述板042、342)的支撐件強制接合。
8.螺旋槳02、對)，該螺旋槳包括如前述權利要求任意一項所述的榖，以及容納於圓柱形凹槽036、336)中的葉片。
9.渦輪發動機(10)，該渦輪發動機包括至少一個如權利要求8所述的螺旋槳(22、24)。
10.如權利要求9所述的渦輪發動機(10)，該渦輪發動機包括兩個對轉的螺旋槳02、24)。
全文摘要
本發明涉及具有節距可變葉片的螺旋槳槳轂，其用於渦輪發動機，特別用於螺旋槳風扇發動機。該螺旋槳槳轂包括多邊形環(234)，該多邊形環(234)具有用於容納所述葉片並繞所述環(234)的中心軸分布的基本徑向的圓柱形凹槽(236)；連接至所述環的緊固安裝凸緣，該緊固安裝凸緣將所述環連接至所述轉子元件(243)。該槳轂還包括多個插入在孔(241)中並和所述孔(241)之間具有間隙的支持鉤狀部件(244)，所述支持鉤狀部件(244)連接至所述環(234)和所述轉子元件(243)中的一者，所述孔(241)連接至所述環(234)和所述轉子元件(243)中的另一者。
文檔編號F01D21/04GK102472294SQ201080029298
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者勞倫特·雅布隆斯基, 埃裡克·傑克斯·波斯頓, 米歇爾·安德烈·鮑魯, 飛利浦·傑拉德·埃德蒙·喬利 申請人:斯奈克瑪