包括可变螺距螺旋桨桨叶的飞行器涡轮发动机的制作方法

1.本发明涉及飞行器涡轮发动机领域，特别涉及这些涡轮发动机的推进螺旋桨，推进螺旋桨包括可变螺距桨叶。


背景技术：

2.现有技术特别包括文献fr-a1-3 017 163、us-a1-2016/272299、ch-a-194 633、de-a1-42 03 205、us-a1-2002/008177、us-a1-2015/110633以及fr-a1-3080 322。
3.飞行器涡轮发动机螺旋桨可以是涵道式的(例如在风扇的情况下)或是非涵道式的(例如在开放式转子架构的情况下)。
4.螺旋桨包括桨叶，桨叶可以是螺距可变的。然后，涡轮发动机包括使得能够改变桨叶的螺距角的机构，以使由螺旋桨产生的推力适应不同的飞行阶段。
5.螺旋桨桨叶的设计涉及多个目标通常相互冲突的学科。螺旋桨桨叶的设计必须允许最佳的空气动力学性能(即在最大化效率的同时提供推力)，保证桨叶的机械强度(即经受由静态载荷和动态载荷产生的机械约束)，同时限制质量和声学特征。特别地，螺旋桨的空气动力学性能的改善趋向于旁通比(by pass ratio，bpr)的增加，这转化为螺旋桨的外部直径的增加，因此桨叶的跨度也增加。
6.同时，在一些涡轮发动机架构中，发动机以非常打开的螺距(被称为顺桨(drapeau))启动。实际上，这种启动位置使得动力能够被扭矩消耗，这通过保证低螺旋桨速度来确保机器安全性。更准确地，根据简单的考虑，动力与速度和扭矩的乘积成比例。然而，扭矩随着迎角的增加而增加，可以通过螺距来增加迎角。实际上，空气动力学领域的技术人员理解，在第一近似值下，叶片轮廓上的合力与弦垂直，并且可以分解成两个分力：沿发动机轴的推力和叶片在螺旋桨平面上的阻力。因此，随着桨叶的螺距的增加，合力朝向螺旋桨平面移位，从而空气动力学轮廓的阻力增加，推力减小。
7.因此，在顺桨启动的情况下，由螺旋桨产生的推力为零，扭矩最大，速度最小。然而，迎角变得如此之大，以至于叶片经受湍流的、高度抬升的空气动力流，从而产生强烈的振动激励。这种激励既由于抬升区域中的小涡旋而是宽频带的，还由于大的卡曼(karman)再循环(导致空气动力显著振荡)，在某些特定的频率下也很强烈。特别是，在产生大量阻力的大弦和大跨度叶片上，即使速度不高，这种力也很大。
8.在目前的技术中，通常的做法是用被称为拉削附接件的附接件将桨叶附接到桨叶的支撑件上。桨叶包括根部，该根部具有大致燕尾的形状，并且旨在以形状匹配的方式接合在支撑件的槽腔中，该槽腔通常通过拉削制造。
9.对于具有拉削附接件的叶片，这种空气动力如此强烈，以至于这种空气动力可以导致桨叶根部在桨叶根部的槽腔中的刚性固体运动，这种刚性固体运动类似于旋转。在顺桨启动期间，风扇速度的减小不会使得能够产生足够的离心力来防止由空气动力引起的这些运动。这导致在仅仅几个循环中对叶片和插入在根部和槽腔的底部之间的楔形件造成摩擦损坏。出于同样的原因，由于可变螺距桨叶通常配备有顺桨系统，因此该问题可能出现在
发动机故障后的风车训练情况中。
10.此外，由于在飞行器上安装发动机和上游无限流的方向的影响，在非涵道式架构上，在更高的转速下也会发生强烈的振动激励。实际上，非涵道式发动机受到地面和机身的影响，这会根据发动机方位角导致螺旋桨进给、流速的畸变。这导致螺旋桨桨叶在第一发动机阶数1n、2n和3n(可能更高)上的振动响应。另一方面，在没有进气口套筒的情况下，流经叶片的空气的方向与发动机轴不平行。该侧滑角产生被称为“1p”的力，该力在发动机1n阶上引起螺旋桨桨叶的振动响应。类似地，在飞行器的爬升或接近阶段期间，当空气以迎角流经叶片时，这些力1p也可以发生。如果桨叶的附接件不合适，这些高转速振动激励会导致上面所讨论的相同的摩擦损坏。
11.由于所有这些原因，拉削附接件目前对于可变螺距、大弦和大跨度螺旋桨桨叶并不是可行解决方案。
12.因此，需要一种可变螺距螺旋桨桨叶的附接技术，该附接技术使得能够在可能激发桨叶的振动模式的所有飞行阶段期间限制桨叶旋转。


技术实现要素：

13.根据第一方面，本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的可变螺距螺旋桨桨叶，该桨叶包括连接到根部的叶片，根部包括容纳在环形的筒体中的实心的主体，该环形的筒体围绕用于桨叶的螺距轴线延伸，
14.其特征在于，主体包括：
[0015]-自由端部，该自由端部位于与叶片相对的一侧上，该自由端部被构造成以形状匹配的方式与用于控制桨叶的螺距的系统配合，并且该自由端部包括被称为低截面的横截面，该低截面具有非圆形形状和值sb，
[0016]-支柱，该支柱位于叶片的一侧上，该支柱包括被称为高截面的横截面，该高截面具有值sh，以及
[0017]-球部，该球部位于自由端部和支柱之间，该球部在截面上具有在自由端部和支柱之间延伸的凸圆形形状，并且该球部在该形状的顶端处包括被称为中间截面的横截面，该中间截面具有最大值sm，该最大值大于sh和sb，
[0018]
筒体附接到主体并且覆盖且适配支柱和球部的至少一部分，筒体具有在所述中间截面的水平处与球部在截面上互补和在所述高截面的水平处与支柱在截面上互补的形状。
[0019]
在本技术中，横截面被限定为与桨叶的螺距轴线垂直的截面。球部是凸出或圆顶的部分，即在这种情况下包括凸出或圆顶，该凸出或圆顶围绕螺距轴线延伸。
[0020]
因此，本发明提出了一种配备有改进的根部的桨叶，该根部特别适合于限制上面所述的旋转的风险。
[0021]
桨叶的根部的独特性特别与大横截面的球部和较小横截面的支柱的组合有关，该大横截面的球部使得能够沿桨叶的轴线最佳地保持桨叶，该较小横截面的支柱限制了在运行期间穿过叶片并且靠近叶片的根部流动的空气流的空气动力学扰动的风险。
[0022]
与目前的拉削附接件相比，本发明使得能够在可能激发桨叶的振动模式的飞行阶段期间限制过早磨损桨叶。此外，桨叶根部在总体尺寸和空气动力学轮廓精细度方面非常有利。
[0023]
根据本发明的桨叶可包括以下被单独采用或被彼此结合采用的特征中的一个或多个：
[0024]
‑‑
根部或主体不包括中空或凹陷的部分；
[0025]
‑‑
筒体独立于控制系统；
[0026]-低截面相对于螺距轴线偏心；
[0027]
‑‑
低截面为椭圆形、长圆形、矩形、正方形等；
[0028]-中间截面具有圆形形状；替代性地，中间截面具有非圆形形状(例如椭圆形、长圆形、矩形、正方形等)；
[0029]-高截面具有非圆形形状；
[0030]
‑‑
高截面为椭圆形、长圆形、矩形、正方形等；
[0031]-筒体由两个壳半部制成，两个壳半部安装并且附接到主体，壳半部在接合平面的水平处接合，该接合平面穿过所述螺距轴线；
[0032]-筒体胶合到主体上；
[0033]-至少一个收缩配合环围绕壳半部安装，以保持壳半部紧固抵靠主体，该收缩配合环围绕螺距轴线延伸；
[0034]-下收缩配合环安装在筒体的低圆柱形表面上，并且围绕主体的自由端部的至少一部分延伸；
[0035]-上收缩配合环安装在筒体的高圆柱形表面上，并且围绕主体的球部的一部分延伸；
[0036]-爪形接合环围绕螺距轴线延伸，并且在球部和叶片之间围绕支柱被俘虏式安装，该爪形接合环包括外部爪形齿，该外部爪形齿被构造成与所述系统配合；
[0037]-爪形接合环被构造成安装在筒体的高圆柱形表面上。
[0038]
本发明还涉及一种组件，该组件包括如上面所描述的桨叶和用于控制该桨叶的螺距的系统，其中，系统包括至少两个滚动导向轴承，至少两个滚动导向轴承围绕螺距轴线延伸。
[0039]
有利地，第一导向轴承位于低截面和中间截面之间或在主体的自由端部和球部之间的连接处，第二导向轴承位于中间截面和高截面之间或在球部和支柱之间的连接处。
[0040]
优选地，第一导向轴承至少部分地围绕下收缩配合环延伸，第二导向轴承至少部分地围绕上收缩配合环延伸。
[0041]
导向轴承接收由运行期间施加到桨叶上的空气动力和离心力所产生的机械作用。下轴承可以被构造成确保桨叶的离心保持，上轴承可以被构造成接收由空气动力和离心力所产生的弯曲力矩。沿螺距轴线在轴承之间的距离产生了足够的杠杆作用，以防止桨叶在任何飞行阶段旋转。
[0042]
有利地，系统包括杯状部，该杯状部围绕螺距轴线延伸并且插入在筒体和导向轴承之间，该杯状部包括底壁，该底壁横向于轴线延伸，并且该底壁具有用于接纳主体的自由端部的凹部，该凹部在所述低截面的水平处具有与该自由端部在截面上互补的形状。
[0043]
优选地，杯状部包括内部爪形齿，该内部爪形齿被构造成与所述爪形接合环的外部爪形齿配合。
[0044]
本发明还涉及一种特别是用于飞行器的涡轮发动机，该涡轮发动机包括如上面所
描述的至少一个桨叶或至少一个组件。
[0045]
根据第二方面，本发明涉及一种用于控制飞行器涡轮发动机的螺旋桨桨叶的角螺距的系统，其特征在于，该系统包括：
[0046]-杯状部，该杯状部包括环形壁，该环形壁围绕轴线延伸，该轴线旨在为桨叶的螺距轴线，该环形壁包括由底壁封闭的下轴向端部和开口的上轴向端部，该上轴向端部被构造成使得桨叶的根部能够安装在杯状部内，底壁被构造成以形状匹配的方式与所述根部的自由端部配合，以这种方式使得，杯状部围绕所述轴线旋转固定到根部，以及
[0047]-固定环，该固定环围绕所述轴线延伸，并且被构造成围绕根部安装，该固定环被构造成安装在杯状部内，并且分别与根部和杯状部的环形壁配合，以确保根部轴向保持在杯状部中。
[0048]
因此，本发明提出了一种特别适于便于安装和拆卸螺旋桨桨叶的系统。
[0049]
根据本发明的系统可包括以下被单独采用或被彼此结合采用的特征中的一个或多个：
[0050]-系统还包括：
[0051]-下滚动导向轴承，该下滚动导向轴承围绕所述轴线延伸，并且围绕环形壁的下部分安装，
[0052]-上滚动导向轴承，该上滚动导向轴承围绕所述轴线延伸，并且围绕环形壁的上部分安装；
[0053]-导向轴承中的至少一个导向轴承具有集成到所述杯状部中的内部环。
[0054]-导向轴承中的至少一个导向轴承是角接触的；
[0055]-底壁包括凹部，该凹部具有非圆形的横截面，并且被构造成接纳桨叶的根部的自由端部。
[0056]-凹部相对于螺距轴线偏心；
[0057]-系统还包括可弹性变形构件，该可弹性变形构件围绕螺距轴线延伸并且安装在杯状部内，该构件被轴向地支撑在底壁上，并且被构造成将桨叶的根部向杯状部的外侧轴向地偏压；
[0058]-固定环是爪形接合环，该爪形接合环包括外部爪形齿，该外部爪形齿被构造成与杯状部的环形壁的互补内部爪形齿配合；
[0059]-系统还包括锁定环形件和环形卡扣环，锁定环形件被构造成轴向地接合在内部爪形齿和外部爪形齿之间，以防止爪形接合环在杯状部内旋转，环形卡扣环安装在杯状部中以将锁定环形件轴向地锁定在杯状部中；
[0060]-固定环的横截面是楔形的，并且固定环被构造成在运行期间在离心力的作用下从杯状部轴向向外地被偏置，并且通过楔效应保持桨叶根部轴向地紧固。
[0061]
本发明还涉及一种组件，该组件包括如上面所描述的系统和可变螺距螺旋桨桨叶，该桨叶包括连接到根部的叶片，根部包括容纳在环形的筒体中的主体，该环形的筒体围绕桨叶的螺距轴线延伸。
[0062]
本发明还涉及一种特别是用于飞行器的涡轮发动机，该涡轮发动机包括如上面所描述的至少一种系统或组件。
[0063]
最后，本发明涉及一种用于安装上面所描述的组件的方法，其中，该方法包括以下
步骤：
[0064]
a)通过沿与螺距轴线平行的方向移位桨叶，将桨叶的根部插入到系统的杯状部中，
[0065]
b)将根部的自由端部接合在杯状部的底壁中的凹部中，以将杯状部旋转固定到桨叶的根部，以及
[0066]
c)将先前围绕桨叶的根部安装或存在的固定环接合在杯状部中，并且将该环安装在杯状部中且安装在桨叶的根部上，以确保根部轴向保持在杯状部中。
[0067]
有利地，在步骤a)和/或步骤b)期间，桨叶的根部被支撑在可弹性变形构件上并且轴向地压缩可弹性变形构件。
[0068]
优选地，在步骤c)期间，通过爪形接合件将固定环安装到杯状部中。
附图说明
[0069]
根据本发明的非限制性实施例的以下描述并且参照附图，其他特征及优点将显现，在附图中：
[0070]
[图1]图1是用于飞行器涡轮发动机的螺旋桨桨叶的示意性透视图，并且示出了本发明，
[0071]
[图2]图2是图1的一部分的放大视图且示出了桨叶的根部，
[0072]
[图3]图3是具有图1的桨叶的根部的局部分解图的示意性透视图，
[0073]
[图4]图4是图1中的桨叶的根部的主体的示意性透视图，
[0074]
[图5]图5是图1的桨叶的根部和导向轴承的另一示意性轴向截面图，截面沿桨叶的叶片的弦延伸，
[0075]
[图6]图6是图1的桨叶的根部和导向轴承的示意性轴向截面图，截面横向于桨叶的叶片的弦延伸，
[0076]
[图7]图7是沿图5的线vii-vii的另一示意性横截面图，
[0077]
[图8]图8是图1的桨叶的根部的示意性轴向截面图和根据本发明的用于控制该桨叶的角螺距的系统的实施例，
[0078]
[图9]图9是图8中的系统的杯状部的示意性透视图，
[0079]
[图10]图10是图8中的系统的爪形接合环的示意性透视图，
[0080]
[图11]图11是图8中的系统的锁定环形件的示意性透视图，
[0081]
[图12]图12是图8的桨叶的根部和系统的局部轴向截面的示意性透视图，并且示出了第一安装步骤，
[0082]
[图13]图13是图8的桨叶的根部和系统的局部轴向截面的示意性透视图，并且示出了第二安装步骤，
[0083]
[图14]图14是图8的桨叶的根部和系统的局部轴向截面的示意性透视图，并且示出了第三安装步骤，
[0084]
[图15]图15是图8的桨叶的根部和系统的局部轴向截面的示意性透视图，并且示出了第四安装步骤，
[0085]
[图16]图16是图8的桨叶的根部和系统的局部轴向截面的示意性透视图，并且示出了第五安装步骤，
[0086]
[图17]图17是图8的桨叶的根部和系统的局部轴向截面的示意性透视图，并且示出了第六安装步骤，以及
[0087]
[图18]图18是图1的桨叶的根部的示意性轴向截面图和根据本发明的用于控制该桨叶的角螺距的系统的替代实施例。
具体实施方式
[0088]
图1示出了用于飞行器涡轮发动机的螺旋桨的桨叶10，该螺旋桨是涵道式的或非涵道式的。
[0089]
桨叶10包括叶片12，该叶片连接到根部14。
[0090]
叶片12具有空气动力学轮廓并且包括拱腹12a和拱背12b，该拱腹和拱背通过上游前缘12c和下游后缘12d相连接，术语“上游”和“下游”参考运行中围绕叶片的气体的流动。
[0091]
叶片12具有自由的上端部(被称为顶端)，以及下端部，该下端部连接到根部14。
[0092]
在所示的示例中，桨叶10通过被称为树脂传递模制方法(resin transfer molding，rtm)的注入方法由复合材料制成。该方法包括通过三维编织制备纤维预成型件18，然后将该预成型件布置在模具中并且注入可聚合树脂(诸如环氧树脂)，该可聚合树脂将浸渍预成型件。在叶片12固化和硬化之后，叶片的前缘12c通常由金属护层20加强，该金属护层例如通过胶合安装和附接。
[0093]
在此桨叶10包括叶梁22，该叶梁包括：形成叶片12的芯部的部分，并且该部分旨在在树脂注入之前被插入到预成型件18中；以及从与叶片14的顶端相对的一侧延伸以形成根部14的一部分的部分(被称为主体24)。
[0094]
优选地，叶梁22由3d机织碳纤维增强环氧有机基质复合材料制成，其中经线方向主要是径向定向的，而纬线主要是在空气动力学涵道高度处沿叶片的弦定向的。然而，叶梁还可以是机械上更有利的由不同的有机基质复合材料(热固性塑料、热塑性塑料或弹性体)制成的组件，有机基质复合材料用长纤维(碳、玻璃、芳族聚酰胺、聚丙烯)以不同的纤维排布方式(机织、编织、针织、单向)增强。
[0095]
尽管未示出，叶片12可以是中空的或实心的，并且包括内部腔体，该内部腔体填充有泡沫或蜂窝型填充材料。该填充材料围绕叶梁22安装，并且覆盖有有机基质复合材料的表皮，以增加叶片的抗冲击性。
[0096]
护层20可以是钛或钛合金、不锈钢、钢、铝、镍等。叶片12的拱腹12a或甚至拱背12b可覆盖有用于防止侵蚀的聚氨酯膜。
[0097]
根部14基本上包括两个部分，即该主体24和环形的筒体26，该环形的筒体围绕主体和桨叶的轴线a延伸。
[0098]
轴线a是桨叶10的和叶片12的伸长轴线，并且轴线a特别是桨叶的螺距轴线(即调节桨叶的角位置所围绕的轴线)。轴线a通常还是径向轴线，因此从配备有该桨叶的螺旋桨的旋转轴线沿半径延伸。
[0099]
根部14的主体24具有在图3至图7中可以清楚地看到的特定形状。
[0100]
主体24基本上包括三个部分：
[0101]-自由端部28，该自由端部位于与叶片12相对的一侧上，
[0102]-支柱30，该支柱位于叶片一侧上，以及
[0103]-球部32，该球部位于自由端部和支柱之间。
[0104]
在所示的示例中，自由端部28具有大致平行六面体形状。如在图7中可以看见的，该端部28从轴线a偏移以实现转动调整(d
é
trompage)或转位(indexage)，这将在下面更详细地解释。
[0105]
pb被定义为横向平面(即垂直于轴线a的平面)，该横向平面沿轴线a测量大致穿过端部28的中间。该平面pb被称为底部平面或下平面。图7示出了端部28在该平面pb中的截面形状。该截面(被称为低截面)具有值或表面面积(例如最大值)，表示为sb，并且在所示的示例中通常是矩形形状。
[0106]
如下面还将描述的，端部28被构造成与用于控制桨叶的螺距的系统34配合。
[0107]
支柱30具有相对复杂的形状，并且可以认为包括：
[0108]-两个侧向胁部30a、30b，分别位于叶片12的拱腹12a和拱背12b一侧上，两个侧向胁部沿轴线a并且沿叶片12的顶端的方向朝向彼此会聚(参见图4和图6)，以及
[0109]-两个边缘，分别为上游边缘30c和下游边缘30d，相反，这两个边缘沿轴线a并且沿叶片12的顶端的方向彼此分散(参见图4和图5)。
[0110]
ph被定义为穿过支柱30的横向平面，特别是穿过支柱的下端部的横向平面。该平面ph被称为高平面或上平面。在该平面中，支柱在截面上可具有非圆形形状(例如椭圆形、长圆形、正方形或矩形)。该截面(被称为高截面)具有值或表面面积(例如最大值)，记为sh。
[0111]
球部32具有大致凸出或圆顶形状，该凸出或圆顶围绕轴线a延伸。
[0112]
pm被定义为穿过球部32且特别是在球部的最大横截面部分(标记为sm)中的中间平面。该平面pm被称为平均平面。在该平面中，球部32在截面上可具有圆形形状，尽管该截面不是限制性的。
[0113]
应当理解，平面pm位于平面pb和平面ph之间。球部32的横截面从平面pm(sm)到平面ph，以及从平面pm到平面pb减小。因此可以理解，sm大于sb和sh。此外，在所示的示例中，sh大于sb。
[0114]
如在图3中可以看见的，筒体26由两个壳半部26a、26b组成，两个壳半部安装并且附接到主体24，例如一个壳半部在叶片的拱腹12a一侧上，另一个壳半部在叶片12的拱背12b一侧上。因此，壳半部26a、26b在接合平面处接合，该接合平面穿过轴线a并且与叶片12的弦大致平行地延伸。
[0115]
有利地，筒体26优选地通过胶合附接到主体24。胶粘剂围绕轴线a在筒体和主体之间延伸。
[0116]
优选地，筒体26为金属(钢、钛或钛合金诸如ta6v)。胶粘剂例如是填充有热塑性塑料或弹性体团块或用织物增强的环氧胶粘剂。这种胶合方法特别适合，因为筒体的腔体和主体之间的接触表面面积很大，该主体可以是复合的。胶粘剂接合部的存在是有利的，因为胶粘剂接合部使得能够纠正轻微的形状缺陷。胶粘剂接合部还使得能够防止在金属/复合材料界面处的摩擦，从而增加桨叶的使用寿命。
[0117]
设想了将筒体26安装到主体24的多种可能性。第一种可能性是，一旦筒体26的两个壳半部26a、26b已经安装完成，就有意地在筒体的两个壳半部之间留有间隙，使得当胶粘剂接合部固化时可以适当地施加压力。固化阶段可以在高压釜中完成，其中整个桨叶在真空袋内。然而，还可以在压机中执行该操作。然而，在两个壳半部26a、26b之间留有间隙的缺
点是两个壳半部的定位不太可控，因此必须执行外部表面的返工。第二种可能性是，在没有任何现有间隙的情况下，通过将一个壳半部抵靠另一个壳半部而将这些壳半部围绕主体安装。这种策略是可能的，例如，通过加工已经被切割成两个部分并且在加工操作期间保持在一起的坯件，以便一旦壳半部重新组装确保外部表面的几何形状。这使得能够控制筒体26的外部表面的定位和几何形状，而不需要在胶合之后进行额外的加工。在任何情况下，可以考虑定位销或止动件来确保筒体的壳半部的相对位置。
[0118]
然而，在主体和筒体之间存在胶粘剂接合部并不是强制性的，尽管这是非常有利的。替代性地，预应力垫圈(或弹簧)可以用于筒体和复合材料主体之间，以径向地推动主体抵靠筒体的支承表面。当筒体的两个壳半部围绕球部安装时，筒体的几何形状还可以用于稍微“夹紧”主体。在这种情况下，是筒体的变形产生了预应力。因此，在最终组装之前，必须提供工具来保持该位置。
[0119]
如在图5和图6中可以看见的，筒体26覆盖并且适配球部32的至少一部分和支柱30的至少一部分，并且筒体的截面形状在中间截面sm的水平处与球部32互补和在高截面sh的水平处与支柱30互补。
[0120]
更具体地，在所示的示例中，筒体26包括三个部分，
[0121]-下端部36，该下端部大致呈环形形状(参见图5至图7)，并且在根部的自由端部28的水平处且围绕根部的自由端部延伸，
[0122]-上端部38，该上端部在平面ph的水平处延伸，并且包括两个侧向唇部40，这两个侧向唇部施加到支柱30的胁部30a、30b，以及
[0123]-中间部分42，该中间部分被施加到球部32并且紧密地适配球部的形状。
[0124]
唇部40被支撑在支柱30的胁部30a、30b上，并且使得能够使桨叶的根部14变刚硬，以及使得能够加强桨叶的根部对围绕螺距轴线a的扭转的抵抗力。
[0125]
此外，唇部使得在桨叶10受到冲击的情况(诸如飞鸟的摄入)下能够吸收能量。圆角可存在于这些唇部上，以防止主体的局部磨损或损伤。
[0126]
筒体26的与主体24接触的内部表面用作支承表面。与拉削附接件相比，通过利用桨叶的底部的整个圆周来最大化支承表面。在拉削附接件中，只有桨叶的根部的分别位于拱腹和拱背上的两个不同表面被支撑在支承表面上，而桨叶根部的位于前缘和后缘上的表面是自由的。同样与拉削附接件相比，支承表面沿径向方向的高度要大得多，这还有助于显著增加支承表面的表面面积。这种大的支撑表面使得能够在所有运行条件下减小接触压力。
[0127]
筒体26包括两个圆柱形表面44、46a，两个圆柱形表面用于安装收缩配合环48、50。收缩配合环48、50使得能够保持壳半部26a、26b彼此紧固并且紧固到主体24。收缩配合环48、50围绕轴线a延伸。
[0128]
表面44位于下端部36上，并且相对于轴线a径向向外地定向。该表面通过收缩配合接纳环48，该环从下方被接合并且被轴向地支撑在圆柱形支承表面上，该圆柱形支承表面位于筒体26的端部36和中间部分42的连接处。
[0129]
表面46a位于中间部分42上，并且相对于轴线a径向向外地定向。该表面通过收缩配合接纳环50，该环从上方被接合并且被轴向地支撑在圆柱形支承表面上，该圆柱形支承表面位于平面pm附近。
[0130]
可以看出，表面46a紧邻圆柱形表面46b定位，该圆柱形表面旨在接纳固定环52，如将在下文中所描述的。
[0131]
在所示的示例中，表面44、46a和环48、50具有不同的直径。表面46a的直径大于表面44的直径，因此环50的直径大于环48的直径。
[0132]
表面46a、46b可具有相同或不同的直径。例如，表面46b可具有比表面46a的直径稍小的直径。在环50应该相对于该表面46b以预定的径向间隙安装的情况中尤其如此。
[0133]
从图5和图6可以看出，环50位于平面ph和平面pm之间，环48位于平面pm和平面ps之间。
[0134]
图5和图6还示出了环48、50和平面pm、ph、ps相对于滚动轴承54、56的位置，滚动轴承围绕轴线a和根部14延伸。
[0135]
在此，轴承54、56的数量为两个，且分别是下轴承54和上轴承。
[0136]
轴承54、56是滚珠滚动类型的。在所示的示例中，这些轴承具有不同的直径，并且这些轴承的滚珠也具有不同的直径。
[0137]
轴承54大致在平面pm和平面pb之间延伸，因此围绕球部32的下部分延伸。该轴承还围绕环48延伸。该轴承54具有比另一个轴承56小的直径，并且轴承的滚珠具有比另一个轴承56的滚珠大的直径。
[0138]
轴承54还是角接触的。在所示的示例中，滚珠在滚珠的环54a、54b的滚道上的支撑点或表面位于截头圆锥形表面s1上，该截头圆锥形表面沿轴线a延伸，并且该截头圆锥形表面的最大直径位于桨叶的顶端一侧上。
[0139]
轴承56大致在平面pm和平面ph之间延伸，因此围绕球部32的上部分延伸。该轴承还围绕环50延伸。轴承56还是角接触的。在所示的示例中，滚珠在滚珠的环56a、56b的滚道上的支撑点或表面位于截头圆锥形表面s2上，该截头圆锥形表面沿轴线a延伸，并且该截头圆锥形表面的最大直径位于桨叶的根部的自由端部一侧上。
[0140]
两个轴承54、56之间的中间截面的位置在径向总体尺寸方面是非常有利的，因为中间截面和高截面之间的支承表面高度的一部分位于杯状部58内部，这不同于现有技术集成在枢轴中的拉削附接件。这有助于减小控制系统34的径向总体尺寸。
[0141]
图8至图17示出了系统的、特别是固定环52的第一实施例，并且图18示出了系统和该环的替代实施例。
[0142]
系统34包括杯状部58，该杯状部包括环形壁58a，该环形壁围绕轴线a延伸。该壁58a包括由底壁58b封闭的下轴向端部和开口的上轴向端部，该上轴向端部被构造成允许桨叶的根部14安装在杯状部内。
[0143]
底壁58b被构造成以形状匹配的方式与根部14的自由端部配合，并且因此与主体24的端部28配合，使得杯状部围绕轴线旋转地固定到根部。
[0144]
在本情况下，应当理解，底壁58b包括凹部60，该凹部具有非圆形的、特别是具有矩形的横截面，并且被构造成接纳端部28(图8)。如在图5中可以看见的，该凹部60以与端部28类似的方式相对于轴线a偏心(参见图7)。这种偏心允许当将根部插入并且安装到杯状部58中时进行转位和转动调整，使得端部28在凹部60中只有一个接合位置是可行的。
[0145]
凹部60位于杯状部58的底壁58b的上部面或内部面上，因此该凹部位于杯状部内并且朝向根部定向。
[0146]
系统34在桨叶根部处产生扭矩，该扭矩抵消由空气动力和离心力产生的扭转力矩。与根部14的主体24的其余部分一样，根部14的端部28可以被包封在筒体26中。在这种情况下，该端部也将具有非圆形形状以限制其旋转。然而，有利的是，如上所述，使主体的该端部从筒体中突出，以直接地限制主体的旋转。这提供了更直接的力路径，其中扭转力矩直接地施加到主体上。低截面的尺寸严格小于中间截面的最大尺寸，以将圆周总体尺寸限制在该高度。结果，筒体在该高度处的圆周总体尺寸还小于在中间截面的水平处的圆周总体尺寸。这使得能够减小位于中间截面下方的下轴承的直径。因此，桨叶根部可以在径向上较低地集成，这大大降低了与根部集成相关联的理论毂比。本领域技术人员已知，低毂比改善了发动机的性能，特别是因为发动机更紧凑，且因此更轻。与竞争者相比，这最后一点是本技术解决方案的非常重要的优势，竞争者通常提出具有圆柱形外部形状的筒体。
[0147]
底壁58b包括下部面或外部面，该下部面或外部面位于根部14的相对侧，并且该下部面或外部面包括圆柱形延伸部62，该圆柱形延伸部沿轴线a延伸，并且包括外部螺纹或外部直花键64，该外部螺纹或外部直花键用于将系统与未示出的螺距改变机构旋转联接，并且该螺距改变机构是螺旋桨的不同系统34和桨叶10所共有的。
[0148]
可弹性变形构件66(诸如螺旋弹簧)围绕轴线a延伸并且安装在杯状部58内。该构件66被轴向地支撑在底壁58b的上表面上，在所示的示例中，在该表面的外部周缘处，并且该构件被构造成朝向杯状部的外侧，即，朝向桨叶的顶端的一侧，轴向地偏压桨叶的根部。
[0149]
构件66被支撑在筒体26的圆柱形支承表面68上。在所示的示例中，通过将构件的上端部接合在筒体的圆柱形边缘70上并且围绕该圆柱形边缘接合构件的上端部，并且通过将构件的下端部接合在杯状部的圆柱形边缘72上并且围绕该圆柱形边缘接合构件的下端部来使构件66定心，杯状部的圆柱形边缘72位于底壁58b的外部周缘处。
[0150]
在此，构件66围绕收缩配合环48延伸。
[0151]
如在图8中可以看见的，杯状部58被设计成支撑轴承54、56，该轴承确保杯状部相对于壳体74或涡轮发动机的固定结构围绕轴线a的定心和引导。
[0152]
轴承54、56可以是控制系统的一部分。特别地，导向轴承中的至少一个导向轴承可将导向轴承的内部环集成到杯状部中。
[0153]
下轴承54就是这种情况，下轴承的内部环54a集成到杯状部58中。实际上，这意味着杯状部在杯状部的外部周缘处包括滚道54aa，轴承54的滚珠在该滚道上直接地滚动。该滚道包括具有凹形弯曲截面的环形表面。该滚道位于杯状部的下端部和壁58a的下端部。轴承54的外部环54b例如通过收缩配合附接到壳体74。此外，有利地，杯状部58被设计成将预应力施加到轴承54。
[0154]
轴承56的外部环56b例如通过收缩配合附接到壳体74。轴承的内部环56a接合在杯状部58的自由上端部和壁58a的自由上端部上，并且围绕该杯状部的自由上端部和该壁的自由上端部接合。壁58a的该端部包括用于安装内部环56a的外部圆柱形表面76以及用于旋拧上螺母78的外螺纹，该螺母旨在被轴向地支撑在内部环56a上，以保持该内部环轴向地紧固抵靠在杯状部58的外部圆柱形肩部80上。
[0155]
杯状部的壁58a在壁的内部周缘处还包括构造成与前述的固定环52配合的部件。
[0156]
固定环52围绕轴线a延伸，并且被构造成围绕根部14安装。该固定环52被构造成安装在杯状部内，并且分别与根部14和杯状部58的环形壁58a配合，以确保根部轴向保持在杯
状部中。
[0157]
在图8至图17的实施例中，该固定环52是爪形接合环，该爪形接合环包括外部爪形齿84，该外部爪形齿被构造成与杯状部58的环形壁58a的互补内部爪形齿82配合。
[0158]
在图9中可以清楚地看到杯状部58的齿82。这些齿围绕轴线a均匀地间隔开。在所示的非限制性示例中，有六个齿。例如，这些齿各自具有围绕轴线a的介于大约20
°
至30
°
之间的角延伸。
[0159]
齿82中的每一个齿在齿的内部周缘处包括凹槽86，该凹槽相对于轴线a沿圆周定向。齿82的凹槽86围绕轴线a形成不连续的谷部。
[0160]
在图10中可以清楚地看到爪形接合环。爪形接合环的齿84围绕轴线a规则地间隔开。在所示的非限制性示例中，有六个齿。例如，这些齿各自具有围绕轴线a的介于大约20
°
至30
°
之间的角延伸。
[0161]
齿84与齿82互补，并且齿84被构造成通过爪形接合(crabotage)与这些齿配合。爪形接合是航空领域中是众所周知的安装方法，并且将通过示出安装方法的图12至图17来说明。
[0162]
环52包括内部圆柱形表面52a，该内部圆柱形表面旨在通过滑动与杯状部58的前述的表面76配合。
[0163]
环52包括第二组齿88，该第二组齿在桨叶10的顶端一侧轴向向上地延伸。这些齿88还围绕轴线a规则地间隔开。在所示的示例中，有六个该齿。这些齿可相对于齿84交错，即齿88与齿84之间的圆周空间轴向地对准。作为非限制性示例，齿88各自具有围绕轴线a的介于大约10
°
至20
°
之间的角延伸。
[0164]
齿88中的每一个齿在齿的内部周缘处包括凹槽90，该凹槽相对于轴线a沿圆周定向。齿88的凹槽90围绕轴线a形成不连续的谷部。
[0165]
图11示出了锁定环形件92，该锁定环形件被构造成轴向地接合在爪形齿82、84之间，以防止环52在杯状部58内旋转。
[0166]
该环形件92包括滑轨94(在所示的非限制性示例中，滑轨的数量为6个)，该滑轨旨在接合在在齿82、84之间延伸的齿间空间中。因此，应当理解，这些滑轨94具有与这些空间的形状互补的形状，并且围绕轴线a规则地间隔开。
[0167]
在所示的示例中，滑轨94通过在滑轨94之间沿圆周延伸的桥接件96彼此固定。桥接件96的数量为五个，每个桥接件在两个相邻的滑轨94之间延伸。刻意不使滑轨94中的两个滑轨通过桥接件连接在一起，从而环形件92是开口的。当在系统34中安装环形件时，这可以通过使这些滑轨彼此远离或朝向彼此移动来简化组装。
[0168]
滑轨94中的每一个滑轨在滑轨的内部周缘处包括凹槽98，该凹槽相对于轴线a沿圆周定向。滑轨94中的凹槽98围绕轴线a形成不连续的谷部。
[0169]
系统还包括环形卡扣环100，该环形卡扣环仅在图17中可见。
[0170]
卡扣环100安装在杯状部58中以将锁定环形件92轴向地阻挡在杯状部58中。卡扣环100还可以是分开的或开口的以便于卡扣环的安装，并且当这些凹槽86、98都位于垂直于轴线a的同一平面中并且相对于彼此沿圆周布置以形成围绕轴线a的完整谷部时，该卡扣环旨在接合在杯状部的齿82的凹槽86以及环形件92的滑轨94的凹槽98中(参见图16和图17)。
[0171]
现在参照图12至图17，图12至图17示出了用于安装由图1所示的桨叶10和图8所示
的系统34形成的组件的方法。
[0172]
在图12所示的第一步骤中，桨叶10的根部14通过沿轴线a的轴向平移接合在系统34的杯状部58中，直到根部的主体24的端部28接合在杯状部58的凹部60中。如在附图中可以看见的，收缩配合环已经围绕根部的主体的支柱30被俘虏式安装。尽管未在该图中示出，但当根部14插入到杯状部58中时，构件66(图8)被压缩。
[0173]
在图12和图13所示的第二步骤中，收缩配合环围绕轴线a成角度地定位，使得其齿84与杯状部的齿82之间的空间对准。然后，环52在杯状部58内轴向平移移位，直到环52接合在筒体26的表面46b上，并且齿84正好位于齿82的下方，如图13所示。设置在齿上的凹槽90可以用于用合适的工具来夹持环52。
[0174]
在图13和图14所示的第三步骤中，环52围绕轴线a旋转移位，使得这些齿82、84彼此轴向地对准。由于所示的示例中齿的角延伸，该角移位约为25
°
至30
°
。齿88可以用于夹持环52并且通过前述的工具使环旋转。构件66(未示出)从杯状部轴向向外地偏压根部，使得齿84被轴向地支撑在齿82上。因此，根部被轴向地保持在杯状部和系统34内。在运行中，施加到桨叶上的离心力通过齿82、84传递到杯状部58，这些力被轴承54直接地接收，该轴承的内部环54a集成到杯状部58中。
[0175]
在图15和图16所示的第四步骤中，环形件92围绕轴线a成角度地定位，使得环形件的滑轨94与位于齿82、84之间的空间对准。然后，环形件92在杯状部58内轴向平移移位，直到滑轨94接合在这些空间中。然后，桥接件96可以被支撑在环52的齿84上。因此，环形件92防止环52在杯状部58内的任何旋转。
[0176]
在图17所示的最后步骤中，卡扣环100接合在彼此沿圆周对准的凹槽86、98中。卡扣环100防止环形件92的意外拆卸。
[0177]
应当理解，拆卸桨叶是通过以相反的顺序执行前述的步骤来进行的。还应当理解，安装和拆卸根部的基本步骤中的一个步骤是固定环52。该环52可以从涡轮发动机的外侧操纵，这在维护操作期间是特别有利的。通过拆卸和移除最少数量的零件，可以将桨叶从螺旋桨上拆卸和移除下来。
[0178]
参照图18，图18示出了固定环52’的替代实施例。该环52’的横截面是楔形的，并且该环被构造成在运行期间在离心力的作用下从杯状部58轴向向外地偏压，并且通过楔效应保持桨叶的根部14轴向地紧固。
[0179]
在所示的示例中，环52’的轴向半横截面大致为梯形，并且环包括下表面102和两个侧向表面(分别为内部侧向表面104和外部侧向表面106)。表面102至表面106是环形的，并且围绕轴线a延伸。
[0180]
环52’围绕根部14接合并接合在杯状部中，并且通过环的表面102(在此借助于垫圈108)被轴向地支撑在收缩配合环50上。
[0181]
环的外部表面106通过支撑和轴向滑动与互补环110配合，该互补环安装在杯状部内并且围绕环52’安装。
[0182]
环52’被区段化，并且由彼此相距一定圆周距离围绕轴线a布置的多个区段形成。举例来说，存在围绕轴线a均匀地分布的六个区段。
[0183]
最后，螺母112被拧紧到杯状部58的上端部的内螺纹上，并且通过支撑和轴向滑动与环52’的内部表面104配合。
[0184]
拧紧和紧固螺母112引起被支撑在垫圈108上的环52’的区段的轴向移位，以及这些区段对互补形状的环110径向地偏压。然后移除任何安装间隙。
[0185]
筒体26包括圆柱形肩部114，该圆柱形肩部被支撑抵靠在杯状部58的互补圆柱形肩部116上(在此在筒体26的中间部分42和下端部之间的连接处)。这种变型的优点特别在于接收离心力，以实现保持桨叶，并且还通过在筒体26(且因此桨叶的根部14)与轴承54的内环54a之间直接地施加预应力来替代前述的构件66。
[0186]
未示出的其他变型实施例是可能的，其他变型实施例包括：
[0187]
·
筒体26的壳半部26a、26b可以通过螺栓连接、铆接、焊接等安装到主体24上；
[0188]
·
用于将筒体26连接到主体24的胶粘剂可以是环氧胶粘剂，但胶粘剂还可以是弹性体或热塑性胶粘剂。还可以使用不粘膜以使得能够相对运动，同时限制因摩擦引起的磨损；
[0189]
·
仍然是关于筒体/主体界面的问题，还可以将提出的技术方案(胶合、通过垫圈或弹簧的预应力、通过筒体的几何形状的预应力)中多种技术解决方案结合在一起；这些解决方案可以组合，而该组合与筒体的两个部分之间的间隙的存在无关；
[0190]
·
尽管不太有利，但确保桨叶的离心保持的轴承的径向位置可以与接收弯曲力矩的轴承的径向位置相反，其中，该弯曲力矩由空气动力和离心力产生。

技术特征：
1.一种用于飞行器涡轮发动机的可变螺距螺旋桨桨叶(10)，该桨叶(10)包括连接到根部(14)的叶片(12)，所述根部(14)包括容纳在环形的筒体(26)中的实心的主体(24)，所述环形的筒体围绕所述桨叶的螺距轴线(a)延伸，其特征在于，所述主体(24)包括：-自由端部(28)，所述自由端部位于与所述叶片(12)相对的一侧上，该自由端部(28)被构造成以形状匹配的方式与用于控制所述桨叶的螺距的系统(34)配合，并且所述自由端部包括被称为低截面的横截面，所述低截面具有非圆形形状和值sb，-支柱(30)，所述支柱位于所述叶片(12)的一侧上，该支柱(30)包括被称为高截面的横截面，所述高截面具有值sh，以及-球部(32)，所述球部位于所述自由端部(28)和所述支柱(30)之间，该球部(32)在截面上具有在所述自由端部和所述支柱之间延伸的凸圆形形状，并且该球部在该形状的顶端处包括被称为中间截面的横截面，所述中间截面具有最大值sm，所述最大值大于sh和sb，所述筒体(26)附接到所述主体(24)并且覆盖且适配所述支柱(30)和所述球部(32)的至少一部分，所述筒体(26)具有在所述中间截面的水平处与所述球部(32)在截面上互补且在所述高截面的水平处与所述支柱(30)在截面上互补的形状。2.根据权利要求1所述的桨叶(10)，其中，所述低截面相对于所述螺距轴线(a)偏心。3.根据权利要求1或2所述的桨叶(10)，其中，所述中间截面具有圆形形状。4.根据前述权利要求中任一项所述的桨叶(10)，其中，所述高截面具有非圆形形状。5.根据前述权利要求中的一项所述的桨叶(10)，其中，所述筒体(26)由两个壳半部(26a，26b)制成，两个所述壳半部安装并且附接到所述主体(24)，所述壳半部(26a，26b)在接合平面的水平处接合，所述接合平面穿过所述螺距轴线(a)。6.根据前一项权利要求所述的桨叶(10)，其中，所述筒体(26)胶合到所述主体(24)上。7.根据权利要求5或6所述的桨叶(10)，其中，至少一个收缩配合环(48，50)围绕所述壳半部(26a，26b)安装，以保持所述壳半部紧固抵靠所述主体(24)，该收缩配合环(48，50)围绕所述螺距轴线(a)延伸。8.根据前一项权利要求所述的桨叶(10)，其中，下收缩配合环(48)安装在所述筒体(26)的低圆柱形表面(44)上，并且围绕所述主体(24)的所述自由端部(28)的至少一部分延伸。9.根据权利要求7或8所述的桨叶(10)，其中，上收缩配合环(50)安装在所述筒体(26)的高圆柱形表面(46a)上，并且围绕所述主体(24)的所述球部(32)的一部分延伸。10.根据前述权利要求中任一项所述的桨叶(10)，其中，爪形接合环(52)围绕所述螺距轴线(a)延伸，并且在所述球部(32)和所述叶片(12)之间围绕所述支柱(30)被俘虏式安装，该爪形接合环(52)包括外部爪形齿(84)，所述外部爪形齿被构造成与所述系统(34)配合。11.根据引用权利要求9的权利要求10所述的桨叶(10)，其中，所述爪形接合环(52)被构造成安装在所述筒体(26)的高圆柱形表面(46a)上。12.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的桨叶(10)和用于控制所述桨叶的螺距的系统(34)的组件，其中，所述系统(34)包括至少两个滚动导向轴承(54，56)，所述至少两个滚动导向轴承围绕所述螺距轴线(a)延伸。13.根据前一项权利要求所述的组件，其中，第一导向轴承(54)位于所述低截面和所述
中间截面之间或在所述主体(24)的所述自由端部(28)和所述球部(32)之间的连接处，并且第二导向轴承(56)位于所述中间截面和所述高截面之间或在所述球部(32)和所述支柱(30)之间的连接处。14.根据前一项权利要求所述的组件，所述桨叶(10)为根据权利要求8和9中所限定的桨叶，其中，所述第一导向轴承(54)至少部分地围绕所述下收缩配合环(48)延伸，所述第二导向轴承(56)至少部分地围绕所述上收缩配合环(50)延伸。15.根据权利要求12至14中的一项所述的组件，其中，所述系统(34)包括杯状部(58)，所述杯状部围绕所述螺距轴线(a)延伸并且插入在所述筒体(26)和导向轴承(54，56)之间，该杯状部(58)包括底壁(58b)，所述底壁横向于轴线(a)延伸，并且所述底壁具有用于接纳所述主体(24)的所述自由端部(28)的凹部(60)，该凹部(60)在所述低截面的水平处具有与该自由端部(28)在截面上互补的形状。16.根据权利要求15所述的组件，所述桨叶(10)为根据权利要求10或11中所限定的桨叶，其中，所述杯状部(58)包括内部爪形齿(82)，所述内部爪形齿被构造成与所述爪形接合环(52)的所述外部爪形齿(84)配合。17.一种特别是用于飞行器的涡轮发动机，所述涡轮发动机包括至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的桨叶(10)或至少一个根据权利要求12至16中任一项所述的组件。

技术总结
公开了一种用于飞行器涡轮发动机的可变螺距螺旋桨桨叶(10)，所述桨叶(10)包括连接到根部(14)的翼型件(12)，根部(14)包括容纳在环形筒体(26)中的主体(24)，该环形筒体围绕叶片的螺距轴线(A)延伸，其特征在于，主体(24)包括：-自由端部(28)，该自由端部与翼型件(12)相对；-肩部(30)，该肩部朝向翼型件(12)；以及-球部(32)，该球部位于自由端部(28)和肩部(30)之间，所述球部(32)具有被称为中间截面的横截面，该中间截面具有最大值Sm，筒体(26)固定到主体(24)，并且覆盖且与肩部(30)和球部(32)的至少一部分匹配。至少一部分匹配。至少一部分匹配。


技术研发人员：文森特
受保护的技术使用者：赛峰飞机发动机公司
技术研发日：2021.07.15
技术公布日：2023/5/5