用于涡轮发动机的可变定子叶片系统的制作方法

本发明涉及一种涡轮发动机叶片，其取向由伸缩致动杆控制。本发明还涉及轴流式涡轮发动机，特别是飞机的涡轮喷气发动机或飞机的涡轮螺旋桨发动机。

背景技术：

可变几何压缩机的喘振裕度(surgemargin)很小。通过提供可变定子叶片或可调节叶片的系统，可以在各种操作条件下延长该裕度。这提供了更高的安全性并使压缩机能够以最佳方式运行。在轴流式涡轮发动机的情况下，这种压缩机通常包括允许可调叶片绕其自身轴线枢转的径向方向主轴。

仍然需要连接到主轴上的致动杆，以便向每个叶片传递方向改变的运动。如果这些杆连接到轴向固定的同步环上，杆必须在几何结构上可适应。事实上，这些杆的长度也必须增加，因为主轴也是轴向固定的。

us4,978,280a公开了一种用于飞机涡轮喷气发动机的可变定子叶片系统。在该系统中，叶片包括引导叶片的枢转运动的主轴，从而允许可控变化的俯仰(pitch)。主轴上装有固定有致动杆的法兰，这些法兰本身与同步环连接。这些杆是可伸缩的，因此在同步环操作期间它们可以增加长度。但是，这个系统的可靠性是有限的。此外，该组件的径向尺寸较大。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的是解决现有技术所带来的至少一个问题。更确切地说，本发明的目的是改善可变定子叶片系统的径向紧凑性。本发明的目的还在于提出一种简单、坚固、轻便、经济、可靠、制造简单、维护方便、便于检查和提高效率的解决方案。

技术方案

本发明的目的是一种用于涡轮发动机的轴向压缩机的具有可调取向的叶片系统，所述系统包括：可伸缩致动杆；具有设计成在涡轮发动机的流动中径向延伸的叶片主体的叶片和包括圆柱部分的主轴；其中所述圆柱部分包括径向延伸的槽道；并且伸缩致动杆包括容纳在槽道中的枢转关节，该枢转关节构造成将围绕其主轴的旋转运动传递给叶片。

根据本发明的有利实施例，系统可以包括以下特征中的一个或多个，独立地或以任何技术上可行的组合考虑：

-槽道包括与杆的枢转关节接触的内表面。

-槽道沿直径穿过圆柱部分。

-伸缩致动杆包括厚度减小部分，枢转关节穿过该部分。

-厚度减小部分位于槽道内。

-伸缩致动杆包括插槽和在插槽内滑动的滑动件，枢转关节固定到所述插槽。

-插槽包括滑动件在其中滑动的空腔，空腔与槽道和枢转关节相距一段距离。

-空腔轴向与圆柱部分相距一定距离。

-叶片具有的平均厚度大于槽道的宽度。

-主轴包括径向端部，枢转关节径向地定位在叶片和所述径向端部之间。

-枢转关节内接于圆柱部分的周边。

-枢转关节具有枢转轴线，所述主轴具有在交叉点处切过枢转轴线的旋转轴线，所述轴线是可选地垂直的。

-主轴在其大部分高度上和/或在槽道的径向位置上具有恒定的直径。

-伸缩致动杆包括与槽道接触的相反的侧表面。

-伸缩致动杆径向整合到主轴高度，必要时整合到槽道高度。

-该系统包括相对于主轴轴向固定的同步环。

-系统配置为使叶片可绕其自身轴线枢转30°或更大的角度。

-系统配置为使叶片可绕其自身轴线枢转大于或等于以下角度：10°或20°或35°。

-槽道具有径向高度、长度和小于长度的宽度。

-沿枢转关节的枢转轴线测量枢转关节和/或槽道的宽度。

-交叉点位于主轴内，特别是在圆柱部分内。

-槽道位于叶片的径向延伸部内。

-枢转关节的宽度小于主轴的直径。

-该系统包括具有开口的壳体，主轴通过该开口。

-槽道包括或可由三个开放侧和一个封闭侧组成。

-槽道的宽度根据杆的宽度进行调整，以便杆可以将扭矩传递给主轴。

-叶片和圆柱部分形成一体式组件。

本发明的另一个目的是一种压缩机，该压缩机包括具有可调取向的叶片系统，其显着之处在于该系统符合本发明，并且压缩机优选为低压压缩机。

根据本发明的有利实施例，同一排内的叶片和杆是相同的。

根据本发明的有利实施例，该系统包括具有可调取向的一个或多个环形排叶片。

本发明的另一目的是涡轮发动机，特别是飞机涡轮喷气发动机，其包括具有可调取向的叶片系统，其显着之处在于该系统符合本发明，并且涡轮发动机优选地包括根据本发明的压缩机。

作为一般规则，本发明的每个目的的有利实施例同样适用于本发明的其他目的。本发明的每个目的都可以与其他目的相结合，并且本发明的目的也可以与说明书的实施例相结合，这些实施例也可以以任何技术上可行的组合相互结合，除非存在明确声明与此相反的。

提供的优点

本发明使杆能够容纳在主轴中，而且还能够使杆和主轴之间的紧固装置置于主轴占据的区域中。因此，主轴和杆周围的空间保持空闲，并且不会与任何未占用的空间邻接。支撑件的壳体周围的空间以优选方式使用。

将枢转关节集成到主轴的径向高度，能够使控制杆降低。杆径向靠近支撑壳体移动。在杆的位置上整合除冰系统变得更容易，特别是通过使用热流体供应管线。

扭矩传递可以通过杆同时进行。

附图说明

图1示出了根据本发明的轴流式涡轮发动机。

图2是根据本发明的涡轮发动机压缩机的图。

图3示出了根据本发明的具有可调取向的叶片系统。

图4示出了根据本发明的具有可调取向的叶片系统的轴向视图。

图5是根据本发明的具有可调取向的叶片系统的俯视图。

具体实施方式

在以下描述中，术语“内部”和“外部”是指相对于轴向涡轮发动机的旋转轴线的位置。轴向方向对应于沿着涡轮发动机的旋转轴线的方向。径向方向垂直于旋转轴线。术语“上游”和“下游”是指涡轮发动机中的主要流动方向。

图1以简化的方式示出了轴流式涡轮发动机。在这种具体情况下，该发动机是双流涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机2包括称为低压压缩机4的第一压缩级、称为高压压缩机6的第二压缩级、燃烧室8和一个或多个涡轮级10。在操作中，通过中心轴传递到转子12的涡轮机10的机械功率使两个压缩机4和6运动。这些压缩机具有与成排定子叶片相关联的多排转子叶片。转子围绕其旋转轴线14的旋转可以因此产生气流并逐渐地压缩该气流直至燃烧室8的进气口。

通常被称为风扇或鼓风机16的进气风扇联接到转子12并产生被分成主流18和次流20，所述主流18流过涡轮发动机的前述不同级，所述次流20流过沿机器的环形管道(部分显示)，然后加入离开涡轮机的主流。

诸如行星齿轮减速装置这样的减速装置可以降低鼓风机和/或低压压缩机相对于相关涡轮机的转速。次流可被加速，以产生飞行器飞行所需的推力反作用力。主流18和次流20是同轴环形流，一个在另一个内部发生。

图2是诸如图1这样的轴向涡轮发动机的压缩机的截面图。压缩机可以是低压压缩机4，也称为增压器。转子12包括多排转子叶片24，在当前情况下数量为3。转子12可以是单件式带叶片的鼓，和/或可以包括具有燕尾附件的叶片。

低压压缩机4包括多个整流器，在当前情况下数量为4，每个整流器包含环形排的定子叶片26。每个整流器与风扇16或与一排转子叶片相关联以对气流整流，从而将流速转换成压力，特别是转换成静压。

定子叶片26从形成支撑件的壳体28基本上径向延伸，并且可以通过穿过形成在壳体28中的开口的主轴30枢转。开口与其接收的主轴30的组合形成旋转机械连杆，使得叶片26的方向能够被调节。这种叶片通常称为vsv(可变定子叶片：variablestatorvane)。

叶片26的叶片主体因此可以横跨主流18延伸至更大或更小的角度。叶片所占据的主流的周长可以通过改变叶片26的取向来调整，也就是说通过改变叶片26的平均翼弦相对于涡轮发动机的旋转轴线14的倾斜度来调整。

为了将连贯的控制运动传递到可调节叶片26，致动杆32在其另一端连接到同步环34和主轴30。同步环34围绕旋转轴线14，形成围绕壳体28的带。这些环34由连接到控制单元38的致动器36控制，该控制单元38基于包括转子12的转速在内的操作条件来计算叶片的最佳取向。

定子叶片26的内端可以可旋转地连接到适于让定子叶片26旋转的内部护罩(shroud)。压缩机可以被混合，因为它可以包含一排或多排具有可调节取向的叶片，并且一排或多排定子叶片相对于旋转轴线14具有固定取向27或单一取向。

图3是可变取向叶片26的系统的示意图。该系统可以与参照图2介绍的类似。这里还有壳体28、可调定子叶片26、壳体28、主轴30、致动杆32和同步环34。

可调叶片26具有延伸穿过主流18的叶片。该叶片由主轴30径向延伸。叶片和主轴之间的接口可以由盘或钮形成。该叶片具有前缘ba、后缘bf以及从前缘ba延伸到后缘bf的压力面和吸力面。这些表面可以分别是凹面和凸面。它们可以形成合适的空气动力学轮廓以偏转流体18，同时减少流动分离。环34可以相对于壳体28轴向固定，这简化了其致动器的集成。

由于可调叶片26的旋转导致杆32的伸长，所以杆32被制成可伸缩的。伸缩杆32可以包括具有容纳滑动件42的空腔41的插槽40。滑动件42可以形成滑入和滑出插槽40的杆。例如，滑动件42通过旋转接头连接到环34，而插槽连接到主轴30。

主轴30具有特别地形成在主轴30的圆柱部分45中的槽道44或凹口。该槽道44在主轴30中形成中心间隙。主轴可以形成叉状物。槽道44被整合到主轴30的高度和宽度中。例如，槽道44可以沿着主轴30的直径从上游到下游穿过主轴30。槽道44径向延伸，也就是说沿着主轴30延伸。

圆柱部分45(也称为圆柱截面)的直径可以等于穿过壳体28的主轴部分30的直径。该构造在允许主轴从壳体28的内部插入的同时提供最大量的材料。在这种情况下，强度被优化，同时也满足装配约束。

枢转关节46用于将杆32连接到主轴。这可以防止杆致动时的弯曲应力。枢转关节46位于槽道44中。特别地，枢转关节46可以完全容纳在主轴30的主体中，并因此完全容纳在圆柱部分45的主体中。

槽道44的径向高度可以大于杆32的径向高度。槽道44的内部基部和/或杆的内部面可以与壳体28的外表面成径向距离。

杆32可以包括通过枢转关节46连接到主轴30的厚度减小部分48。这个厚度减小部分48可以插入槽道44中。该部分48可以形成连接突出部(lug)，和/或更薄的区域。穿过该部分48和主轴30的杆可以形成枢转关节46。

图4示出了参照图2和3所描述的可调取向叶片系统。该系统被显示为面向上、沿轴向方向、和/或沿着杆32的滑动轴指向的视图，该系统被杆30部分地遮盖，但是该系统的厚度减小部分48在槽道44中可见。只有叶片26的叶片主体50的径向部分是可见的。

厚度减小部分48的厚度小于或等于主轴30的圆柱部分45的半径，或者小于所述半径的一半。这保持了主轴30的刚性并且增加了与厚度减小部分48的接触，经由该接触来传递叶片26的致动扭矩。

主轴30具有叶片26围绕其枢转的旋转轴线52。该轴线52可以切过枢转关节46的枢转轴线54。由于这些轴线(52；54)在交叉点55处接触，所以它们限定了一个平面。这些轴线也可以是正交的。这种布置进一步改善了紧凑性，同时也减小了致动力。

图5以俯视图示出了参照图2和图4描述的可调取向叶片系统。

插槽40与主轴30相距一定距离。这些可以通过厚度减小部分48的截面分开。厚度减小部分48可以具有相反的表面56。相反的表面56可以垂直于枢转轴线54。面对这些，槽道44可以具有内表面58。后者中的每一个都与相反表面56中的一个相接触，从而允许力传递，从而导致叶片26的取向改变。传递的扭矩可能会增加。扭矩传递可以通过穿过该部分48的杆和通过相接触的成对表面(56；58)同时进行。

主轴30可以在其大部分高度上和/或在其位于壳体外部的部分和/或在其整个高度上具有恒定的直径。该高度可以是圆柱部分45的高度。

尽管仅示出了具有主轴和一个杆的一个叶片，但是本发明应用于具有主轴的整个环形排叶片，每个叶片都连接至致动杆。该排的叶片和杆可以是相同的。带有主轴和杆的叶片中的每排或者多排可以如上所述。