包括可動的動力學(xué)斗的螺旋槳的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機并且尤其是用于渦輪機的開式轉(zhuǎn)子的領(lǐng)域，并且更具體地涉及對螺旋槳的元件并且尤其是槳葉的根部的冷卻。本發(fā)明因此涉及一種用于渦輪機的螺旋槳，并且還涉及包括這種螺旋槳的渦輪機。
[0002]本發(fā)明適用于任何類型的陸地或航空渦輪機并且尤其適用于諸如渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪螺旋槳發(fā)動機之類的飛行器渦輪機。更具體地，本發(fā)明在用于飛行器的下述渦輪機的領(lǐng)域中具有優(yōu)選的應(yīng)用:即，飛行器的發(fā)動機殼體包括雙反向旋轉(zhuǎn)開式轉(zhuǎn)子螺旋槳；這種類型的渦輪機還被稱為“開式轉(zhuǎn)子”或螺槳式風(fēng)機(propfans)。這種渦輪機例如可包括風(fēng)扇，風(fēng)扇在發(fā)動機艙外部被直接固定至動力渦輪上或通過齒輪動力渦輪驅(qū)動?？傮w上，本發(fā)明適用的渦輪機優(yōu)選地可以為(具有齒輪箱的)齒輪式開式轉(zhuǎn)子渦輪機或(具有自由動力渦輪的)直接驅(qū)動式開式轉(zhuǎn)子渦輪機。
【背景技術(shù)】
[0003]圖1示意性地示出了如專利文獻FR 2 941 494中公開的現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)典實施例中的具有雙反向旋轉(zhuǎn)開式轉(zhuǎn)子的渦輪機I。
[0004]在圖1中，方向A與縱向方向相對應(yīng)，或與平行于渦輪機I的縱向軸線2的軸向方向相對應(yīng)。方向B與渦輪機I的徑向方向相應(yīng)。此外，箭頭4示意性地示出了穿過渦輪機I的主要氣體流動方向。說明書的其余部分中使用的術(shù)語“上游”和“下游”應(yīng)當(dāng)關(guān)于所述氣體流動方向4考慮。
[0005]在向前方向上，渦輪機I具有連續(xù)沿向后方向穿過發(fā)動機艙(nacelle)8的進氣口6，發(fā)動機艙8總體上包括外部殼層10和內(nèi)殼層12，外部殼層10和內(nèi)殼層12都以軸線2為中心并且相互徑向地偏置。
[0006]內(nèi)殼層12形成用于氣體發(fā)生器14的外部徑向殼體，氣體發(fā)生器14(從上游端到下游端)通常包括低壓壓縮機16、高壓壓縮機18、燃燒室20、高壓渦輪22和中壓渦輪24。壓縮機16和禍輪24通過軸26機械地連接，從而形成低壓體(low pressure body);而壓縮機18和禍輪22通過軸28機械地連接，從而形成高壓體(higher pressure body)。因此，氣體發(fā)生器14優(yōu)選地遵循被稱為雙轉(zhuǎn)子的常規(guī)設(shè)計。
[0007]在中壓渦輪24的下游側(cè)具有發(fā)動機殼體30，發(fā)動機殼體30具有擁有反向旋轉(zhuǎn)螺旋槳的雙開式轉(zhuǎn)子，雙開式轉(zhuǎn)子在此示例中由自由動力渦輪驅(qū)動。在一個變形中，可以使用齒輪動力渦輪。更精確地，發(fā)動機殼體30位于固定殼體42的下游，固定殼體42本身沿著氣體發(fā)生器14的外部徑向殼體12的尾側(cè)延伸部布置。此外，殼體12和42可被制成一體件。固定殼體42于是沿尾側(cè)方向延伸，并且沿徑向方向變小以形成以軸線2為中心的固定軸(shaft) 57，從而形成發(fā)動機殼體30的固定殼體。
[0008]發(fā)動機殼體30首先包括第一旋轉(zhuǎn)組件32a，第一旋轉(zhuǎn)組件32a上固定有第一螺旋槳32、驅(qū)動所述螺旋槳的第一自由動力渦輪34以及順著前向方向沿著自由渦輪34的軸向延伸部的第一旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置33，第一旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置33被插入在所述渦輪的第一級和固定殼體42之間。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置33通常呈多個臂的形式，所述多個臂在周向上相互間隔開并且徑向地延伸。所述臂被連接至第一螺旋槳32，從而支撐渦輪49的外殼，渦輪49本身具體地通過端板或多個夾具44被連接至螺旋槳32，使得所述螺旋槳32能夠徑向向外偏置。夾具44具有固定到外殼49的內(nèi)徑向端部和固定到對槳葉48進行支撐的多邊形環(huán)(圖1中未示出)的外徑向端部。所述槳葉48從螺旋槳外殼或螺旋槳外罩46徑向向外延伸，螺旋槳外殼或螺旋槳外罩46的特征的其中一個在于，其沿尾側(cè)方向與發(fā)動機艙的外部殼層10動力學(xué)地接續(xù)。
[0009]類似地，發(fā)動機殼體30包括第二旋轉(zhuǎn)組件36a，第二旋轉(zhuǎn)組件36a設(shè)置有第二螺旋槳36、驅(qū)動所述第二螺旋槳的第二自由動力渦輪38以及第二旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置37，第二旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置37設(shè)置成順著尾側(cè)方向沿著自由渦輪38的軸向延伸部并且位于所述渦輪38的末級的后方。基本上沿徑向方向延伸的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)裝置37支撐第二螺旋槳36，第二螺旋槳36具體地通過端板或多個夾具51被連接至螺旋結(jié)構(gòu)裝置37，使得螺旋槳36能夠徑向向外偏置。另外，在這種情況下，夾具51具有固定到旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)殼體37的內(nèi)徑向端和固定到對槳葉55進行支撐的多邊形環(huán)(圖1中未示出)的外徑向端。這些槳葉55從外殼或外罩54徑向向外延伸，外殼或外罩54沿尾側(cè)方向與第一螺旋槳32的外罩46動力學(xué)地接續(xù)。
[0010]此外，第一自由渦輪34和第二自由渦輪38在內(nèi)部相互交錯(nest)，以便形成雙反向旋轉(zhuǎn)渦輪。第一渦輪34的多級因此被布置為沿方向A與第二渦輪38的多級交替。因此，這些雙轉(zhuǎn)子還能夠被當(dāng)作具有兩個反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的渦輪。供參考的是，自由渦輪34、38與氣體發(fā)生器14的旋轉(zhuǎn)部件不具有直接的機械連接，即，自由渦輪34、38不驅(qū)動元件16、18、22、24并且自由渦輪34、38不被元件16、18、22、24驅(qū)動。因此，僅核心發(fā)動機(core engine)流動路徑中的從中壓渦輪24漏出的氣體使形成雙反向旋轉(zhuǎn)渦輪的所述自由渦輪34、38旋轉(zhuǎn)。
[0011]現(xiàn)在將更具體地參考圖2至圖4來更詳細地描述第一螺旋槳32的設(shè)計，應(yīng)理解，第二螺旋槳36由于具有相同或類似的設(shè)計并且因此將不再進一步描述。
[0012]如上所述，螺旋槳32包括充當(dāng)槳葉48的支撐部的多邊形環(huán)47，所述環(huán)47形成螺旋槳的轂(hub)。所述環(huán)包括多個在周向上相互間隔的容置部(housing) 50，所述容置部50被稱為徑向容置部。每個容置部為樞軸52提供空間(receive)，軸承80被插入在所述樞軸52和與所述樞軸52相關(guān)的容置部50之間，從而形成內(nèi)孔(reaming)(如圖3所示)。
[0013]每個樞軸52具有布置在與其相關(guān)的容置部內(nèi)的下部52a，所述下部52a近似為圓柱形并且為中空的，從而具有徑向向內(nèi)開口的通常為U形的截面。此外，樞軸52通過位于環(huán)47上方的上部52b徑向向外延伸，所述上部52b具有凹槽56 (圖4中示意性地示出)，凹槽56的功能是容納(retain)相關(guān)的槳葉48的根部58。因此，樞軸52支撐槳葉48并且能夠通過控制所述樞軸52在位于多邊形環(huán)47中的容置部50內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來調(diào)整槳葉的傾角(pitch)ο
[0014]螺旋槳32還包括外罩46 (僅在圖1和圖3中示出)。所述罩的外表面緊接外部空氣流。在這方面，應(yīng)注意，每個槳葉48具有平臺59，其空氣動力學(xué)部分60從平臺59徑向向外伸出。每個平臺59為圓形形狀并且被布置在設(shè)置成穿過罩46的孔口內(nèi)，以便獲得近似齊平的空氣動力學(xué)接合。
[0015]如圖3中能夠更好地看到的，槳葉腔64與槳葉48相關(guān)聯(lián)，所述腔的用途在于將槳葉的根部與渦輪機I的其它部分隔離，具體地，核心發(fā)動機流動路徑徑向向內(nèi)穿行。腔64在圖3中通過虛線64示意性地表示。所述腔通過形成空氣動力學(xué)整流罩(fairing)的平臺59和外罩46沿徑向向外的方向被有效地被封閉，但是所述腔通過一個或多個隱藏部(cache) 66沿上游方向被封閉，并且通過一個或多個隱藏部68沿下游方向被封閉，并且通過一個或多個隱藏部70被徑向向外地封閉，在這種情況下，單個隱藏部70被固定到凸緣或上述的夾具44上。
[0016]應(yīng)注意，可為每個槳葉設(shè)置槳葉根部腔(如圖5示意性地示出)以及為每個槳葉設(shè)置內(nèi)隱藏部70，這使得這些腔可相互獨立。替代性地，螺旋槳32的所有槳葉48可共享單個槳葉根部腔，并且在這種情況下，所選擇的單個內(nèi)隱藏部70被設(shè)計成環(huán)形形狀。
[0017]空氣流通例如可通過利用斗(SCOOp)72或類似裝置(例如，簡單的孔口 )將外部空氣供應(yīng)給每個腔64而被提供，所述斗72或類似裝置被布置在外罩46上。所述斗可具體地被布置在下游側(cè)，穿過腔64的空氣可例如隨后通過更上游的出口(未示出)被抽出。隨著空氣穿過腔64，外部冷卻空氣將通過空氣流通沿著位于所述腔64中的元件移動并且對其進行冷卻，并且特別是如箭頭53示意性地示出的那樣對槳葉的根部58進行冷卻。
[0018]實際上，特別是由于低的馬赫數(shù)下的壓力條件導(dǎo)致難以對螺旋槳32的元件(并且特別是螺旋槳根部58)提供空氣流通和冷卻。然而，當(dāng)槳葉48由耐高溫性能比金屬材料低的復(fù)合材料制成時，提供這種空氣流通和冷卻尤為重要。在圖1中示出的開式轉(zhuǎn)子沿尾側(cè)方向位于燃燒室的下游的“推進器”構(gòu)造中，這些螺旋槳緊挨著核心發(fā)動機流動路徑的上方布置，熱空氣在此處能夠達到500°C。因此，重要的是提供專門的空氣流通以防止所述開式轉(zhuǎn)子中的槳葉根部過熱。
[0019]然而，上述的公開的方案僅利用了由斗72形成的下游側(cè)動態(tài)進氣口和上游側(cè)靜態(tài)出氣口之間的壓力差。因此，上述方案很依賴飛機速度，這在諸如空轉(zhuǎn)(idling)和起飛之類的一些階段是有問題的，在這些階段期間，沿槳葉的根部的氣流可能不足以提供令人滿意的冷卻。
[0020]此外，尤其是因為斗必須超越邊界層，動力學(xué)斗的始終存在的對流通氣流的獲取通常導(dǎo)致空氣動力阻力的增大，這是令人不滿意的。對于增加通風(fēng)空氣的最大需要通常僅在一些非常特殊的飛行階段期間(尤其是在空轉(zhuǎn)階段和/或起飛階段期間)需要。因此，使用永久固定的動力學(xué)斗會產(chǎn)生高應(yīng)力，在所要求