专利名称：用于在涡轮轴发动机中定子叶片角度设定的控制杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制杆，其用于在涡轮轴发动机和涡轮轴发动机压缩机中的定子叶片角度设定，该发动机和压缩机包括多个具有可变设定角度的定子叶片，该叶片装配有这些控制杆。
背景技术：
在涡轮轴发动机例如涡轮喷气发动机中，定子叶片角度设置调节的目的是在不同的飞行结构中优化该涡轮轴发动机的效率并降低其燃料消耗。
这种调节通过杆来实现，该杆包括第一端、第二端以及扁平的中间部分，其中第一端以固定方式装配到叶片的枢轴上以驱动它围绕其纵向轴旋转，第二端包括用于装配到控制环的圆柱销，该控制环围绕在涡轮轴发动机的定子外部，并通过例如传动装置(jack)或电动机的驱动装置围绕定子的纵向轴可旋转移动，该扁平中间部分连接杆的第一端和第二端。
该控制杆被控制环驱动旋转，并被固定到叶片的枢轴上，该控制杆受到弯曲的和扭转力作用，该力主要施加到其中间部分和第二端上。
在涡轮轴发动机运行过程中，特别是由于位于定子叶片前方的转子叶片的通道，这些控制杆承受振动，振动的频率随着转子转速的变化而变化。
已发现，这些频率可能与所述杆的振动模恰好一致，并且杆所承受的合成应力可能导致在这些杆上出现裂缝或破裂，特别是在连接它们的中间部分与它们的连接到控制环的第二端的区域，同时杆具有断裂的风险。
一种能够避免这些严重缺陷的解决方案主要在于将每根杆加大以避免出现任何的裂缝和破裂，由此避免杆任何断裂的风险。然而，这种解决方案将相应地导致杆的刚度(stiffness)以及驱动杆所需能量的增加，因为杆的任何移动将导致杆弯曲和扭转变形。由于驱动杆所消耗的能量取自提供给涡轮轴发动机的能量，因此这种方案将是非常不利的。
发明内容
本发明的目的在于避免在上述类型的杆中出现裂缝或破裂，同时该杆的刚度没有显著变化。
为了这个目的，提出一种用于控制定子叶片的角度设置的杆，特别是在涡轮轴发动机压缩机中，这种杆包括第一端、第二端以及扁平中间部分，其中第一端以固定方式装配到叶片枢轴上，第二端包括一个用于装配到驱动装置上的圆柱销，扁平中间部分连接第一端和第二端，所述第一端的厚度和宽度大于杆的中间部分和第二端的厚度和宽度，其中中间部分和第二端的形状和尺寸被这样确定，从而提高杆的弯曲和扭转固有频率，使其高于杆的涡轮轴发动机上游的振动频率并保持杆的刚度。
提高杆的弯曲和扭转固有频率和使其高于杆的涡轮轴发动机上游的振动频率，这防止了在涡轮轴发动机运行过程中杆进入谐振状态，并且通过保持其刚度，其驱动所需的能量并没有增加并且涡轮轴发动机的性能没有降低。
通过这种方式，避免了任何在控制杆上由于振动疲劳出现裂缝或破裂的风险。
在本发明的优选实施例中，控制杆的第二端的厚度大于中间部分的厚度，并且中间部分的局部宽度小于杆的第二端的宽度。
增加控制杆的第二端的厚度使其可以在圆柱销压扁期间更好的承受应力，并限制裂缝或破裂的出现和扩散。它导致杆整体刚度的提高，这部分刚度的提高通过局部减小中间部分的宽度而抵消，于是控制杆保持与从前相同的刚度并需要相同的驱动能量。
在该实施例中，杆的中间部分具有恒定的厚度，并通过厚度逐渐增加的区域被连接到杆的端部。
连接到杆的端部的区域的厚度逐渐增加，可以减小局部应力集中。
杆的中间部分具有凹入形状的向内弯曲的纵向边缘，其允许具有不同宽度的各部分之间逐步的过渡，同时避免了应力集中，应力集中将出现在杆上宽度突然或不连续变化的部分。
为提高杆的弯曲和扭转的固有频率使其高于涡轮轴发动机上游的振动频率，控制杆的形状和尺寸由此被动态优化，并通过降低局部应力集中被静态地优化。
然而有利地，根据本发明的控制杆至少部分地经受喷丸硬化处理，这种处理可以硬化杆的表面并因此能够在其操作和装配到叶片枢轴与控制环上的过程中保护其免遭可能的冲击或震动，这些冲击和震动可导致裂缝或微裂纹。
本发明还提出一种涡轮轴发动机压缩机，例如涡轮喷气发动机的涡轮发动机压缩机，其包括多个可变设置的叶片，该叶片装配有上述类型的控制杆。
通过阅读下面的通过参考附图作为非限制实例给出的描述，本发明的其他优点和特征是显而易见的，附图中图1是杆的部分截面简图，该杆用于在涡轮轴发动机的压缩机级中控制定子叶片的角度设定；图2是根据现有技术的控制杆的透视简图；图3是根据本发明的控制杆的透视简图。
具体实施例方式
图1示出了涡轮轴发动机的高压压缩机10的一部分，其中压缩机的每一级包括一排装配在定子上的导向叶片12以及一排通过转子装载的叶片14。
定子的叶片12是下游导向叶片，其方向或角度设置可以使用由控制环18驱动的控制杆16进行调整，该控制环18被传动装置或电动机类型的驱动装置(未示出)驱动。
每个控制杆16包括第一端20、第二端28以及扁平中间部分30，其中第一端20固定到叶片12的径向枢轴22上，该径向枢轴在轴承24内被旋转定向，该轴承安装在外部壳体26的径向通道内；扁平中间部分30连接端部20与28。
控制杆16的第二端28装载有圆柱销32，该圆柱销在该端28上被压扁(crimp)，并在控制环18的圆柱形销座34内被旋转定向。
控制环18围绕壳体26的轴线的角位移导致杆16围绕枢轴22的轴线36转动，并导致驱动叶片12围绕这些轴36转动，导致杆16弯曲与扭转变形。
如图2中更清楚地所示，杆16第一端20的厚度和宽度大于杆16的中间部分34和第二端28的厚度和宽度。例如，第一端20的厚度约为10毫米，宽度约为22毫米。
杆16的第二端28装载用于装配到控制环18上的圆柱销32，该第二端具有环绕圆柱销32的被压扁的顶端延伸超过180度的圆形边缘。例如，该第二端的厚度大约为1.1毫米，宽度大约为10毫米。
连接第一端20和第二端28的中间部分34具有与第二端28相同的厚度，并具有三角形状，其通过厚度逐渐增加的连接区域38被连接到第一端20上。例如，中间部分34的厚度约为1.1毫米，其宽度在大约10毫米至22毫米之间变化。
在高压压缩机运行过程中，杆16的弯曲和扭转的固有频率可能与压缩机上游部分振动频率恰巧一致，由此在杆16上引起剧烈的振动，导致形成裂缝或破裂，特别是在连接到杆16的第二端28的圆柱销32的压扁区域。该振动频率取决于转子转速，对于一个所述的高压压缩机的实例，该频率大约为6500赫兹。
根据本发明，中间部分34和第二端28的形状和尺寸进行了修改，于是杆16的弯曲和扭转的固有频率高于该压缩机上游部分的振动频率，同时避免了杆的刚度的显著增加。
图3是根据本发明的控制杆40一个实施例的透视简图。
为了更好的承受由于压扁圆柱销32产生的应力并且延缓裂缝或破裂扩散，杆40的第二端42的厚度大于现有技术中杆16的第二端28的厚度。该厚度例如大约为1.8毫米。
该第二端42的形状同样进行了修改，提高了延伸超过180度的圆形边缘的角度范围。该圆形边缘可以具有一个或多个曲率半径，该曲率半径例如在6至15毫米之间变化。
杆40的中间部分44具有恒定的厚度，该厚度大于现有技术中杆16中间部分34的厚度，但小于杆40第二端42的厚度。例如，杆40的中间部分44厚度大约为1.4毫米。
由于增加了中间部分44和第二端42的厚度所导致的杆40刚度的增加通过减小杆40的中间部分44的至少一部分46的宽度而抵消，这使得可以保持与现有技术相同的整体刚度，该部分46被连接到杆的第二端42。
在图3所示的典型实施例中，该部分46的宽度大约为8毫米，小于第二端42的宽度，并被大致平行的纵向边缘限定。
杆40的中间部分44通过连接区域50被连接到第一端48，该连接区域具有较短的长度与逐渐增加的厚度，该厚度本质上与现有技术中杆16的连接区域38的厚度相同，并且该连接区域的厚度在杆40的中间部分44的厚度与其第一端48的厚度之间变化。
另一个厚度逐渐增加的区域52将中间部分44的部分46连接到杆40的第二端42。
中间部分44与连接区域50、52的边缘54、56被向内弯曲并凹陷，并被连接到所述部分46的直边。边缘54可具有一个或多个曲率半径，该曲率半径例如通常在6至15毫米之间，并且边缘56也可具有一个或多个曲率半径，例如通常在15至30毫米之间。边缘54和56的曲率半径因此从杆40的第二端42朝着第一端48增大。
根据本发明的控制杆40优选至少部分地被喷丸硬化处理，例如在中间部分44上方和/或杆40的第二端42上方。这种处理可以硬化杆表面并由此提高其抗冲击或震动的保护能力，冲击或震动可能发生特别是在控制杆40的装配过程中，并可能导致裂缝或破裂的开始。
有利的是，根据本发明的控制杆40由钛制成。
权利要求
1.一种用于控制定子叶片的角度设定的杆，特别是在涡轮轴发动机压缩机中，该杆包括第一端、第二端以及扁平的中间部分，其中第一端以固定方式装配到叶片枢轴上，第二端包括一个用于装配到驱动装置上的圆柱销，扁平的中间部分连接所述第一端和第二端，所述第一端的厚度和宽度大于杆的中间部分和第二端的厚度和宽度，其中中间部分和第二端的形状和尺寸被这样确定，以便增大杆的弯曲和扭转固有频率，使其高于杆的涡轮轴发动机上游的振动频率，并保持杆的刚度。
2.根据权利要求1所述的控制杆，其特征在于，第二端的厚度大于中间部分的厚度，并且中间部分局部的宽度小于杆的第二端的宽度。
3.根据权利要求2所述的控制杆，其特征在于，中间部分的宽度较小的部分是将中间部分连接到第二端的部分。
4.根据权利要求1所述的控制杆，其特征在于，中间部分具有恒定的厚度，并通过厚度逐渐增加的区域连接到杆的端部。
5.根据权利要求1所述的控制杆，其特征在于，所述中间部分具有凹入形状的向内弯曲的纵向边缘。
6.根据权利要求5所述的控制杆，其特征在于，中间部分的边缘曲率半径从杆的第二端朝向第一端增加。
7.根据权利要求1所述的控制杆，其特征在于，其至少部分地被喷丸硬化处理。
8.根据权利要求1所述的控制杆，其特征在于，其由钛制成。
9.一种涡轮轴发动机压缩机，包括多个可变设定角度的叶片，其中每个可变设定角度的叶片装配有一个根据权利要求1所述的控制杆。
全文摘要
用于定子叶片角度设定的控制杆，包括第一端、第二端和扁平的中间部分，其中第一端以固定的方式装配到叶片枢轴上，第二端包括一个用于装配到控制环上的圆柱销，扁平中间部分连接第一端和第二端，扁平中间部分具有被这样确定的形状和尺寸，以便增大杆的弯曲和扭转固有频率使其高于杆的涡轮轴发动机上游的振动频率并保持杆的刚度。
文档编号F04D29/40GK1789673SQ20051010974
公开日2006年6月21日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者塞巴斯蒂安·布古安, 克里斯托夫·福洛尼尔, 克劳德·勒雅尔, 克里斯托夫·图尔内, 布鲁斯·蓬图瓦佐, 尼古拉·特里孔内 申请人:斯奈克玛公司