配备有螺旋桨和由保持装置支撑的定子轮叶的涡轮发动机模块以及相应的涡轮发动机的制作方法

1.本发明涉及涡轮发动机的领域。特别地，涡轮发动机模块包括无涵道螺旋桨和具有定子轮叶的整流器。本发明还涉及相应的涡轮发动机。


背景技术：

2.具有至少一个无涵道螺旋桨的涡轮发动机被称为“开式转子”或“无涵道风扇”。在这类涡轮发动机中，存在具有两个无涵道且反向旋转的螺旋桨的涡轮发动机(被称为无涵道双风扇(unducted dual fan，缩写为udf))或存在具有单个无涵道螺旋桨和包括多个定子轮叶的整流器的涡轮发动机(被称为无涵道单风扇unducted single fan，缩写为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。这些涡轮发动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外部的螺旋桨(无涵道)，而不是使用内部风扇。这使得能够显著地增加涵道比，而不受被设计成围绕螺旋桨或风扇的叶片的壳体或机舱的质量的影响。
3.整流器的定子轮叶通常安装在入口壳体上，该入口壳体承载分别在主流道中和围绕入口壳体流通的主流和次级流的分流器鼻部。定子轮叶从入口壳体延伸，并且有利地在桨距上是可变的。这些定子轮叶还具有约1米或甚至1.20米的大直径，这使得很难将定子轮叶的枢转根部装配到该枢转根部的容置部中，并且很难在振动应力下机械地保持该枢转根部。振动可以导致枢转轴线的卡阻或定子轮叶本身的或周围构件的损坏。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种配备有定子轮叶的涡轮发动机模块，该定子轮叶具有改进的机械稳定性，同时是经济的。
5.根据本发明，我们通过具有纵向轴线x的涡轮发动机模块来实现该目的，该涡轮发动机模块包括：
[0006]-无涵道螺旋桨，该无涵道螺旋桨旨在被驱动围绕纵向轴线x旋转，
[0007]-至少一个整流器，该整流器包括基本上沿着径向轴线z延伸的多个定子轮叶，每个定子轮叶包括根部和从根部径向上升的叶片，以及
[0008]-桨距改变系统，该桨距改变系统用于对定子轮叶的叶片围绕桨距轴线a的桨距进行改变，该桨距轴线穿过每个定子轮叶的根部，
[0009]
至少两个相邻的定子轮叶通过至少一个保持构件彼此连接，该保持构件通过至少一个枢转轴联接到定子轮叶的叶片，并且径向地安装在距定子轮叶的根部一距离处，所述枢转轴沿着与桨距轴线a同轴的枢转轴线b延伸，并且旨在使得定子轮叶能够围绕枢转轴线b枢转，其中，涡轮发动机模块包括用于对枢转轴的振动进行阻尼的防振动装置。
[0010]
因此，该解决方案实现上述目的。特别地，至少在两个相邻的定子轮叶和轮叶的枢
转轴的防振动装置之间安装该保持构件提高了轮叶的机械强度。更准确地，围绕桨距轴线枢转的根部和保持构件产生定子轮叶的有效保持，该保持构件一方面将定子轮叶至少两两地连接，另一方面与轮叶的枢转根部径向地远离。这种构型还减少了振动从轮叶的根部到轮叶的自由端部的传递。于是，组件是更刚性的。
[0011]
模块还包括以下特征中的一个或多个特征，一个或多个特征被单独采用或组合采用：
[0012]-枢转轴被构造成使得定子轮叶能够相对于保持构件枢转。
[0013]-保持构件包括至少一个容置部、至少一个导向轴承和防振动装置，枢转轴被安装在容置部中，导向轴承用于枢转轴的旋转，防振动装置被布置在容置部的内表面和导向轴承之间。
[0014]-防振动装置包括以枢转轴的枢转轴线b为中心的弹性环形件。
[0015]-桨距轴线a相对于径向轴线z倾斜。
[0016]-枢转轴沿着桨距轴线a至少部分地穿过每个定子轮叶的叶片。
[0017]-枢转轴被布置在每个叶片的径向外端部处。
[0018]-保持构件是环形的，并且围绕纵向轴线x延伸。
[0019]-保持构件通过围绕纵向轴线x分布的多个臂连接到涡轮发动机模块的入口壳体。
[0020]-涡轮发动机模块包括至少用于枢转轴的枢转轴线b的除冰设备，除冰设备包括至少一个热空气输送管线，该热空气输送管线旨在从涡轮发动机的主流道中获取热空气，输送管线至少部分地在保持构件内延伸。
[0021]-每个叶片包括形成在叶片中的凹口，该凹口包括底部并且通到后缘上，枢转轴沿着枢转轴线b延伸到凹口中。
[0022]-整流器被布置在螺旋桨的下游。
[0023]-定子轮叶的径向高度小于螺旋桨的轮叶的径向高度。
[0024]
本发明还涉及一种飞行器涡轮发动机，该飞行器涡轮发动机包括至少一个具有前述特征中的任一特征的涡轮发动机模块。
附图说明
[0025]
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：
[0026]
[图1]图1是本发明所适用的具有单个无涵道螺旋桨和整流器的涡轮发动机的示例的轴向和局部截面的示意图；
[0027]
[图2]图2以局部和轴向截面示出了安装在根据本发明的涡轮发动机模块的螺旋桨下游的整流器的保持装置的实施例的示例；
[0028]
[图3]图3更详细地示出了整流器轮叶的叶片与根据图2的保持装置的连接装置；
[0029]
[图4]图4是根据本发明的将枢转轴安装在定子轮叶的叶片上以使得定子轮叶的叶片能够枢转和保持的替代实施例；
[0030]
[图5]图5以局部和轴向截面示出了用于对安装在根据本发明的涡轮发动机模块的螺旋桨下游的整流器进行保持的装置的实施例的另一个示例；
[0031]
[图6]图6以局部轴向截面示出了用于对安装在根据本发明的涡轮发动机模块的螺旋桨下游的整流器进行保持的装置的实施例的又一个示例。
具体实施方式
[0032]
本发明适用于包括单个无涵道螺旋桨2和无涵道整流器3的涡轮发动机1。涡轮发动机旨在安装在飞行器上。这种涡轮发动机是如图1所示的涡轮螺旋桨发动机。如上文所述，该涡轮发动机已知为“无涵道单个风扇(unducted single fan)”。当然，本发明适用于其它类型的涡轮发动机。
[0033]
在本发明中，并且通常，术语“上游”、“下游”、“轴向”和“轴向地”相对于涡轮发动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”和“外”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。
[0034]
在图1中，涡轮发动机1包括气体发生器4，该气体发生器通常从上游到下游包括低压压缩机5、高压压缩机6、燃烧室7、高压涡轮8和低压涡轮9。低压压缩机5和低压涡轮9通过低压轴10机械地连接，以形成低压主体。高压压缩机6和高压涡轮8通过高压轴11机械地连接，以形成高压主体。低压轴10至少部分地在高压轴11内延伸，并且与纵向轴线x同轴。
[0035]
在未示出的另一个构型中，弱压或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，并且通过动力传动轴连接到如下文所述的螺旋桨以驱动该螺旋桨旋转。
[0036]
无涵道螺旋桨2由多个可移动叶片2a的环形成，可移动叶片从旋转壳体12延伸，旋转壳体以纵向轴线x为中心并且可以围绕该纵向轴线旋转地移动。旋转壳体12可以相对于在旋转壳体12下游延伸的内壳体13移动地安装。在图1所示的示例中，螺旋桨2被安装在气体发生器4的上游(牵拉构型)。替代地，螺旋桨2被安装在气体发生器4的下游(推动构型)。可以通过桨距改变系统14使螺旋桨2的叶片2a在桨距上是可变的。
[0037]
穿过涡轮发动机1的空气流f在分离喷嘴15的水平处分成主空气流f1和次级空气流f2。分离喷嘴由以纵向轴线为中心的入口壳体16承载。旋转壳体12还可以相对于入口壳体16移动地安装。入口壳体在下游通过外壳体或流道间壳体17延伸。特别地，入口壳体16包括径向内壳18和径向外壳19(见图2)，径向内壳和径向外壳以轴线x为中心，并且分别形成主空气流f1在其中流通的主流道20的径向内壁和径向外壁。多个结构臂21在径向内壳18和径向外壳19之间径向地延伸。
[0038]
动力轴或低压轴10(分别为自由动力涡轮和低压涡轮的动力轴或低压轴)驱动螺旋桨2，该螺旋桨压缩外壳体17外部的空气流并且提供大部分推力。最后，如图1所示，减速器22被插入在螺旋桨2和动力轴之间。减速器22可以是行星齿轮或周转齿轮类型的减速器。
[0039]
参照图1和图2，整流器3被布置在螺旋桨2的下游。整流器3包括多个定子轮叶23(或固定轮叶)，该定子轮叶称为出口导向轮叶(outlet guide vane，缩写为“ogv”)。定子轮叶23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f2中。整流器3的定子轮叶23被布置在螺旋桨2的叶片2a的下游，以对由叶片产生的空气流进行整流。
[0040]
上文所述的各种元件以模块化方式组装和/或制造，以使这些元件更容易制造并且便于这些元件的维护。在此，涡轮发动机模块是指至少包括螺旋桨和整流器的模块。
[0041]
根据示例，该模块的定子轮叶23的叶片具有基本上沿着径向轴线的高度，该高度小于螺旋桨2的叶片2a的高度。以这种方式，定子轮叶可以对由螺旋桨2在上游产生的气流进行整流，同时减少阻力并且不会太重。定子轮叶23具有沿着径向轴线的高度，该高度介于螺旋桨叶片2的径向高度的30％至90％之间。
[0042]
每个定子轮叶23包括从根部25径向延伸的叶片24。叶片24还各自包括轴向相对的前缘26a和后缘26b。前缘26a和后缘26b通过横向相对的压力侧表面和吸力侧表面27连接。围绕入口壳体16有六个至八个定子叶片23。
[0043]
有利地，定子轮叶23是可变桨距的，以优化涡轮发动机的性能。安装在涡轮发动机中，并且特别是安装在外壳体17中的第二桨距改变系统34被连接到定子轮叶23的叶片，以使得叶片能够围绕叶片的桨距轴线枢转。为此，如图2所示，定子轮叶23的每个根部25被安装在形成在套筒29中的内容置部28中。套筒由环形件承载，该环形件在上游通过第一突片30且在下游通过第二突片31刚性地固定到入口壳体16。每个套筒29是圆筒形的，并且基本上沿着径向轴线延伸。套筒和突片30、31是一体的。替代地，套筒29和突片30、31是分开制造的，然后组装以形成一体组件。
[0044]
参照图2，我们可以看到，每个轮叶23的根部25典型地为枢轴32的形式，该枢轴沿着桨距轴线a枢转地安装在套筒29的内容置部28中。根部25的枢轴32通过至少一个导向轴承33枢转地安装，该导向轴承确保枢轴32保持在每个套筒29的内容置部28中。两个导向轴承可以安装在容置部28中，并且沿着桨距轴线a以叠置的方式安装。一个或多个轴承优选地是滚动轴承，但不限于滚动轴承。
[0045]
桨距改变系统34包括图1中示意性示出的至少一个控制装置35和至少一个连接机构36。连接机构36一方面连接到轮叶24的每个根部25，另一方面连接到控制装置35。沿着桨距轴线a在任一侧穿过套筒29的枢轴32包括具有偏心件(excentrique)的内端部，该偏心件被连接到连接机构36的连接杆(未示出)的端部。连接机构包括多个连接杆，连接杆中的每一个连接杆的一个端部被连接到轮叶根部。每个连接杆的另一个端部被连接到可以是液压缸或气动缸的控制装置的可移动构件。
[0046]
如图2所示，桨距轴线a相对于径向轴线z倾斜。倾斜的角度介于5
°
至45
°
之间。有利地，桨距轴线a在下游倾斜。这种倾斜使得定子轮叶的桨距能够在定子轮叶23的整个径向高度上具有合适的空气动力学效应。
[0047]
根据图2和图3的实施例，保持装置旨在确保定子轮叶23的机械强度。保持装置通过至少一个枢转连接件联接到定子轮叶23。特别地，定子轮叶的至少一个叶片24相对于保持构件37枢转，从而使得该叶片在枢转期间和在涡轮发动机的运行期间能够稳定。保持构件37沿着周向方向至少在两个相邻的定子轮叶23之间延伸。保持构件37被安装成径向地远离定子轮叶的根部25，该根部由桨距轴线a横穿。有利地但不是限制性地，保持构件37是环形的并且围绕纵向轴线x(360
°
)延伸。以这种方式，定子轮叶23各自一方面由保持构件37在叶片的一部分的水平处且另一方面在根部的水平处被保持。
[0048]
保持构件37呈壳的形式，该壳具有空气动力学横截面形状，例如naca类型的空气动力学横截面形状。保持构件37包括外表面38和内表面39，外表面和内表面一方面通过第一边缘40连接，另一方面通过第二边缘41连接。
[0049]
每个叶片24通过枢转轴42枢转，枢转轴的枢转轴线b在此与桨距轴线a同轴，并且
至少部分地延伸到叶片24中。每个叶片24包括凹口43，该凹口在该示例中位于叶片的约一半处(沿着叶片的在其径向内端部24a和其径向外自由端部24b之间测量的高度)。凹口43基本上从叶片24的底部44到后缘26b轴向地延伸。具体地，凹口43通到后缘26b上，但也横向地通到叶片24的压力侧表面27和吸力侧表面上。在图3中，我们看到凹口43包括径向内壁45和径向外壁46，径向内壁和径向外壁相对并且基本上沿着径向轴线间隔开。底部44通过径向内壁45和径向外壁46伸长。枢转轴42沿着桨距轴线a在径向内壁45和径向外壁46之间延伸。保持构件37的第一边缘40与凹口4的底部44相对并且间隔开。相反地，第二边缘延伸到凹口43的外部，并且从叶片24的后缘26b轴向地偏移。类似地，保持构件的表面38、39与径向内壁45和径向外壁46间隔开，使得容易实现叶片的枢转。
[0050]
每个枢转轴42包括与径向内壁45成一体的第一端部42a和与径向外壁46成一体的第二端部42b。枢转轴42和叶片24可以被制成为单件(一体的)。
[0051]
图4示出了用于对定子轮叶23进行保持的保持装置的替代实施例。与前述给出的元件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。每个叶片24也由于枢转轴42而枢转。枢转轴在其第一端部42a处包括至少一个板47，该板被固定在叶片24的压力侧表面27和/或吸力侧表面上。板47通过例如螺钉53的紧固件或通过焊接来固定。在这种情况下，枢转轴线b从其中限定有板47的平面偏移，使得枢转轴42位于凹口43的内部。枢转轴42的第二端部42b是自由的，并且位于距叶片24的径向外壁46一距离处。当然，第二端部42b可以通过板附接到叶片，第一端部可以是自由的。类似地，枢转轴42的第一端部42a和第二端部42b可以各自由至少一个板承载，该板被附接到定子轮叶23的叶片的压力表面和/或吸力表面。
[0052]
更详细地，在图3中，保持构件37包括至少一个容置部48，枢转轴42被安装在该容置部中。容置部48由孔形成，该孔在两侧并且基本上沿着桨距轴线a(基本上沿着径向轴线z)延伸穿过保持构件37的壁。换言之，枢转轴42穿过容置部48。容置部是圆筒形的，该容置部的轴线与枢转轴42的轴线同轴。枢转轴42通过至少一个导向轴承49被引导旋转。优选地，导向轴承49具有多个轴承(roulements)。轴承49包括内环、外环和被布置在内环和外环之间的滚动元件。内环与枢转轴成一体，外环与容置部48的内表面54成一体。滚动元件可以是滚珠或辊子。
[0053]
用于对枢转轴42的振动进行阻尼的防振动装置55也被容纳在容置部48中，以参与定子轮叶23的机械强度并限制振动的传播。防振动装置55被容纳在容置部48的内表面和导向轴承49之间。特别地，防振动装置55有利地包括弹性材料的环形件，该环形件以枢转轴42的枢转轴线b为中心。弹性材料可以包括例如橡胶的弹性体。
[0054]
如图1所示，保持构件37还由多个臂50支撑，以提高定子轮叶23的机械强度。至少一个臂50将保持构件37连接到涡轮发动机的固定结构。有利地，入口壳体16构成固定结构。在本示例中，存在围绕纵向轴线x均匀分布的三个臂50。臂50在保持构件37和入口壳体16之间基本上径向地延伸。每个臂有利地但非限制性地具有空气动力学形状，该空气动力学形状具有上游边缘50a和下游边缘50b，上游边缘和下游边缘轴向相对，并且各自连接横向相对的第一表面和第二表面。臂50的上游边缘50a径向地远离后缘26b延伸，以确保每个叶片24可以枢转。每个臂50还包括被附接到入口壳体16的第一端部51。有利地，第一端部51被附接到入口壳体16的壳。有利地但非限制性地，第一端部51通过固定元件来固定，该固定元件
例如为螺钉、螺母、螺栓或使得第一端部能够容易安装和/或拆卸的任何其它元件。每个臂50还包括被附接到保持构件37的第二端部52。第二端部52与第一端部51径向相对。第二端部52还可以通过紧固件来固定，该紧固件例如为螺钉、螺母、螺栓或胶水或焊接。替代地，臂和保持构件37形成为一体件(由一种材料制成)。优选地，底部50是各自中空的。
[0055]
如图2和部分图3所示，还设置了除冰设备60，以防止冰至少在叶片24和保持构件37之间的枢转连接件处形成。然后，在所有情况下都保证定子轮叶23的枢转。除冰设备60被设计成从主流道20获取热空气，并且将热空气分配到定子轮叶23的保持装置(保持构件37和臂50)。热空气特别地从低压压缩机5中获取，这提高了进入涡轮发动机的空气流的温度。
[0056]
根据图2所示的示例，除冰设备60包括热空气输送管线61，热空气输送管线的第一端部62通到主流道20中。设备60包括控制阀63，该控制阀被布置在管线61上，以控制要获取的热空气流的流量并调节流量。阀63沿着管线61中的热空气流的流动方向布置在第一端部62的下游。
[0057]
管线61特别地包括第一部分61a，该第一部分被连接到第一端部62并且在至少一个臂50内延伸。管线61包括被连接到第一部分61a的第二部分61b。第二部分61b沿着周向方向在保持构件37内行进。最后，管线61包括第三部分61c，该第三部分一方面连接到第二部分61b，另一方面连接到管线61的在枢转轴42附近开口的第二端部。第二部分61b将热空气分配到保持构件的所有容置部48。在图2中，管线61包括围绕每个容置部48的环形部分61d。在这种情况下，管线61的第二端部通到管线61的位于保持构件37中的第三部分61c中。
[0058]
安装在螺旋桨2下游的整流器3的另一个实施例如图5所示。整流器3的定子轮叶23也至少部分地由包括至少一个保持构件37的保持装置来保持。为此，定子轮叶的叶片24至少部分地包括通到叶片的后缘中的凹口43。与上述给出的元件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。与图1至图3的前述实施例的区别在于，保持装置37没有在外壳体和保持构件之间径向延伸的臂。在这种情况下，保持构件37是环形的，围绕纵向轴线延伸，并且周向地穿过定子轮叶的所有叶片24的凹口43。枢转轴径向地延伸穿过每个凹口43。叶片24各自在叶片的根部和在位于叶片一半处的枢转轴42处枢转。特别地，枢转轴穿过容置部48，该容置部有利地配备有防振动装置55。
[0059]
图6示出了安装在螺旋桨2下游的整流器3的又一个实施例。整流器3的定子轮叶23也至少部分地由至少一个保持装置来保持。与上述给出的元件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。在本示例中，保持装置包括至少一个臂50和由臂50承载的至少一个保持构件37。枢转轴42被布置在定子轮叶23的至少一个叶片24的自由径向外端部24b处。在此，所有叶片都设置有从径向外端部24b且径向向外延伸的枢转轴42。在这种情况下，保持构件37还安装在定子轮叶23的叶片24的径向外端部24b处，并且在至少两个相邻的轮叶之间周向地延伸。有利地，保持构件是环形的(360
°
)，并且围绕纵向轴线x延伸。保持构件包括多个容置部48，每个容置部具有底部64和开口65，该开口通到保持构件37的内表面39上。换句话说，容置部不是贯通的。每个容置部48沿着周向方向规则地布置在保持构件37中，以面对相应的枢转轴42。防振动装置55和旋转导向轴承49被容纳在每个容置部48中。多个臂50在保持构件37和外壳体17之间径向地延伸。多个臂还在距定子轮叶，并且特别是距后缘26b一轴向距离处延伸。除冰设备60还装备保持装置。更准确地，除冰设备60的管线61向上延伸到定子轮叶23的上部部分中的保持构件37中，该除冰设
备的管线的一部分装配到臂50中。因此，定子轮叶23在定子轮叶的根部25和径向外端部27b(轮叶的头部)处被保持，并且在所有情况下都可以容易地枢转，同时被阻尼。