配备有定子轮叶桨距改变系统的涡轮机模块的制作方法

1.本发明涉及涡轮机的领域，特别地涉及一种包括无涵道螺旋桨的涡轮机模块。本发明也适用于对应的涡轮机。


背景技术：

2.包括至少一个无涵道螺旋桨的涡轮机被称为“开式转子”或“无涵道风扇”。在这类涡轮机中，存在两个无涵道且反向旋转的螺旋桨(被称为无涵道双风扇(unducted dual fan，udf))或存在单个无涵道螺旋桨和包括多个定子轮叶的矫直器(被称为无涵道单风扇(unducted single fan，usf))。形成推进部分的一个或多个螺旋桨可以被布置在气体发生器(或发动机)的后部以便该气体发生器是推动型的，或者被布置在气体发生器的前部以便该气体发生器是牵拉型的。这些涡轮机是涡轮螺旋桨发动机，涡轮螺旋桨发动机与涡轮喷气发动机的不同之处在于使用在机舱的外部的螺旋桨(无涵道)，而不是使用内部风扇。这使得能够非常显著地增加涵道比，而不受旨在围绕螺旋桨或风扇的叶片的壳体或机舱的质量的影响。文献fr-a1-3082230和us-a1-2017/102006中描述了涡轮螺旋桨发动机的示例。
3.在具有单个无涵道螺旋桨和矫直器的涡轮机的情况下，矫直器可以是可变桨距类型的，以特别是从空气动力学的角度来提高涡轮机的性能。矫直器的轮叶是根据飞行的需要和阶段(起飞、巡航、着陆等)来定向。然而，根据涡轮机的架构，使得矫直器的叶片的桨距的装置的集成在质量、阻力、体积和这些装置的复杂性方面是一个问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种涡轮机模块，该涡轮机模块具有用于对矫直器的叶片的桨距进行改变的系统，该系统的集成是方便的，同时避免了重大的结构修改。
5.根据本发明，这通过具有纵向轴线x的涡轮机模块来实现，该涡轮机模块包括围绕纵向轴线旋转驱动的无涵道螺旋桨和至少一个矫直器，至少一个矫直器包括多个无涵道可变桨距的定子轮叶，定子轮叶从固定壳体沿着垂直于纵向轴线的径向轴线延伸，该模块包括用于对定子轮叶的叶片的桨距进行改变的第一系统，第一系统包括：
[0006]-至少一个第一控制装置，至少一个第一控制装置包括被连接到固定壳体的第一固定主体和可相对于第一固定主体轴向移动的第一可移动主体，
[0007]-至少一个第一连接机构，至少一个第一连接机构将每个定子轮叶连接到第一控制装置的第一可移动主体，第一连接机构包括：
[0008]
○
连接环形件，连接环形件以纵向轴线为中心，并且被连接到每个定子轮叶的根部，以及
[0009]
○
至少一个杆，至少一个杆一方面被连接到连接环形件，另一方面被连接到第一控制装置的第一可移动主体。
[0010]
因此，该解决方案使得能够实现上述目的。特别地，这种构型易于实现，并且使得能够简化定子轮叶的桨距改变的运动学。实际上，在第一连接机构中，所有叶片同时改变叶
片的取向，而不涉及可能影响质量和使运动学更加复杂的许多部件。
[0011]
模块还包括以下特征中的一个或多个特征，这一个或多个特征被单独采用或组合采用：
[0012]-第一连接机构包括多个臂，多个臂中的每一个臂被连接到定子轮叶和连接环形件。
[0013]-每个臂包括第一端部和第二端部，第一端部设置有球形接头连接部，该球形接头连接部由连接环形件承载的第一铰链轴穿过，第二端部根据嵌入连接的方式连接到定子轮叶的根部。
[0014]-杆由支撑件保持，该支撑件被固定到固定壳体，并且杆被枢转地连接到支撑件。
[0015]-杆具有l形，具有第一分支和第二分支，第一分支和第二分支分别包括第一远端和第二远端，第一分支的第一远端以枢转连接的方式与第一控制装置的第一可移动主体的轴向棒连接，第二分支的第二远端包括球形接头，该球形接头由连接环形件承载的第二铰链轴穿过。
[0016]-第一桨距改变系统包括两个第一控制装置和两个杆，两个杆被分别连接到第一控制装置和连接环形件。
[0017]-第一桨距改变系统被安装在外部壳体的环形空间中，外部壳体部分地界定了主空气流进行流通的主管道。
[0018]-外部壳体承载分离器鼻部，第一控制装置被布置在分离器鼻部的水平处。
[0019]-定子轮叶被构造为在-10
°
至 10
°
之间枢转。
[0020]-连接环形件是唯一的。
[0021]-臂的第一铰链轴围绕纵向轴线x规则地布置。
[0022]-模块包括用于对螺旋桨的可移动叶片的桨距进行改变的第二系统，该第二系统包括：
[0023]
○
第二控制装置，第二控制装置包括可相对于被安装在内部壳体上的第二固定主体轴向移动的第二可移动主体，可移动叶片被安装在由内部壳体承载的旋转壳体上，
[0024]
○
至少一个载荷传递轴承，至少一个载荷传递轴承包括外部环和被连接到第二可移动主体的内部环；以及
[0025]
○
第二机构，第二机构用于将外部环连接到螺旋桨的叶片。
[0026]-内部壳体和外部壳体至少部分地界定了主空气流进行流通的主管道。
[0027]
本发明还涉及一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括至少一个如上所述的模块和用于驱动无涵道螺旋桨旋转的气体发生器。
附图说明
[0028]
在参照示意性附图阅读本发明的作为纯说明性和非限制性示例给出的实施例的以下详细的说明性描述时，本发明将被更好地理解，并且本发明的其它目的、细节、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
[0029]
[图1]图1是本发明所适用的具有单个无涵道螺旋桨的涡轮机的示例的轴向和局部横截面的示意图；
[0030]
[图2]图2示出了用于对本发明所适用的具有单个无涵道螺旋桨的涡轮机的定子
轮叶的叶片的桨距进行改变的系统的透视图；
[0031]
[图3]图3是根据本发明的涡轮机的定子轮叶根部的局部轴向横截面视图；
[0032]
[图4]图4是根据本发明的具有单个无涵道螺旋桨的涡轮机的定子轮叶桨距改变系统的局部透视图；
[0033]
[图5]图5是根据本发明的与控制装置的可移动主体的棒连接的连接机构的杆的轴向横截面图；
[0034]
[图6]图6是根据本发明的与支撑件和连接环形件连接的连接机构的杆的轴向横截面图；
[0035]
[图7]图7根据透视图和上游示出了用于对定子轮叶的叶片的桨距进行改变的系统的示例，该系统被布置在根据本发明的涡轮机的固定壳体中。
具体实施方式
[0036]
本发明适用于涡轮机1，该涡轮机包括用于安装在飞行器上的无涵道螺旋桨2。这种涡轮机是如图1所示的涡轮螺旋桨发动机。该涡轮机被称为“开式转子”或“无涵道风扇”，如上文所述。
[0037]
在本发明中，并且通常，术语“上游”、“下游”、“轴向”和“轴向地”相对于涡轮机中的气体流动并且在此沿着纵向轴线x(甚至在图1中从左到右)来限定。类似地，术语“径向”、“内部”和“外部”相对于垂直于纵向轴线x的径向轴线z和相对于距纵向轴线x的距离来限定。此外，相同或基本上相同的元件和/或具有相同功能的元件由相同的附图标记来表示。
[0038]
涡轮机1包括气体发生器或发动机3，该气体发生器或发动机从上游到下游包括低压压缩机4、高压压缩机5、燃烧室6、高压涡轮7和低压涡轮8。低压压缩机4和低压涡轮8通过低压轴9机械地连接，以形成低压主体。高压压缩机5和高压涡轮7通过高压轴9机械地连接，以形成高压主体。高压轴在低压轴9的内部延伸，并且高压轴和低压轴是同轴的。
[0039]
在未示出的另一个构型中，低压主体包括被连接到中压涡轮的低压压缩机。自由动力涡轮被安装在中压涡轮的下游，并通过动力传动轴连接到如下所述的螺旋桨以驱动该螺旋桨旋转。
[0040]
主空气流f1在穿过气体发生器3的主管道10中流通。主管道10由径向内壁11和径向外壁12径向地界定。径向内壁11由内部壳体13承载。径向外壁12由外部壳体14承载。主空气流f1通过环形空气入口15进入气体发生器3，并通过被布置在气体发生器3的下游的主喷嘴16离开。
[0041]
涡轮机包括以纵向轴线x为中心并围绕纵向轴线x旋转的旋转壳体20。旋转壳体20承载形成螺旋桨2的可移动叶片21的环形齿轮。旋转壳体20被安装成使得该旋转壳体可以相对于支撑旋转壳体的内部壳体13移动。在图1所示的示例中，螺旋桨2被安装在气体发生器的上游(牵拉构型)。替代地，螺旋桨被安装在气体发生器的下游(推动构型)。进入涡轮机的空气流f穿过螺旋桨叶片21以形成次级空气流f2。该次级空气流围绕外部壳体14流通。空气流f在由外部壳体14承载的分离器鼻部22的水平处分成主空气流和次级空气流。螺旋桨2的每个叶片21包括根部23，并且从根部23径向向外延伸。如图1所示，螺旋桨的叶片没有涵道(所示的涡轮机为“usf”类型的，即如上所述，涡轮机包括单个无涵道螺旋桨和矫直器，矫直器包括多个无涵道定子轮叶)。
[0042]
动力轴或低压轴9(分别具有自由动力涡轮和低压涡轮的动力轴或低压轴)通过减速器24驱动螺旋桨2，该减速器压缩在外部壳体14的外部的空气并提供大部分推力。减速器24可以是行星齿轮系或周转齿轮系类型的。
[0043]
如图1所示，涡轮机1包括矫直器25，该矫直器包括多个定子轮叶26(或固定轮叶)，该定子轮叶已知为出口导向轮叶(outlet guide vane，缩写为“ogv”)。定子轮叶26围绕纵向轴线x均匀地分布并且径向地延伸到次级空气流中。定子轮叶26由被固定到外部壳体14的固定结构承载。特别地，每个定子轮叶26包括从根部28径向延伸的叶片27。我们理解定子轮叶26是无涵道的。
[0044]
在图2中，十个定子轮叶26被安装在外部壳体14上。有利地，定子轮叶26的桨距是可变的，以优化涡轮机的性能。为此，涡轮机包括用于对定子轮叶的叶片的桨距进行改变的第一系统30。在图2中，第一桨距改变系统30包括至少一个第一控制装置31和将每个定子轮叶26连接到第一控制装置31的至少一个第一连接机构32。
[0045]
图3示出了定子轮叶26的根部28的轴向横截面视图。通常，根部28呈枢轴33的形式，该枢轴沿着轴线a被枢转地安装在容纳部34中。特别地，以纵向轴线x为中心的环形护罩35包括围绕该环形护罩的圆周分布的多个容纳部34。环形护罩35被固定到外部壳体14。每个容纳部34由沿着径向轴线z延伸的圆柱形裙状部36界定。根部的枢轴33通过至少一个引导轴承37被枢转地安装。在本示例中，两个引导轴承37、37'沿着径向轴线z叠置。这些轴承37优选地但非限制地是滚动轴承。
[0046]
每个轴承37、37'包括被旋转地固定到枢轴33的内部环38和围绕内部环38的外部环39。滚动元件被安装在内部环38的内表面和外部环39的内表面之间，内部环的内表面和外部环的内表面形成轨道。在此，滚动元件包括球状部40。
[0047]
圆柱形套筒41被安装在每个容纳部34中，以将每个轴承37、37'的内部环38连接到每个定子轮叶26的根部。套筒41以定子轮叶的桨距轴线a为中心。每个套筒41在第一端部42和第二端部43之间延伸。每个套筒41具有被布置在内圆柱形面上的内花键44。内花键44旨在与外花键45联接，该外花键被设置在定子轮叶26的每个根部的枢轴33的外表面上。套筒41的第二端部43包括从套筒41的(圆柱形)主体相对于轴线a径向向外延伸的轴环46。轴环46形成径向外表面47，枢轴33的毂部48靠置在该径向外表面上。每个轴承37、37'的外部环39由护罩35，特别地由圆柱形裙状部36承载。在每个轴承之间沿着径向轴线z延伸的间隔件50旨在在两个轴承37、37'之间保持一距离(在此是径向距离)。该间隔件50有利地但非限制性地布置在轴承37、37'的两个内部环38之间。
[0048]
护罩35还包括被固定到圆柱形裙状部36的环形底壁51。底壁包括孔53，孔沿着径向轴线在两侧穿过底壁，并且使得枢轴33的自由端部54能够穿过。
[0049]
密封元件被布置在每个容纳部34中，以防止润滑剂从轴承泄漏到容纳部的外部。特别地，第一环形密封件55被布置在圆柱形裙状部36的内表面56和毂部48的外周边界48a之间。第二密封件57被设置在孔53的内边界58和套筒41的外表面41a之间。
[0050]
最后，为了避免枢轴33沿着径向轴线的任何移位，保持元件59使得枢轴的自由端部54能够附接到护罩35的底壁51。保持元件59包括螺母。当然，使得枢轴能够附接到护罩的其他类似的螺纹元件也是可能的。
[0051]
参照图3和图4，第一连接机构32包括以纵向轴线x为中心的连接环形件60。连接环
形件60包括同心且同轴的第一环形部段61和第二环形部段62。第一部段61和第二部段62径向地间隔开，并且通过沿着纵向轴线形成通孔64的桥接件63彼此连接。连接环形件60被连接到每个定子轮叶的根部。
[0052]
为此，第一连接机构32包括至少一个臂65，臂一方面连接到连接环形件60，另一方面连接到轮叶26的根部28。臂65在第一端部66和第二端部67之间延伸。第一端部66设置有球形接头68(参见图3)，该球形接头由连接环形件60承载的铰链轴69穿过。铰链轴69被安装在第一部段61和第二部段62之间，并且平行于径向轴线z。第二端部67以嵌入连接的方式连接到定子轮叶26的根部28。如图3所示，第二端部67包括孔口70，孔口沿着径向轴线在两侧穿过第二段部。每个枢轴的自由端部54被安装在每个孔口70中。有利地但非限制性地，枢轴33包括径向孔71，该径向孔71在其自由端部54的水平处开口。诸如螺钉的附接构件72被容纳在径向孔71中，以将臂65附接到定子轮叶26的根部。在所示的示例中，臂的数量与定子轮叶的数量一样多。每个臂被连接到轮叶根部和连接环形件60。
[0053]
参照图4和图5，第一连接机构32还包括至少一个杆73，杆一方面连接到连接环形件60，另一方面连接到第一控制装置31。
[0054]
在该示例中，存在彼此配合的两个第一控制装置31和两个杆73。两个第一控制装置31使得能够将力传递到连接环形件60并且使得定子轮叶26的叶片的桨距能够改变。第一连接装置相对于连接环形件60的轴线径向相对。
[0055]
每个第一控制装置31包括第一固定主体75和可相对于第一固定主体移动的第一可移动主体76。每个第一固定主体75被连接到涡轮机的固定护罩77(参见图5)，以在平移和旋转时不可移动。特别地，固定护罩77被安装在外部壳体14上。每个第一可移动主体76相对于相应的第一固定主体75沿着纵向轴线x轴向平移地移位。每个第一可移动主体76包括轴向棒78，该轴向棒的自由端部79被连接到杆73。
[0056]
每个杆73为l形，具有彼此连接的第一分支80和第二分支81。在图5中，第一分支80在第一远端82(参见图4)处包括u形夹83。根据图5，u形夹包括沿着径向轴线叠置和间隔的第一耳部84和第二耳部85。第一耳部84和第二耳部85在大体上彼此平行的平面中延伸。铰链轴86沿着与第一耳部和第二耳部之间的径向轴线平行的轴线延伸。轴向棒78的自由端部79包括孔眼，铰链轴86穿过该孔眼，以进行枢转连接。
[0057]
在图6中，第二分支81包括球形接头87，由连接环形件60承载的第二铰链轴穿过该球形接头。第二铰链轴被安装在第一部段61和第二部段62之间，并且平行于径向轴线z。
[0058]
参照图6，杆73被安装在支撑件90上，该支撑件被固定到涡轮机的固定结构。固定结构被固定到外部壳体14。支撑件90使得杆73能够相对于外部壳体14保持。特别地，在第一分支80和第二分支81之间的接合部的水平处，杆73通过枢转连接而连接到支撑件90。如图4所示，支撑件包括被连接到主体92的基板91。主体被附接到固定结构93，该固定结构被固定到涡轮机的外部壳体。该附接通过诸如螺钉和螺母的附接构件来完成。基板91在与径向轴线垂直并且与限定主体的平面平行的平面中延伸。基板91和主体92形成c形或u形。基板91和主体92之间的空间接纳杆73的由第一分支和第二分支的接合部限定的顶点94。顶点94由孔口95沿着径向轴线穿过。由主体和基板91承载的枢轴构件96沿着径向轴线z延伸穿过杆的孔口。上缓冲垫97和下缓冲垫98被布置在孔口95中。枢轴构件穿过缓冲垫97、98。
[0059]
然后，每个杆73具有三个旋转轴线。
[0060]
有利地，第一控制装置各自是包括固定主体和可移动主体的液压缸。每个第一控制装置被连接到流体供应源，该流体供应源用于向固定主体的腔室(未示出)供应加压油。可移动主体在固定主体的内部延伸。
[0061]
有利地，桨距改变系统被布置在限定在外部壳体14中的环形空间29中。如图1所示，每个第一控制装置被布置在分离器鼻部22的水平处。特别地，每个第一控制装置被布置在定子轮叶的根部28的上游，并且还被布置在连接环形件60的上游。
[0062]
每个可移动主体的轴向棒78延伸穿过限定在连接环形件60中的通孔64。
[0063]
我们现在将介绍在定子轮叶的叶片的桨距改变期间各个构件的运动学。定子轮叶26的所有叶片同时枢转。当第一控制装置31的第一可移动主体76沿着纵向轴线平移地移位时，该第一可移动主体76的轴向棒78的自由端部79也沿着轴线x平移地移位，并且驱动被连接到支撑件的杆73的旋转。也被连接到连接环形件60的该杆73驱动连接环形件60围绕纵向轴线旋转，这产生通过臂65连接到连接环形件60的定子轮叶26的叶片的桨距改变。以这种方式，随着气缸的第一可移动主体的平移和被连接到单个连接环形件60的杆73的旋转，定子轮叶26的所有叶片改变叶片的节距或叶片的取向。定子轮叶26的叶片在-10
°
至 10
°
之间旋转。
[0064]
涡轮机模块可以包括第二系统100，该第二系统用于对螺旋桨2的可移动叶片的桨距进行改变。该第二桨距改变系统被布置在气体发生器3的上游，并且被径向地布置在螺旋桨2的可移动叶片21的根部的下方。该桨距改变系统100包括第二控制装置，该第二控制装置包括可相对于被安装在内部壳体13上的第二固定主体轴向移动的第二可移动主体。桨距改变系统还包括至少一个载荷传递轴承以及第二机构，载荷传递轴承包括外部环和被连接到第二可移动主体的内部环，该第二机构用于将外部环连接到螺旋桨的可移动叶片。用于对螺旋桨2的叶片的桨距进行改变的系统使得能够改变叶片21的围绕其桨距轴线的桨距，使得叶片根据涡轮机的运行条件和有关的飞行阶段(例如叶片的极端工作位置(推力反转位置)和极端羽化位置)占据不同的角位置。第二控制装置也是包括第二固定主体和第二可移动主体的液压缸。在此，连接机构包括连接棒。