Стационарное устройство исполнительного механизма для регулирования шага лопастей вентилятора в турбовинтовом двигателе
Изобретение относится к конструкциям турбовинтовых двигателей. Турбовинтовой двигатель содержит, по меньшей мере, один набор лопастей (26) вентилятора с изменяемым шагом, устройство для регулирования шага лопастей вентилятора, выполненного с принудительным вращением при помощи поворотного кольца (28b), центрированного по продольной оси (12) и механически присоединенного к ротору турбины. Каждая лопасть набора является присоединенной для настройки шага к кольцу (30) синхронизации. Устройство дополнительно содержит диск (44), установленный через поворотное соединение на тягу исполнительного механизма (38), который прикреплен к неподвижному конструктивному элементу турбовинтового двигателя. Диск (44) является механически присоединенным к кольцу синхронизации посредством множества соединительных рычагов (46), шарнирно установленных на диске и присоединенных к кольцу синхронизации таким образом, чтобы продольное перемещение диска под управлением привода заставляло кольцо синхронизации поворачиваться вокруг продольной оси. Устройство позволяет исключить применение гидросистемы для управления шагом лопастей. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к общей области турбовинтовых двигателей, включающих в себя по меньшей мере один набор лопастей вентилятора с изменяемым шагом. Более точно, изобретение относится к регулированию шага лопастей вентилятора в двухпропеллерном самолетном турбовинтовом двигателе.
Известным образом, двухпропеллерный самолетный турбовинтовой двигатель содержит турбину, имеющую два противоположно вращающихся ротора, каждый, приводящий в движение набор лопастей вентилятора без обтекателя. В качестве примера может быть сделана ссылка на документ GB 2129502, который описывает различные варианты осуществления такого турбовинтового двигателя. Изобретение более точно применяется к турбовинтовым двигателям, в которых пропеллеры установлены сзади.
В этом типе турбовинтового двигателя шаг лопастей вентилятора в каждом наборе (то есть, угловая ориентация каждой лопасти) образует параметр, который используется для регулирования тяги турбовинтового двигателя. С этой целью известное решение для регулирования шага лопастей вентилятора в данном наборе прибегает к помощи исполнительных механизмов, которые расположены на поворотных частях турбовинтового двигателя.
Такие устройства регулирования особенно подходят для набора лопастей, который расположен дальше всего по направлению к задней части турбовинтового двигателя. Статорная часть турбовинтового двигателя является удаленной от этого набора, так что трудно устанавливать исполнительные механизмы, которые крепятся к конструктивному элементу, который неподвижен. В качестве примера может быть сделана ссылка на патентный документ ЕР 1921325, который описывает устройство, в котором каждая лопасть присоединена для настройки шага к приводному элементу кольцевого исполнительного механизма, несомого поворотным корпусом турбовинтового двигателя.
Тем не менее, регулирование шага лопастей вентилятора посредством исполнительных механизмов, несомых поворотными частями турбовинтового двигателя, представляет собой недостатки. В частности, подача гидравлической жидкости в исполнительные механизмы, которые являются перемещающимися при вращении, дает начало очевидным практическим проблемам реализации. Кроме того, поведение гидравлической жидкости, когда она подвергается центробежной силе, не является хорошо известным и не имеет определенной надежности.
ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основная цель настоящего изобретения, таким образом, состоит в том, чтобы уменьшить вышеупомянутые недостатки, предлагая регулирование шага лопастей вентилятора, которое не требует, чтобы гидравлические коммуникации устанавливались так, чтобы вращаться.
Эта цель достигается устройством для регулирования шага лопастей вентилятора турбовинтового двигателя, имеющего по меньшей мере один набор лопастей вентилятора с изменяемым шагом, упомянутый набор выполнен с принудительным вращением при помощи поворотного кольца, центрированного по продольной оси и механически присоединенного к ротору турбины, каждая лопасть набора является присоединенной для настройки шага к кольцу синхронизации, центрированному по продольной оси, устройство является отличающимся тем, что оно дополнительно содержит диск, центрированный по продольной оси и установленный через поворотное соединение на тягу исполнительного механизма, прикрепленного к неподвижному конструктивному элементу турбовинтового двигателя, диск является механически присоединенным к кольцу синхронизации посредством множества соединительных рычагов, шарнирно установленных на диск и присоединенных к кольцу синхронизации таким образом, что продольное перемещение диска под приводом с исполнительного механизма заставляет кольцо синхронизации поворачиваться вокруг продольной оси.
Устройство регулирования по изобретению представляет преимущество, что исполнительный механизм, который используется для перемещения диска, сам установлен на неподвижном конструктивном элементе турбовинтового двигателя из условия, чтобы гидравлическая жидкость, которая питает его, не подвергалась неблагоприятным воздействиям центробежной силы. Устройство также является надежным и простым для изготовления и, в частности, хорошо приспособлено для регулирования лопастей заднего набора в двухпропеллерном авиационном турбовинтовом двигателе.
В преимущественной компоновке каждый соединительный рычаг содержит осевое звено, имеющее один конец, прикрепленный к диску посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг тангенциальной оси, и радиальное звено, имеющее один конец, прикрепленный к свободному концу осевого звена посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг тангенциальной оси, свободный конец радиального звена является присоединенным к кольцу синхронизации таким образом, что продольное перемещение диска вызывает перемещение радиального звена в направлении, которое является по существу радиальным. Предпочтительно, устройство дополнительно включает в себя средство для преобразования перемещения радиального звена каждого соединительного рычага в поворачивание кольца синхронизации вокруг продольной оси.
Для этой цели свободный конец радиального звена каждого соединительного рычага может быть смонтирован посредством соединения червячного типа в опоре комеля лопасти, которая установлена с возможностью поворота на поворотном кольце и которая присоединена к кольцу синхронизации через приводное звено. При таких условиях, свободный конец радиального звена каждого соединительного рычага имеет по существу цилиндрическую наружную поверхность, которая снабжена выступающими шарами, взаимодействующими с винтовой канавкой, сформированной в опоре комеля лопасти.
В качестве альтернативы, устройство может включать в себя тангенциальное звено, имеющее один конец, прикрепленный на свободном конце радиального звена соединительного рычага посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг продольной оси, свободный конец тангенциального звена является прикрепленным к кольцу синхронизации, кольцо синхронизации является присоединенным через приводные звенья к опорам комеля лопасти, которые установлены с возможностью поворота на поворотном кольце.
Устройство также может содержать тангенциальное звено, имеющее один конец, прикрепленный к свободному концу радиального звена соединительного рычага посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг продольной оси, свободный конец тангенциального звена является прикрепленным на опоре комеля лопасти, которая смонтирована с возможностью поворота на поворотном кольце и которая присоединена к кольцу синхронизации через приводное звено.
Диск может быть установлен на тяге исполнительного механизма посредством подшипника качения типа упорного шарикоподшипника. Соединительные рычаги могут быть равномерно распределены вокруг продольной оси. В заключение, набор лопастей вентилятора может содержать N лопастей, а диск механически присоединен к кольцу синхронизации посредством N/2 соединительных рычагов.
Изобретение также предусматривает двухпропеллерный турбовинтовой двигатель, содержащий турбину, имеющую два противоположно вращающихся ротора и два набора лопастей вентилятора с изменяемым шагом, выполненных с принудительным вращением при помощи двух поворотных колец, которые присоединены к соответственным одним из роторов, шаг лопастей по меньшей мере одного из наборов регулируется посредством устройства, как определено выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения следуют из последующего описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые показывают варианты осуществления, не обладающие ограничивающим характером. На фигурах:
фиг. 1 - схематический вид в продольном разрезе двухпропеллерного турбовинтового двигателя, оборудованного устройством регулирования шага пропеллера по варианту осуществления изобретения;
фиг. 2 - вид спереди по фиг. 1 устройства регулирования;
фиг. 3А и 3B - местные виды сбоку устройства регулирования по фиг. 1 и 2, показанного в двух разных положениях;
фиг. 4 - вид с местным разрезом детализации варианта осуществления устройства регулирования по фиг. 1 и 2; и
фиг. 5 и 6 - виды спереди устройств регулирования в двух других вариантах осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 - высокосхематичный вид, показывающий вариант осуществления самолетного турбовинтового двигателя двухпропеллерного типа.
Такой турбовинтовой двигатель известен, а потому подробно не описывается. Турбовинтовой двигатель 10, в частности, содержит продольную ось 13 и кольцевую гондолу 14, скомпонованную соосно вокруг продольной оси. Турбовинтовой двигатель 10 также содержит, от сверху по потоку до снизу по потоку: компрессор 16; камеру 18 сгорания; и турбину 20, имеющую два противоположно вращающихся ротора 22a, 22b, эти различные элементы подобным образом являются скомпонованными соосно вокруг продольной оси 12 турбовинтового двигателя.
Турбовинтовой двигатель 10 также включает в себя лопасти 26 вентилятора с изменяемым шагом в расположенном выше по потоку (или переднем) наборе 24a и в расположенном ниже по потоку (или заднем) наборе 24b. Более точно, лопасти 26 вентилятора в каждом наборе 24a и 24b установлены на соответственных поворотных кольцах 28a и 28b, каждое образует кольцевую площадку, центрированную по продольной оси 12 турбовинтового двигателя.
Лопасти 26 вентилятора в каждом наборе также равномерно разнесены по окружности и они проходят радиально от поверхности соответствующего поворотного кольца 28a, 28b. Каждый ротор 22a, 22b турбовинтового двигателя 20 несет и приводит во вращение соответственное одно из поворотных колец 28a, 28b, имея лопасти вентилятора с изменяемым шагом соответственного одного из наборов 24a, 24b, установленные на них.
Турбовинтовой двигатель также включает в себя устройство для регулирования шага лопастей вентилятора в каждом наборе 24a, 24b. Устройство регулирования по изобретению, более точно, применяется к лопастям вентилятора расположенного ниже по потоку набора 24b, но оно равным образом применимо к лопастям вентилятора расположенного выше по потоку набора 24a.
Как показано на фиг. 2, устройство регулирования по изобретению, в частности, содержит кольцо 30 синхронизации, которое центрировано по продольной оси 12 турбовинтового двигателя и которое скомпоновано соосно внутри поворотного кольца 28b, такое поворотное кольцо является многоугольным по форме.
Кольцо 30 синхронизации присоединено к опорам 34 комеля лопасти, которая, с возможностью шарнирного поворота, установлена на поворотном кольце 28b, соединения имеют место через приводные звенья 32, которые соединены шарнирно на обоих концах. Известным образом, каждая опора 34 принимает комель лопасти 26, например, посредством имеющего форму ласточкиного хвоста крепления, и она установлена с возможностью поворота вокруг радиальной оси 36 на поворотном кольце, например, посредством шарикоподшипника.
Как результат, поворачивание кольца 30 синхронизации вокруг продольной оси 12 турбовинтового двигателя (в одном направлении или другом) заставляет каждую опору 34 комеля лопасти поворачиваться вокруг своей соответственной радиальной оси 36 (действуя через приводные звенья), тем самым имея эффект изменения шага лопастей 26, установленных на упомянутой опоре.
Устройство регулирования по изобретению также включает в себя исполнительный механизм 38 (гидравлического, пневматического или электрического типа), который центрирован на продольной оси 12 и закреплен на неподвижном конструктивном элементе 40 турбовинтового двигателя (например, основе, присоединенной к неподвижному корпусу, которая служит для пропускания коммуникаций в изолированную зону вращающихся элементов). Исполнительный механизм приводится в действие по команде полнофункционального цифрового контроллера двигателя (FADEC) турбовинтового двигателя.
Круговой диск 44 установлен в своем центре на тяге 42 исполнительного механизма 38 через поворотное соединение (не показано). В качестве примера, это поворотное соединение является известным подшипником качения типа упорного шарикоподшипника. Оно дает диску 44 возможность поворачиваться вокруг продольной оси 12, в то время как тяга 42 исполнительного механизма остается поворотно неподвижной.
Множество соединительных рычагов 46 шарнирно установлены на диск 44. Что касается набора, который имеет N лопастей вентилятора (например, N=10), можно использовать N/2 соединительных рычагов 46, которые равномерно распределены вокруг продольной оси 12.
Как более точно показано на фиг. 3А и 3B, каждый соединительный рычаг 46 содержит так называемое «осевое» звено 48, имеющее один конец, прикрепленный к диску 44 через соединение, которое шарнирно поворачивается вокруг тангенциальной оси 48a, и «радиальное» звено 50, имеющее один конец, присоединенный к свободному концу осевого звена 48 посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг тангенциальной оси 50a. Свободный конец радиального звена 50 присоединен к кольцу 30 синхронизации посредством механизмов, которые описаны ниже.
Поскольку радиальное звено 50 неподвижно в продольном направлении (поскольку оно присоединено к кольцу синхронизации) и при условии шарнирно поворачивающихся соединений между звеньями 48, 50 и диском, будет без труда понятно, что продольное перемещение диска 44 под приводом исполнительного механизма 38 будет заставлять радиальное звено перемещаться в направлении, которое по существу является радиальным. Это звено также показано на фиг. 3А и 3B.
Устройство регулирования по изобретению также включает в себя средство преобразования для преобразования перемещения радиального звена 50 на каждом соединительном рычаге 46 в поворачивание кольца 30 синхронизации вокруг продольной оси 12.
В варианте осуществления по изобретению, показанном на фиг. 2, 3А, 3B и 4, эти средства реализованы свободным концом радиального звена 50 каждого соединительного рычага 46, являющимся установленным посредством соединения 52 червячного типа в опоре 34 комеля лопасти.
Более точно, свободный конец радиального звена 50 каждого соединительного рычага имеет по существу цилиндрическую концевую деталь 54, имеющую наружную поверхность, которая снабжена выступающими шарами 56 (фиг. 4). Опора 34 комеля лопасти имеет по существу цилиндрическую часть 58, у которой концевая деталь 54 установлена на свободном конце радиального звена, цилиндрическая часть имеет винтовую канавку 60, с которой взаимодействуют шары 56.
Как результат, радиальное перемещение концевой детали 54 действует через шары 56, перемещающиеся в винтовой канавке 60, чтобы поворачивать часть 58 опоры 34 комеля лопасти вокруг своей радиальной оси 36 и, следовательно, изменять шаг лопасти 26, установленной на опоре. Более того, поскольку опора 34 присоединена к кольцу синхронизации посредством приводного звена 32, поворачивание этой опоры заставляет кольцо синхронизации поворачиваться вокруг продольной оси 12.
Естественно, могут быть предусмотрены другие варианты осуществления соединения червячного типа. Тем не менее, вариант осуществления, описываемый здесь, представляет преимущество минимизации трения между концевой деталью 54 радиального звена и частью 58 опоры комеля лопасти.
Во втором варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 5, средство преобразования для преобразования перемещения радиального звена 50 каждого соединительного рычага 46 в поворачивание кольца 30 синхронизации содержит по меньшей мере одно тангенциальное звено 62, имеющее один конец, прикрепленный к свободному концу радиального звена 50 соединительного рычага через соединение, которое шарнирно поворачивается вокруг продольной оси 62a, свободный конец этого тангенциального звена с возможностью шарнирного поворота установлен на кольце синхронизации.
Как результат, радиальное перемещение радиального звена 50 соединительного рычага 46 заставляет кольцо 30 синхронизации поворачиваться вокруг продольной оси 12 посредством тангенциального звена 62. Поскольку кольцо синхронизации присоединено к опоре 34 комеля лопасти (посредством приводных звеньев 32), поворачивание кольца изменяет шаг лопастей 26, установленных на опорах.
В третьем варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 6, средство преобразования подобным образом содержит тангенциальное звено 62', имеющее один конец, прикрепленный к свободному концу радиального звена 50 соединительного рычага 46 посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг продольной оси 62'a, свободный конец этого тангенциального звена, тем не менее, является прикрепленным к опоре 34 комеля лопасти посредством соединения 62'b бесшкворневого типа.
Таким образом, радиальное перемещение радиального звена 50 соединительного рычага 46 заставляет опору 34 комеля лопасти поворачиваться вокруг своей радиальной оси 36 и, следовательно, изменяет шаг лопасти 26, установленной на упомянутой опоре. Более того, поскольку опора 34 присоединена к кольцу синхронизации посредством приводного звена 32, поворачивание опоры заставляет кольцо синхронизации поворачиваться вокруг продольной оси 12.
Должно быть замечено, что эти два последних варианта осуществления могут комбинироваться. Тангенциальное звено(звенья) одного или более соединительных рычагов может быть присоединено непосредственно к кольцу синхронизации (как во втором варианте осуществления по фиг. 5), наряду с тем, что тангенциальное звено(звенья) одного или более других соединительных рычагов может быть прикреплено к одной или более опор комеля лопасти (как в третьем варианте осуществления по фиг. 6).
Кроме того, фиг. 2, 5 и 6 показывают пример конфигурации турбовинтового двигателя, в которой набор лопастей, имеющий устройство регулирования по изобретению, связанному с ним, имеет десять лопастей 26 вентилятора. В такой конфигурации пять соединительных рычагов 46, которые равномерно разнесены вокруг продольной оси 12 турбовинтового двигателя, могут служить для обеспечения того, чтобы поворачивалось кольцо 30 синхронизации (кольцо, в таком случае, в форме десятиугольника).
В заключение, изобретение описано выше со ссылкой на турбовинтовой двигатель, имеющий противоположно вращающуюся турбину, которая присоединена непосредственно к пропеллерам. Естественно, изобретение также применяется к двухпропеллерным турбовинтовым двигателям, в которых пропеллеры приводятся в движение через планетарную передачу.
1. Устройство для регулирования шага лопастей вентилятора турбовинтового двигателя, имеющего, по меньшей мере, один набор лопастей вентилятора с изменяемым шагом, набор является выполненным с принудительным вращением при помощи поворотного кольца, центрированного по продольной оси и механически присоединенного к ротору турбины, каждая лопасть набора является присоединенной для настройки шага к кольцу синхронизации, центрированному по продольной оси, устройство дополнительно содержит диск, центрированный по продольной оси и установленный через поворотное соединение на тягу исполнительного механизма, прикрепленного к неподвижному конструктивному элементу турбовинтового двигателя, диск является механически присоединенным к кольцу синхронизации посредством множества соединительных рычагов, шарнирно установленных на диск и присоединенных к кольцу синхронизации таким образом, что продольное перемещение диска под приводом с исполнительного механизма заставляет кольцо синхронизации поворачиваться вокруг продольной оси.
2. Устройство по п.1, в котором каждый соединительный рычаг содержит осевое звено, имеющее один конец, прикрепленный к диску посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг тангенциальной оси, и радиальное звено, имеющее один конец, прикрепленный к свободному концу осевого звена посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг тангенциальной оси, свободный конец радиального звена является присоединенным к кольцу синхронизации таким образом, что продольное перемещение диска вызывает перемещение радиального звена в направлении, которое является по существу радиальным.
3. Устройство по п.2, дополнительно включающее в себя средство для преобразования перемещения радиального звена каждого соединительного рычага в поворачивание кольца синхронизации вокруг продольной оси.
4. Устройство по п.3, в котором свободный конец радиального звена каждого соединительного рычага смонтирован посредством соединения червячного типа в опоре комля лопасти, которая установлена с возможностью поворота на поворотном кольце и присоединена к кольцу синхронизации через приводное звено.
5. Устройство по п.4, в котором свободный конец радиального звена каждого соединительного рычага имеет по существу цилиндрическую наружную поверхность, которая снабжена выступающими шарами, работающими совместно с винтовой канавкой, сформированной в опоре комля лопасти.
6. Устройство по п.3, дополнительно включающее в себя тангенциальное звено, имеющее один конец, прикрепленный на свободном конце радиального звена соединительного рычага посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг продольной оси, свободный конец тангенциального звена является прикрепленным к кольцу синхронизации, кольцо синхронизации является присоединенным через приводные звенья к опорам комля лопасти, которые установлены с возможностью поворота на поворотном кольце.
7. Устройство по п.3, дополнительно содержащее тангенциальное звено, имеющее один конец, прикрепленный к свободному концу радиального звена соединительного рычага посредством соединения, которое шарнирно поворачивается вокруг продольной оси, свободный конец тангенциального звена является прикрепленным на опоре комля лопасти, которая смонтирована с возможностью поворота на поворотном кольце и присоединена к кольцу синхронизации через приводное звено.
8. Устройство по п.1, в котором диск установлен на тяге исполнительного механизма посредством подшипника качения типа упорного шарикоподшипника.
9. Устройство по п.1, в котором соединительные рычаги равномерно распределены вокруг продольной оси.
10. Устройство по п.1, в котором набор лопастей вентилятора содержит N лопастей, а диск механически присоединен к кольцу синхронизации посредством N/2 соединительных рычагов.
11. Двухпропеллерный турбовинтовой двигатель, содержащий турбину, имеющую два противоположно вращающихся ротора и два набора лопастей вентилятора с изменяемым шагом, выполненных с принудительным вращением при помощи двух поворотных колец, каждое из которых присоединено соответственно к одному из роторов, шаг лопастей, по меньшей мере, одного из наборов является регулируемым посредством устройства по п.1.
