Турбовинтовой двигатель, имеющий воздушный винт, состоящий из лопастей с изменяемым шагом

Турбовинтовой двигатель, имеющий воздушный винт, состоящий из лопастей с изменяемым шагом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к турбовинтовому двигателю, имеющему, по меньшей мере, один воздушный винт, составленный из набора управляемых лопастей с изменяемым шагом, причем изменяемый шаг лопастей составляет один из параметров, предназначенных для управления тягой турбовинтового двигателя. Изобретение, в частности, относится к новой системе управления шагом таких лопастей.

Турбовинтовой двигатель с двумя воздушными винтами известен, например, из патента США № 4758129, согласно которому турбовинтовой двигатель содержит турбину с двумя роторами противоположного вращения, приводящими в движение соответствующие роторы двух воздушных винтов, каждый из которых образован набором лопастей с изменяемым шагом. Изобретение применяется, в частности, для турбовинтового двигателя самолета. Кроме того, известны различные механизмы управления шагом лопасти. Например, одна известная система содержит известный привод, расположенный аксиально во внутреннем пространстве, образованном в центре кольцевой проточной турбины. Механические соединения радиально передают перемещение рычага управления к лопастям с изменяемым шагом.

Такие соединительные элементы являются сложными, большими, тяжелыми и дорогостоящими. Кроме того, отдельный привод обязан обеспечивать усилия, которые должны быть переданы, чтобы изменить шаг всех лопастей в данном наборе, таким образом требуя сильного приводного давления для привода, при условии, что поршень аксиально-установленного привода обязательно представляет собой небольшую область. Это значительное управляющее давление наносит ущерб приводу, имеющему продолжительный срок использования.

Кроме того, затруднено его обслуживание, так как жизненно важные элементы расположены в кожухе, и точнее, в некоторых случаях, в турбине. Они не могут быть заменены без демонтажа турбины.

Изобретение стремится устранить эти недостатки.

Идея, на которой основано изобретение, заключается в использовании вращательного привода в основании каждой лопасти, причем вращательный привод устанавливают на поворотной опоре, несущей набор лопастей, составляющих воздушный винт.

В частности, согласно изобретению создан турбовинтовой двигатель, включающий в себя, по меньшей мере, один набор вращающихся лопастей с изменяемым шагом, вращающихся с поворотной опорой, характеризующийся тем, что для изменения шага каждая лопасть набора соединена с определенным гидравлическим вращательным приводом, расположенным на поворотной опоре. Поворотная опора прикреплена к ротору турбины. Турбина предпочтительно имеет два ротора противоположного вращения.

Преимущественно, вращательный привод имеет двойной тип управления, причем он управляется двумя находящимися под давлением контурами с рабочей текучей средой, при этом давление текучей среды в каждом контуре поддерживается с возможностью регулирования.

Таким образом, вращательный вал вращательного привода может быть прикреплен к поворотному стержню соответствующей лопасти. Как правило, стержень лопасти отцентрирован относительно вала привода.

Например, вращательный привод содержит цилиндр, имеющий расположенное в нем множество смежных полостей, которые распределены по окружности вокруг вала. Каждая полость содержит поршень, прикрепленный к валу и разделяющий упомянутые полости на две камеры. Аналогичные камеры во всех полостях соединены соответственно с двумя контурами с находящейся под давлением рабочей текучей средой. Аналогичные камеры подразумевают камеры в полостях, которые, когда они заполнены текучей средой под повышенным давлением, действуют на различные поршни, чтобы повернуть вал в том же самом направлении.

Предпочтительно, вал вращательного привода соединен с самоблокирующейся системой запирания.

Система запирания может содержать средства разблокировки, управляемые разницей давлений рабочей текучей среды в двух упомянутых контурах.

Например, система запирания содержит двойное устройство расцепления с дисками, вставленными между двумя прямолинейными ударными приводами, причем каждый привод содержит цилиндр, который является неподвижным относительно вращательного привода и двух камер, которые соединены с двумя упомянутыми контурами. Двойное устройство расцепления, прямолинейные ударные приводы и вращательный привод преимущественно расположены на общей оси. Они предпочтительно установлены в общем корпусе поворотной опоры.

В одном варианте осуществления двойное устройство расцепления оснащено фрикционными дисками.

В другом варианте осуществления двойное устройство расцепления оснащено дисками, взаимодействующими посредством взаимозацепляющихся профилей, таких как, например, радиальные ребра, образующие своего рода кулачковую муфту.

Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны из нижеследующего подробного описания турбовинтового двигателя, выполненного по принципам настоящего изобретения, приведенного со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - общий вид в перспективе турбовинтового двигателя в соответствии с изобретением;

Фиг.2 - схема, иллюстрирующая принцип устройства для управления шагом одной из лопастей;

Фиг.3 - схематичный вид, иллюстрирующий принцип вращательного привода с Фиг.2; и

Фиг.4 и 5 - схематические виды, иллюстрирующие принцип устройства с Фиг.2 и показывающие, как работает самоблокирующаяся система запирания, когда она расцепляется, чтобы позволить лопастям повернуться соответственно в одном или в другом направлении.

На чертежах показан турбовинтовой двигатель 11, включающий в себя в данном примере два воздушных винта 13a, 13b, каждый из которых составлен из набора лопастей 14 с изменяемым шагом. Лопасти 14 в каждом наборе установлены на поворотной опоре 16a, 16b, например, в форме кольцевой платформы, непосредственно установленной, чтобы вращаться вблизи поверхности неподвижного кожуха 18. Лопасти 14 каждого набора равномерно отстоят друг от друга по окружности и проходят по существу радиально от поверхности поворотной опоры. Неподвижный кожух 18 вмещает камеру сгорания и турбину, имеющую два ротора противоположного вращения. Каждый ротор несет и вращает одну из поворотных опор 16a, 16b, на которой установлен воздушный винт 13a, 13b, имеющий лопасти с изменяемым шагом. Изменение шага лопастей служит для управления осевым усилием или тягой турбовинтового двигателя. Конструкция, описанная выше, сопоставима с функциональной точки зрения с конструкцией, описанной в патенте США № 4758129. При этом его известные аспекты далее подробно не приводятся.

Изобретение по существу относится к средствам для управления шагом лопастей 14, по меньшей мере, одного из воздушных винтов 13a, 13b. Как правило, каждый воздушный винт оснащен такими лопастями с изменяемым шагом.

Точнее каждая лопасть имеет шаг или поворотный стержень 20, прикрепленный к вращающемуся валу 21 индивидуального вращательного привода 22. Как показано на Фиг.2, вращательный привод соединен с самоблокирующейся системой 24 запирания. Например, вращательный привод 22 и самоблокирующаяся система 24 запирания установлены на той же самой оси в одном цилиндрическом корпусе 26, непосредственно удерживаемом поворотной опорой 16a, 16b соответствующего воздушного винта. Другими словами, каждая лопасть с изменяемым шагом выступает радиально из одного такого цилиндрического корпуса 26, расположенного на поворотной опоре.

Вращательный привод 22 имеет двойное управление и приводится в действие двумя находящимися под давлением контурами С1 и С2 с рабочей текучей средой. Давления Р1 и Р2 рабочей текучей среды каждого контура соответственно являются регулируемыми в каждом контуре. Очевидно, что положительная разница давлений Р1-Р2 повернет привод в одном направлении, в то время как отрицательная разница давлений Р1-Р2 повернет привод в другом направлении. На Фиг.3 показана конструкция вращательного привода. Внутри цилиндрического корпуса 28, образующего часть кожуха 26, имеется множество полостей 30, которые являются смежными по окружности вокруг центрального вала. В данном примере имеется четыре полости, каждая из которых занимает сектор в 90°. Эти четыре полости ограничены неподвижными стенками 32 внутри цилиндрического корпуса с радиально-внутренними концами стенок, которые установлены с возможностью герметичного скольжения по центральному валу 21.

Кроме того, каждая полость 30 содержит поршень 36, который прикреплен к валу и, таким образом, разделяет полость на две камеры CP1, CP2. Радиальные внешние концы поршня 36 скользят герметично по цилиндрической стенке корпуса 28 привода. Аналогичные камеры CP1, CP2 во всех полостях соответственно соединены с двумя находящимися под давлением контурами С1, С2 с рабочей текучей средой.

Самоблокирующаяся система 24 запирания включает в себя средства 38 разблокировки, управляемые разницей давления между давлениями рабочей текучей среды в двух контурах С1, C2. Она установлена в хвостовой части корпуса 26, смежной с цилиндром 28 вращательного привода. Узел в сборе образует компактный блок управления, установленный на поворотной опоре в основании лопасти 14 с изменяемым шагом. Система запирания содержит двухдисковое устройство 40 расцепления, вставленное между двумя прямолинейными ударными приводами 42 и 44. Каждый привод 42, 44 содержит цилиндр 46, который является неподвижным относительно вращательного привода, и две камеры, соединенные с двумя контурами С1, C2. Как показано, двойная система расцепления, прямолинейные ударные приводы и вращательный привод выполнены на общей оси, которая также является осью поворота лопасти 14.

Устройство 40 расцепления содержит двойной фрикционный диск 50, снабженный тормозными колодками 51 с обеих сторон средней части 52 и соединенный со средствами 54 для удержания его неподвижно при осевом поступательном перемещении, и два фрикционных диска 57, 58, выполненные с возможностью поступательного перемещения и расположенные с обеих сторон двойного диска 50. Диски 57, 58 связаны с поршнями 67, 68 двух прямолинейных ударных приводов 42, 44 соответственно. Каждый из поршней имеет полость 70 и скользит в цилиндре привода. Концевая стенка 72, прикрепленная к центральному двойному диску, установлена с возможностью скольжения в полости 70.

Цилиндр 46 привода 42 наиболее близкий к вращательному приводу 22 прикреплен к стенке корпуса 26, которая отделяет вращательный привод от самоблокирующейся системы 24 запирания. Цилиндр 46 противоположного привода 44 прикреплен к противоположной стенке корпуса. Рифленая направляющая планка 74 соединяет поперечную стенку поршня 67 с валом, который внутри продлевает вал 21 вращательного привода. Подобная рифленая направляющая планка 76 соединяет поперечную стенку поршня другого привода 44 со стенкой корпуса 26. В результате лопасть может повернуться с диском 57, соединенным с поршнем 67 привода 42, в то время как диск 58, соединенный с поршнем 68 другого привода 44, повернуться не может.

Наконец, пружина 78 установлена в цилиндре каждого привода, чтобы способствовать перемещению поршня 67 или 68, прикрепленного к соответствующему подвижному диску 57 или 58, к центральному двойному диску 50.

Таким образом очевидно, что каждый привод 42, 44 имеет две камеры переменного объема. Одна камера 80 образована цилиндром привода 46 и поперечной стенкой поршня, а другая камера 82 образована полостью 70 непосредственно в поршне и концевой стенкой 72, закрепленной на центральном двойном диске 50.

Как показано в Фиг.2, камера 80 привода 42, содержащая пружину 78, соединена с контуром С1 с рабочей текучей средой с давлением Р1, в то время как камера 82 того же самого привода соединена с контуром С2 с рабочей текучей средой с давлением Р2. И наоборот, камера 80 привода 44, содержащая пружину 78, соединена с контуром С2 с рабочей текучей средой с давлением Р2, в то время как камера 82 того же самого привода соединена с контуром С1 с рабочей текучей средой с давлением Р1.

Таким образом, пружины 78 установлены в соответствующих цилиндрах двух приводов, чтобы способствовать перемещению соответствующих поршней 67 или 68, прикрепленных к диску 57 или 58, к центральному двойному диску 50. Так как диски снабжены тормозными колодками, когда давления Р1 и P2 равны, пружины 78 действуют через поршни, чтобы удержать диски 57, 58 прижатыми к центральному двойному диску. Так как поршень 68 привода 44 препятствует повороту лопасти 14, она не может быть повернута. Это показано на Фиг.2.

Управление происходит следующим образом. Когда давления Р1 и P2 равны, самоблокирующаяся система запирания удерживается неподвижно усилием пружин 78, при этом отсутствует разница давлений внутри вращательного привода 22. Таким образом, шаг лопасти является стабилизированным.

Если приложена разница давлений Р1>P2, то диск 57 остается прижатым к центральному двойному диску 50, а поршень 68 другого привода 44 перемещается, сжимая пружину, таким образом отделяя диск 58 от центрального двойного диска 50. Следовательно, поршень 67, диск 57 и центральный двойной диск 50 могут повернуться вместе, в то время как та же самая разница давлений осуществляет вращательное движение вала 21 вращательного привода 22 (в направлении против часовой стрелки на Фиг.3), таким образом изменяя шаг лопасти.

Наоборот, когда приложена разница давлений P2>Р1, камера 80 привода 42 увеличивается в объеме, таким образом отделяя диск 57 от центрального двойного диска 50. Параллельно, та же самая разница давлений осуществляет вращательное перемещение вала 21 вращательного привода (в направлении по часовой стрелке на Фиг.3). Следовательно, лопасть поворачивается в противоположном направлении.

Как упомянуто выше, тормозные колодки дисков могут быть заменены деталями, способными к взаимному зацеплению, такими как радиальные ребра, которые обеспечивают тот же самый эффект препятствования повороту дисков под воздействием пружин.

1. Турбовинтовой двигатель, включающий в себя, по меньшей мере, один набор вращающихся лопастей (14) с изменяемым шагом, вращающихся с поворотной опорой (16а, 16b), отличающийся тем, что для изменения шага каждая лопасть набора соединена с определенным гидравлическим вращательным приводом (22), расположенным на поворотной опоре.

2. Турбовинтовой двигатель по п.1, отличающийся тем, что вращательный привод (22) включает в себя вращательный вал (21), прикрепленный к вращающемуся стержню лопасти.

3. Турбовинтовой двигатель по п.2, отличающийся тем, что вращательный привод (22) имеет множество смежных полостей (30), распределенных по окружности вокруг вала, при этом каждая полость содержит поршень (36), прикрепленный к валу и разделяющий полости на две камеры, причем аналогичные камеры во всех полостях соединены с соответствующими камерами двух находящихся под давлением контуров (C1, C2) с рабочей текучей средой.

4. Турбовинтовой двигатель по п.1, отличающийся тем, что вращательный привод (22) имеет двойной тип управления и управляется двумя находящимися под давлением контурами (C1, C2) с рабочей текучей средой, при этом давление рабочей текучей среды в каждом контуре поддерживается с возможностью регулирования.

5. Турбовинтовой двигатель по п.4, отличающийся тем, что вращательный привод (22) включает в себя вращательный вал (21), прикрепленный к вращающемуся стержню лопасти.

6. Турбовинтовой двигатель по п.5, отличающийся тем, что вращательный привод (22) имеет множество смежных полостей (30), распределенных по окружности вокруг вала, при этом каждая полость содержит поршень (36), прикрепленный к валу и разделяющий полости на две камеры, причем аналогичные камеры во всех полостях соединены с соответствующими камерами двух находящихся под давлением контуров (C1, C2) с рабочей текучей средой.

7. Турбовинтовой двигатель по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что вал (21) вращательного привода соединен с самоблокирующейся системой (24) запирания.

8. Турбовинтовой двигатель по п.7, отличающийся тем, что система запирания содержит средства (38) разблокировки, управляемые разницей давлений рабочей текучей среды в двух упомянутых контурах (C1, C2).

9. Турбовинтовой двигатель по п.8, отличающийся тем, что система запирания содержит двойное устройство (40) расцепления с дисками, вставленными между двумя прямолинейными ударными приводами (42, 44), причем каждый привод содержит цилиндр (46), который является неподвижным относительно вращательного привода, и две камеры, которые соединены с двумя упомянутыми контурами, при этом двойное устройство расцепления, прямолинейные ударные приводы и вращательный привод расположены на общей оси.

10. Турбовинтовой двигатель по п.9, отличающийся тем, что устройство расцепления содержит центральный двойной фрикционный диск (50), заблокированный от поступательного перемещения, и два фрикционных диска (57, 58), выполненные с возможностью поступательного перемещения на каждой стороне центрального диска и соединенные, соответственно, с поршнями (67, 68) двух прямолинейных ударных приводов.

11. Турбовинтовой двигатель по п.10, отличающийся тем, что каждый поршень прямолинейного ударного привода включает в себя полость (70), выполненную с возможностью перемещения внутри цилиндра (46), и концевую стенку (72), прикрепленную к центральному двойному диску и установленную с возможностью скольжения внутри полости.

12. Турбовинтовой двигатель по п.11, отличающийся тем, что в цилиндре каждого прямолинейного ударного привода установлена пружина (78), способствующая перемещению поршня, прикрепленного к соответствующему подвижному диску, к центральному двойному диску.

13. Турбовинтовой двигатель по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что двойное устройство (40) расцепления оснащено фрикционными дисками.

14. Турбовинтовой двигатель по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что двойное устройство (40) расцепления оснащено дисками, взаимодействующими посредством взаимозацепляющихся профилей, таких как радиальные ребра.