包括可动的动力学斗的螺旋桨的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮机并且尤其是用于涡轮机的开式转子的领域，并且更具体地涉及对螺旋桨的元件并且尤其是桨叶的根部的冷却。本发明因此涉及一种用于涡轮机的螺旋桨，并且还涉及包括这种螺旋桨的涡轮机。
[0002]本发明适用于任何类型的陆地或航空涡轮机并且尤其适用于诸如涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机之类的飞行器涡轮机。更具体地，本发明在用于飞行器的下述涡轮机的领域中具有优选的应用:即，飞行器的发动机壳体包括双反向旋转开式转子螺旋桨；这种类型的涡轮机还被称为“开式转子”或螺桨式风机(propfans)。这种涡轮机例如可包括风扇，风扇在发动机舱外部被直接固定至动力涡轮上或通过齿轮动力涡轮驱动。总体上，本发明适用的涡轮机优选地可以为(具有齿轮箱的)齿轮式开式转子涡轮机或(具有自由动力涡轮的)直接驱动式开式转子涡轮机。
【背景技术】
[0003]图1示意性地示出了如专利文献FR 2 941 494中公开的现有技术的经典实施例中的具有双反向旋转开式转子的涡轮机I。
[0004]在图1中，方向A与纵向方向相对应，或与平行于涡轮机I的纵向轴线2的轴向方向相对应。方向B与涡轮机I的径向方向相应。此外，箭头4示意性地示出了穿过涡轮机I的主要气体流动方向。说明书的其余部分中使用的术语“上游”和“下游”应当关于所述气体流动方向4考虑。
[0005]在向前方向上，涡轮机I具有连续沿向后方向穿过发动机舱(nacelle)8的进气口6，发动机舱8总体上包括外部壳层10和内壳层12，外部壳层10和内壳层12都以轴线2为中心并且相互径向地偏置。
[0006]内壳层12形成用于气体发生器14的外部径向壳体，气体发生器14(从上游端到下游端)通常包括低压压缩机16、高压压缩机18、燃烧室20、高压涡轮22和中压涡轮24。压缩机16和祸轮24通过轴26机械地连接，从而形成低压体(low pressure body);而压缩机18和祸轮22通过轴28机械地连接，从而形成高压体(higher pressure body)。因此，气体发生器14优选地遵循被称为双转子的常规设计。
[0007]在中压涡轮24的下游侧具有发动机壳体30，发动机壳体30具有拥有反向旋转螺旋桨的双开式转子，双开式转子在此示例中由自由动力涡轮驱动。在一个变形中，可以使用齿轮动力涡轮。更精确地，发动机壳体30位于固定壳体42的下游，固定壳体42本身沿着气体发生器14的外部径向壳体12的尾侧延伸部布置。此外，壳体12和42可被制成一体件。固定壳体42于是沿尾侧方向延伸，并且沿径向方向变小以形成以轴线2为中心的固定轴(shaft) 57，从而形成发动机壳体30的固定壳体。
[0008]发动机壳体30首先包括第一旋转组件32a，第一旋转组件32a上固定有第一螺旋桨32、驱动所述螺旋桨的第一自由动力涡轮34以及顺着前向方向沿着自由涡轮34的轴向延伸部的第一旋转结构装置33，第一旋转结构装置33被插入在所述涡轮的第一级和固定壳体42之间。旋转结构装置33通常呈多个臂的形式，所述多个臂在周向上相互间隔开并且径向地延伸。所述臂被连接至第一螺旋桨32，从而支撑涡轮49的外壳，涡轮49本身具体地通过端板或多个夹具44被连接至螺旋桨32，使得所述螺旋桨32能够径向向外偏置。夹具44具有固定到外壳49的内径向端部和固定到对桨叶48进行支撑的多边形环(图1中未示出)的外径向端部。所述桨叶48从螺旋桨外壳或螺旋桨外罩46径向向外延伸，螺旋桨外壳或螺旋桨外罩46的特征的其中一个在于，其沿尾侧方向与发动机舱的外部壳层10动力学地接续。
[0009]类似地，发动机壳体30包括第二旋转组件36a，第二旋转组件36a设置有第二螺旋桨36、驱动所述第二螺旋桨的第二自由动力涡轮38以及第二旋转结构装置37，第二旋转结构装置37设置成顺着尾侧方向沿着自由涡轮38的轴向延伸部并且位于所述涡轮38的末级的后方。基本上沿径向方向延伸的旋转结构装置37支撑第二螺旋桨36，第二螺旋桨36具体地通过端板或多个夹具51被连接至螺旋结构装置37，使得螺旋桨36能够径向向外偏置。另外，在这种情况下，夹具51具有固定到旋转结构壳体37的内径向端和固定到对桨叶55进行支撑的多边形环(图1中未示出)的外径向端。这些桨叶55从外壳或外罩54径向向外延伸，外壳或外罩54沿尾侧方向与第一螺旋桨32的外罩46动力学地接续。
[0010]此外，第一自由涡轮34和第二自由涡轮38在内部相互交错(nest)，以便形成双反向旋转涡轮。第一涡轮34的多级因此被布置为沿方向A与第二涡轮38的多级交替。因此，这些双转子还能够被当作具有两个反向旋转转子的涡轮。供参考的是，自由涡轮34、38与气体发生器14的旋转部件不具有直接的机械连接，即，自由涡轮34、38不驱动元件16、18、22、24并且自由涡轮34、38不被元件16、18、22、24驱动。因此，仅核心发动机(core engine)流动路径中的从中压涡轮24漏出的气体使形成双反向旋转涡轮的所述自由涡轮34、38旋转。
[0011]现在将更具体地参考图2至图4来更详细地描述第一螺旋桨32的设计，应理解，第二螺旋桨36由于具有相同或类似的设计并且因此将不再进一步描述。
[0012]如上所述，螺旋桨32包括充当桨叶48的支撑部的多边形环47，所述环47形成螺旋桨的毂(hub)。所述环包括多个在周向上相互间隔的容置部(housing) 50，所述容置部50被称为径向容置部。每个容置部为枢轴52提供空间(receive)，轴承80被插入在所述枢轴52和与所述枢轴52相关的容置部50之间，从而形成内孔(reaming)(如图3所示)。
[0013]每个枢轴52具有布置在与其相关的容置部内的下部52a，所述下部52a近似为圆柱形并且为中空的，从而具有径向向内开口的通常为U形的截面。此外，枢轴52通过位于环47上方的上部52b径向向外延伸，所述上部52b具有凹槽56 (图4中示意性地示出)，凹槽56的功能是容纳(retain)相关的桨叶48的根部58。因此，枢轴52支撑桨叶48并且能够通过控制所述枢轴52在位于多边形环47中的容置部50内的旋转来调整桨叶的倾角(pitch)ο
[0014]螺旋桨32还包括外罩46 (仅在图1和图3中示出)。所述罩的外表面紧接外部空气流。在这方面，应注意，每个桨叶48具有平台59，其空气动力学部分60从平台59径向向外伸出。每个平台59为圆形形状并且被布置在设置成穿过罩46的孔口内，以便获得近似齐平的空气动力学接合。
[0015]如图3中能够更好地看到的，桨叶腔64与桨叶48相关联，所述腔的用途在于将桨叶的根部与涡轮机I的其它部分隔离，具体地，核心发动机流动路径径向向内穿行。腔64在图3中通过虚线64示意性地表示。所述腔通过形成空气动力学整流罩(fairing)的平台59和外罩46沿径向向外的方向被有效地被封闭，但是所述腔通过一个或多个隐藏部(cache) 66沿上游方向被封闭，并且通过一个或多个隐藏部68沿下游方向被封闭，并且通过一个或多个隐藏部70被径向向外地封闭，在这种情况下，单个隐藏部70被固定到凸缘或上述的夹具44上。
[0016]应注意，可为每个桨叶设置桨叶根部腔(如图5示意性地示出)以及为每个桨叶设置内隐藏部70，这使得这些腔可相互独立。替代性地，螺旋桨32的所有桨叶48可共享单个桨叶根部腔，并且在这种情况下，所选择的单个内隐藏部70被设计成环形形状。
[0017]空气流通例如可通过利用斗(SCOOp)72或类似装置(例如，简单的孔口 )将外部空气供应给每个腔64而被提供，所述斗72或类似装置被布置在外罩46上。所述斗可具体地被布置在下游侧，穿过腔64的空气可例如随后通过更上游的出口(未示出)被抽出。随着空气穿过腔64，外部冷却空气将通过空气流通沿着位于所述腔64中的元件移动并且对其进行冷却，并且特别是如箭头53示意性地示出的那样对桨叶的根部58进行冷却。
[0018]实际上，特别是由于低的马赫数下的压力条件导致难以对螺旋桨32的元件(并且特别是螺旋桨根部58)提供空气流通和冷却。然而，当桨叶48由耐高温性能比金属材料低的复合材料制成时，提供这种空气流通和冷却尤为重要。在图1中示出的开式转子沿尾侧方向位于燃烧室的下游的“推进器”构造中，这些螺旋桨紧挨着核心发动机流动路径的上方布置，热空气在此处能够达到500°C。因此，重要的是提供专门的空气流通以防止所述开式转子中的桨叶根部过热。
[0019]然而，上述的公开的方案仅利用了由斗72形成的下游侧动态进气口和上游侧静态出气口之间的压力差。因此，上述方案很依赖飞机速度，这在诸如空转(idling)和起飞之类的一些阶段是有问题的，在这些阶段期间，沿桨叶的根部的气流可能不足以提供令人满意的冷却。
[0020]此外，尤其是因为斗必须超越边界层，动力学斗的始终存在的对流通气流的获取通常导致空气动力阻力的增大，这是令人不满意的。对于增加通风空气的最大需要通常仅在一些非常特殊的飞行阶段期间(尤其是在空转阶段和/或起飞阶段期间)需要。因此，使用永久固定的动力学斗会产生高应力，在所要求