[發明專利]風扇葉片保持和可變槳距系統

無效

• 申請號: 200980120829.2
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN102066768A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 約翰·A·瓦厄萊特;埃里克·斯蒂芬·盧斯
• 申請（專利權）人: 旋轉合成技術有限責任公司
• 主分類號: F04D29/36
• 分類號: F04D29/36
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 李瑛

技術領域

本發明大體上涉及一種用于將風扇葉片安裝在飛機發動機中的系統，尤其涉及這樣一種系統：即，其保持有飛機發動機的風扇葉片并且這種系統的葉片槳距在使用過程中可變。改變風扇葉片的傾角允許將渦扇發動機中的設計構造擴展成更有效的運行狀態(較高的風扇涵道比和較低的風扇壓力比)，迄今為止，這點由于潛在的穩定性問題(風扇葉片顫振)而受到限制。本發明針對通過改變風扇后方的涵道面積來避免新發動機中傾角不穩定的現有方法提供了較好的替代方案。

背景技術

在螺旋槳、直升機旋翼或某些帶有有限數量葉片的風扇中實現槳距改變的標準方法通常包括允許葉片以相對低的摩擦轉動的諸如球/滾子軸承和/或屈曲部件等根部附接機構。這類裝置由于其必須支撐高的葉片離心力而會較重。更為復雜的是作用于葉片板狀結構的離心載荷還會產生顯著的扭力，這是槳距控制系統必須克服的。這些力趨于使葉片朝向危險的低槳距位置轉動，從而槳距控制中的故障將導致轉子超速和潛在的葉片損耗。

改變旋轉著的葉片的槳距角度所需的力相當可觀。在螺旋槳技術中，許多年前引入了可變的槳距，該力通常稱為總扭轉力矩(Total?Twisting?Moment，TTM)，其為三個基本力的靜總和。第一個是源自于葉片翼部(即橢圓形翼部，非圓形)繞著其槳距變化軸線的非對稱質量分布的離心扭轉力矩(Centrifugal?Twisting?Moment，CTM)。第二個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的前方或后方對齊時產生的空氣動力學扭轉力矩(Aerodynamic?Twisting?Moment，ATM)，該氣動載荷繞著葉片槳距軸線產生扭轉載荷。最后一個是抵抗運動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生的摩擦扭轉力矩(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動。因為葉片翼部的壓力的空氣動力學中心通常位于其槳距變化軸線的前方，ATM通常作用而增加葉片槳距，這與CTM相反。由摩擦產生的FTM作用以沿任一方向阻礙葉片槳距變化。

TTM由CTM決定，因此槳距控制系統沿著增加的槳距的方向施加扭轉載荷，以保持葉片槳距恒定不變，并且還施加較高的力來克服FTM，以便增加葉片槳距。如果槳距系統的控制發生故障和/或失控，葉片將自然地轉向低轉矩。因為低葉片槳距導致對發動機較小的轉動阻力，因此該情形會在發動機被促動的情況下導致轉子和發動機產生危險的超速。槳距失控通常伴隨著發動機動力的損失。TTM可再次將葉片轉為低槳距，但轉子推力突然切換為高牽引力，其會使得飛機控制可能發生失控和/或導致轉子超速。如果通過渦輪發動機而不是活塞發動機來驅動轉子，尤其是如果前者具有對轉子提供動力的“自由的”渦輪，則更可能發生轉子超速。在渦扇發動機中，在風扇中存在大量葉片，槳距失控和葉片轉至低槳距會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、槳距安全鎖定、或者其他復雜、昂貴和/或重的方案還未引起注意。

為了防止槳距趨于發生不期望的變化，傳統的方案是在葉片的根端/鄰近葉片的根端對葉片的側部添加平衡重物。該重物必須具有足夠的質量和位置以產生靜TTM，該靜TTM將始終能夠克服所有固有的葉片扭轉載荷，并且朝向高槳距驅動葉片，或者至少保持槳距設定以防朝向低槳距移動。對每個葉片的平衡重物質量通常非常大而對轉子添加不期望的重量，并且對轉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生故障的風險，如果平衡重物沖擊飛機機身，結合轉子的不平衡的危險，可能會出現撞擊損壞。

解決槳距趨于發生不期望變化的另一措施涉及使用諸如作為液壓系統后備的輔助電動泵等后備槳距變化系統，其可將槳距角度驅動為高達“順流交距”位置。此外，可采用諸如槳距致動系統中的線性ACME螺紋等高摩擦裝置或諧波驅動裝置或鎖定裝置，其中任一裝置可被設計為在槳距失控的情況下保持當前的槳距位置。后者具有這樣的有益效果：即，在偶然的操作條件發生故障和/或存在來自發動機連續的動力的情況下，允許繼續操作。然而，如果槳距保持在不適于滑行的位置或者雙發動機操作，仍然是由所產生由增加的牽引力引起的一種折中飛行控制狀態。