УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИЕЙ ЛОПАСТЕЙ ВЕНТИЛЯТОРА ТУРБОВИНТОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ДВОЙНЫМ ВОЗДУШНЫМ ВИНТОМ Российский патент 2016 года по МПК B64C11/38 F02K3/02 F04D29/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к области турбовинтовых двигателей, снабженных двумя воздушными винтами противоположного вращения, приводимых во вращение посредством простой турбины.

Точнее говоря, оно направлено на подачу текучей среды в гидравлический силовой цилиндр для управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом.

Известно, что авиационный турбовинтовой двигатель с двойным воздушным винтом содержит две совокупности лопастей противоположного вращения, с регулируемой ориентацией, открытого вентилятора. В некоторых конструкциях турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом данные совокупности лопастей вентилятора приводятся во вращение посредством силовой турбины с двумя роторами противоположного вращения. В других конструкциях, рассматриваемых, в частности, в настоящем изобретении, совокупности лопастей вентилятора приводятся в движение одним и тем же и единственным ротором силовой турбины посредством эпициклоидальной передачи, образующей редуктор противоположного вращения. Можно будет обращаться, например, к документу FR 2942203, в котором приводится описание примера практического осуществления такой конструкции.

Воздушные винты противоположного вращения такого турбовинтового двигателя могут быть приведены во вращение непосредственно или опосредованно при помощи эпициклоидальной передачи. Как правило, данная эпициклоидальная передача содержит вход, который соединен спереди с валом ротора силовой турбины для приведения в движение посредством ее, и два выхода, каждый из которых соединен сзади с силовым валом для приведения во вращение в противоположных направлениях двух совокупностей лопастей вентилятора турбовинтового двигателя.

Кроме того, ориентация лопастей (также говорят о регулировке шага) вентилятора каждой совокупности представляет собой один из параметров, позволяющих управлять тягой турбовинтового двигателя и скоростью вращения воздушных винтов. Одним из известных решений управления ориентацией лопастей вентилятора во время полета является использование для каждой совокупности лопастей вентилятора синхронизирующего кольца, сопряженного с каждой лопастью. Гидравлический силовой цилиндр, расположенный посередине турбовинтового двигателя и жестко соединенный во вращении с ротором турбины, позволяет приводить во вращение синхронизирующее кольцо вокруг продольной оси турбовинтового двигателя (посредством системы соединительных рычагов) и обеспечивать, таким образом, один и тот же угол установки для всех лопастей одной и той же совокупности. Можно будет обратиться, например, к заявке на патент FR 1156443, поданной 13 июля 2011 года (на настоящий момент не опубликована) заявителем, в которой приводится описание приведения в действие такого механизма.

С данным типом механизма возникает проблема подачи текучей среды в камеры силовых цилиндров. В частности, подвод текучей среды осуществляется по трубам, которые закреплены на неподвижных частях турбовинтового двигателя, в то время как силовые цилиндры и, таким образом, их камеры являются вращающимися, поскольку приводятся во вращение посредством ротора турбины. Таким образом, представляется необходимым переместить текучую среду от неподвижной контрольной точки к вращающейся контрольной точке. Кроме того, перемещение текучей среды из труб подвода текучей среды в камеры силовых цилиндров управления должно осуществляться в максимально возможно ограниченных габаритных объемах для того, чтобы не увеличивать длину двигателя.

Предмет и сущность изобретения

Основной целью настоящего изобретения, таким образом, является устранение таких недостатков за счет предлагаемого устройства подачи текучей среды в гидравлические силовые цилиндры, которое идеально интегрируется в конструкцию ранее описанного турбовинтового двигателя.

Согласно изобретению цель достигается при помощи устройства подачи текучей среды в гидравлический силовой цилиндр для управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом, содержащего:

- дозатор текучей среды, жестко соединенный во вращении с ротором турбовинтового двигателя и содержащий цилиндрическую часть, которая на уровне внешней поверхности снабжена, по меньшей мере, двумя кольцевыми канавками циркуляции текучей среды, расположенными с промежутками друг от друга в продольном направлении; причем каждая канавка циркуляции текучей среды содержит, по меньшей мере, одно выходное отверстие, радиально выходящее внутрь цилиндрической части дозатора текучей среды;

- опору подвода текучей среды, жестко соединенную с неподвижной частью турбовинтового двигателя и содержащую цилиндрическую часть, которая размещена вокруг цилиндрической части дозатора текучей среды, являясь коаксиальной, и которая снабжена, по меньшей мере, двумя отдельными проходами текучей среды, открывающимися к трубам подвода текучей среды, каждый из которых выходит в радиальном направлении внутрь цилиндрической части опоры в одну из канавок циркуляции текучей среды дозатора, и

- ванночку, жестко соединенную во вращении с дозатором текучей среды и содержащую цилиндрическую часть, которая расположена внутри цилиндрической части дозатора, являясь коаксиальной ему, и которая на уровне внешней поверхности снабжена, по меньшей мере, двумя продольными каналами протекания текучей среды, в каждый из которых текучая среда подается через одно из выходных отверстий дозатора текучей среды; причем каждый канал протекания текучей среды выходит на одном продольном конце к камере силового цилиндра управления.

Устройство согласно изобретению позволяет, таким образом, перемещать текучую среду от неподвижной контрольной точки (т.е. труб подвода текучей среды) к вращающейся контрольной точке (т.е. к камерам силовых цилиндров управления ориентацией лопастей вентилятора). Кроме того, трубы подвода текучей среды могут проходить через выхлопной корпус турбовинтового двигателя, который вентилируется для создания холодного температурного пространства, благоприятного для присутствия текучей среды, для функционирования гидравлических силовых цилиндров. Кроме того, включение такого устройства в турбовинтовой двигатель с двойным воздушным винтом не нуждается в увеличении длины двигателя и может быть осуществлено в гидравлическом пространстве турбовинтового двигателя с преимуществами, которые оно имеет на случай утечки.

Предпочтительно устройство содержит, кроме того, распределитель текучей среды, содержащий цилиндрическую часть, радиально вставленную между соответствующими цилиндрическими частями дозатора текучей среды и опоры подвода текучей среды, являясь коаксиальной им. В этом случае цилиндрическая часть распределителя текучей среды может содержать для каждой канавки циркуляции текучей среды дозатора множество отверстий, равномерно распределенных по внешней поверхности.

Продолжением одного из продольных концов цилиндрической части дозатора текучей среды может являться радиальная часть, снабженная, по меньшей мере, двумя трубопроводами для прохождения текучей среды; причем каждый трубопровод прохождения текучей среды открыт в канал протекания текучей среды ванночки и выходит к камере силового цилиндра управления.

Также продолжением одного из продольных концов цилиндрической части опоры подвода текучей среды может являться радиальная часть, предназначенная для закрепления на неподвижной части турбовинтового двигателя.

Подшипники качения предпочтительно расположены между дозатором текучей среды и опорой подвода текучей среды.

Канавки циркуляции текучей среды дозатора текучей среды могут быть разграничены в продольном направлении между собой, по меньшей мере, тремя кольцевыми уплотнительными прокладками, расположенными на внешней поверхности цилиндрической части дозатора и радиально выступающими от нее наружу.

Изобретение также относится к турбовинтовому двигателю с двойным воздушным винтом, содержащему первую и вторую совокупности лопастей вентилятора с регулируемой ориентацией, приводимые во вращение ротором силовой турбины, два гидравлических силовых цилиндра для управления ориентацией лопастей вентилятора, центрированных по продольной оси турбовинтового двигателя, и устройство подачи текучей среды в силовые цилиндры, как это было определено ранее.

Ротор силовой турбины может приводить во вращение совокупности лопастей вентилятора посредством эпициклоидальной передачи, образующей редуктор.

Краткое описание фигур чертежа

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут видны из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображен пример осуществления, не имеющий никакого ограничительного характера. На фигурах:

фиг.1 представляет собой схематический вид продольного сечения половины турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом, к которому применяется изобретение;

фиг.2 представляет собой вид в увеличенном масштабе фиг.1, изображающий устройство подачи текучей среды согласно изобретению;

фиг.3 представляет собой вид в перспективе и в разборе устройства подачи текучей среды, показанного на фиг.2.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 очень схематично изображает пример осуществления самолетного турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом, к которому применяется изобретение.

Такой турбовинтовой двигатель 10 известен, и его детальное описание, таким образом, приводиться не будет. Он содержит, в частности, продольную ось 12 и кольцевую гондолу 14, коаксиально расположенную вокруг продольной оси. Турбовинтовой двигатель 10 содержит, кроме того, спереди назад по потоку, компрессор низкого давления 16, компрессор высокого давления 18, камеру сгорания 20, турбину высокого давления 22 и промежуточную турбину 24.

Сзади турбины 24 промежуточного давления расположена система воздушных винтов противоположного вращения, а именно передняя по потоку (или передняя) совокупность 26а и задняя по потоку (или задняя) совокупность 26b лопастей вентилятора с регулируемой ориентацией.

Данная система воздушных винтов противоположного вращения приводится во вращение посредством турбины низкого давления 28, расположенной после турбины 24 промежуточного давления. Данная турбина низкого давления содержит, в частности, ротор 30, который приводит во вращение две совокупности 26а, 26b лопастей посредством эпициклоидальной передачи 32, образующей редуктор.

Эпициклоидальная передача состоит из множества сателлитов и водил (не показаны) и содержит вход, соединенный спереди с валом 34 ротора 30 турбины низкого давления, центрированной по продольной оси 12 турбовинтового двигателя, и два выхода, каждый из которых соединен сзади с силовым валом.

Если быть более точным, то один из выходов эпициклоидальной передачи соединен сзади с внутренним силовым валом 36, расположенным вокруг продольной оси 12 турбовинтового двигателя и предназначенным для приведения во вращение задней совокупности 26b лопастей.

Что касается другого выхода эпициклоидальной передачи, то он соединен сзади с внешним силовым валом 38, расположенным вокруг внутреннего вала 36, будучи концентрическим относительно него, и предназначенным для приведения во вращение передней совокупности 26a лопастей.

Кроме того, предусмотрена система для управления ориентацией лопастей вентилятора каждой из передней и задней совокупностей. Известно, что данные системы позволяют регулировать ориентацию лопастей вентилятора во время полета для управления тягой турбовинтового двигателя и изменения скорости вращения воздушных винтов.

В примере осуществления, представленном на фиг.1, каждая из систем содержит, в частности, гидравлический силовой цилиндр, соответственно 40 - для управления ориентацией лопастей передней совокупности и 42 - для управления ориентацией лопастей задней совокупности, который центрирован по продольной оси 12 турбовинтового двигателя и жестко соединен во вращении с валом ротора, приводящим во вращение заднюю совокупность.

Каждый из этих силовых цилиндров 40, 42 содержит две камеры, соответственно, 40a и 42а, которые концентрически расположены вокруг продольной оси 12 турбовинтового двигателя и в которые подается гидравлическая текучая среда (масло) из устройства согласно изобретению, описание которого приводится далее.

Жесткий шток 40b, 42b, соединенный с поршнем силовых цилиндров 40, 42, позволяет во время своего перемещения корректировать ориентацию лопастей передней и задней совокупностей посредством управляющих тяг 40с, 42c и синхронизирующих колец (на фигурах чертежа не показаны). Описание примера такой системы приведено в заявке на патент FR 11 56443, поданной заявителем 13 июля (на настоящий момент не опубликована) под названием «Устройство управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя», к которой можно будет обращаться.

В две камеры силовых цилиндров 40, 42 гидравлическая текучая среда подается при помощи устройства подачи 100 согласно изобретению, изображенного на фиг.2 и 3.

Данное устройство подачи 100 содержит, в частности (снаружи внутрь), опору подвода текучей среды 110, дозатор текучей среды 120 и ванночку 130. Эти элементы имеют кольцевую форму и расположены вокруг вала 34 ротора турбины низкого давления (коаксиально относительно него) и перед эпициклоидальной передачей.

Если быть более точным, то опора подвода текучей среды 110 содержит центрированную по продольной оси 12 турбовинтового двигателя цилиндрическую часть 111, продолжением заднего конца которой является радиальная часть крепления 112, предназначенная для закрепления на неподвижной части турбовинтового двигателя.

На уровне своей внешней поверхности цилиндрическая часть 111 снабжена пятью отдельными проходами текучей среды 113, каждый из которых открыт в радиальном направлении к статичной трубе подвода текучей среды 44. Эти проходы текучей среды 113 расположены с равномерным промежутком вокруг продольной оси 12 турбовинтового двигателя и проходят в продольном направлении от радиальной части 112 опоры подвода текучей среды. Они выходят внутрь него через выходные отверстия 114, расположенные с промежутком друг от друга в продольном направлении.

Дозатор текучей среды 120 также содержит цилиндрическую часть 121, центрированную по продольной оси 12 турбовинтового двигателя, продолжением заднего конца которой является радиальная часть крепления 122, жестко соединенная во вращении с валом 34 ротора турбовинтового двигателя, например, турбины низкого давления.

Если быть более точным, то цилиндрическая часть 121 дозатора текучей среды расположена внутри цилиндрической части опоры подвода текучей среды, являясь коаксиальной ей. На уровне внешней поверхности она снабжена пятью канавками циркуляции текучей среды 123, имеющими кольцевую форму, которые центрированы по продольной оси 12 турбовинтового двигателя, расположены с промежутком друг от друга в продольном направлении и разграничены между собой шестью кольцевыми уплотнительными прокладками 124, выступающими в радиальном направлении наружу. Каждая из этих канавок циркуляции текучей среды содержит, по меньшей мере, одно выходное отверстие 125, выходящее в радиальном направлении внутрь цилиндрической части дозатора.

Что касается части 122 крепления дозатора текучей среды, то она снабжена пятью трубопроводами 126 для прохождения текучей среды; причем четыре из этих трубопроводов выходят сзади к четырем камерам силовых цилиндров 40, 42 для подачи в них гидравлической текучей среды; причем последний трубопровод выходит к предохранительному механизму управления системы управления ориентацией лопастей вентилятора, блокируя перевод в реверсивный режим тяги этих лопастей во время полета (на фигурах чертежа не показано).

Соответствующие цилиндрические части дозатора текучей среды и опоры подвода текучей среды расположены относительно друг друга таким образом, чтобы уплотнительные прокладки 124 дозатора обеспечивали герметичность по текучей среде с внутренней поверхностью цилиндрической части 111 опоры таким образом, чтобы канавки циркуляции текучей среды 123 дозатора были независимыми друг от друга, а каждое из выходных отверстий 114 опоры выходило в одну из канавок циркуляции текучей среды 123 для подачи в них текучей среды.

Ванночка 130 устройства подачи согласно изобретению жестко соединена во вращении с дозатором текучей среды, на котором она крепится. Она содержит цилиндрическую часть 131, которая расположена внутри цилиндрической части дозатора 121, являясь коаксиальной ему. На уровне своей внешней поверхности эта цилиндрическая часть 131 содержит пять каналов протекания текучей среды 132, проходящих в продольном направлении между ее двумя концами.

Соответствующие цилиндрические части дозатора текучей среды и ванночки расположены по углу относительно друг друга таким образом, что в каждый из каналов протекания текучей среды 132 подается текучая среда через одно из выходных отверстий 125 дозатора текучей среды, а каждый трубопровод прохождения текучей среды 126 дозатора открыт на заднем конце канала протекания текучей среды 132 ванночки.

Функционирование устройства согласно изобретению протекает очевидным образом на основании вышеизложенного. По трубам подвода текучей среды 44, которые жестко соединены с корпусом турбовинтового двигателя, производится впрыск гидравлической текучей среды в каждый из пяти проходов текучей среды 113 опоры (также неподвижного). Текучая среда вытекает из этих проходов текучей среды для подачи в каждую из канавок циркуляции текучей среды 123 дозатора; причем последний приводится во вращение вокруг продольной оси турбовинтового двигателя посредством вала 34 ротора турбины низкого давления. Таким образом, осуществляется перемещение текучей среды от статичной контрольной точки к динамичной контрольной точке. Затем текучая среда течет внутрь дозатора для подачи в каждый из каналов протекания текучей среды 132 ванночки. На ее заднем конце текучая среда занимает, таким образом, трубопровод прохождения текучей среды 126 дозатора. Эти трубопроводы проходят через водила эпициклоидальной передачи (которые в связи с этим просверливаются) и соединяются сзади нее с трубами 46, соединенными дальше сзади с камерами силовых цилиндров систем управления ориентацией лопастей вентилятора (на фиг.1 схематически изображены только две трубы 46).

В описанном здесь примере, который изображен на фигурах, был рассмотрен случай подачи гидравлической текучей среды в пять различных гидравлических механизмов, а именно камеры двух силовых цилиндров и предохранительный механизм управления). Безусловно, изобретение в более широком смысле применяется к снабжению n гидравлических механизмов (n≥2), причем в этом случае будет предусмотрено n проходов текучей среды 113, n канавок циркуляции текучей среды 123, n трубопроводов 126, n труб подвода текучей среды 44 и n+1 кольцевых уплотнительных прокладок 124.

Согласно предпочтительной отличительной особенности изобретения распределитель текучей среды 140 радиально вставлен между опорой подвода текучей среды 110 и дозатором текучей среды 120.

Если быть более точным, то данный распределитель текучей среды содержит цилиндрическую часть 141, которая установлена между соответствующими цилиндрическими частями 111, 121 дозатора и опоры, являясь коаксиальной им. Данная цилиндрическая часть 141 содержит для каждой канавки циркуляции текучей среды 123 дозатора множество отверстий для прохождения 142, выходящих внутрь распределителя. Эти отверстия для прохождения равномерно расположены с промежутками вокруг продольной оси 12 дозатора для обеспечения однородного количества текучей среды, выходящей в канавки циркуляции текучей среды 123.

Согласно другой предпочтительной конструкции по изобретению, изображенной на фиг.2, подшипники качения 150 размещены между дозатором текучей среды 120 и опорой подвода текучей среды 110 (на уровне их переднего и заднего концов). Эти подшипники качения позволяют удерживать во вращении дозатор текучей среды относительно опоры подвода текучей среды.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям устройств управления шагом лопастей воздушного винта. Устройство подачи текучей среды (100) в гидравлический цилиндр управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом содержит дозатор текучей среды (120), жестко соединенный с ротором турбовинтового двигателя. Дозатор имеет цилиндрическую часть (121), содержащую две канавки циркуляции текучей среды (123), каждая из которых содержит выходное отверстие (125). Опора подвода текучей среды (110) жестко соединена с неподвижной частью турбовинтового двигателя. Опора содержит цилиндрическую часть (111) с двумя отдельными проходами (113), открытыми к трубам подвода текучей среды (44), каждый из которых радиально выходит в одну из канавок дозатора. Ванночка (130) жестко соединена с дозатором и содержит цилиндрическую часть (131) с двумя каналами (132). В каждый канал подается текучая среда через одно из выходных отверстий дозатора, причем каждый канал выходит к камере силового цилиндра управления. Достигается снижение габаритов механизма управления ориентацией лопастей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство подачи текучей среды (100) в гидравлический силовой цилиндр для управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом, содержащее:
- дозатор текучей среды (120), жестко соединенный во вращении с ротором турбовинтового двигателя и содержащий цилиндрическую часть (121), которая на уровне внешней поверхности снабжена, по меньшей мере, двумя кольцевыми канавками циркуляции текучей среды (123), расположенными с промежутками друг от друга в продольном направлении; причем каждая канавка циркуляции текучей среды содержит, по меньшей мере, одно выходное отверстие (125), радиально выходящее внутрь цилиндрической части дозатора текучей среды;
- опору подвода текучей среды (110), жестко соединенную с неподвижной частью турбовинтового двигателя и содержащую цилиндрическую часть (111), которая размещена вокруг цилиндрической части дозатора текучей среды, являясь коаксиальной ему, и которая снабжена, по меньшей мере, двумя отдельными проходами текучей среды (113), открывающимися к трубам подвода текучей среды (44), каждый из которых выходит в радиальном направлении внутрь цилиндрической части опоры в одну из канавок циркуляции текучей среды дозатора, и
- ванночку (130), жестко соединенную во вращении с дозатором текучей среды и содержащую цилиндрическую часть (131), которая расположена внутри цилиндрической части дозатора, являясь коаксиальной ему, и которая на уровне внешней поверхности снабжена, по меньшей мере, двумя продольными каналами протекания текучей среды (132), в каждый из которых текучая среда подается через одно из выходных отверстий дозатора текучей среды; причем каждый канал протекания текучей среды выходит на одном продольном конце к камере (40а, 40b) силового цилиндра управления (40, 42).

2. Устройство по п.1, содержащее, кроме того, распределитель текучей среды (140), содержащий цилиндрическую часть (141), радиально вставленную между соответствующими цилиндрическими частями дозатора текучей среды и опоры подвода текучей среды, являясь коаксиальной им.

3. Устройство по п.2, в котором цилиндрическая часть распределителя текучей среды содержит для каждой канавки циркуляции текучей среды дозатора множество отверстий (142), равномерно распределенных по внешней поверхности.

4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором продолжением одного из продольных концов цилиндрической части дозатора текучей среды является радиальная часть (122), снабженная, по меньшей мере, двумя трубопроводами (126) для прохождения текучей среды; причем каждый трубопровод прохождения текучей среды открыт в канал протекания текучей среды ванночки и выходит к камере силового цилиндра управления.

5. Устройство по п.1, в котором продолжением одного из продольных концов цилиндрической части опоры подвода текучей среды является радиальная часть (112), предназначенная для закрепления на неподвижной части турбовинтового двигателя.

6. Устройство по п.1, содержащее, кроме того, подшипники качения (150), расположенные между дозатором текучей среды и опорой подвода текучей среды.

7. Устройство по п.1, в котором проходы текучей среды опоры подвода текучей среды расположены с равномерным промежутком друг от друга.

8. Устройство по п.1, в котором канавки циркуляции текучей среды дозатора текучей среды разграничены в продольном направлении между собой, по меньшей мере, тремя кольцевыми уплотнительными прокладками (124), расположенными на внешней поверхности цилиндрической части дозатора и радиально выступающими от нее наружу.

9. Турбовинтовой двигатель с двойным воздушным винтом, содержащий первую и вторую совокупности (26а, 26b) лопастей вентилятора с регулируемой ориентацией, приводимые во вращение ротором силовой турбины, два гидравлических силовых цилиндра (40, 42) для управления ориентацией лопастей вентилятора, центрированных по продольной оси турбовинтового двигателя, и устройство подачи текучей среды (100) в силовые цилиндры по любому из пп.1-8.

10. Турбовинтовой двигатель по п.9, в котором ротор силовой турбины приводит во вращение совокупности лопастей вентилятора посредством эпициклоидальной передачи (32), образующей редуктор.