專利名稱：平衡沖壓空氣渦輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在航空應(yīng)用中產(chǎn)生緊急補充動力的沖壓空氣渦輪機，更具體地， 涉及在沖壓空氣渦輪機的操作范圍內(nèi)對其轉(zhuǎn)子進行平衡以便維持最佳平衡的方法。
背景技術(shù)：
沖壓空氣渦輪機(RAT)是一種用于在各種各樣的航空器中產(chǎn)生緊急補充動力的 裝置。RAT可以產(chǎn)生液壓動力、電動力或這兩者。RAT結(jié)合有渦輪機，該渦輪機在飛行中從 接近航空器的氣流獲取動力。本申請受讓人所擁有的并在此通過引用被并入本文的授予給 Markunas等的美國專利USPN 4，743，163對當前使用的典型RAT進行了描述。渦輪機耦接 至合適的動力生成設(shè)備，例如用于液壓動力的液壓泵、用于電力的發(fā)電機或在混合動力式 RAT的情況下這兩者。正如Markunas等所描述的，渦輪機包括速度調(diào)節(jié)器，該速度調(diào)節(jié)器改變渦輪機葉 片位置，以便為動力生成設(shè)備維持相對恒定的軸速度。在組裝時，需要平衡渦輪機轉(zhuǎn)子以使 振動最小化。這包括在測試架上使轉(zhuǎn)子以相對低的速度轉(zhuǎn)動，這不會導(dǎo)致葉片從其低速小 傾角位置移位。不幸地是，隨著轉(zhuǎn)子的速度增加，由于渦輪機葉片從小傾角(fine pitch) 到大傾角(coarse pitch)的位置偏移，并且由于主調(diào)節(jié)器彈簧的壓縮，轉(zhuǎn)子的平衡在一定 程度上偏移。在葉片將會具有中間傾角的中間速度時對轉(zhuǎn)子進行平衡將是有利的，使得最大不 平衡將減小大約一半。然而，測試架處在中間傾角和速度的組合時為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子所需要的動 力使得該方案的建議不切實際。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上包括對沖壓空氣渦輪機進行平衡的方法，所述沖壓空氣渦輪機具 有具有渦輪機軸軸線的渦輪機軸；附接于所述軸的轉(zhuǎn)子；附接于所述轉(zhuǎn)子且在小傾角位 置和大傾角位置之間移動的轉(zhuǎn)子葉片；以及用于控制所述葉片的位置的彈簧調(diào)節(jié)器，所述 調(diào)節(jié)器具有其彈性裝置，所述彈性裝置由固定的外部彈簧座和在所述渦輪機軸上滑動的可 移動的內(nèi)部軛板保持，所述內(nèi)部軛板的位置確定葉片傾角。所述方法包括以下步驟朝向所 述彈簧座拖拉所述軛板，以使所述軛板朝向所述彈簧座足夠地移位，從而使得所述轉(zhuǎn)子葉 片呈現(xiàn)(處于)期望的傾角度數(shù)；使所述渦輪機軸以期望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；在期望的轉(zhuǎn)子葉片 傾角和渦輪機軸速度的情況下對所述轉(zhuǎn)子進行平衡以使轉(zhuǎn)子的振動最小化；以及釋放朝向 所述彈簧座對所述軛板的拖拉。


圖1是適于結(jié)合在本發(fā)明的至少一個可能實施例中的RAT的剖視側(cè)視圖。圖2是在圖1中示出的RAT的第一剖視俯視圖，其中該RAT處于小傾角位置。圖3是在圖1中示出的RAT的第二剖視俯視圖，其中該RAT處于大傾角位置。
圖4是在圖1中示出的RAT的局部剖視俯視圖，其中示出了用于RAT的軛板和彈 簧座中的孔。圖5是在圖1中示出的RAT的局部剖視俯視圖，其中示出了被穿過彈簧座的孔放 置并接合軛板的孔的調(diào)節(jié)螺釘。
具體實施例方式圖1是適于結(jié)合在本發(fā)明的至少一個可能實施例中的沖壓空氣渦輪機(RAT)2的 剖視側(cè)視圖。圖2是在圖1中示出的RAT 2的第一剖視俯視圖，其中RAT 2處于小傾角位置。 圖3是在圖1中示出的RAT 2的第二剖視俯視圖，其中RAT 2處于大傾角位置。Markimas 等詳細描述了這種RAT 2的一般操作?；旧希S著渦輪機軸4繞渦輪機軸軸線6旋轉(zhuǎn)，渦 輪機軸4使附接于其上的轉(zhuǎn)子8旋轉(zhuǎn)。附接于轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)子葉片10能夠在圖2所示的小 傾角位置和圖3所示的大傾角位置之間旋轉(zhuǎn)。僅為了說明的目的，圖2示出了大約9度的 小傾角位置，圖3示出了大約58度的大傾角位置。隨著轉(zhuǎn)子8在渦輪機軸4上旋轉(zhuǎn)，每個轉(zhuǎn)子葉片10的轉(zhuǎn)子飛行配重組件12借助 于相關(guān)聯(lián)的飛行配重(飛塊)14對轉(zhuǎn)子葉片10起作用。彈簧調(diào)節(jié)器組件16用于控制轉(zhuǎn)子 葉片10的位置，并具有彈性裝置，該彈性裝置由具有內(nèi)彈簧20和外彈簧22的同軸彈簧組 18表示，并且由固定的外部彈簧座24和可移動的內(nèi)部軛板26保持，內(nèi)部軛板26在渦輪機 軸4上滑動以抵消飛行配重組件12的作用。隨著轉(zhuǎn)子8的速度增加，飛行配重組件12的力增加，從而導(dǎo)致相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片10 的位置在傾角上移位，并推動軛板26，從而壓縮軛板26和彈簧座24之間的彈簧組18，因而 改變了彈簧組18的長度，如圖2中的尺寸“A”所示。在RAT 2的操作范圍內(nèi)對于轉(zhuǎn)子8的 任意旋轉(zhuǎn)速度來說這增加了彈簧組18的力以平衡飛行配重組件12的力。因此，這種力平 衡布置使得轉(zhuǎn)子葉片10呈現(xiàn)出隨著渦輪機軸4的速度增加而增加的傾角。當組裝或重新構(gòu)建RAT 2時，需要對轉(zhuǎn)子8進行平衡以使振動最小化。對轉(zhuǎn)子8 進行平衡包括以期望的速度使渦輪機軸4旋轉(zhuǎn)，并向轉(zhuǎn)子8增加平衡配重以使振動最小化。 不幸地是，轉(zhuǎn)子葉片10的位置或傾角，以及調(diào)節(jié)器組件16的部件趨于改變轉(zhuǎn)子8的動態(tài)平 衡。在許多情形下，期望的是，在轉(zhuǎn)子8的操作范圍內(nèi)在使得轉(zhuǎn)子葉片10將處于大致中間 范圍的位置的速度下來平衡轉(zhuǎn)子，以限制轉(zhuǎn)子葉片10在小傾角位置和大傾角位置處的不 平衡。在其它情形下，當轉(zhuǎn)子8具有與轉(zhuǎn)子葉片10的介于小傾角位置和大傾角位置之間的 傾角對應(yīng)的特征共振頻率時，期望的是，在使得轉(zhuǎn)子葉片10將處于共振頻率傾角位置的速 度下對轉(zhuǎn)子8進行平衡，以使轉(zhuǎn)子8在共振頻率處的不平衡最小化。然而，由于對測試架的動力要求，這些可能性都是不可行的。在實現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片的中 間范圍或共振頻率傾角所必需的速度下驅(qū)動渦輪機軸4所需的動力將是非常大的并且是 不實際的。作為替代，在合理的測試架動力水平下對RAT 2進行平衡包括使渦輪機軸4以 在低至足以防止轉(zhuǎn)子葉片10從小傾角位置偏移并且低至足以限制對轉(zhuǎn)子葉片10的氣動阻 力量的速度下旋轉(zhuǎn)的同時，對轉(zhuǎn)子8進行平衡。不幸地是，這意味著轉(zhuǎn)子8的不平衡隨著轉(zhuǎn) 子8在其操作范圍內(nèi)的速度的增加而增大。根據(jù)本發(fā)明的可能實施例，可以將轉(zhuǎn)子葉片10手動調(diào)節(jié)至任意期望的位置，然后 在測試架的動力極限內(nèi)在渦輪機軸的任意期望速度來執(zhí)行對轉(zhuǎn)子8的平衡。該平衡過程的
6第一步是朝向彈簧座24拖拉軛板26，以使軛板26朝向彈簧座24足夠地移位，從而使得轉(zhuǎn) 子葉片10處于期望的傾角度數(shù)。參照圖4，該步驟的實施可以包括插入或形成穿過內(nèi)部軛 板26的N個但至少兩個螺紋軛板孔28，螺紋軛板孔28具有關(guān)于渦輪機軸4對稱地間隔的 位置并且具有與渦輪機軸軸線6平行的軛板孔軸線30。可以具有關(guān)于渦輪機軸軸線分開大 約180度的兩個軛板孔28，例如在圖4中所示，或者，可以具有額外的軛板孔，例如關(guān)于渦輪 機軸軸線分開大約360/N度的N個軛板孔28。要點在于軛板孔圍繞軛板的定位相對于渦輪 機軸線6是對稱的，以維持軛板26的平衡并確保軛板26的自由移動。第一步的實施還可以包括插入或形成穿過彈簧座24的彈簧座孔32，彈簧座孔32 對應(yīng)于軛板孔28并具有與軛板孔軸線30對準的彈簧座孔軸線。參照圖5，第一步的實施可 以額外地包括穿過每個彈簧座孔32插入調(diào)節(jié)螺釘34，調(diào)節(jié)螺釘34具有比彈簧座孔32更大 的螺釘頭、具有足以穿透其相應(yīng)軛板孔的長度、并且具有為接合其相應(yīng)軛板孔的螺紋所相 匹配的螺紋。第一步的實施還可以進一步包括擰緊每個調(diào)節(jié)螺釘34，以使軛板26朝向彈簧座 24足夠地移位，從而使得轉(zhuǎn)子葉片10處于期望的傾角度數(shù)。如已經(jīng)說明的，該期望的傾角 度數(shù)可以是大致中間范圍的位置，例如小傾角和大傾角之間的大約中間，以限制轉(zhuǎn)子葉片 10在小傾角位置和大傾角位置的不平衡?？蛇x擇地，當轉(zhuǎn)子8具有與轉(zhuǎn)子葉片10的在小傾 角位置和大傾角位置之間的傾角相對應(yīng)的特征共振頻率時，期望的傾角度數(shù)可以是共振頻 率傾角位置，以使在轉(zhuǎn)子8的共振頻率處的不平衡最小化。該平衡過程的第二步是使渦輪機軸4以期望的速度旋轉(zhuǎn)，該期望的速度可以與實 際的一樣高，以便檢測振動，并使測試架的動力相互作用最小化，但是該速度不超出測試架 的動力能力。該平衡過程的第三步是在期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角和渦輪機軸速度的情況下對轉(zhuǎn) 子8進行平衡以使轉(zhuǎn)子8的振動最小化。該步的實施可以包括圍繞渦輪機軸軸線6向轉(zhuǎn)子 8添加質(zhì)量，例如使用平衡配重，或者圍繞渦輪機軸軸線6從轉(zhuǎn)子8去除質(zhì)量，例如，通過刮 削或磨削。該平衡過程的最后一步是朝向彈簧座24釋放對軛板26的拖拉。該步的實施可 以包括從軛板26和彈簧座24中去除調(diào)節(jié)螺釘34。該平衡過程允許測試架在其動力極限內(nèi) 在任意期望的速度驅(qū)動渦輪機軸4的同時，允許將轉(zhuǎn)子葉片10在小傾角位置和大傾角位置 之間的位置手動調(diào)節(jié)至任意期望的傾角，以使轉(zhuǎn)子8的平衡最優(yōu)化。當然，朝向彈簧座拖拉軛板26以使軛板朝向彈簧座24移位以及釋放對軛板朝向 彈簧座的拖拉的步驟的實施可以通過其它方式，例如通過其它類型的夾緊裝置或接合裝 置，這些裝置允許在所述平衡過程期間手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片10以使其處于期望的傾角度數(shù)。 所描述的本發(fā)明的實施例僅僅是本發(fā)明的一些示例性實施方式，其中，對本發(fā)明的各種部 件和布置的改變和替換都落在如所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種對沖壓空氣渦輪機進行平衡的方法，所述沖壓空氣渦輪機具有具有渦輪機軸軸線的渦輪機軸；附接于所述軸的轉(zhuǎn)子；附接于所述轉(zhuǎn)子并且在小傾角位置和大傾角位置之間移動的轉(zhuǎn)子葉片；以及用于控制所述葉片的位置的彈簧調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器具有其彈性裝置，所述彈性裝置由固定的外部彈簧座和在所述渦輪機軸上滑動的可移動的內(nèi)部軛板保持，所述內(nèi)部軛板的位置確定葉片傾角，所述方法包括以下步驟朝向所述彈簧座拖拉所述軛板，以使所述軛板朝向所述彈簧座足夠地移位，從而使得所述轉(zhuǎn)子葉片處于期望的傾角度數(shù)；使所述渦輪機軸以期望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；在期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角和渦輪機軸速度的情況下對所述轉(zhuǎn)子進行平衡以使轉(zhuǎn)子的振動最小化；以及釋放朝向所述彈簧座對所述軛板的拖拉。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角度數(shù)是在所述小 傾角位置和所述大傾角位置之間的大約中間處。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子具有對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片傾角的共振 頻率，并且所述期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角度數(shù)接近于所述共振頻率轉(zhuǎn)子葉片傾角。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述期望的轉(zhuǎn)速小于使所述轉(zhuǎn)子葉片的位 置從所述小傾角位置偏移所需的速度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，朝向所述彈簧座拖拉所述軛板的所述步驟 包括在圍繞所述軛板且相對于所述渦輪機軸軸線對稱間隔的點處拖拉所述軛板。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在對稱間隔的點處朝向所述彈簧座拖拉所 述軛板的所述步驟包括使N個點圍繞所述渦輪機軸軸線間隔成分開大約360/N度的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述轉(zhuǎn)子進行平衡的所述步驟包括圍繞 所述渦輪機軸軸線向所述轉(zhuǎn)子添加質(zhì)量。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述轉(zhuǎn)子進行平衡的步驟包括圍繞所述 渦輪機軸軸線從所述轉(zhuǎn)子去除質(zhì)量。
9.一種對沖壓空氣渦輪機進行平衡的方法，所述沖壓空氣渦輪機具有具有渦輪機軸 軸線的渦輪機軸；附接于所述軸的轉(zhuǎn)子；附接于所述轉(zhuǎn)子并且在小傾角位置和大傾角位置 之間移動的轉(zhuǎn)子葉片；以及用于控制所述葉片的位置的彈簧調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器具有其彈 性裝置，所述彈性裝置由固定的外部彈簧座和在所述渦輪機軸上滑動的可移動的內(nèi)部軛板 保持，所述內(nèi)部軛板的位置確定葉片傾角，所述方法包括以下步驟朝向所述彈簧座拖拉所述軛板，以使所述軛板朝向所述彈簧座足夠地移位，從而使得 所述轉(zhuǎn)子葉片處于介于所述小傾角位置和所述大傾角位置之間的大約中間處的傾角；使所述渦輪機軸以期望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；在期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角和渦輪機軸速度的情況下對所述轉(zhuǎn)子進行平衡以使轉(zhuǎn)子的振 動最小化；以及釋放朝向所述彈簧座對所述軛板的拖拉。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述期望的轉(zhuǎn)速小于使所述轉(zhuǎn)子葉片的位 置從所述小傾角位置偏移所需的速度。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，朝向所述彈簧座拖拉所述軛板的所述步驟包括在圍繞所述軛板且相對于所述渦輪機軸軸線對稱間隔的點處拖拉所述軛板。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，朝向所述彈簧座拖拉所述軛板的所述步 驟包括使N個點圍繞所述渦輪機軸軸線間隔成分開大約360/N度。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，對所述轉(zhuǎn)子進行平衡的所述步驟包括圍繞 所述渦輪機軸軸線向所述轉(zhuǎn)子添加質(zhì)量。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，對所述轉(zhuǎn)子進行平衡的步驟包括圍繞所述 渦輪機軸軸線從所述轉(zhuǎn)子去除質(zhì)量。
15.一種對沖壓空氣渦輪機進行平衡的方法，所述沖壓空氣渦輪機具有具有渦輪機 軸軸線的渦輪機軸；附接于所述軸的轉(zhuǎn)子；附接于所述轉(zhuǎn)子且在小傾角位置和大傾角位置 之間移動的轉(zhuǎn)子葉片；以及用于控制所述葉片的位置的彈簧調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器具有其彈 性裝置，所述彈性裝置由固定的外部彈簧座和在所述渦輪機軸上滑動的可移動的內(nèi)部軛板 保持，所述內(nèi)部軛板的位置確定葉片傾角，所述方法包括以下步驟朝向所述彈簧座拖拉所述軛板，以使所述軛板朝向所述彈簧座足夠地移位，從而使得 所述轉(zhuǎn)子葉片處于接近于所述轉(zhuǎn)子具有共振頻率時的轉(zhuǎn)子葉片傾角的傾角；使所述渦輪機軸以期望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；在所述期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角和渦輪機軸速度的情況下對所述轉(zhuǎn)子進行平衡以使轉(zhuǎn)子 的振動最小化；以及釋放朝向所述彈簧座對所述軛板的拖拉。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述期望的轉(zhuǎn)速小于使所述轉(zhuǎn)子葉片的 位置從所述小傾角位置偏移所需的速度。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，朝向所述彈簧座拖拉所述軛板的所述步 驟包括在圍繞所述軛板且相對于所述渦輪機軸軸線對稱間隔的點處拖拉所述軛板。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，朝向所述彈簧座拖拉所述軛板的所述步 驟包括使N個點圍繞所述渦輪機軸軸線間隔成分開大約360/N度。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，對所述轉(zhuǎn)子進行平衡的所述步驟包括圍 繞所述渦輪機軸軸線向所述轉(zhuǎn)子添加質(zhì)量。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，對所述轉(zhuǎn)子進行平衡的所述步驟包括圍 繞所述渦輪機軸軸線從所述轉(zhuǎn)子去除質(zhì)量。
21.一種沖壓空氣渦輪機，所述沖壓空氣渦輪機具有帶渦輪機軸軸線的渦輪機軸、附接 于所述軸的轉(zhuǎn)子、附接于所述轉(zhuǎn)子且在小傾角位置和大傾角位置之間移動的轉(zhuǎn)子葉片、以 及用于控制所述葉片的位置的彈簧調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器具有其彈性裝置，所述彈性裝置由 固定的外部彈簧座和在所述渦輪機軸上滑動的可移動的內(nèi)部軛板保持，所述內(nèi)部軛板的位 置確定葉片傾角，所述沖壓空氣渦輪機包括穿過所述軛板的螺紋軛板孔，所述螺紋軛板孔具有圍繞所述軛板相對于所述渦輪機軸 軸線對稱地間隔的位置并且具有與所述渦輪機軸軸線平行的軛板孔軸線；以及穿過所述彈簧座的彈簧座孔，所述彈簧座孔對應(yīng)于所述軛板孔且具有與所述軛板孔軸 線對準的彈簧座孔軸線。
22.如權(quán)利要求21所述的沖壓空氣渦輪機，其特征在于，所述彈簧座孔接納調(diào)節(jié)螺釘， 并且所述螺紋軛板孔接合相應(yīng)的調(diào)節(jié)螺釘，所述調(diào)節(jié)螺釘可選擇性地朝向所述彈簧座拖拉所述軛板，以使所述軛板朝向所述彈簧座足夠地移位，從而使得所述轉(zhuǎn)子葉片處于期望的 傾角度數(shù)。
23.如權(quán)利要求22所述的沖壓空氣渦輪機，其特征在于，所述期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角度 數(shù)是在所述小傾角位置和所述大傾角位置之間的大約中間處。
24.如權(quán)利要求22所述的沖壓空氣渦輪機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子具有對應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉 片傾角的共振頻率，而所述期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角度數(shù)接近于所述共振頻率轉(zhuǎn)子葉片傾角。
25.如權(quán)利要求21所述的沖壓空氣渦輪機，其特征在于，所述軛板具有N個軛板孔，并 且所述軛板孔的位置圍繞所述渦輪機軸軸線分開大約360/N度。
全文摘要
提供一種對沖壓空氣渦輪機進行平衡的方法，所述沖壓空氣渦輪機具有帶渦輪機軸軸線的渦輪機軸、附接于所述軸的轉(zhuǎn)子、附接于所述轉(zhuǎn)子且在小傾角位置和大傾角位置之間移動的轉(zhuǎn)子葉片以及用于控制所述葉片的位置的彈簧調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器具有其彈性裝置，所述彈性裝置由固定的外部彈簧座和在所述渦輪機軸上滑動的可移動的內(nèi)部軛板保持，所述內(nèi)部軛板的位置確定葉片傾角，所述方法包括以下步驟朝向所述彈簧座拖拉所述軛板，以使所述軛板朝向所述彈簧座足夠地移位，從而使得所述轉(zhuǎn)子葉片處于期望的傾角度數(shù)；使所述渦輪機軸以期望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；在期望的轉(zhuǎn)子葉片傾角和渦輪機軸速度的情況下對所述轉(zhuǎn)子進行平衡以使轉(zhuǎn)子的振動最小化；朝向所述彈簧座釋放對所述軛板的拖拉。
文檔編號F02K7/10GK101865050SQ201010167139
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者D·G·班農(nóng) 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司