專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)扇葉片保持和可變槳距系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于將風(fēng)扇葉片安裝在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的系統(tǒng)，尤其涉及這 樣一種系統(tǒng)即，其保持有飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片并且這種系統(tǒng)的葉片槳距在使用過(guò)程中 可變。改變風(fēng)扇葉片的傾角允許將渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中的設(shè)計(jì)構(gòu)造擴(kuò)展成更有效的運(yùn)行狀態(tài)(較 高的風(fēng)扇涵道比和較低的風(fēng)扇壓力比)，迄今為止，這點(diǎn)由于潛在的穩(wěn)定性問(wèn)題(風(fēng)扇葉片 顫振)而受到限制。本發(fā)明針對(duì)通過(guò)改變風(fēng)扇后方的涵道面積來(lái)避免新發(fā)動(dòng)機(jī)中傾角不穩(wěn) 定的現(xiàn)有方法提供了較好的替代方案。
背景技術(shù)：
在螺旋槳、直升機(jī)旋翼或某些帶有有限數(shù)量葉片的風(fēng)扇中實(shí)現(xiàn)槳距改變的標(biāo)準(zhǔn)方 法通常包括允許葉片以相對(duì)低的摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)的諸如球/滾子軸承和/或屈曲部件等根部附接 機(jī)構(gòu)。這類(lèi)裝置由于其必須支撐高的葉片離心力而會(huì)較重。更為復(fù)雜的是作用于葉片板狀 結(jié)構(gòu)的離心載荷還會(huì)產(chǎn)生顯著的扭力，這是槳距控制系統(tǒng)必須克服的。這些力趨于使葉片 朝向危險(xiǎn)的低槳距位置轉(zhuǎn)動(dòng)，從而槳距控制中的故障將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子超速和潛在的葉片損耗。改變旋轉(zhuǎn)著的葉片的槳距角度所需的力相當(dāng)可觀(guān)。在螺旋槳技術(shù)中，許多年前引 入了可變的槳距，該力通常稱(chēng)為總扭轉(zhuǎn)力矩(Total Twisting Moment，TTM)，其為三個(gè)基本 力的靜總和。第一個(gè)是源自于葉片翼部(即橢圓形翼部，非圓形)繞著其槳距變化軸線(xiàn)的 非對(duì)稱(chēng)質(zhì)量分布的離心扭轉(zhuǎn)力矩(Centrifugal Twisting Moment，CTM)。第二個(gè)是在作用 于各翼部截面的壓力的有效中心向槳距變化軸線(xiàn)的前方或后方對(duì)齊時(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué) 扭轉(zhuǎn)力矩(Aerodynamic Twisting Moment，ATM)，該氣動(dòng)載荷繞著葉片槳距軸線(xiàn)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn) 載荷。最后一個(gè)是抵抗運(yùn)動(dòng)并且由于支撐葉片的保持軸承受到的高離心載荷而在保持軸承 中產(chǎn)生的摩擦扭轉(zhuǎn)力矩(Frictional Twisting Moment, FTM)。其中，CTM最大，而ATM和 FTM小得多。CTM作用使得葉片朝向低槳距轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槿~片翼部的壓力的空氣動(dòng)力學(xué)中心 通常位于其槳距變化軸線(xiàn)的前方，ATM通常作用而增加葉片槳距，這與CTM相反。由摩擦產(chǎn) 生的FTM作用以沿任一方向阻礙葉片槳距變化。TTM由CTM決定，因此槳距控制系統(tǒng)沿著增加的槳距的方向施加扭轉(zhuǎn)載荷，以保持 葉片槳距恒定不變，并且還施加較高的力來(lái)克服FTM，以便增加葉片槳距。如果槳距系統(tǒng)的 控制發(fā)生故障和/或失控，葉片將自然地轉(zhuǎn)向低轉(zhuǎn)矩。因?yàn)榈腿~片槳距導(dǎo)致對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)較小 的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，因此該情形會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)被促動(dòng)的情況下導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生危險(xiǎn)的超速。 槳距失控通常伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的損失。TTM可再次將葉片轉(zhuǎn)為低槳距，但轉(zhuǎn)子推力突然切 換為高牽引力，其會(huì)使得飛機(jī)控制可能發(fā)生失控和/或?qū)е罗D(zhuǎn)子超速。如果通過(guò)渦輪發(fā)動(dòng) 機(jī)而不是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，尤其是如果前者具有對(duì)轉(zhuǎn)子提供動(dòng)力的“自由的”渦輪， 則更可能發(fā)生轉(zhuǎn)子超速。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，在風(fēng)扇中存在大量葉片，槳距失控和葉片轉(zhuǎn)至低 槳距會(huì)引起很大的牽引力和超速情況。因此，迄今為止，后備槳距變化系統(tǒng)、槳距安全鎖定、 或者其他復(fù)雜、昂貴和/或重的方案還未引起注意。為了防止槳距趨于發(fā)生不期望的變化，傳統(tǒng)的方案是在葉片的根端/鄰近葉片的根端對(duì)葉片的側(cè)部添加平衡重物。該重物必須具有足夠的質(zhì)量和位置以產(chǎn)生靜TTM，該靜 TTM將始終能夠克服所有固有的葉片扭轉(zhuǎn)載荷，并且朝向高槳距驅(qū)動(dòng)葉片，或者至少保持槳 距設(shè)定以防朝向低槳距移動(dòng)。對(duì)每個(gè)葉片的平衡重物質(zhì)量通常非常大而對(duì)轉(zhuǎn)子添加不期望 的重量，并且對(duì)轉(zhuǎn)子槳轂和葉片保持軸承添加額外的載荷。此外，還有平衡重物支撐臂發(fā) 生故障的風(fēng)險(xiǎn)，如果平衡重物沖擊飛機(jī)機(jī)身，結(jié)合轉(zhuǎn)子的不平衡的危險(xiǎn)，可能會(huì)出現(xiàn)撞擊損 壞。解決槳距趨于發(fā)生不期望變化的另一措施涉及使用諸如作為液壓系統(tǒng)后備的輔 助電動(dòng)泵等后備槳距變化系統(tǒng)，其可將槳距角度驅(qū)動(dòng)為高達(dá)“順流交距”位置。此外，可采 用諸如槳距致動(dòng)系統(tǒng)中的線(xiàn)性ACME螺紋等高摩擦裝置或諧波驅(qū)動(dòng)裝置或鎖定裝置，其中 任一裝置可被設(shè)計(jì)為在槳距失控的情況下保持當(dāng)前的槳距位置。后者具有這樣的有益效 果即，在偶然的操作條件發(fā)生故障和/或存在來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)的動(dòng)力的情況下，允許繼續(xù) 操作。然而，如果槳距保持在不適于滑行的位置或者雙發(fā)動(dòng)機(jī)操作，仍然是由所產(chǎn)生由增加 的牽引力引起的一種折中飛行控制狀態(tài)。從最前面的大風(fēng)扇(本質(zhì)上是涵道螺旋槳)獲得90%推力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)至今仍未 利用可變槳距。因?yàn)樵趪姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)速度通常保持幾乎不變，因此通過(guò)燃料 流量來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)力。然而，現(xiàn)今所有的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有槳距固定的葉片，其采用較大的折中翼 部以提供足夠的推力，這能夠在熱天以全載荷實(shí)現(xiàn)起飛能力。因此，當(dāng)存在多于所需的葉片 翼部時(shí)，由于葉片翼部小于最佳葉片角度，這些發(fā)動(dòng)機(jī)在巡航時(shí)遭受效能損失。如果對(duì)于未 來(lái)的幾代繼續(xù)存在飛機(jī)航行，則需顯著增加效率并節(jié)省燃料。

發(fā)明內(nèi)容
改變風(fēng)扇葉片的槳距提供了一種控制推進(jìn)裝置的推力產(chǎn)生和/或動(dòng)力吸收能力 的便利裝置。這可顯著地使風(fēng)扇推進(jìn)器效率更高且對(duì)轉(zhuǎn)子操作條件的變化做出響應(yīng)，諸如 進(jìn)入風(fēng)扇的空氣速度的變化或?qū)ζ涫┘拥膭?dòng)力水平。例如，用于推進(jìn)各種設(shè)計(jì)的飛機(jī)的渦 扇發(fā)動(dòng)機(jī)可以經(jīng)歷/需要靜推力操作、起飛、爬升、巡航和/或降落條件與著陸條件之間的 速度和運(yùn)行功率的顯著變化。公開(kāi)了轉(zhuǎn)子葉片附接、保持及槳距控制的一種新型系統(tǒng)，其簡(jiǎn)化了可變槳距推進(jìn) 器系統(tǒng)的大多數(shù)方面，在維持轉(zhuǎn)子的操作安全并大大提高轉(zhuǎn)子效率的同時(shí)顯著降低系統(tǒng)成 本和重量。此設(shè)計(jì)具有將固定槳距風(fēng)扇轉(zhuǎn)換成安全、輕便、高效的可變槳距系統(tǒng)的潛能，同 時(shí)保持可維修性。此外，此設(shè)計(jì)非常適于渦扇噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)中的大的、管道式的高涵道比風(fēng) 扇，其中相對(duì)于當(dāng)前設(shè)計(jì)可以節(jié)省15至20%的燃料。迄今為止，尚不存在將可變槳距特征 引入渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)以利用所述增加的效率的實(shí)現(xiàn)安全、實(shí)用、重量輕、節(jié)約成本的裝置的成功 設(shè)計(jì)。高燃料價(jià)格正驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)并將使本發(fā)明所提供的上述特征更加值得期待。在一個(gè)方面中，本發(fā)明著重于一種對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片提供可變槳距的系 統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂；至少一個(gè)葉片，其安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上；齒輪機(jī)構(gòu)，其 與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂可操作地連接；定時(shí)環(huán)，其與所述齒輪機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)且可操作地連接；以 及槳距臂，其將所述定時(shí)環(huán)與安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)葉片可操作地連接 在一起。在所述系統(tǒng)的操作中，所述齒輪機(jī)構(gòu)促使所述定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)以改變安裝在所述可轉(zhuǎn) 動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)葉片的槳距。
在另一方面中，本發(fā)明的特征在于一種保持飛機(jī)的風(fēng)扇葉片并且對(duì)所述風(fēng)扇葉片 提供可變槳距的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂；至少一個(gè)風(fēng)扇葉片，其安裝在所述可轉(zhuǎn) 動(dòng)槳轂上；齒輪機(jī)構(gòu)，其與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂可操作地連接；驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其連接至所述齒輪機(jī) 構(gòu)并且與所述齒輪機(jī)構(gòu)處于可操作的連接關(guān)系；定時(shí)環(huán)，其與所述齒輪機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)且可操 作地連接；以及槳距臂，其將所述定時(shí)環(huán)與安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)風(fēng)扇 葉片可操作地連接在一起。在運(yùn)行所述系統(tǒng)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)經(jīng)由所述齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)所述 定時(shí)環(huán)以改變安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)風(fēng)扇葉片的槳距。


圖1是保持飛機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片并且實(shí)現(xiàn)所述葉片可變槳距的系統(tǒng)的立體圖。圖2是圖1的系統(tǒng)的中央槳轂的立體圖。圖3是圖1的系統(tǒng)的側(cè)視圖，示出了穿過(guò)傳動(dòng)架48的局部截面和槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。圖4是圖1的系統(tǒng)的傳動(dòng)架的立體圖，其中所述傳動(dòng)架附接有中央驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。圖5是扇形齒輪和蝸桿齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的后視立體圖，其中，為了清楚起見(jiàn)，去除了 傳動(dòng)架的支撐組件。圖6是圖1的系統(tǒng)的前視立體圖，示出了槳距臂在轉(zhuǎn)子葉片的銷(xiāo)根部鉸鏈連接到 葉片銷(xiāo)上。圖7是用于保持飛機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的系統(tǒng)的前視立體圖，其中定時(shí)環(huán)柱(time ring post)可以在支架上的點(diǎn)處連接到轉(zhuǎn)子葉片的銷(xiāo)根部。圖8是帶有上部局部截面的側(cè)視圖，該上部局部截面穿過(guò)中央槳轂上的用于附接 轉(zhuǎn)子葉片的銷(xiāo)根部的可轉(zhuǎn)動(dòng)U形接頭。圖9是在葉片的銷(xiāo)根部被插入到凸隼(termon)中的葉片銷(xiāo)的立體圖。圖10是位于葉片之間的限定了中央體氣流路徑的表面的平臺(tái)的前視圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1和圖2，10大致示出了保持風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片的可變槳距的 系統(tǒng)，在下文中稱(chēng)作“系統(tǒng)10”。系統(tǒng)10保持具有附接的銷(xiāo)根(銷(xiāo)可以設(shè)計(jì)為具有圓形或 非圓形橫截面)裝置的轉(zhuǎn)子葉片。銷(xiāo)根部12在中央體氣流路徑14的內(nèi)側(cè)。銷(xiāo)根部12包 括葉片16，該葉片具有從葉片延伸出來(lái)包繞銷(xiāo)18的三個(gè)葉片凸隼(termon)(在圖3和圖6 中以21標(biāo)示)。在圖9中示出銷(xiāo)18插入穿過(guò)葉片。三個(gè)葉片凸隼21在其間限定了用于 容納從中央槳轂34上升的至少兩個(gè)撓性支撐凸隼20的空間。在本發(fā)明中，槳轂處在轉(zhuǎn)子 中心線(xiàn)M上，至少兩個(gè)撓性支撐凸隼20在三個(gè)葉片凸隼21之間的空間中附接到銷(xiāo)18上。 這些支撐凸隼20進(jìn)一步向內(nèi)延伸并且附接到中央槳轂34上，每個(gè)支撐凸隼20能夠以幫助 平衡葉片CTM力和ATM力的方式樞轉(zhuǎn)或屈曲。撓性支撐凸隼20具有足夠的長(zhǎng)度和固有撓性，以允許支撐葉片16的共用銷(xiāo)18的 可接受的角旋轉(zhuǎn)量。葉片16的根部緊貼在合并有U形接頭30的支架形組件(支架28)中， 該U形接頭30安裝在中央槳轂34的中央柱或其他類(lèi)似特征上，建立葉片槳距繞其發(fā)生轉(zhuǎn) 動(dòng)的軸線(xiàn)36。該系統(tǒng)10還承受葉片16的空氣動(dòng)力學(xué)根部推力和力矩分量。然而，用于此 目的的軸承或軸襯套筒可明顯小于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片所需的軸承或軸襯套筒，這是因?yàn)楸景l(fā)明葉片16的高達(dá)大于空氣載荷150倍的高離心載荷由本發(fā)明的雙支撐凸隼20分別支撐。這 些支撐凸隼20提供支撐葉片16的主要裝置并且引入一些扭轉(zhuǎn)阻力(非常小的摩擦阻力)。 另外，除了主要支撐帶之外，U形接頭30和槳轂柱可以提供保持葉片16和支架觀(guān)的輔助 裝置(例如，經(jīng)由使用可被旋擰的螺栓、緊固件、安全止擋件等)。結(jié)合了 U形接頭30中的 凸隼86的附加支撐能力的銷(xiāo)根部葉片設(shè)計(jì)在諸如撞擊異物碎片(大型鳥(niǎo)類(lèi)或飛機(jī)跑道上 的碎片)等意外事件的情況下提供了附加的安全措施，在所述情況下緣于撞擊的葉片彎曲 載荷可為正常操作力的許多倍。從使用傾斜帶和每個(gè)葉片16上的中心樞轉(zhuǎn)柱所獲得的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的附加好處在 于伴隨葉片槳距變化的細(xì)微的向內(nèi)和向外移動(dòng)。在起飛以及在著陸時(shí)，即葉片角度由于低 的向前速度而最低的兩個(gè)時(shí)刻，葉片16被輕微向內(nèi)拉動(dòng)。對(duì)于高速巡航狀態(tài)，葉片角度增 加到最高位置，這使葉片輕微移動(dòng)到更向外的位置。后者具有使葉片至管道的端隙最小化 的優(yōu)點(diǎn)，在巡航時(shí)尤其如此，在長(zhǎng)時(shí)間飛行時(shí)飛機(jī)大部分時(shí)間都處于巡航狀態(tài)。在前者狀態(tài) 下，特別是在硬著陸期間或在不平坦的飛機(jī)跑道上時(shí)，葉片16被向內(nèi)拉動(dòng)，這防止當(dāng)飛機(jī) 與地面接觸時(shí)葉片末端發(fā)生磨損，并且盤(pán)的慣性可以引起軸中心線(xiàn)偏離中心。利用所描述 的由本發(fā)明所產(chǎn)生的葉片運(yùn)動(dòng)，在以巡航速度飛行時(shí)可以使效率最大化。使用相對(duì)于彼此交錯(cuò)或傾斜的至少兩個(gè)支撐部件40抵消了使葉片16轉(zhuǎn)向低槳距 的葉片16的固有TTM傾向。此設(shè)計(jì)提供了使葉片結(jié)構(gòu)與槳距變化系統(tǒng)分離的裝置。在其 最簡(jiǎn)單的形式中，可以利用兩個(gè)分離的支撐部件40 (這些支撐部件可以為圓形或非圓形以 便優(yōu)化結(jié)構(gòu))將這兩個(gè)支撐凸隼20的內(nèi)側(cè)端或根部有效地固定到中央槳轂34上。此外， 為了減小支撐凸隼20中的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，作為本發(fā)明的可能改進(jìn)，可將這兩個(gè)凸隼分別替換為 兩個(gè)或更多個(gè)分離的支撐凸隼。支撐部件40中的一個(gè)或兩個(gè)還可包括軸承機(jī)構(gòu)，其允許一 個(gè)或更多個(gè)支撐凸隼20獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。如果槳距失控和/或發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力損失，可以通過(guò)支撐凸 隼20在中央槳轂34中的附接點(diǎn)的細(xì)致空間布局來(lái)獲得期望的槳距設(shè)定。可偏置布局使得 受兩個(gè)而不是一個(gè)支撐路徑上的高離心張緊載荷影響的葉片TTM對(duì)于任意給定的轉(zhuǎn)子速 度或飛行條件(諸如巡航等)保持平衡和/或移至期望的設(shè)定。附接點(diǎn)和得到的傾斜設(shè)定 可以首先由分析確定，然后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。支撐凸隼20可由碳纖維材料或制成為樹(shù)脂狀和/或橡膠基基質(zhì)系統(tǒng)的其他適宜 的高強(qiáng)度纖維質(zhì)材料制成。這種碳纖維材料能夠耐受在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)遇到的應(yīng)力和 力。本發(fā)明不限于此，支撐凸隼20可以是金屬的(例如鋼絲)并且涂覆有橡膠材料、纖維 質(zhì)聚酰胺或纖維質(zhì)玻璃。在系統(tǒng)10中，利用與柱76同時(shí)操作的定時(shí)機(jī)構(gòu)或定時(shí)環(huán)46來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片角度槳距 改變，柱76卡合在槳距臂74上的孔口中，槳距臂74是每個(gè)葉片銷(xiāo)18向葉片前方和/或后 方延伸出的延伸部分。這種延伸對(duì)槳距變化系統(tǒng)提供機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明不限于定時(shí)環(huán)上的 柱76與從葉片銷(xiāo)18延伸出的槳距臂74中的孔口接合的操作方式，定時(shí)環(huán)也可用于通過(guò)使 柱76與如圖7所示的支架一部分上的孔口直接接合來(lái)改變?nèi)~片角度槳距。共同的定時(shí)機(jī) 構(gòu)和中央葉片樞轉(zhuǎn)特征還確保葉片間槳距角度設(shè)定的一致性。如本文所述，可方便地通過(guò) 諸如齒輪配置等機(jī)構(gòu)來(lái)促動(dòng)定時(shí)環(huán)。可以選擇性地利用被稱(chēng)為諧波驅(qū)動(dòng)器的機(jī)構(gòu)操作定時(shí) 環(huán)46，可通過(guò)小型的電動(dòng)馬達(dá)或液壓馬達(dá)尤其利用本發(fā)明所提供的降低了的槳距控制載荷 來(lái)驅(qū)動(dòng)諧波驅(qū)動(dòng)器。
現(xiàn)在參考圖3，傳動(dòng)架48附接于中央槳轂34的前端面?，F(xiàn)在參考圖4，傳動(dòng)架48 包括經(jīng)由螺栓或任何適當(dāng)?shù)母浇友b置安裝在中央槳轂34的前端面上的環(huán)結(jié)構(gòu)。扇形齒輪 50被栓接或直接附接到定時(shí)環(huán)46的背面上，并且可操作地穿過(guò)傳動(dòng)架48的前端面上的局 部腔體中的孔口?，F(xiàn)在參考圖5，扇形齒輪50包括繞著轉(zhuǎn)子中心線(xiàn)M相對(duì)于傳動(dòng)架48轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形 部件52。扇形齒輪50的前端面上的環(huán)形部件52的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)軸承(在圖3中以56示出) 來(lái)實(shí)現(xiàn)，該軸承允許齒輪52和附接的定時(shí)環(huán)46都相對(duì)于傳動(dòng)架48轉(zhuǎn)動(dòng)。諸如驅(qū)動(dòng)馬達(dá)60之類(lèi)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于扇形齒輪50在轉(zhuǎn)子中心線(xiàn)M上的中心。 通過(guò)蝸桿61將來(lái)自驅(qū)動(dòng)馬達(dá)60的轉(zhuǎn)矩傳遞至多個(gè)蝸輪63和多個(gè)交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)軸62，這些交 錯(cuò)驅(qū)動(dòng)軸均可操作地與位于環(huán)形部件52上的相應(yīng)數(shù)量的蝸桿64相連接并接合。每個(gè)蝸桿 64驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的蝸輪66，蝸輪66相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)齒輪68，進(jìn)而齒輪68可操作地與驅(qū)動(dòng)齒輪輪齒 70相嚙合以使扇形齒輪50相對(duì)于傳動(dòng)架48轉(zhuǎn)動(dòng)。顯示為三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸62將來(lái)自驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 60的轉(zhuǎn)矩傳遞至相應(yīng)的蝸桿和蝸輪。本發(fā)明不限于此，任意數(shù)量的驅(qū)動(dòng)軸可以驅(qū)動(dòng)蝸桿和 蝸輪以便實(shí)現(xiàn)扇形齒輪50在傳動(dòng)架48上的轉(zhuǎn)動(dòng)。 使用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)60來(lái)通過(guò)多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸將轉(zhuǎn)矩傳遞至驅(qū)動(dòng)齒輪70使得驅(qū)動(dòng)馬達(dá)能夠 以高速(高的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))操作，由此允許環(huán)形部件52繞著轉(zhuǎn)子中心線(xiàn)M的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生微 小的改變。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)60可為電動(dòng)的、液壓的、電動(dòng)液壓組合的或者通過(guò)任何其他適當(dāng)?shù)氖?段來(lái)驅(qū)動(dòng)。此外，本發(fā)明不限于使用扇形齒輪50和傳動(dòng)架48，這些組件可被替代為諸如諧波 驅(qū)動(dòng)器等之類(lèi)的任何其他適當(dāng)?shù)难b置?，F(xiàn)在參考圖3和圖6，定時(shí)環(huán)46經(jīng)由槳距臂74與銷(xiāo)18連接。槳距臂74的前端 與定時(shí)環(huán)46上的柱76連接，使得定時(shí)環(huán)46的轉(zhuǎn)動(dòng)允許槳距臂74的前端相對(duì)于定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn) 動(dòng)、屈曲或做其他方式的運(yùn)動(dòng)。槳距臂74的后端與銷(xiāo)18的端部上的銷(xiāo)/U形接頭配置78 連接。銷(xiāo)/U形接頭配置78允許槳距臂74相對(duì)于銷(xiāo)18運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明不限于定時(shí)環(huán)46上的柱76連接至槳距臂74上的孔口進(jìn)而連接至銷(xiāo)18。 參考圖7，柱76可連接或直接接合至支架觀(guān)上的孔口以實(shí)現(xiàn)葉片的槳距變化?，F(xiàn)在參考圖8，以80示出了中央柱，U形接頭30跨過(guò)中央柱80而安裝在中央槳轂 34上。中央柱80接納U形接頭30，并且利用螺栓84或其他適當(dāng)?shù)木o固件將中央柱80緊 固到U形接頭30上。襯套88位于中央柱80的外表面與U形接頭30的內(nèi)表面之間。U形 接頭30包括兩個(gè)翼部86，在這兩個(gè)翼部中具有開(kāi)孔用以容納銷(xiāo)18。在圖8中還示出了兩 個(gè)可選碳纖維繞組85 (黑色)，繞組85繞在槳轂的前后環(huán)部上以增加環(huán)箍承載能力，從而有 助于抵制以風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)操作速度產(chǎn)生的大葉片離心載荷?，F(xiàn)在參考圖10，在銷(xiāo)根部12的上方以及葉片16之間的空間中限定中央體氣流路 徑14。葉片16位于其上的支架28通過(guò)平臺(tái)90、91而與相鄰的支架連接。平臺(tái)90通過(guò)使 其一個(gè)邊緣92卡合在位于支架觀(guān)相應(yīng)邊緣上的J形孔口 94中而與支架觀(guān)連接。平臺(tái)90 的相對(duì)邊緣95卡合在相鄰平臺(tái)91的孔口中，該相鄰平臺(tái)91同時(shí)利用葉片與支架28連接 所用的機(jī)構(gòu)而與支架觀(guān)連接。鼻椎體或類(lèi)似的裝置(未示出)配合在中央槳轂34上使得 其邊緣定位在平臺(tái)90、91的前邊緣處。從本發(fā)明可獲得許多益處。首先，槳轂中的支撐部件附接點(diǎn)的離散空間定位可在槳距失控的情況下用于平衡轉(zhuǎn)子葉片的TTM并且針對(duì)給定的操作條件實(shí)現(xiàn)期望的槳距角 度設(shè)定。第二，該設(shè)計(jì)消除了在葉片槳距失控的情況下對(duì)轉(zhuǎn)子葉片平衡重物和/或其他更 為復(fù)雜的槳距控制后備系統(tǒng)的需要。第三，提供了在例如用于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的單個(gè)轉(zhuǎn)子中保 持大量風(fēng)扇葉片(18 22葉片或更多)的在結(jié)構(gòu)上有效且緊湊的裝置，同時(shí)提供了同時(shí)改 變所有葉片的槳距角度的裝置。第四，由于允許在無(wú)需去除整個(gè)轉(zhuǎn)子的情況下即可相對(duì)簡(jiǎn) 單地去除和更換單個(gè)葉片、葉片銷(xiāo)和/或支架裝置，因此該設(shè)計(jì)具有可維修優(yōu)點(diǎn)。第五，當(dāng) 葉片槳距角度減小和增大時(shí)葉片分別向內(nèi)和向外輕微運(yùn)動(dòng)，從而在地面操作時(shí)提供有益的 間隙并且在巡航時(shí)將效率最大化。最后，本發(fā)明允許調(diào)節(jié)葉片槳距角度以配合氣流變化并且在所有操作條件下大大 地提高效率。不具有可變槳距特征如同在所有條件下以二檔驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。在沒(méi)有可變槳距特 征的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)將減慢以避免發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，并且由于發(fā)動(dòng)機(jī)比其需要的轉(zhuǎn)得更快， 因此高速是浪費(fèi)的，并且會(huì)浪費(fèi)很多燃料。因此，一旦實(shí)現(xiàn)巡航速度，燃料就會(huì)隨著葉片角 度的增加而減少。盡管針對(duì)具體的實(shí)施例顯示并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是， 在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改并且可對(duì)各元件進(jìn)行等同替代。另外，在 不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的情況下可以做出變型以使特定的情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)。 因此，意圖在于本發(fā)明不局限于以上具體描述所公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明包括落入 所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片提供可變槳距的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂；至少一個(gè)葉片，其安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上； 齒輪機(jī)構(gòu)，其與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂可操作地連接； 定時(shí)環(huán)，其與所述齒輪機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)且可操作地連接；以及槳距臂，其將所述定時(shí)環(huán)與安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)葉片可操作地連接在一起；其中，所述齒輪機(jī)構(gòu)的操作使得所述定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)以改變安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所 述至少一個(gè)葉片的槳距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括將所述至少一個(gè)葉片與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂連接的撓性凸隼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述撓性凸隼由碳纖維材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括銷(xiāo)，所述至少一個(gè)葉片與所述銷(xiāo)連接，并且所述 銷(xiāo)與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)葉片包括從所述至少一個(gè)葉片懸 垂的葉片凸隼，所述葉片凸隼與從所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂延伸出的支撐凸隼連接，所述葉片凸隼 和所述支撐凸隼與銷(xiāo)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)葉片可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在從所述可轉(zhuǎn) 動(dòng)槳轂延伸出的柱上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述齒輪機(jī)構(gòu)包括安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂的前 端面上的傳動(dòng)架和可操作地安裝在所述傳動(dòng)架上的扇形齒輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，還包括與所述扇形齒輪可操作地連接的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與所述扇形齒輪的可操作連接包括蝸 桿和蝸輪裝置，所述蝸桿和蝸輪裝置的操作使所述扇形齒輪和所述定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。
10.一種保持飛機(jī)的風(fēng)扇葉片并且對(duì)所述風(fēng)扇葉片提供可變槳距的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂；至少一個(gè)風(fēng)扇葉片，其安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上； 齒輪機(jī)構(gòu)，其與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂可操作地連接；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其連接至所述齒輪機(jī)構(gòu)并且與所述齒輪機(jī)構(gòu)處于可操作的連接關(guān)系； 定時(shí)環(huán)，其與所述齒輪機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)且可操作地連接；以及槳距臂，其將所述定時(shí)環(huán)與安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)風(fēng)扇葉片可操作 地連接在一起；其中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的操作經(jīng)由所述齒輪機(jī)構(gòu)使得所述定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變安裝在所述可 轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)風(fēng)扇葉片的槳距。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述齒輪機(jī)構(gòu)包括 傳動(dòng)架，其安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上；扇形齒輪，其可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述傳動(dòng)架上；以及 軸承，其位于所述傳動(dòng)架的前端面與所述扇形齒輪的后端面之間；其中，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)安裝在所述傳動(dòng)架上；并且，其中，所述扇形齒輪被所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)可在所述軸承上轉(zhuǎn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)包括第一蝸桿，蝸輪與所述第一 蝸桿處于可操作的連接，并且所述蝸輪與位于所述齒輪機(jī)構(gòu)上的第二蝸桿處于可操作的連 接，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的操作使所述齒輪機(jī)構(gòu)和所述定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括將所述風(fēng)扇葉片的根部與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂連 接的銷(xiāo)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括葉片凸隼和支撐凸隼，所述葉片凸隼從所述 風(fēng)扇葉片的根部延伸出并且與所述銷(xiāo)連接，所述支撐凸隼與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂和所述銷(xiāo)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述槳距臂與所述定時(shí)環(huán)和銷(xiāo)可操作地連接， 所述至少一個(gè)風(fēng)扇葉片附接至所述銷(xiāo)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述槳距臂與所述定時(shí)環(huán)和支架可操作地連 接，所述至少一個(gè)風(fēng)扇葉片附接至所述支架。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述撓性凸隼由纖維質(zhì)聚酰胺制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述撓性凸隼由纖維質(zhì)玻璃制成。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述撓性凸隼由樹(shù)脂狀基質(zhì)系統(tǒng)中的纖維材料 制成。
20.一種對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片提供可變槳距的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂；至少一個(gè)葉片，其安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上； 齒輪機(jī)構(gòu)，其與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂可操作地連接； 定時(shí)環(huán)，其與所述齒輪機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)且可操作地連接；槳距臂，其將所述定時(shí)環(huán)與安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)葉片可操作地連接在一起；撓性凸隼，其將所述至少一個(gè)葉片與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂連接；以及 銷(xiāo)，所述至少一個(gè)葉片與所述銷(xiāo)連接，并且所述銷(xiāo)與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂連接； 其中，所述齒輪機(jī)構(gòu)的操作使所述定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所 述至少一個(gè)葉片的槳距。
全文摘要
一種對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片(16)提供可變槳距的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂(34)；至少一個(gè)葉片，其安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上；齒輪機(jī)構(gòu)，其與所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂可操作地連接；定時(shí)環(huán)(46)，其與所述齒輪機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)且可操作地連接；以及槳距臂(74)，其將所述定時(shí)環(huán)與安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)葉片可操作地連接在一起。在所述系統(tǒng)的操作中，所述齒輪機(jī)構(gòu)促使所述定時(shí)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)以改變安裝在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)槳轂上的所述至少一個(gè)葉片的槳距。
文檔編號(hào)F04D29/36GK102066768SQ200980120829
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者埃里克·斯蒂芬·盧斯, 約翰·A·瓦厄萊特 申請(qǐng)人:旋轉(zhuǎn)合成技術(shù)有限責(zé)任公司