CN115989178A - 用于对飞行器涡轮发动机的螺旋桨轮叶的节距设定进行控制的系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于对飞行器涡轮发动机的螺旋桨轮叶(10)的节距设定进行控制的系统(34)，其特征在于，该系统包括：‑轮叶(10)，该轮叶包括连接到根部(14)的叶片(12)；‑杯状部(58)，该杯状部包括围绕轮叶(10)的节距轴线(A)延伸的环形壁(58a)和由底壁(58b)封闭的下轴向端部；‑固定环(52)，该固定环围绕根部(14)延伸并且位于杯状部(58)内；该系统还包括安全元件(110，110’)，该安全元件确保根部(14)与杯状部(58)的保持，所述至少一个安全元件(110，110’)具有大致细长的形状，并且穿过杯状部(58)的底壁(58b)以及根部(14)的自由端部(28)中的对准孔(112，114，126)。

Description

用于对飞行器涡轮发动机的螺旋桨轮叶的节距设定进行控制的系统

技术领域

本发明涉及飞行器涡轮发动机领域，并且特别地涉及这些涡轮发动机的包括可变节距轮叶的推进螺旋桨。

背景技术

现有技术特别地包括文献FR-A1-3 017 163和FR-A1-3 080 322。

飞行器涡轮发动机螺旋桨可以是管道式的(例如在风扇的情况下)或是非管道式的(例如在开式转子架构的情况下)。

螺旋桨包括轮叶，轮叶可以是节距可变的。然后，涡轮发动机包括使得能够对轮叶的节距角进行改变的机构，以使由螺旋桨产生的推力适应不同的飞行阶段。

螺旋桨轮叶的设计涉及目标通常相互冲突的多个学科。螺旋桨轮叶的设计必须具有最佳的空气动力学性能(即在使效率最大化的同时提供推力)，保证轮叶的机械强度(即经受由静态载荷和动态载荷产生的机械约束)，同时限制质量和声学特征。特别地，螺旋桨的空气动力学性能的改善趋向于涵道比(By Pass Ratio，BPR)的增加，这转化为螺旋桨的外径的增加，从而转化为轮叶的跨度的增加。然而，BPR的增加与风扇压力比(Fan PressureRatio，FPF)的降低同时进行。因此，通常需要节距改变系统(可变节距轮叶)来使螺旋桨在整个飞行域中可操作。

存在用于对可变节距螺旋桨轮叶进行附接的多种技术和用于对这种螺旋桨轮叶的节距设定进行控制的多种技术。然而，这些技术相对复杂且昂贵。此外，在轮叶出现问题的情况下，特别是损坏的情况下，特别是当该螺旋桨不是管道式时，这些技术不能保证轮叶相对于螺旋桨的旋转轴线径向向外地保持。

在螺旋桨的轮叶的保持装置发生故障的情况下，确保该轮叶被保持以防止该轮叶向外抛出并且防止该轮叶撞击配备有涡轮发动机的飞行器的机身是特别重要的。这种被称为“故障安全(failsafe)”的安全功能并不总是存在于当前技术的控制系统中。包括该功能的控制系统通常包括其自身易于分离和撞击飞行器的机身的元件。这些元件的尺寸和密度越大，机身损坏的风险就越大，对特殊护罩的需求也就越大，这会影响飞行器的质量，从而影响飞行器的性能。

因此，需要一种集成了简单且有效的安全功能的控制系统技术。

发明内容

本发明涉及一种用于对飞行器涡轮发动机的螺旋桨轮叶的节距设定进行控制的系统，其特征在于，该系统包括：

-轮叶，该轮叶包括连接到根部的叶片，

-杯状部，该杯状部包括围绕轮叶的节距轴线延伸的环形壁，该环形壁包括由底壁封闭的下轴向端部和敞开的上轴向端部，该上轴向端部被构造成使得轮叶的根部能够安装在杯状部的内部，底壁包括凹部，该凹部具有非圆形的横截面，并且被构造成接纳所述根部的互补形状的自由端部，使得杯状部围绕所述轴线在旋转方面固定到根部，以及

-固定环，该固定环围绕所述轴线延伸，并且围绕根部安装，该固定环安装在杯状部内，并且分别与根部和杯状部的环形壁配合，以确保根部在杯状部中的轴向保持，

系统还包括至少一个安全元件，该至少一个安全元件确保根部与杯状部的保持，所述至少一个安全元件是大致细长的，并且相对于所述轴线横向地延伸，所述至少一个安全元件穿过杯状部的底壁以及根部的自由端部中的对准孔。

因此，通过位于轮叶的根部的自由下端部处的至少一个安全元件来确保系统的安全功能。安全元件沿横向方向具有细长的形状，并且具有有限的总体尺寸。安全元件可以被容纳在螺旋桨的壳体内，因此在发生故障的情况下不太可能被抛出。该安全元件穿过杯状部的底壁和根部的自由端部中的横向孔，因此相对容易地安装，例如通过从前述的壳体拆卸盖或穿过该壳体中的通道口相对容易地安装。

在本专利申请中，横向方向被限定为与轮叶的节距轴线垂直的方向。

根据本发明的系统可以包括以下被单独采用或被彼此结合采用的特征中的一个或多个：

-所述至少一个安全元件是包括螺钉和螺母的螺栓，螺钉包括穿过所述孔的螺纹杆和施加抵靠在底壁的侧向面上的头部，螺母被拧紧到螺纹杆上，并且被支撑在底壁的相对侧向面上；

-所述至少一个安全元件是包括圆柱形主体的螺柱，该圆柱形主体穿过所述孔；

-所述至少一个安全元件以预定的间隙穿过根部的自由端部的孔；

-所述至少一个安全元件以预定的间隙穿过杯状部的底壁的孔；

-所述间隙是相同的；

-轮叶的根部包括容纳在环形筒部中的主体，该环形筒部围绕所述轴线延伸，并且至少部分地容纳在所述杯状部内，根部的所述自由端部由所述主体的突起和所述筒部的轴向延伸部形成，所述主体的突起和所述筒部的轴向延伸部包括用于使所述至少一个安全元件通过的孔；

-所述至少一个安全元件和筒部的孔之间的间隙小于所述至少一个安全元件和突起的孔之间的间隙，并且优选地与所述至少一个安全元件和杯状部的底壁的孔之间的间隙相同；

--系统还包括：

-下滚动导向轴承，该下滚动导向轴承围绕所述轴线延伸，并且围绕环形壁的下部分安装；

-上滚动导向轴承，该上滚动导向轴承围绕所述轴线延伸，并且围绕环形壁的上部分安装；

--导向轴承中的至少一个导向轴承具有该导向轴承的集成到所述杯状部中的内环；

--导向轴承中的至少一个导向轴承是角接触的；

--凹部相对于节距轴线偏心；

--系统还包括可弹性变形构件，该可弹性变形构件围绕节距轴线延伸并且安装在杯状部内，该构件被轴向地支撑在底壁上，并且被构造成将轮叶的根部向杯状部的外部轴向地偏置；

--固定环是爪形离合器环，该爪形离合器环包括外爪形齿，该外爪形齿被构造成与杯状部的环形壁的互补的内爪形齿配合；

--系统还包括锁定环形件和环形卡环，锁定环形件被构造成轴向地接合在内爪形齿和外爪形齿之间，以防止爪形离合器环在杯状部内的旋转，环形卡环安装在杯状部中，以将锁定环形件轴向地锁定在杯状部中；

--固定环的横截面为楔形形状，固定环被构造成在运行中的离心力的作用下从杯状部轴向向外地偏置，并且通过楔形效应保持轮叶根部轴向地夹紧；

--筒部由两个半壳体制成，两个半壳体安装并且附接到主体，半壳体在穿过所述节距轴线的接合平面的水平处接合；

--筒部被胶合到主体上；

--至少一个预紧装配环围绕半壳体安装，以保持半壳体紧固抵靠在主体上，该预紧装配环围绕节距轴线延伸；

--下预紧装配环安装在筒部的低圆柱形表面上，并且围绕主体的自由端部的至少一部分延伸；

--上预紧装配环安装在筒部的高圆柱形表面上，并且围绕主体的球状部的一部分延伸；

--爪形离合器环围绕节距轴线延伸，并且在根部的球状部和叶片之间围绕根部的支柱强制地安装，该爪形离合器环包括被构造成与所述系统配合的外爪形齿；

--爪形离合器环被构造成安装在筒部的高圆柱形表面上；

--第一导向轴承至少部分地围绕下预紧装配环延伸，第二导向轴承至少部分地围绕上预紧装配环延伸。

在运行期间，导向轴承承受由施加到轮叶上的空气动力和离心力所产生的机械作用。下轴承可以被构造成确保轮叶的离心保持，上轴承可以被构造成承受由空气动力和离心力所产生的弯曲力矩。沿节距轴线在轴承之间的距离产生了足够的杠杆作用，以防止轮叶在任何飞行阶段旋转。

本发明还涉及一种组件，该组件包括如上所述的系统和可变节距螺旋桨轮叶，该轮叶包括连接到根部的叶片，根部包括容纳在环形筒部中的主体，该环形筒部围绕轮叶的节距轴线延伸。

优选地，所述主体是实心的(即没有凹陷的中空部分)。有利地，所述主体包括自由端部，该自由端部位于叶片的相对侧，该自由端部被构造成以形状配合的方式与控制系统配合。优选地，筒部独立于控制系统。

本发明还涉及一种涡轮发动机，特别是用于飞行器的涡轮发动机，该涡轮发动机包括至少一个如上所述的系统。

最后，本发明涉及一种用于对如上所述的系统进行安装的方法，其中，该方法包括以下步骤：

a)通过使轮叶沿与节距轴线平行的方向移位，将轮叶的根部插入系统的杯状部内，

b)将根部的自由端部接合在杯状部的底壁中的凹部中，以将杯状部在旋转方面固定到轮叶的根部，以及

c)将先前围绕轮叶的根部安装或存在的固定环接合在杯状部中，并且将该环安装在杯状部中并且安装在轮叶的根部上，以确保根部在杯状部中的轴向保持，以及

d)将所述至少一个安全元件接合在杯状部的底壁和根部的自由端部中的孔中。

有利地，在步骤a)和/或步骤b)期间，轮叶的根部被支撑在可弹性变形构件上并且轴向地压缩可弹性变形构件。

优选地，在步骤c)期间，通过爪形离合器将固定环安装到杯状部中。

附图说明

根据本发明的非限制性实施例的以下描述并且参照附图，其他特征及优点将显现，在附图中：

[图1]图1是用于飞行器涡轮发动机的螺旋桨轮叶的示意性透视图；

[图2]图2是图1的一部分的放大视图并且示出了轮叶的根部；

[图3]图3是具有图1的轮叶的根部的局部分解视图的示意性透视图；

[图4]图4是图1中的轮叶的根部的主体的示意性透视图；

[图5]图5是图1的轮叶的根部和导向轴承的另一示意性轴向截面视图，截面平面沿轮叶的叶片的弦延伸；

[图6]图6是图1的轮叶的根部和导向轴承的示意性轴向截面视图，截面平面横向于轮叶的叶片的弦延伸；

[图7]图7是沿图5的线VII-VII的另一示意性横截面视图；

[图8]图8是图1的轮叶根部和用于对该轮叶的节距设定进行控制的系统的示意性轴向截面视图，

[图9]图9是图8中的系统的杯状部的示意性透视图；

[图10]图10是图8中的系统的爪形离合器环的示意性透视图；

[图11]图11是图8中的系统的锁定环形件的示意性透视图；

[图12]图12是图8的轮叶的根部和系统的示意性透视且局部轴向截面的视图，并且示出了第一安装步骤；

[图13]图13是图8的轮叶的根部和系统的示意性透视且局部轴向截面的视图，并且示出了第二安装步骤；

[图14]图14是图8的轮叶的根部和系统的示意性透视且局部轴向截面的视图，并且示出了第三安装步骤；

[图15]图15是图8的轮叶的根部和系统的示意性透视且局部轴向截面的视图，并且示出了第四安装步骤；

[图16]图16是图8的轮叶的根部和系统的示意性透视且局部轴向截面的视图，并且示出了第五安装步骤；

[图17]图17是图8的轮叶的根部和系统的示意性透视且局部轴向截面的视图，并且示出了第六安装步骤，以及

[图18]图18是图1的轮叶的根部和根据本发明的用于对该轮叶的节距设定进行控制的系统的第一实施例的示意性轴向截面视图，

[图19]图19是图1的轮叶的根部和根据本发明的用于对该轮叶的节距设定进行控制的系统的第二实施例的示意性轴向横截面视图，以及

[图20]图20是安全元件的变型实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于飞行器涡轮发动机的螺旋桨的轮叶10，该螺旋桨是管道式的或非管道式的。

轮叶10包括连接到根部14的叶片12。

叶片12具有空气动力学轮廓并且包括内弧面12a和外弧面12b，该内弧面和外弧面通过上游前缘12c和下游后缘12d连接，术语上游和下游是指在运行中围绕叶片的气体的流动。

叶片12具有自由的上端部(被称为顶端)和连接到根部14的下端部。

在所示的示例中，轮叶10通过被称为树脂传递模塑(Resin Transfer Molding，RTM)方法的注入方法由复合材料制成。该方法包括通过三维编织制备纤维预成型件18，然后将该预成型件布置在模具中并且注入将浸渍预成型件的可聚合树脂，诸如环氧树脂。在叶片12固化和硬化之后，叶片的前缘12c通常由金属护套20加强，该金属护套例如通过胶合安装和附接。

轮叶10在此包括翼梁(longeron)22，该翼梁包括：形成叶片12的芯部并且旨在树脂注入之前被插入到预成型件18中的部分，以及从与叶片14的顶端相对的一侧延伸以形成根部14的一部分的部分(被称为主体24)。

优选地，翼梁22由3D编织碳纤维增强的环氧有机基质复合材料制成，在空气动力学管道高度处，经线方向主要是径向定向的，而纬线主要是沿叶片的弦定向的。然而，翼梁还可以是不同的有机基质复合材料(热凝物、热塑性塑料或弹性体)的在机械上更有利的组件，有机基质复合材料用长纤维(碳、玻璃、芳族聚酰胺、聚丙烯)以不同的纤维布置方式(编织、纺织、针织、单向)增强。

尽管未示出，叶片12可以是中空的或实心的，并且包括内部空腔，该内部空腔填充有泡沫或蜂窝型填充材料。该填充材料围绕翼梁22安装，并且覆盖有有机基质复合材料的表层，以增加叶片的抗冲击性。

护套20可以是钛或钛合金、不锈钢、钢、铝、镍等。叶片12的内弧面12a或甚至外弧面12b可以覆盖有用于防止侵蚀的聚氨酯膜。

根部14基本上包括两个部分，即该主体24和环形筒部26，该环形筒部围绕主体24和轮叶的轴线A延伸。

轴线A是轮叶10和叶片12的伸长轴线，并且特别是轮叶的节距轴线(即轮叶的角位置围绕其进行调整的轴线)。轴线A通常还是径向轴线，并且因此沿配备有该轮叶的螺旋桨的旋转轴线的半径延伸。

在图3至图7中可以清楚地看到根部14的主体24的特定形状。

主体24基本上包括三个部分：

-自由端部28，该自由端部位于叶片12的相对侧，

-支柱30，该支柱位于叶片的一侧，以及

-球状部32，该球状部位于自由端部和支柱之间。

在所示的示例中，自由端部28具有大致平行六面体形状。如在图7中可以看到的，该端部28偏离轴线A以实现防错(détrompage)或分度，如将在下文更详细地解释。

Pb被限定为横向平面，即沿轴线A测量的基本上穿过端部28的中间的垂直于轴线A的平面。该平面Pb被称为低平面或下平面。图7示出了端部28在该平面Pb中的截面形状。该截面(被称为低截面)具有值或表面面积(例如最大值，表示为Sb)，并且在所示的示例中具有大致矩形的形状。

如将在下文所述，端部28被构造成与用于对轮叶的节距设定进行控制的系统34配合。

支柱30具有相对复杂的形状，并且可以被认为包括：

-两个侧向侧面30a、30b，这两个侧向侧面分别位于叶片12的内弧面12a的一侧和外弧面12b的一侧，两个侧向侧面沿轴线A并且沿叶片12的顶端的方向朝向彼此会聚(参见图4和图6)，以及

-两个边缘，这两个边缘分别为上游边缘30c和下游边缘30d，相反，这两个边缘沿轴线A并且沿叶片12的顶端的方向彼此分开(参见图4和图5)。

Ph被限定为穿过支柱30的横向平面，特别是穿过支柱的下端部的横向平面。该平面Ph被称为高平面或上平面。在该平面中，支柱的截面可以具有非圆形的形状(例如卵形、椭圆形、正方形或矩形)。该截面(被称为高截面)具有值或表面面积(例如最大值，标注为Sh)。

球状部32具有大致凸出或圆顶的形状，该凸出部或圆顶部围绕轴线A延伸。

Pm被限定为穿过球状部32的中间平面，特别是穿过球状部的最大横截面部分(表示为Sm)的中间平面。该平面Pm被称为平均平面。在该平面中，球状部32的截面可以具有圆形的形状，尽管该截面不是限制性的。

应当理解，平面Pm位于平面Pb和平面Ph之间。球状部32的横截面从平面Pm(Sm)到平面Ph减小，并且从平面Pm到平面Pb减小。因此可以理解，Sm大于Sb和Sh。此外，在所示的示例中，Sh大于Sb。

如在图3中可以看到的，筒部26以两个半壳体26a、26b制成，这两个半壳体被安装并附接到主体24，例如一个半壳体在叶片的内弧面12a的一侧，另一个半壳体在叶片12的外弧面12b的一侧。因此，半壳体26a、26b在接合平面的水平处接合，该接合平面穿过轴线A并且基本上平行于叶片12的弦延伸。

有利地，筒部26优选地通过胶合附接到主体24。胶水都围绕轴线A在筒部和主体之间延伸。

筒部26优选地是金属(钢、钛或诸如TA6V的钛合金)的。胶水例如是填充有热塑性塑料或弹性体结节或用织物增强的环氧胶水。这种胶合方法特别适合，因为筒部的空腔和可以是复合材料的主体之间的接触表面面积很大。胶水接合的存在是有利的，因为胶水接合使得能够纠正轻微的形状缺陷。胶水接合还使得能够防止金属/复合材料界面处的摩擦，从而增加轮叶的使用寿命。

设想了将筒部26安装到主体24的多种可能性。第一种可能性是，一旦筒部26的两个半壳体26a、26b安装好，就有意地在筒部的两个半壳体之间留出间隙，使得当胶水接合固化时可以适当地施加压力。固化阶段可以在高压釜中完成，整个轮叶在真空袋的内部。然而，还可以在压平机中执行该操作。然而，在两个半壳体26a、26b之间留出间隙的缺点是两个半壳体的定位较难控制，因此必须执行外表面的返工。第二种可能性是，将半壳体中的一个半壳体抵靠另一个半壳体围绕主体安装，而没有任何现有间隙。这种策略是可能的，例如，通过对已经被切割成两个部分并且在加工操作期间保持在一起的坯件进行加工，以确保一旦半壳体被重新组装后外表面的几何形状。这使得能够对筒部26的外表面的定位和几何形状进行控制，而不需要在胶合之后进行额外的加工。在任何情况下，可以考虑定位销或止动件来确保筒部的半壳体的相对位置。

然而，主体和筒部之间的胶水接合的存在并不是强制性的，尽管这是非常有利的。替代性地，预应力垫圈(或弹簧)可以用于筒部和复合材料主体之间，以径向地推动主体抵靠筒部的支承表面。当筒部的两个半壳体围绕球状部安装时，筒部的几何形状还可以用于轻微地“夹紧”主体。在这种情况下，是筒部的变形产生了预应力。因此，在最终组装之前，必须提供工具来保持该位置。

如在图5和图6中可以看到的，筒部26覆盖并且符合球状部32的至少一部分和支柱30的至少一部分，筒部26在中间截面Sm的水平处具有与球状部32互补的截面形状，并且在高截面Sh的水平处具有与支柱30互补的截面形状。

更具体地，在所示的示例中，筒部26包括三个部分，

-下端部36，该下端部具有大致环形的形状(参见图5至图7)，该下端部在根部的自由端部28的水平处延伸并且围绕根部的自由端部延伸，

-上端部38，该上端部在平面Ph的水平处延伸，并且包括施加到支柱30的侧面30a、30b上的两个侧向唇部40，以及

-中间部分42，该中间部分施加到球状部32上并且紧密地符合球状部的形状。

唇部40被支撑在支柱30的侧面30a、30b上，并且使得轮叶的根部14能够变硬，并且使得能够加强轮叶的根部对围绕节距轴线A的扭转的抵抗力。

此外，唇部使得在轮叶10受到撞击(诸如摄入鸟类)的情况下能够吸收能量。圆角可存在于这些唇部上，以防止对主体的局部磨损或损坏。

筒部26的与主体24接触的内表面用作支承表面。与拉削附接件(attache brochée)相比，支承表面通过利用轮叶的底部的整个圆周而最大化。在拉削附接件中，仅有轮叶的根部的分别位于内弧面和外弧面上的两个不同的表面被支撑在支承表面上，而轮叶根部的位于前缘和后缘上的表面是自由的。同样与拉削附接件相比，支承表面沿径向方向的高度要大得多，这也有助于支承表面的表面面积的显著增加。这种大的支撑表面使得能够在所有运行条件下减小接触压力。

筒部26包括用于安装预紧装配环48、50的两个圆柱形表面44、46a。预紧装配环48、50使得能够保持半壳体26a、26b彼此紧固并且紧固到主体24。预紧装配环48、50围绕轴线A延伸。

表面44位于下端部36上，并且相对于轴线A径向向外地定向。该表面通过预紧装配接纳环48，该环从下方接合并且轴向地支撑在位于筒部26的端部36和中间部分42的连接部处的圆柱形支承表面上。

表面46a位于中间部分42上，并且相对于轴线A径向向外地定向。该表面通过预紧装配接纳环50，该环从上方接合并且轴向地支撑在位于平面Pm附近的圆柱形支承表面上。

可以看到，表面46a位于与圆柱形表面46b紧邻，该圆柱形表面46b旨在接纳固定环52，如将在下文所述。

在所示的示例中，表面44、46a和环48、50具有不同的直径。表面46a的直径大于表面44的直径，因此环50的直径大于环48的直径。

表面46a、46b可以具有相同或不同的直径。例如，表面46b的直径可以略小于表面46a的直径。这特别是环50应该相对于该表面46b以预定的径向间隙安装的情况。

从图5和图6可以看到，环50位于平面Ph和平面Pm之间，环48位于平面Pm和平面Ps之间。

图5和图6还示出了环48、50和平面Pm、Ph、Ps相对于滚动轴承54、56的位置，滚动轴承围绕轴线A和根部14延伸。

轴承54、56的数量在此为两个，分别是下轴承54和上轴承。

轴承54、56是滚珠滚动类型的。在所示的示例中，轴承具有不同的直径，并且轴承的滚珠也具有不同的直径。

轴承54基本上在平面Pm和平面Pb之间延伸，并且因此围绕球状部32的下部分延伸。该轴承还围绕环48延伸。该轴承54的直径小于另一个轴承56的直径，并且该轴承的滚珠的直径大于另一个轴承56的滚珠的直径。

轴承54还是角接触的。在所示的示例中，滚珠在滚珠的环54a、54b的滚道上的支撑点或表面位于截头圆锥形表面S1上，该截头圆锥形表面沿轴线A延伸，并且该截头圆锥形表面的最大直径位于轮叶的顶端的一侧。

轴承56基本上在平面Pm和平面Ph之间延伸，并且因此围绕球状部32的上部分延伸。该轴承还围绕环50延伸。轴承56还是角接触的。在所示的示例中，滚珠在滚珠的环56a、56b的滚道上的支撑点或表面位于截头圆锥形表面S2上，该截头圆锥形表面沿轴线A延伸，并且该截头圆锥形表面的最大直径位于轮叶的根部的自由端部的一侧。

中间截面的位于两个轴承54、56之间的位置在径向总体尺寸方面是非常有利的，因为支承表面高度的位于中间截面和高截面之间的一部分位于杯状部58的内部，这与现有技术中集成在枢轴中的拉削附接件不同。这有助于减小控制系统34的径向总体尺寸。

图8至图17示出了系统的实施例的示例，特别是示出了固定环52的实施例的示例。

系统34包括杯状部58，该杯状部包括围绕轴线A延伸的环形壁58a。该壁58a包括由底壁58b封闭的下轴向端部和敞开的上轴向端部，该上轴向端部被构造成使得轮叶的根部14能够安装在杯状部内。在此认为，杯状部的轴线A是轮叶的轴线，该轴线对应于用于轮叶的节距设定改变的旋转轴线，基本上相对于螺旋桨的旋转是径向的。

底壁58b被构造成以形状配合的方式与根部14的自由端部配合，并且因此与主体24的端部28配合，使得杯状部围绕轴线在旋转方面固定到根部。

在本情况下，应当理解，底壁58b包括凹部60，该凹部具有非圆形的横截面，特别是具有矩形的横截面，并且被构造成接纳端部28(图8)。如在图5中可以看到，该凹部60以与端部28类似的方式相对于轴线A偏心(参见图7)。当将根部插入并且安装到杯状部58中时，这种偏心使得能够分度和防错，而端部28在凹部60中仅有一个接合位置可能的。

凹部60位于杯状部58的底壁58b的上表面或内表面上，因此该凹部位于杯状部的内部并且朝向根部定向。

系统34在轮叶根部处产生扭矩，该扭矩抵消由空气动力和离心力所产生的扭转力矩。与根部14的主体24的其余部分一样，根部14的端部28可以被包封在筒部26中。在这种情况下，根部的端部也将具有非圆形的形状以约束该端部的旋转。然而，有利的是，如上所述，使主体的该端部从筒部中突出，以直接地约束主体的旋转。这提供了更直接的力路径，扭转力矩直接地施加到主体上。低截面的尺寸严格小于中间截面的最大尺寸，以将周向总体尺寸限制在该高度。因此，筒部在该高度处的周向总体尺寸还小于在中间截面的水平处的周向总体尺寸。这使得能够减小位于中间截面下方的下轴承的直径。因此，轮叶根部可以向下径向地集成，这大大降低了与根部集成相关联的理论毂部比。本领域技术人员已知，低毂部比改善了发动机的性能，特别是发动机更紧凑并且因此更轻。与竞争对手相比，这最后一点是本技术解决方案的非常重要的优势，竞争对手传统上提出具有圆柱形外部形状的筒部。

底壁58b包括下表面或外表面，该下表面或外表面位于根部14的相对侧，并且包括圆柱形延伸部62，该圆柱形延伸部沿轴线A延伸，并且包括外螺纹或外直花键64，该外螺纹或外直花键用于将系统与未示出的节距改变机构旋转联接，并且该节距改变机构对于螺旋桨的轮叶10和不同系统34是共有的。

可弹性变形构件66(诸如螺旋弹簧)围绕轴线A延伸并且安装在杯状部58内。该构件66被轴向地支撑在底壁58b的上表面上，在所示的示例中位于该表面的外周边处，并且被构造成将轮叶的根部朝向杯状部的外部轴向地偏置，即朝向轮叶的顶端的一侧轴向地偏置。

构件66被支撑在筒部26的圆柱形支承表面68上。在所示的示例中，通过将构件的上端部接合在筒部的圆柱形边沿70上并且围绕该筒部的圆柱形边沿接合，并且通过将构件的下端部接合在杯状部的圆柱形边沿72上并且围绕该杯状部的圆柱形边沿接合来使构件66定心，该杯状部的圆柱形边沿位于底壁58b的外周边处。

构件66在此围绕预紧装配环48延伸。

如在图8中可以看到，杯状部58被设计成支撑轴承54、56，该轴承确保杯状部相对于壳体74或涡轮发动机的固定结构围绕轴线A定心和导向。因此，杯状部58相对于壳体74用作轮叶的枢轴。

轴承54、56可以是控制系统的一部分。特别地，导向轴承中的至少一个导向轴承可以具有导向轴承的集成到杯状部中的内环。

下轴承54也是这种情况，下轴承具有下轴承的集成到杯状部58中的内环54a。实际上，这意味着杯状部在该杯状部的外周边处包括滚道54aa，轴承54的滚珠在该滚道上直接地滚动。该滚道包括具有凹形弯曲截面的环形表面。该滚道位于杯状部的下端部和壁58a的下端部处。轴承54的外环54b例如通过预紧装配附接到壳体74。此外，有利地，杯状部58被设计成将预应力施加到轴承54。

轴承56的外环56b例如通过预紧装配附接到壳体74。轴承的内环56a接合在杯状部58的自由上端部和壁58a的自由上端部上，并且围绕该杯状部的自由上端部和该壁的自由上端部接合。壁58a的该端部包括用于安装内环56a的外圆柱形表面76以及用于拧紧螺母78的外螺纹，该螺母旨在被轴向地支撑在内环56a上，以保持该内环轴向地紧固抵靠在杯状部58的外圆柱形肩部80上。

杯状部的壁58a在该壁的内周边处还包括被构造成与前述的固定环52配合的装置。

固定环52围绕轴线A延伸，并且被构造成围绕根部14安装。该固定环52被构造成安装在杯状部内，并且分别与根部14和杯状部58的环形壁58a配合，以确保根部在杯状部中的轴向保持。

在图8至图17的示例性实施例中，该固定环52是爪形离合器环，该爪形离合器环包括外爪形齿84，该外爪形齿被构造成与杯状部58的环形壁58a的互补内爪形齿82配合。

在图9中可以清楚地看到杯状部58的齿82。这些齿围绕轴线A均匀地间隔开。在所示的非限制性示例中，有六个齿。例如，这些齿各自具有围绕轴线A的介于大约20°至30°之间的角延伸。

齿82中的每一个齿在该齿的内周边处包括凹槽86，该凹槽相对于轴线A周向地定向。齿82的凹槽86围绕轴线A形成不连续的谷部。

在图10中可以清楚地看到爪形离合器环。爪形离合器环的齿84围绕轴线A规则地间隔开。在所示的非限制性示例中，有六个齿。例如，这些齿各自具有围绕轴线A的介于大约20°至30°之间的角延伸。

齿84与齿82互补，并且被构造成通过爪形离合器与这些齿配合。爪形离合器的安装方式在航空领域中是众所周知的，将通过图12至图17来示出安装方法。

环52包括内圆柱形表面52a，该内圆柱形表面旨在通过滑动与杯状部58的前述的表面76配合。

环52包括第二组齿88，该第二组齿在轮叶10的顶端的一侧轴向向上地延伸。这些齿88还围绕轴线A规则地间隔开。在所示的示例中，有六个齿88。这些齿可相对于齿84交错，即齿88与齿84之间的周向空间轴向地对准。作为非限制性示例，齿88各自具有围绕轴线A的介于大约10°至20°之间的角延伸。

齿88中的每一个齿在齿的内周边处包括凹槽90，该凹槽相对于轴线A周向地定向。齿88的凹槽90围绕轴线A形成不连续的谷部。

图11示出了锁定环形件92，该锁定环形件被构造成轴向地接合在爪形齿82、84之间，以防止环52在杯状部58内的旋转。

该环形件92包括滑道94(在所示的非限制性示例中，滑道的数量在此为六个)，该滑道旨在接合在齿82和齿84之间延伸的齿间空间中。因此，应当理解，这些滑道94具有与这些空间的形状互补的形状，并且围绕轴线A规则地间隔开。

在所示的示例中，滑道94通过在滑道94之间周向地延伸的桥接件96彼此固定。桥接件96的数量为五个，每个桥接件在两个相邻的滑道94之间延伸。滑道94中的两个滑道有意地不通过桥接件连接在一起，使得环形件92是敞开的。当将环形件安装在系统34中时，这可以通过使这些滑道彼此远离移动或朝向彼此移动来简化组装。

滑道94中的每一个滑道在滑道的内周边处包括凹槽98，该凹槽相对于轴线A周向地定向。滑道94中的凹槽98围绕轴线A形成不连续的谷部。

系统还包括环形卡环100，该环形卡环仅在图17中可见。

卡环100安装在杯状部58中，以将锁定环形件92轴向地阻挡在杯状部58中。卡环100还可以分开或打开以便于卡环的安装，并且当这些凹槽86、98都位于垂直于轴线A的同一平面中并且相对于彼此周向地布置以形成围绕轴线A的完整谷部时，该卡环旨在接合在杯状部的齿82的凹槽86以及环形件92的滑道94的凹槽98中(参见图16和图17)。

现在参照图12至图17，图12至图17示出了用于安装由图1所示的轮叶10和图8所示的系统34形成的组件的方法。

在图12所示的第一步骤中，轮叶10的根部14通过沿轴线A的轴向平移接合在系统34的杯状部58中，直到根部的主体24的端部28接合在杯状部58的凹部60中。如在图中可以看到，预紧装配环已经围绕根部的主体的支柱30强制安装。尽管在该图中未示出，但当根部14插入到杯状部58中时，构件66(图8)被压缩。

在图12和图13所示的第二步骤中，预紧装配环围绕轴线A成角度地定位，使得环的齿84与杯状部的齿82之间的空间对准。然后，环52在杯状部58内轴向平移地移位，直到环52接合在筒部26的表面46b上，并且齿84正好位于齿82的下方，如图13所示。设置在齿上的凹槽90可以用于用合适的工具来夹持环52。

在图13和图14所示的第三步骤中，环52围绕轴线A旋转地移位，使得这些齿82、84彼此轴向地对准。由于在所示的示例中的齿的角延伸，该角移位量约为25°至30°。齿88可以用于通过前述的工具来夹持环52并且使环旋转。构件66(未示出)使根部从杯状部轴向向外地偏置，使得齿84被轴向地支撑在齿82上。因此，根部被轴向地保持在杯状部和系统34的内部。在运行中，施加到轮叶上的离心力通过齿82、84传递到杯状部58，这些力由轴承54直接地承受，该轴承的内环54a集成到杯状部58中。

在图15和图16所示的第四步骤中，环形件92围绕轴线A成角度地定位，使得环形件的滑道94与位于齿82、84之间的空间对准。然后，环形件92在杯状部58内轴向平移地移位，直到滑道94接合在这些空间中。然后，桥接件96可以被支撑在环52的齿84上。因此，环形件92防止环52在杯状部58内部的任何旋转。

在图17所示的最后步骤中，卡环100接合在彼此周向地对准的凹槽86、98中。卡环100防止环形件92的意外拆卸。

应当理解，轮叶的拆卸通过以相反的顺序执行前述步骤来进行。还应当理解，根部的安装和拆卸的基本步骤中的一个步骤是固定环52。该环52可以从涡轮发动机的外部操纵，这在维护操作期间是特别有利的。通过拆卸和移除最少数量的部件，可以将轮叶从螺旋桨上拆卸和移除。

现在参照图18至图19，图18至图19示出了根据本发明的控制系统34的两个实施例。

这些系统中的每一个系统与上述的系统不同，因为这些系统中的每一个系统都配备有被称为“故障安全”的安全功能。

因此，上文关于图1至图17的描述适用于图18和图19的控制系统。

在图18和图19所示的系统中的每一个系统中，至少一个安全元件110确保根部14与杯状部58的保持。可以通过单个这种安全元件110或通过多个(例如两个或三个)相邻且平行的安全元件来确保“故障安全”的安全性。安全元件110使得能够在固定环52发生故障的情况下确保轮叶10不被释放。

在所示的实施例中，安全元件110具有大致细长的形状，并且相对于轴线A横向地延伸。安全元件110穿过杯状部58的底壁58b以及根部14的自由端部28中的对准孔112、114。只要筒部26从该自由端部轴向地向后设定，该自由端部28由主体24的整体式突起形成。

如在所示的示例中，安全元件110可以是包括螺钉和螺母116的螺栓。

螺钉包括穿过孔112、114的螺纹杆118和施加抵靠在底壁58b的侧向面122上的头部120。螺母116被拧紧到螺纹杆118上，并且被支撑在底壁58b的相对侧向面124上。面122、124彼此平行并且与轴线A平行。例如，螺纹杆118的直径介于1.27mm(1/2英寸)至0.95mm(3/8英寸)之间。

安全元件110一方面以预定的间隙J1穿过根部14的自由端部28的孔114，并且以另一预定的间隙J2穿过杯状部58的底壁58b的孔112。

在图18所示的实施例中，这些间隙J1、J2基本上相同。

在图19所示的替代实施例中，筒部26包括轴向延伸部26za，该轴向延伸部围绕根部14的自由端部28的突起，并且该轴向延伸部包括孔126，该孔与突起的孔114和底壁58b的孔112对准。安全元件110穿过孔112、114和126。

在图18的情况下，安全元件110穿过轮叶的下端部，并且使得能够通过在杯状部58上并且因此在轴承54的集成到杯状部中的内环上引入次级力路径来实现轮叶10的保持。

在图19中，安全元件110和筒部28的孔126之间的间隙J3小于安全元件110和突起的孔114之间的间隙J1’，并且优选地与安全元件110和杯状部58的底壁58b的孔112之间的间隙J2相同。这使得安全元件110能够在保持轮叶时主要与筒部28配合，而不是与根部14的突起配合。筒部28由(金属)材料制成，该(金属)材料比根部的(复合)材料更硬并且更能抵抗支撑约束。因此，在出现问题的情况下，通过筒部26与安全元件110的配合将确保轮叶的根部14的保持。根部14的突起将不会被偏置，因此在固定环52发生故障的情况下不会有损坏的风险。筒部26将能够通过塑性变形耗散能量并且释放复合材料根部的主体。

在图20所示的变型实施例中，安全元件110’是包括圆柱形主体128的螺柱，该圆柱形主体旨在穿过前述的孔。主体128包括连接到头部130的纵向端部和具有横向孔132的相对纵向端部，该横向孔用于接纳制动线类型或类似类型的锁134。例如，主体128的直径介于1.27mm(1/2英寸)至0.95mm(3/8英寸)之间。

本发明还提出了一种用于对系统34进行安装的方法，该方法包括以下步骤：

a)通过使轮叶10沿与节距轴线A平行的方向移位，将轮叶10的根部14插入到系统34的杯状部58中，

b)将根部14的自由端部28接合在杯状部58的底壁58b的凹部60中，以将杯状部58在旋转方面固定到轮叶10的根部14，

c)将先前围绕轮叶10的根部14安装或存在的固定环52接合在杯状部58中，并且将该环52安装在杯状部58中并且安装在轮叶10的根部14上，以确保根部14在杯状部58中的轴向保持，以及

d)将一个或多个安全元件接合在杯状部58的底壁58b和根部14的自由端部28中的孔中。

安全元件的引入对轮叶10在轮叶的容置部中的安装顺序有影响。最初，轮叶10仅从外部安装。安全元件10的安装需要在由壳体74形成的空腔内具有进入到轮叶的下部分中的额外通道。该空腔的整流罩可以考虑这一点，以简化该通道。

未示出的其他变型实施例是可能的，其他变型实施例包括：

·筒部26的半壳体26a、26b可以通过螺栓连接、铆接、焊接等安装到主体24上；

·用于将筒部26连接到主体24的胶水可以是环氧胶水，但也可以是弹性体或热塑性胶水。还可以使用不粘膜以使得能够进行相对运动，同时限制由摩擦带来的磨损；

·仍然是关于筒部/主体界面的问题，在这些提出的技术解决方案中(胶合、通过垫圈或弹簧施加预应力、通过筒部的几何形状施加预应力)，还可以将多种技术解决方案结合在一起，这些解决方案可以独立于筒部的两个部分之间的间隙的存在而结合；

·尽管不太有利，但轴承的确保轮叶的离心保持的径向位置可以与轴承的承受由空气动力和离心力所产生的弯曲力矩的径向位置相反。

Claims (11)

1.一种用于对飞行器涡轮发动机的螺旋桨轮叶(10)的节距设定进行控制的系统(34)，其特征在于，所述系统包括：

-轮叶(10)，所述轮叶包括连接到根部(14)的叶片(12)，

-杯状部(58)，所述杯状部包括围绕所述轮叶(10)的节距轴线(A)延伸的环形壁(58a)，该环形壁(58a)包括由底壁(58b)封闭的下轴向端部和敞开的上轴向端部，所述上轴向端部被构造成使得所述轮叶(10)的所述根部(14)能够安装在所述杯状部(58)的内部，所述底壁(58b)包括凹部(60)，所述凹部具有非圆形的横截面，并且被构造成接纳所述根部(14)的互补形状的自由端部(28)，使得所述杯状部(58)围绕所述轴线(A)在旋转方面固定到所述根部(14)，以及

-固定环(52)，所述固定环围绕所述轴线(A)延伸，并且围绕所述根部(14)安装，该固定环(52)安装在所述杯状部(58)内，并且分别与所述根部(14)和所述杯状部(58)的所述环形壁(58a)配合，以确保所述根部(14)在所述杯状部(58)中的轴向保持，

所述系统(34)还包括至少一个安全元件(110，110’)，所述至少一个安全元件确保所述根部(14)与所述杯状部(58)的保持，所述至少一个安全元件(110，110’)具有大致细长的形状，并且横向于所述轴线(A)延伸，所述至少一个安全元件(110，110’)穿过所述杯状部(58)的所述底壁(58b)以及所述根部(14)的所述自由端部(28)中的对准孔(112，114，126)。

2.根据权利要求1所述的系统(34)，其中，所述至少一个安全元件(110)是包括螺钉和螺母(116)的螺栓，所述螺钉包括穿过所述孔(112，114，126)的螺纹杆(118)和施加抵靠在所述底壁(58b)的侧向面(122)上的头部(120)，所述螺母(116)被拧紧到所述螺纹杆(118)上，并且被支撑在所述底壁(58b)的相对侧向面(124)上。

3.根据权利要求1所述的系统(34)，其中，所述至少一个安全元件(110’)是包括圆柱形主体(128)的螺柱，所述圆柱形主体穿过所述孔(112，114，126)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统(34)，其中，所述至少一个安全元件(110，110’)以预定的间隙(J1，J1’)穿过所述根部(14)的所述自由端部(28)的所述孔(114)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(34)，其中，所述至少一个安全元件(110)以预定的间隙(J2)穿过所述杯状部(58)的所述底壁(58b)的所述孔(112)。

6.根据权利要求4和5所述的系统(34)，其中，所述间隙(J1，J2)是相同的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统(34)，其中，所述轮叶(10)的所述根部(14)包括容纳在环形筒部(26)中的主体(24)，所述环形筒部围绕所述轴线(A)延伸，并且至少部分地容纳在所述杯状部(58)内，所述根部(14)的所述自由端部(28)由所述主体(24)的突起和所述筒部(26)的轴向延伸部(26za)形成，所述主体的所述突起和所述筒部的所述轴向延伸部包括用于使所述至少一个安全元件(110，110’)通过的孔(114，126)。

8.根据从属于权利要求4和5的组件的前一项权利要求所述的系统(34)，其中，所述至少一个安全元件(110，110’)和所述筒部(26)的所述孔(126)之间的间隙(J3)小于所述至少一个安全元件(110，110’)和所述突起的所述孔(114)之间的所述间隙(J1’)，并且优选地与所述至少一个安全元件(110，110’)和所述杯状部(58)的所述底壁(58b)的所述孔(112)之间的所述间隙(J2)相同。

9.一种组件，所述组件包括根据前述权利要求中任一项所述的系统(34)和可变节距螺旋桨轮叶(10)，该轮叶(10)包括连接到根部(14)的叶片(12)，所述根部(14)包括容纳在环形筒部(26)中的主体(24)，所述环形筒部围绕所述轮叶的节距轴线(A)延伸。

10.一种涡轮发动机，特别是用于飞行器的涡轮发动机，所述涡轮发动机包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的系统(34)。

11.一种用于对根据权利要求1至8中任一项所述的系统进行安装的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

a)通过使所述轮叶(10)沿与所述节距轴线(A)平行的方向移位，将所述轮叶(10)的所述根部(14)插入所述系统(34)的所述杯状部(58)内，

b)将所述根部(14)的所述自由端部(28)接合在所述杯状部(58)的所述底壁(58b)的所述凹部(60)中，以将所述杯状部(58)在旋转方面固定到所述轮叶(10)的所述根部(14)，

c)将先前围绕所述轮叶(10)的所述根部(14)安装或存在的所述固定环(52)接合在所述杯状部(58)中，并且将该环(52)安装在所述杯状部(58)中并且安装在所述轮叶(10)的所述根部(14)上，以确保所述根部(14)在所述杯状部(58)中的轴向保持，以及

d)将所述至少一个安全元件(110，110’)接合在所述杯状部(58)的所述底壁(58b)和所述根部(14)的所述自由端部(28)中的所述孔(112，114)中。

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