用于涡轮机叶片的、包括限定袋部的紧固件以及适于与叶片的根部同时被接纳在袋部中的楔部的组件的制作方法

1.本发明涉及一种用于将叶片紧固到飞行器发动机转子，特别是无涵道风扇转子的部件的组件(例如具有两个转动的螺旋部的“开式转子”类型的发动机、或者具有可移动叶片和固定叶片的无涵道单个风扇(unducted single fan，usf)类型的发动机、或者具有有单个螺旋部的架构的涡轮螺旋桨发动机)。


背景技术：

2.无涵道风扇发动机的益处在于风扇的直径不受整流罩的存在的限制，使得能够设计具有高稀释比的发动机，从而降低燃料消耗。
3.因此，在这种类型的发动机中，风扇的叶片可以具有较大的尺寸。
4.这种无涵道风扇通常包括叶片紧固件，叶片紧固件限定了袋部，该袋部用于接纳叶片的根部。叶片紧固件包括两个相对的侧翼，这两个相对的侧翼在两个相对的侧翼之间限定了通向袋部的通道，并且形成防止根部经由通道从袋部离开的止挡部。
5.此外，这些发动机通常包括用于改变叶片的楔入(calage)角的机构，以适应根据不同的飞行阶段由风扇产生的推力。
6.然而，设计这种叶片需要考虑相互冲突的约束。
7.一方面，这些叶片的尺寸必须使得能够具有最优的空气动力学性能(使产生和提供的推力最大化，并且使损失最小化)。风扇的空气动力学性能的改善趋向于稀释比(涵道比(bypass ratio，bpr))的增加率的增加，这反映在这些叶片的外径的增加以及因此尺寸的增加。
8.另一方面，也必须保证对机械约束的抵抗能力，机械约束可以被施加到这些叶片并且限制这些叶片的声学特征。
9.此外，对于无涵道风扇架构，发动机的启动通常是通过非常开放的楔入来完成的。实际上，非常开放的楔入消耗双倍的能量，通过保证低的风扇速度来确保机器的安全。
10.现在，在非常开放的楔入的情况下，叶片经历完全分离的湍流空气动力学流，这产生宽带振动激发。特别地，在宽弦和大尺寸叶片上，即使发动机速度不是最大的，力弯曲也是强烈的。
11.由于这种振动激发，叶片根部能够在接纳该根部的引导袋部中颤振。然而，这种颤振有破坏叶片或紧固件本身的风险。
12.下面列出的问题也可能出现在涵道式发动机的情况下，涵道式发动机将包括风扇叶片的可变楔入。
13.已经提出在风扇中加入可变形楔部，该可变形楔部被强制地插入在叶片根部和紧固件之间的袋部中。这种可变形楔部在紧固件的袋部中进一步夹持叶片根部，从而减少了前面描述的颤振现象。
14.然而，这种可变形楔部不能有效地消除在具有可变桨距风扇以及宽弦和/或大尺
寸风扇的叶片中的这种颤振现象，在这种叶片中，即使在低的风扇速度下也存在特别强烈的空气动力学力。


技术实现要素：

15.本发明的目的是提高对无涵道的宽弦和/或大尺寸风扇中的叶片根部或袋部的损坏的抵抗能力。
16.因此，提出了一种用于涡轮机叶片的组件，该组件包括：
17.·
紧固件，紧固件限定了用于接纳叶片根部的袋部，紧固件包括两个侧翼，这两个侧翼在两个侧翼之间限定了通向袋部的通道，并且形成防止根部经由通道从袋部离开的止挡部，
18.·
两个楔部，每个楔部包括：
19.ο第一支撑表面，第一支撑表面用于支承在根部上，
20.ο与第一支撑表面相对的第二支撑表面，当楔部被接纳在袋部中时，第二支撑表面支承抵靠紧固件，
21.ο螺纹，
22.其中，两个楔部的相应的第一支撑表面和第二支撑表面：
23.ο相对于彼此固定，
24.ο被定向成使得两个楔部中的一个楔部在袋部中相对于另一个楔部的移动改变了由两个楔部施加在根部上的力的总和，
25.·
拧紧螺杆，拧紧螺杆与两个楔部的相应的螺纹配合，使得拧紧螺杆的旋转导致两个楔部中的一个楔部相对于另一个楔部的移动。
26.与可变形楔部相比，每个楔部的第一支撑表面和第二支撑表面相对于彼此固定的事实使得能够特别地在低的风扇速度下在叶片根部上施加更大的夹持力。
27.此外，由于楔部在袋部中相对于紧固件的移动改变了由楔部施加在根部上的力的值，因此相同的楔部可以有利地适于袋部的任何制造分布。
28.所提出的组件还可以包括以下可选的特征，这些特征被单独地采用或者在技术上可能的任何情况下被组合地采用。
29.优选地，紧固件具有底部表面，当楔部被接纳在袋部中时，两个楔部中的一个楔部的第二支撑表面支承抵靠底部表面，并且其中，第二支撑表面和底部表面中的一个表面在平行于叶片根部插入到袋部中的方向的平面中具有第二支撑表面和底部表面中的直线的轮廓，并且另一个表面在所述平面中具有凸出弯曲的轮廓。
30.优选地，具有凸出弯曲的轮廓的表面是第二支撑表面。
31.优选地，组件包括锁定装置，锁定装置被构造成将两个楔部中的至少一个楔部相对于紧固件锁定在不同的位置，由两个楔部施加在根部上的力的总和在不同的位置具有不同的值。
32.优选地，锁定装置包括拧紧螺杆和螺纹。
33.优选地，锁定装置包括套筒，螺纹中的一个螺纹形成在套筒中，其中，两个楔部中的一个楔部限定了容纳套筒的腔，腔适于相对于楔部在平行于拧紧螺杆的旋转轴线的方向上阻挡套筒，并且适于使得套筒能够相对于楔部在相对于拧紧螺杆的旋转轴线的径向方向
上有一些间隙。
34.优选地，锁定装置包括抗旋转系统，抗旋转系统防止拧紧螺杆在导致由两个楔部施加在根部上的力的总和减小的方向上被设置成旋转。
35.优选地，拧紧螺杆包括头部，头部被布置成终止于袋部和锁定装置的外部，使得当两个楔部被接纳在袋部中时，头部能够通过工具被夹持和被设置成旋转。
36.优选地，紧固件限定了两个相对的入口，两个相对的入口使得能够将根部和两个楔部引入在袋部中，并且其中，锁定装置包括两个锁部，拧紧螺杆穿过两个锁部，当拧紧螺杆被设置成旋转时，锁部被布置成防止两个楔部经由相对的入口从袋部离开。
37.优选地，紧固件具有两个底部表面，当两个楔部被接纳在袋部中时，两个楔部的第二支撑表面分别支承抵靠两个底部表面，其中，第二支撑表面具有不同的斜度，并且其中，底部表面具有不同的斜度。
38.优选地，两个楔部中的至少一个楔部由金属制成，例如由钛制成。
39.还提出了一种无涵道风扇，无涵道风扇例如为可变桨距无涵道风扇，该无涵道风扇包括以上所讨论的组件。
附图说明
40.本发明的其它特征、目的以及优点将通过以下描述而显现，以下描述是纯说明性的且非限制性的，并且必须结合附图来考虑。
41.·
图1示意性地示出了包括无涵道风扇的发动机的示例。
42.·
图2是旨在接纳叶片根部的紧固件的透视图。
43.·
图3是根据本发明的实施例的包括楔部的夹持装置的侧视图。
44.·
图4是在图3中所示的装置的一些部件的纵向截面视图。
45.·
图5、图6、图7示意性地示出了根据三个不同实施例的图2的紧固件以及图3、图4的夹持装置的一些表面的轮廓。
46.·
图8、图9、图10是根据实施例的紧固件、叶片根部以及夹持装置在其组装的三个不同阶段的透视图。
47.在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
48.在图1中，所示的发动机1是处于目前被称为“推动器”构型(即风扇被布置在电力发生器的后部，进气口位于图1的右侧)的、“开式转子”类型的发动机。
49.该发动机包括机舱2和无涵道风扇3，机舱旨在被固定到飞行器的机身。风扇3包括两个反向旋转的风扇转子4和5。换言之，当发动机1运行时，转子4和5被设置成相对于机舱2围绕同一旋转轴线x(该旋转轴线与发动机的主轴线重合)沿相反的方向旋转。
50.在图1中所示的示例中，发动机1是处于“推动器”构型的、具有反向旋转的风扇转子的、“开式转子”类型的发动机。然而，本发明不限于该构型。本发明还适用于处于“拉动器”构型(即，风扇被布置在电力发生器的上游，进气口位于两个风扇转子的前方、中间或后方)的、“开式转子”类型的发动机。
51.然而，发动机可以具有不同的架构，例如具有包括风扇转子(风扇转子包括移动叶
片)和风扇定子(风扇定子包括固定叶片)的架构，或者具有包括单个风扇转子的架构。
52.发动机可以具有涡轮螺旋桨类型(包括单个风扇转子)的架构。
53.发动机可以是涵道式发动机并且具有两个流，其中，可变桨距风扇供给所述流，特别是供给发动机中的主流和次级流。
54.在图1中，每个风扇转子4、5包括毂6和多个叶片7，毂被安装成相对于机舱2旋转，多个叶片被固定到毂6。叶片7相对于毂的旋转轴线x大致径向地延伸。
55.在本技术中，上游和下游是相对于在转子4、5中并且穿过涡轮机的气体流动的正交方向限定的。此外，转子4、5的轴线x被称为转子的旋转轴线。轴向方向对应于轴线x的方向，径向方向是垂直于该轴线并且穿过该轴线的方向。此外，圆周方向对应于垂直于轴线x并且不穿过该轴线的方向。除非另有说明，内部和外部分别参照径向方向使用，使得元件的内部部分或内部面比同一元件的外部部分或外部面更靠近轴线x。
56.参照图2，对于每个叶片7，风扇3包括紧固件9的部件或更简单地包括紧固件9。紧固件9被安装成相对于毂6围绕楔入轴线y旋转。更确切地，紧固件9被安装成通过滚珠或其他滚动元件在毂6中制造的容纳部的内部旋转。
57.紧固件9(可以在文献中使用枢轴的名称)限定了袋部10，袋部用于接纳叶片7的根部，该根部例如具有楔形榫头的形式。
58.特别地，紧固件9包括两个侧翼12、14，这两个侧翼在两个侧翼之间限定了袋部10的上径向开口，袋部的上径向开口与袋部10的底部相对。两个侧翼12、14朝向彼此倾斜并且形成跨距。
59.袋部10在由紧固件9限定的两个相对的入口16、18之间沿方向z延伸。
60.两个入口16、18中的一个入口位于叶片的前缘的一侧，另一个入口位于叶片的后缘的一侧。
61.通过这些相对的入口16、18中的一个入口或另一个入口，叶片根部可以通过滑动而接合在袋部10中。
62.两个侧翼12、14具有通向腔的圆柱形的表面(该表面中的发生器平行于轴线z)。
63.两个侧翼12、14包括彼此相对且平行的两个壁，这两个壁在袋部10的底部处限定了凹槽20。
64.与侧翼12、14的表面不同，袋部10的底部在平行于平面(y，z)的平面中不具有直线的轮廓。在下文中，“矢状”轮廓将是紧固件的一部分在平行于平面(y，z)的平面中的轮廓。
65.袋部10的底部包括具有不同的斜度(这些斜度将在后面更详细地讨论)的两个底部表面22、24。
66.两个底部表面位于两个入口16、18之间的凹槽20中。
67.紧固件由钛制成。
68.参照图3，夹持装置包括两个楔部26a、26b。
69.楔部26a适于与叶片根部同时被接纳在袋部10中、在根部与袋部10的底部之间。
70.楔部26a具有第一支撑表面28a以及与第一支撑表面28a相对的第二支承表面30a，该第一支撑表面支承在被接纳在袋部10中的叶片根部上，当楔部26a被接纳在袋部10中时，该第二支承表面支承抵靠紧固件。
71.第一支撑表面28a相对于第二支撑表面28b固定。楔部由单个部件(整体件)制成，
并且是刚性的。
72.第一支撑表面28a和第二支撑表面30a相对于彼此被定向成使得：楔部26a在袋部10中相对于紧固件9的移动改变了由楔部26a特别地沿平行于轴线y的径向方向施加在根部上的力的值。
73.第一支撑表面28a旨在支承抵靠根部的下自由表面。第一支撑表面28a例如具有与根部的该下自由表面互补的形式。
74.该第一支撑表面28a具有直线的矢状轮廓，使得第一支撑表面可以支承在根部上，根部的自由表面具有同样的直线的矢状轮廓。
75.优选地，楔部26a包括涂覆到楔部的第二支撑表面28a的涂层，该涂层旨在减少楔部与袋部10的底部之间的摩擦。该涂层例如由非晶碳(类金刚石碳)制成，非晶碳具有坚硬和柔性的优点。
76.类似地，楔部26b具有第一支撑表面28b以及与第一支撑表面28b相对的第二支承表面30b，该第一支撑表面支承在被接纳在袋部10中的叶片根部上，当楔部26b被接纳在袋部10中时，该第二支撑表面支承抵靠紧固件。
77.表面28b、30b具有与上述表面28a、30a相同的特性。
78.楔部26a的第二支撑表面30a旨在支承抵靠底部表面中的一个底部表面(例如表面20)，而另一个楔部26b的第二支撑表面30b旨在支承抵靠另一个底部表面(例如表面22)，反之亦然。
79.楔部26a、26b通常由钛制成。
80.两个楔部26a、26b的第一支撑表面28a、28b和第二支撑表面30a、30b还被定向成使得：楔部中的一个楔部在袋部10中相对于另一个楔部的移动改变了由两个楔部特别地沿平行于轴线y的方向施加在被接纳在袋部10中的叶片根部上的径向力的总和。
81.风扇3还包括锁定装置，锁定装置被构造成将楔部中的至少一个楔部相对于紧固件锁定在不同的位置，由楔部施加在根部上的径向力在不同的位置具有不同的值。
82.锁定装置包括拧紧螺杆32。
83.拧紧螺杆32包括头部34，头部能够通过工具(例如螺丝刀)被夹持和被设置成旋转。
84.拧紧螺杆由钢制成。
85.参照图4，楔部26a、26b限定了两个贯通通道36a、36b，拧紧螺杆32被同时接合在两个贯通通道中。
86.对于每个楔部，锁定装置还包括与拧紧螺杆32配合的螺纹，使得拧紧螺杆的旋转导致楔部沿着拧紧螺杆32的移动。
87.螺纹可以直接形成在楔部26a、26b中。然而，优选地，如图4所示，锁定装置包括两个套筒38a、38b，两个螺纹形成在两个套筒中。套筒38a、38b形成环，该环在拧紧螺杆32和楔部之间的通道36a、36b中延伸(每个套筒包围拧紧螺杆32的部段，并且每个套筒本身被楔部中的一个楔部包围)。
88.两个螺纹与拧紧螺杆32配合，使得拧紧螺杆32的旋转导致楔部26a沿着拧紧螺杆32相对于另一个楔部26b的移动。为此，可以在拧紧螺杆32中布置两个不同的部段，两个不同的部段具有分别与套筒38a、38b的螺纹配合的、相反方向的螺纹。因此，当拧紧螺杆32被
设置成沿第一方向(或拧紧方向)旋转时，两个楔部26a、26b朝向彼此移动，并且当拧紧螺杆32被设置成沿与第一方向相反的第二方向(或拧松方向)旋转时，两个楔部26a、26b远离彼此移动。
89.每个楔部26a、26b包括用于沿着容纳套筒的对应通道的轴线轴向地阻挡套筒的装置。这些轴向阻挡装置包括例如在螺杆32上的止挡珠320，止挡珠被布置成接合在突出到袋部10中的轴向止挡部220中。因此，当拧紧螺杆32被设置成相对于楔部旋转时，楔部沿着拧紧螺杆32的轴线相对于拧紧螺杆移动。
90.一旦拧紧螺杆32与楔部26a、26b联接，两个楔部26a、26b的相应的第一支撑表面28a、28b彼此平行并且对准，使得相应的第一支撑表面可以同时支承在叶片根部的自由的圆柱形表面上。
91.第二支撑表面30a、30b也具有不同的斜度。
92.第二支撑表面30a和底部表面(例如底部表面20)具有共同的斜度，当楔部在袋部10中时，第二支撑表面30a与该底部表面接触。
93.类似地，第二支撑表面30b和底部表面(例如底部表面22)具有共同的斜度，当楔部在袋部10中时，第二支撑表面30b与该底部表面接触。
94.第二支撑表面30a、30b和底部表面22、24可以具有不同的矢状轮廓。
95.在图5中示出的第一实施例中，第二支撑表面30a、30b具有直线的矢状轮廓，底部表面22、24也具有直线的矢状轮廓。
96.在图6中示出的第二实施例中，第二支撑表面30a、30b具有凸出弯曲的矢状轮廓，底部表面22、24具有直线的矢状轮廓。
97.在图7中示出的第三实施例中，第二支撑表面30a、30b具有直线的矢状轮廓，底部表面22、24具有凸出弯曲的矢状轮廓。
98.相对于第一实施例，第二实施例和第三实施例的优点是避免了在楔部中的一个楔部在袋部10中移动期间发生楔部中的一个楔部的偏心锁定，这将防止楔部采取稳定的位置而使楔部在叶片根部上施加适当的力。
99.相对于第三实施例，第二实施例具有易于制造的优点。
100.在前述三个实施例中，袋部10的底部整体是凸出的。在这种情况下，两个底部表面22、24一起形成突出部，并且在形成突出部的顶点的线处彼此连接。
101.再次参照图2，锁定装置还包括两个锁部40a、40b，这两个锁部被布置成防止每个楔部26a、26b经由相对的入口26、18从袋部10离开。
102.拧紧螺杆穿过两个锁部40a、40b。
103.锁部40a、40b的尺寸被设计成至少部分地阻挡袋部10的两个相对的入口16、18。
104.锁部40a包括两个部件：下部件42a和上部件44a。
105.下部件42a部分地限定了用于拧紧螺杆32的贯通通道。上部件44a也部分地限定了该同一通道。锁部40a的贯通通道通过使锁部的两个部件42a和42b组装而形成。
106.锁部40b包括两个部件：与部件42a和部件44a类似的下部件42b和上部件44b。
107.优选地，由锁部40a、40b限定并且拧紧螺杆32穿过的贯通孔的尺寸适于使得螺杆32能够有径向间隙，即，接合在这些通道中的一个通道中的螺杆32可以相对于对应的锁部40a或40b在平行于轴线y的方向上略微移动。
108.锁部40a、40b可以根据锁部的厚度由钛或钢制成。
109.拧紧螺杆32的头部34终止于袋部10和锁定装置的外部(特别地终止于锁部40a、40b的外部)，使得当楔部被接纳在袋部10中时，拧紧螺杆的头部可以通过工具被夹持和被设置成旋转。
110.锁定装置还包括每个锁部40a、40b到紧固件9的紧固装置。
111.这些紧固装置包括例如在锁部中和在紧固件中的固定螺杆46a、46b(通常每个锁部具有两个固定螺杆)和螺纹孔，固定螺杆46a、46b被接纳在螺纹孔中。
112.锁定装置还可以包括抗旋转系统(未示出)，抗旋转系统防止拧紧螺杆在导致由夹持装置施加在根部上的力减小的方向上被设置成旋转。抗旋转系统可以例如包括销钉，销钉能够径向地穿过拧紧螺杆32，或者甚至径向地穿过锁部40a、40b中的一个锁部，以阻挡拧紧螺杆32相对于紧固件9和/或锁部40a、40b中的一个锁部的旋转。
113.对紧固件9、叶片以及夹持装置进行组装包括以下步骤。
114.由楔部26a、26b和拧紧螺杆32形成的组件通过由紧固件9限定的两个相对的入口中的任何一个入口插入到袋部10中，使得两个楔部26a、26b的第二支撑表面30a、30b分别靠在袋部10的两个底部表面上。
115.然后，通过略微提升拧紧螺杆32，锁部40a、40b的下部件42a、42b被布置在拧紧螺杆32和紧固件9之间、在两个相对的入口16、18中的每一个入口的前方(参见图8)。
116.然后，叶片根部11通过两个相对的入口16、18中的一个入口沿方向z接合在袋部10中，使得叶片根部11靠在楔部26a、26b的第一支撑表面28a、28b上。一旦叶片被定位在袋部10中，叶片穿过袋部10的在紧固件的两个侧翼之间形成的上通道。叶片根部11具有楔形榫头的形式，使得叶片根部能够通过促进叶片被离心地保持而被侧翼12、14径向地阻挡在平行于径向轴线y的袋部10中(参见图9)。
117.然后，锁部的两个上部件44a、44b被布置在这些锁部的下部件42a、42b上。锁部40a、40b通过固定螺杆固定到紧固件(参见图10)。
118.这样形成的两个锁部40a、40b防止楔部26a、26b(或者甚至防止叶片根部11)经由两个相对的入口从袋部10离开。
119.拧紧螺杆32通过夹持头部34的工具被设置成沿第一方向(拧紧方向)旋转。由于与拧紧螺杆32配合的套筒38a、38b相对于楔部26a、26b被轴向地阻挡，该旋转导致两个楔部40a、40b一起沿螺杆的轴线(平行于袋部10的轴线z)相反地移动。同时，由于第二支撑表面30a、30b和底部表面22、24的斜度，楔部26a、26b沿平行于轴线y的径向方向在叶片根部11上施加力，使得叶片根部11被夹持在两个侧翼和楔部之间。当拧紧螺杆沿第一方向转动时，由楔部26a、26b推压在叶片根部11上的力的值增大。
120.类似地，当拧紧螺杆32被设置成沿与第一方向相反的第二方向(拧松方向)旋转时，该旋转导致两个楔部26a、26b相反地移动分开。同时，由于第二支撑表面30a、30b和底部表面22、24的斜度，由楔部26a、26b沿径向方向施加在叶片根部11上的力减小。
121.最后，由两个楔部26a、26b施加在叶片根部11上的累积力根据以下参数而变化：
[0122]-第二支撑表面30a、30b的轮廓和底部表面22、24的轮廓，
[0123]-螺杆32的螺距，
[0124]-拧紧螺杆32与套筒38a、38b之间的摩擦系数的值，以及楔部26a、26b与紧固件9之
间的摩擦系数的值。
[0125]
在以上描述的实施例中，即使锁定装置在拧紧期间防止楔部26a、26b从袋部10离开是有利的，但锁定装置也不是强制性的。实际上，一旦楔部26a、26被定位在袋部中，楔部在拧紧期间一起更紧密地移动，使得可以避免这种离开(只要没有产生过度的拧松)。
[0126]
即使两个楔部的存在是有利的，因为两个楔部的存在使施加在叶片根部11上的总夹持力更均匀地分布，但两个楔部的存在也不是强制性的。
[0127]
套筒38a、38b是可选的，因为与拧紧螺杆32配合的螺纹可以直接形成在楔部26a、26b中。可以提供单个楔部，而不是两个楔部。
[0128]
楔部26a、26b中的仅一个楔部可以通过螺纹与拧紧螺杆32配合，而另一个楔部可以相对于拧紧螺杆被轴向地阻挡。因此，与拧紧螺杆32配合的两个螺纹的存在不是更强制性的。单个螺纹就可以满足需求。
[0129]
在所示出的实施例中，袋部10的底部整体是凸出的，使得楔部(当存在两个楔部时)在拧紧期间一起移动。作为变型，底部表面22、24能够在袋部10的底部处共同形成凹入部，使得当两个楔部远离彼此移动时，由楔部施加在叶片根部11上的夹持力增大。