具有变螺距叶片的风扇模块
技术领域
本发明涉及涡轮机的领域。特别地，本发明涉及一种用于推进组件的具有变螺距叶片的风扇模块。
背景技术
配备有变螺距叶片的风扇允许对叶片螺距进行调节，并且更确切地说允许根据飞行参数对叶片螺距角进行调节，以便优化风扇的运行。通常，这种构造使得能够优化其中集成有这种风扇的推进组件。作为提醒，叶片的螺距角对应于在垂直于叶片的旋转轴线的纵向平面中在叶片边缘与风扇的旋转平面之间的角度。变螺距叶片可以占据所谓的反向推力位置和顺桨位置(feathering position)，在该反向推力位置，该变螺距叶片产生反推力以协助减慢飞行器的速度，在该顺桨位置，在故障或遇险的情况下，该变螺距叶片限制其阻力。专利文献FR-A1-2 248 415和US-A-4 704 862中描述了这种风扇的示例。
变螺距风扇、特别是在封闭式风扇的情况下也显著地减小了机舱的表面积，从而减小了推进组件的阻力。实际上，在过去几年中稀释率的增加已经影响了涡轮机的直径，由于涡轮机的集成(通常在飞行器的机翼下方)而使得涡轮机的直径受到要遵守的最小离地间隙的限制。稀释率的增加特别地优先在风扇的直径上进行，这可能降低风扇的压缩率并且导致该风扇的可操作性的改变。因此，叶片螺距设置使得能够解决这些约束。这也避免了修改机舱的外部表面，以使影响阻力的推力反向器包含在该机舱中。
从专利申请FR1754381中已知具有这种风扇2的风扇模块1，该风扇具有变螺距叶片。风扇模块包括用于改变叶片螺距的系统22，该系统包括作用于连接装置34上的控制装置23和负载传递轴承28，该连接装置连接到风扇的叶片的底部18，该负载传递轴承被安装在控制装置23与叶片的底部18之间。用于改变叶片螺距的系统22被安装在形成于风扇的转子轴10与固定到转子轴的一端上的环形套圈11之间的环形空间14中。该环形套圈11至少部分地包围用于改变螺距的系统22。
然而，如上所述的用于改变螺距的系统的构造仍然是笨重的，因为在上游固定到转子轴的环形套圈11至少绕过控制装置23并且略微地延长了转子轴10的长度。另外，在叶片的枢轴下方可用的用于集成改变螺距的系统的径向环形空间仍然需要高的轮毂比。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种风扇模块，该风扇模块降低了径向空间需求和轮毂比，同时避免了重大的结构修改。
根据本发明，该目的借助于一种用于纵向轴线推进组件的具有变螺距叶片的风扇模块来实现，所述风扇模块包括：
-转子，该转子包括沿着纵向轴线的转子轴并且承载风扇的叶片，
-用于改变叶片螺距的系统，该系统包括连接到风扇的叶片的连接装置和作用于连接装置上的控制装置，控制装置包括固定体和可动体，该可动体能够相对于所述固定体沿着纵向轴线平移，
-负载传递轴承，该负载传递轴承被布置在连接装置与控制装置之间，
风扇模块包括经由周转轮系减速器对转子轴进行驱动的动力轴，该减速器包括连接到动力轴的太阳齿轮和卫星架，该卫星架包括被固定到固定壳体上的固定环形套圈，控制装置的固定体被安装在所述环形套圈上。
因此，这种解决方案使得能够实现上述目的。特别地，具有固定的卫星架的减速器的结构提供了固定结构，以支撑风扇转子的环形空间中的控制装置的固定体。换句话说，控制装置的固定支撑件穿过卫星架。由于风扇转子轴(和固定到其上的环形套圈)不再围绕用于改变螺距的系统，因此减小了轴向尺寸和径向尺寸。径向尺寸的减小也影响了风扇轮毂比的降低。该轮毂比是在风扇叶片的前缘处测量的风扇叶片的内径向端的直径与在叶片的前缘处测量的叶片的外径向端的直径之间的商。由于转子轴的轴向缩短，还减少了由于现有技术中的风扇转子轴的长度导致的悬伸。另外，这种构造不需要被称为输油轴承(OTB)的管道系统，以便将润滑剂从固定标记(涡轮机的动力源)输送到旋转系统(用于改变螺距的系统)，OTB可能导致泄漏和额外的不平衡。
根据本发明的特征，控制装置特别是沿着叶片的枢转轴线在径向上被至少部分地安装在风扇的转子轴的内部。这种构造特别有助于减小径向尺寸。
根据本发明的特征，负载传递轴承被安装在控制装置的可动体上并且与连接装置配合。
根据本发明的特征，减速器包括联接到风扇的转子轴的外圈齿轮。这种构造有利于用于改变螺距的系统的集成，特别是在径向上位于风扇转子轴的内部的控制装置的集成。
根据又一特征，至少一个内部轴承被布置在卫星架的固定环形套圈与风扇的转子轴之间。
根据另一特征，卫星架承载卫星齿轮，每个卫星齿轮围绕基本上平行于纵向轴线X的轴线旋转。
根据另一特征，每个卫星齿轮与太阳齿轮和外圈齿轮啮合。
根据又一特征，第一轴承和第二轴承被安装在固定到固定壳体上的支撑圈齿轮与风扇的转子轴之间。
根据另一特征，负载传递轴承包括内圈、外圈和安装在内圈与外圈之间的双排滚珠轴承，内圈连接到被固定到可动体上的内部套圈，外圈连接到与连接装置连接的外部套圈。
根据本发明的实施例，连接装置包括连接连杆，每个连接连杆具有与外部套圈的U形夹铰接的第一端以及与叶片底部的曲柄销铰接的第二端。
根据本发明的另一实施例，连接装置包括：球形接头，每个球形接头被布置在固定到负载传递轴承的外部套圈上的圈的凹部中；和指状物，每个指状物连接到球形接头中的一个，每个指状物被固定到叶片底部的曲柄销上。这种构造进一步减小了径向尺寸，这影响了风扇的轮毂比。实际上，这些连杆替代了球形-指状接头连接，指状物占据了在这种构造中被去除的径向空间。
根据又一特征，风扇模块包括将外部套圈连接到风扇转子的至少一个连接构件。该连接构件有助于将用于改变螺距的系统悬置在风扇转子内。
本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括至少一个具有上述任何特征的风扇模块。
附图说明
当阅读纯粹作为示例性和非限制性示例并且参考所附的示意图给出的本发明的实施例的以下详细的说明性描述时，将更好地理解本发明，并且本发明的其它目的、细节、特征和优点将变得更清晰，在附图中：
图1示出了现有技术的风扇模块的轴向截面；
图2以轴向截面示意性地示出了根据本发明的风扇模块的第一实施例；和
图3以轴向截面示意性地示出了根据本发明的风扇模块的第二实施例。
具体实施方式
图1示出了旨在安装在飞行器上的涡轮机的风扇模块。该涡轮机是沿着纵向轴线X延伸的双流式涡轮机。在下面的描述中保留了上述这种涡轮机的元件的相应的附图标记。
参考图2，双流式涡轮机通常包括包围气体发生器(未示出)的外部机舱(未示出)，该外部机舱的上游安装有风扇2。在本发明中，通常，术语“上游”和“下游”是相对于涡轮机中的气体的流动来定义的，该气体的流动基本上平行于纵向轴线X。类似地，术语“内部”、“外部”、“上方”、“下方”和“径向”是相对于垂直于纵向轴线X的径向轴线Y以及相对于距纵向轴线X的距离来定义的。气体发生器例如从上游到下游包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。
风扇2在此由固定到机舱上的风扇壳体(未示出)封闭。风扇2压缩进入涡轮机的空气，该空气被分成流过穿过气体发生器的环形主流道3的热流或主流以及流过围绕气体发生器的环形次级流道5的冷流或次级流。特别地，主流道3和次级流道5由包围气体发生器的环形流道间壳体6隔开。流道间壳体6包括径向内壁7，该径向内壁与内部壳体9的外部环形表面8共同界定主流道3。流道间壳体6还包括径向外壁12，该径向外壁与机舱的内部环形表面(未示出)共同界定次级流道5。
风扇模块1包括风扇转子13，穿过该风扇转子的风扇转子轴10以纵向轴线X为中心。风扇转子13被布置在内部壳体9的上游的入口锥体17包围。内部壳体9相对于风扇转子13被固定。转子轴10由涡轮机的动力轴30经由动力传递机构15驱动旋转，以降低风扇2的旋转速度。该动力轴30是低压涡轮轴，该低压涡轮轴连接低压压缩机和低压涡轮以形成低压体。类似地，高压轴(未示出)连接高压压缩机和高压涡轮以形成高压体。可替代地，动力轴是独立于气体发生器的动力涡轮轴。动力传递机构15允许布置具有大直径的风扇，这导致稀释比的增加。在该示例中，风扇的稀释率大于10。优选地，稀释率介于15至20之间。
风扇转子13还承载一系列变螺距叶片16。这些叶片16径向向外延伸并且由风扇壳体界定。每个风扇叶片16具有彼此轴向相对(沿着纵向轴线X)的上游前缘19和下游后缘20。转子13还包括叶片16的支撑圈21，该支撑圈以纵向轴线X为中心并且设置有规则地分布在该支撑圈的周边上的径向圆柱形容置部29。风扇叶片16各自包括底部18，该底部以沿着平行于径向轴线Y的枢转轴线A枢转的方式被接纳在圆柱形容置部29中的一个中。特别地，每个叶片底部18呈球形紧固件的形式，该叶片底部被固定到安装在圆柱形容置部29中的枢轴24上。每个底部18借助于滚子轴承25在圆柱形容置部29中枢转。在该示例中，两个滚动轴承被安装在圆柱形容置部29中。这些轴承沿着径向轴线一个安装在另一个之上。这两个轴承25的滚动元件分别包括滚子26和滚珠27。滚子26被径向布置在滚珠27的上方。如图1中所示，叶片的底部18被外部环形封壳31覆盖，该外部环形封壳以纵向轴线X为中心并且具有基本上圆形的横截面。该外部封壳31使风扇入口锥体17向下游延伸并且确保与锥体17的空气动力学连续性。
风扇模块1包括用于改变风扇2叶片的叶片螺距的系统22，从而允许改变叶片的围绕这些叶片的径向枢转轴线A的螺距，使得这些叶片可以根据涡轮机的运行条件和所涉及的飞行阶段而具有不同的角度位置。为此，用于改变螺距的系统22包括连接到风扇叶片16的连接装置34和作用于连接装置34上的控制装置23。用于改变螺距的系统22还包括负载传递模块32，该负载传递模块配备有被称为LTB的负载传递轴承28。该负载传递轴承28被安装在连接装置34与控制装置23之间，以便确保将力从控制装置23传递到连接装置34。
控制装置23包括线性环形致动器，该线性环形致动器具有与纵向轴线X同轴的轴线。线性致动器包括固定体35和可动体36，该可动体沿着纵向轴线X相对于固定体35平移。优选地，但不限于致动器是液压式的。可动体36沿着纵向轴线的运动经由负载传递模块32导致连接装置34的运动，使得风扇叶片16围绕枢转轴线A枢转，从而使叶片16俯仰。负载传递轴承28是滚动轴承，该负载传递轴承包括固定到内部环形套圈37上的内圈和固定到外部环形套圈38上的外圈。内部环形套圈37被固定到可动体36上，而外部环形套圈38被固定到连接装置34上。内部环形套圈37包括第一径向环形凸缘45，该第一径向环形凸缘被固定在由可动体36承载的第二径向环形凸缘46上。更确切地说，第二径向环形凸缘46位于可动体36的上游端47a处。内部套圈37的外径与可动体36的外径大致相同。负载传递轴承28的轴承包括滚动元件39，该滚动元件在形成于内圈和外圈中的导轨中被引导。滚动元件39在此由两排滚珠形成，这两排滚珠可以是沿相反方向定向的倾斜接触类型的滚珠，以便优化轴向力的传递。
如图2中所示，对于每个叶片16而言，连接装置34包括球形接头40和与该球形接头40配合的指状物41。更确切地说，指状物41从曲柄销42基本上径向地延伸，该曲柄销被设置成横向于每个叶片16的底部18的枢轴24的自由端。每个球形接头40被布置在由负载传递模块32的外部环形套圈38支撑的圈(未示出)中。球形接头40包括限定径向接触球形接头的球体。球体在沿着平行于径向轴线的轴线B的任一侧上具有穿过该球体的孔。以纵向轴线X为中心的圈包括分布在该圈的周边上的多个凹部。每个凹部包围一个球体。指状物41中的每一个沿着基本上平行于径向轴线Y的轴线B穿过球体的孔。指状物41被安装成自由旋转并且根据轴线B在相应的球体的孔中平移。轴线B偏离叶片16的旋转轴线A。可替代地，曲柄销42包括短管，该短管沿与指状物41基本上相反的方向延伸并且例如通过花键与相应的叶片的枢轴旋转地联接。曲柄销42允许增强对设置相应的叶片进行调节所需的力。
负载传递轴承28将可动体36的平移运动转换成指状物41的平移和旋转运动，该指状物连接到风扇2的叶片16的底部的枢轴24。按照这种方式，所有叶片16同时旋转以采用称为推力反向位置和顺桨位置的至少两个位置。
更确切地说，固定体35沿着纵向轴线延伸。该固定体包括径向壁44，该径向壁界定了两个空腔36a、36b，该两个空腔在可动体36中具有可变的容积并且在轴向上相对。空腔36a、36b旨在接纳来自流体供应源的流体(例如在压力下为液压流体)，使得可动体36占据至少两个位置。这些位置分别对应于风扇叶片的推力反向位置和顺桨位置。特别地，在推力反向位置，风扇的叶片以与传统的推力反向器相同的方式参与飞行器的制动。于是，在顺桨位置，例如在涡轮机故障的情况下，相对于飞行器的前进方向尽可能地去除叶片16，从而限制阻力。在顺桨位置，叶片螺距角为正，通常约为90°。
动力传递机构15包括由齿轮系形成的减速器50。优选地，齿轮系是周转齿轮系。特别地，减速器50包括太阳齿轮51、卫星齿轮52、卫星架53和外圈齿轮54。在该示例中，太阳齿轮51以纵向轴线X为中心并且与动力轴30一起沿着纵向轴线X旋转地固定。卫星齿轮52由卫星架53承载，并且每个卫星齿轮围绕基本上平行于纵向轴线X的轴线旋转。卫星齿轮52中的每一个与太阳齿轮51和外圈齿轮54啮合。外圈齿轮与风扇的转子轴10联接并且与转子轴一起沿着纵向轴线X旋转地固定。
换句话说，太阳齿轮51是减速器50的输入部，外圈齿轮54是减速器50的输出部。卫星架53相对于外圈齿轮54和太阳齿轮51被固定。如图2中所示，卫星架53刚性地连接到固定壳体4的定子板55。定子板自身刚性地连接到涡轮机的固定内部壳体9。有利地，但不限于减速器的减速率介于3至4之间。
风扇的转子轴10驱动叶片16的支撑圈21。为此，转子轴10包括基本上径向延伸的凸缘33，该凸缘被固定到支撑圈21上。在此，凸缘33朝向涡轮机的内部延伸，即朝向纵向轴线X延伸。
在该示例中，用于改变螺距的系统22在径向上至少部分地定位在风扇2的转子轴10的内部。特别地，具有可动体36和固定体35的控制装置23相对于径向轴线在轴向上至少部分地延伸到转子轴10的内部，这允许减小径向尺寸。固定体35包括轴向相对的第一上游端43a和第二下游端43b。第二下游端43b位于转子轴10的内部，而上游端43a位于转子轴10的外部。在此，转子轴10的轴向长度短于固定体的轴向长度。
同样如图2中示意性所示，转子轴10在外圈齿轮54与风扇的转子轴10之间包括挠性件10a。该挠性件能够防止外圈齿轮54由于转子10而变形和移动。由于风扇模块中的可能的不平衡，因此使减速器50与运动隔开。
根据所示的实施例，卫星架53包括固定环形套圈56，控制装置23的固定体35(在这种情况下为致动器)被安装在该固定环形套圈上。更确切地说，该环形套圈56沿着纵向轴线X在减速器50的上游延伸。环形套圈56以纵向轴线X为中心。在该示例中，环形套圈56包括朝向纵向轴线X(朝向涡轮机的内部)基本上径向地延伸的环形裙部57。固定体35在其第二下游端43b处被固定到环形裙部57上。环形裙部57被布置在减速器50的上游处。可替代地，固定体35包括固定在环形套圈56上的该环形裙部57。内部轴承58被布置在卫星架53的环形套圈56与风扇转子轴10之间，以便承受线性致动器的反推力。反推力由被安装在支撑圈21的圆柱形容置部29中的轴承25承受。内部轴承58是以纵向轴线X为中心的滚动轴承。该内部轴承58特别地包括由环形套圈56承载的内圈(未示出)和由风扇转子轴10承载的外圈(未示出)。特别地，外圈是旋转的(因为该外圈被安装在旋转的转子轴上)，内圈是固定的(因为该内圈被安装在固定的卫星架的环形套圈上)。内部轴承58位于减速器50的上游处。内圈和外圈限定用于滚动元件(在这种情况下为滚珠)的导轨。这些滚珠与内部轴承58的内圈和外圈径向接触。因此，该内部轴承能够支撑径向负载和轴向负载。在该示例中，环形裙部57在轴向上定位在内部轴承58的下游处。第一轴承59和第二轴承60(由于它们支撑转子轴10而可以作为风扇轴承)也被布置在转子轴10与固定的支撑圈齿轮61之间，以纵向轴线X为中心并且被固定到固定壳体4上。这些第一轴承59和第二轴承60中的一个使得能够执行转子轴的轴向止动，以便将由风扇2释放的推进力传递到涡轮机的壳体和悬架，并且最终传递到飞行器。第一轴承59和第二轴承60各自包括由风扇转子轴10承载的内圈(未示出)和由支撑圈齿轮61承载的第二圈(未示出)。在此，在第一轴承59的内圈与外圈之间被引导的滚动元件是滚子。相反地，在此，在第二轴承60的内圈与外圈之间被引导的滚动元件是滚珠。在该示例中，第二滚珠轴承60允许恢复轴向力。第一轴承59被布置在第二轴承60的上游处。该第二轴承被布置在减速器50的上游处。第二轴承60在径向上也定位在内部轴承58的上方。在所描述的该实施例中，风扇模块的轮毂比介于0.25至0.35之间。
图3示出了根据本发明的风扇模块的第二实施例。上文和本说明书的其余部分中描述的相同元件具有相同的附图标记。该实施例一方面通过连接装置34、另一方面通过各种轴承在模块内的布置而不同于先前的实施例。在此，连接装置34包括围绕致动器均匀地分布的一组第一铰接连接连杆61。存在与叶片16一样多的第一连杆。第一连接连杆61中的每一个一方面连接到叶片底部18的曲柄销42，另一方面连接到负载传递模块32的外部套圈38。第一连接连杆61各自具有第一端62，该第一端沿着轴线C被铰接在负载传递模块32的外部套圈38的第一U形夹64中。该轴线C基本上平行于径向轴线Y。第一连杆61还包括与第一端62相对的第二端63，该第二端沿着基本上平行于轴线Y的轴线D被铰接在由叶片底部的曲柄销42承载的叉65内。这些第一连接连杆61允许负载传递模块32相对于线性致动器在轴向上偏移，从而减小径向空间需求。为此，负载传递模块32的内部套圈37包括端罩66，该端罩被固定在线性致动器的可动体36的上游端47a上。该端罩66具有基本上截头圆锥形的壁，该壁在上游(始于可动体36的上游端47a)加宽，以便使负载传递模块32在轴向上和径向上向外偏移。
如图3所示，至少一个连接构件67将负载传递模块32的外部套圈38连接到风扇转子。负载传递模块32的负载传递轴承28包括固定到内部环形套圈37上的内圈28a和固定到外部环形套圈38上的外圈28b。有利地，但是以非限制性的方式，连接构件67包括两个径向相对的第二连接连杆68。每个第二连接连杆68具有第一端，该第一端沿着轴线E铰接到被夹紧在风扇转子上的突出部69的U形夹。每个第二连杆68的第二端沿着轴线F铰接在被固定到外部套圈38上的第二U形夹70中。该第二U形夹70与第一U形夹64基本上轴向相对，第一连接连杆61与该第一U形夹连接。轴线E、F基本上平行于径向轴线Y。
在该示例中，第一内部轴承71和第二内部轴承72被布置在环形套圈56与风扇的转子轴10之间。对于在环形套圈56与转子轴10之间的先前实施例的唯一内部轴承58而言，每个第一内部轴承71和第二内部轴承72包括由环形套圈56承载的内圈71a、72a和由风扇转子轴10承载的外圈71b、72b。外圈71b、72b旋转，因为这些外圈被安装在转子轴10上。内圈71a、72b被固定，因为这些内圈被安装在固定的卫星架的环形套圈56上。第一内部轴承的滚动元件是滚子，而第二内部轴承72的滚动元件是滚珠。第二内部轴承72被布置在第一内部轴承71的上游处。类似地，第二内部轴承72的外径大于第一内部轴承71的外径。环形裙部57在第一内部轴承71与第二内部轴承72之间轴向地延伸。对于布置在支撑圈齿轮61与转子轴10之间的第一轴承59和第二轴承60而言，第二轴承60的直径大于第一轴承59的直径。
以与第一实施例基本上相同的方式对位于风扇转子轴10与固定的环形支撑圈21之间以及位于风扇转子轴与每个叶片之间的轴承25进行布置。特别地，轴承25也被布置在圆柱形容置部29中，以允许每个底部18旋转。在此，也存在两个轴承25。这些轴承25的滚动元件包括滚珠。在径向上位于圆柱形容置部29中的每一个的内部的轴承的外径大于在径向上位于上方的轴承的外径。
类似地，在该实施例中，风扇模块的轮毂比介于0.25至0.35之间。
