Турбовинтовой двигатель с воздушным винтом изменяемого шага
Турбовинтовой двигатель содержит воздушный винт с лопастями, прикрепленными к кольцевой вращающейся опоре, примыкающей к внешнему стационарному кожуху, окружающему турбину, приводящую в движение вращающуюся опору. Каждая лопасть установлена на шкворне для поворота относительно вращающейся опоры. На каждом шкворне установлена шестерня, зацепляющаяся с приводной кольцевой структурой, образующей зубчатое колесо и установленной с возможностью вращения вокруг оси двигателя на вращающейся опоре. Приводная кольцевая структура соединена с внешней кольцевой управляющей структурой, установленной соосно вращающейся опоры, через планетарный механизм, установленный на вращающейся опоре. Планетарный механизм содержит кольцевое планетарное водило, установленное с возможностью вращения на вращающейся опоре. На водиле установлены две группы планетарных шестерен, причем шестерни первой группы расположены между зубчатым венцом вращающейся опоры и зубчатым венцом стационарного кожуха, а шестерни второй группы установлены между зубчатым венцом приводной кольцевой структуры и зубчатым венцом кольцевой управляющей структуры. Изобретение позволяет упростить конструкцию двигателя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к турбовинтовому двигателю с воздушными винтами изменяемого шага, в котором каждый воздушный винт содержит набор лопастей управляемого изменяемого шага. Изменение шага лопастей является одним из параметров, используемых для управления тягой турбовинтового двигателя. Изобретение относится к механизму управления шагом этих лопастей.
Турбовинтовой двигатель указанного выше типа требует наличия системы для регулировки шага лопастей, чтобы иметь возможность в любое время адаптировать мощность двигателя к условиям его работы. Ранее предлагались системы управления шагом лопастей, в которых управляющие элементы размещались на оси двигателя, т.е. более конкретно, в центральном пространстве кольцевой турбины, приводящей в движение лопасти. В самом распространенном случае, турбина относится к типу, в которой имеется два вращающихся в противоположных направлениях свободных ротора и каждый ротор соединен с вращающейся опорой, на которой установлены лопасти двух воздушных винтов.
Таким образом, две вращающиеся опоры являются опорами, вращающимися в противоположных направлениях и смещенными друг от друга вдоль общей оси, и когда средство управления шагом лопастей размещены рядом с осью турбины, необходимо предусмотреть промежуточное механическое устройство для управления шагом лопастей через роторы турбины. Этот механизм является тяжелым, дорогим и трудным в обслуживании.
Настоящее изобретение позволяет ограничить эти недостатки, заменив внутренний механизм управления таким механизмом, который по существу расположен вне двигателя, между стационарным кожухом турбовинтового двигателя и вращающейся опорой (опорами).
В частности, согласно настоящему изобретению создан турбовинтовой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один воздушный винт, образованный набором лопастей, прикрепленных к первой кольцевой вращающейся опоре, установленной с возможностью вращения вокруг оси двигателя и примыкающей к внешнему стационарному кожуху, окружающему турбину, имеющую ротор, приводящий в движение первую вращающуюся опору, при этом каждая лопасть набора лопастей установлена на шкворне для поворота относительно первой вращающейся опоры, и на каждом шкворне установлена шестерня, зацепляющаяся с первой приводной кольцевой структурой, образующей зубчатое колесо и установленной с возможностью вращения вокруг оси двигателя на вращающейся опоре, при этом приводная кольцевая структура соединена с первой внешней кольцевой управляющей структурой, установленной соосно вокруг первой вращающейся опоры, через планетарный механизм, установленный на первой вращающейся опоре.
Согласно изобретению первый планетарный механизм содержит кольцевое планетарное водило, установленное с возможностью вращения на первой вращающейся опоре. На водиле установлены две группы планетарных шестерен (т.е. в каждой группе по меньшей мере три шестерни, разнесенные друг от друга по окружности, центром которой является ось двигателя). Шестерни первой группы расположены между зубчатым венцом первой вращающейся опоры и зубчатым венцом стационарного кожуха, а шестерни второй группы установлены между зубчатым венцом первой приводной кольцевой структуры и зубчатым венцом первой кольцевой управляющей структуры.
Примечательно, что все вышеописанные элементы расположены снаружи и большая их часть установлена на вращающейся опоре.
Между управляющей кольцевой структурой и стационарным кожухом турбовинтового двигателя относительно легко можно установить приводные средства (исполнительные механизмы, электродвигатели и т.п.). Перемещение таких приводных средств воздействует на весь механизм и приводит к изменению шага лопастей.
В обычной конфигурации, когда турбовинтовой двигатель оснащен двумя воздушными винтами, установленными, соответственно, на первой и второй кольцевых вращающихся опорах, приводимых в движение в противоположных направлениях, лопасти, установленные на второй вращающейся опоре, приводятся в движение сравнимой конструкцией, содержащей планетарный механизм, установленный на второй вращающейся опоре.
Более точно, вторая приводная кольцевая структура, образующая зубчатое колесо, установлена с возможностью вращения на второй вращающейся опоре, и вторая приводная кольцевая структура соединена через этот второй планетарный механизм со второй управляющей кольцевой структурой, соосной со второй вращающейся опорой.
Преимущественно, вторая управляющая кольцевая структура содержит зубчатый венец, зацепляющийся с шестернями лопастей, установленных на второй вращающейся опоре.
Как указано выше, второй планетарный механизм идентичен первому, хотя планетарные шестерни упомянутой первой группы расположены между зубчатым венцом второй вращающейся опоры и зубчатым венцом первой вращающейся опоры.
Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны из нижеследующего подробного описания турбовинтового двигателя, выполненного по принципам настоящего изобретения, приведенного со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематическое сечение фрагмента турбовинтового двигателя согласно настоящему изобретению; и
Фиг.2 - схематический вид в перспективе фрагмента внешней части того же турбовинтового двигателя, причем изображение турбины опущено.
На чертежах можно увидеть часть турбовинтового двигателя 11, имеющего два воздушных винта 13а, 13b. Более подробно показаны стационарный внешний кожух 14 двигателя, свободная турбина 15, имеющая два вращающихся в противоположных направлениях ротора 16а, 16b, установленных внутри кожуха 14, и две кольцевые вращающиеся опоры 19а, 19b, соответственно установленные на роторах 16а, 16b.
Воздушные винты 13а, 13b установлены, соответственно, на вращающихся опорах 19а, 19b, и каждый воздушный винт образован набором лопастей 20. Каждая лопасть установлена с возможностью поворота на соответствующей вращающейся опоре, для поворота вокруг оси 18, проходящей радиально относительно оси Х-Х вращения турбовинтового двигателя.
Две вращающиеся опоры 19а, 19b установлены на одной оси в линию и по существу на одном уровне со стационарным внешним кожухом 14. В показанном примере первой вращающейся опорой является та, которая расположена ближе к передней части двигателя.
Эта первая вращающаяся опора 19а, связанная для вращения с ротором 16а и установленная снаружи него, несет приводную кольцевую структуру 21а, включающую в себя зубчатое колесо 22а, установленное с возможностью вращения вокруг оси Х-Х на первой вращающейся опоре 19а. Кроме того, каждый шкворень лопасти имеет шестерню 23а, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом 22а приводной кольцевой структуры 21а. Приводная кольцевая структура 21а перемещается внешней управляющей кольцевой структурой 25а (установленной соосно вокруг первой вращающейся опоры 19а) через первый планетарный механизм 27а, установленный на первой вращающейся опоре.
Более точно, первый планетарный механизм 27а содержит кольцевое водило 30а, установленное с возможностью вращения вокруг оси Х-Х на вращающейся опоре, на котором установлены две группы 33а, 34а планетарных шестерен 35. Например, каждая группа содержит три шестерни 35, отстоящие друг от друга по окружности. В таких обстоятельствах шестерни отстоят вокруг оси Х-Х на угол 120°. Шестерни 35 первой группы 33а установлены между зубчатым венцом 39 первой вращающейся опоры и зубчатым венцом 40 стационарного кожуха 14. Шестерни второй группы 34а установлены между зубчатым венцом 42 первой приводной кольцевой структуры 21а и зубчатым венцом 44 первой управляющей кольцевой структуры 25а.
Приводное средство (не показано) может быть расположено между управляющей кольцевой структурой 25а и стационарным кожухом 14 турбовинтового двигателя. Как поясняется ниже, перемещение управляющей кольцевой структуры приводит к изменению скоростей планетарных механизмов, что приводит к повороту лопастей вокруг их шкворней 18.
Вторая вращающаяся опора 19b связана для вращения со вторым ротором 16b турбины. Она приводится во вращение в противоположном направлении относительно первой вращающейся опоры. Лопасти 20 приводятся во вращение сравнимым устройством, содержащим второй планетарный механизм, установленный на второй вращающейся опоре 19b.
Более точно, можно видеть, что вторая приводная кольцевая структура 21b, образующая зубчатое колесо 22b, установлена с возможностью вращения на второй опоре 19b. Зубчатое колесо 22b зацеплено с шестернями 23b, установленными на шкворнях 18 лопастей 20 воздушного винта 13b. Вторая приводная кольцевая структура 21b соединена со второй управляющей кольцевой структурой 25b через второй планетарный механизм 27b. Эта управляющая кольцевая структура 25b перемещается (относительно кожуха 19b) вращением шестерни 23а.
Второй планетарный механизм 27b идентичен первому. Он имеет планетарное кольцевое водило 30b, установленное с возможностью вращения на первой вращающейся опоре. Это кольцевое планетарное водило несет две группы 33b, 34b планетарных шестерен 35. Шестерни первой группы расположены между зубчатым венцом 45 второй вращающейся опоры 19b и зубчатым венцом 46 первой вращающейся опоры 19а. Шестерни второй группы расположены между зубчатым венцом 47 второй приводной кольцевой структуры 21b и зубчатым венцом 48 второй управляющей кольцевой структуры 25b. Вторая управляющая кольцевая структура 25b имеет зубчатый венец 50, зацепленный с шестернями 23а лопастей, установленных на первой опорной структуре.
Механизм работает следующим образом.
На примере воздушного винта 13а и первой вращающейся опоры 19а понятно, что первая вращающаяся опора вращается относительно кожуха 14 со скоростью, которую ей придает ротор 16а. Шестерни 35 первой группы 33а совершают планетарное движение (т.е. образованное вращением вокруг их собственной оси одновременно с вращением вокруг оси двигателя). Это движение влечет за собой вращение планетарного кольцевого водила 30а вокруг оси двигателя. В ходе своего движения планетарное водило перемещает вторую группу 34а планетарных шестерен. Следовательно, эти шестерни приводятся в планетарное движение.
Если управляющая кольцевая структура 25а удерживается в стационарном и заранее определенном положении, т.е. если она не поворачивается относительно стационарного кожуха 14, то движение планетарных шестерен второй группы идентично движению планетарных шестерен первой группы (поскольку они имеют одинаковые размеры и водила имеют одинаковые радиусы и находятся на одной оси и, при таком предположении, являются стационарными, следовательно, они имеют одинаковую скорость вращения). Следовательно, вращающаяся опора 19а и кольцевая структура 21а вращаются с одинаковой скоростью вокруг оси двигателя и между ними не возникает относительного перемещения. Поэтому положение лопастей 20 относительно вращающейся опоры не меняется и остается стабильным. Наоборот, если первую управляющую структуру 25а повернуть относительно кожуха 14, движения вращающейся опоры и приводной кольцевой структуры станут различными (их скорости вращения вокруг оси двигателя более не идентичны), приводя к повороту шкворней 18 и, следовательно, к изменению шага лопастей 20.
Воздушный винт 13b работает идентично, и его лопасти 20 поворачиваются под управлением второй приводной кольцевой структуры 21b, которая сама приводится в движение изменением шага лопастей первого воздушного винта 13а через расположенный между ними второй планетарный механизм 27b, установленный на второй вращающейся опоре 19b.
1. Турбовинтовой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один воздушный винт (13а), образованный набором лопастей (20), прикрепленных к первой кольцевой вращающейся опоре (19а), установленной с возможностью вращения вокруг оси (Х-Х) двигателя и примыкающей к внешнему стационарному кожуху (14), окружающему турбину, имеющую ротор (16а), приводящий в движение первую вращающуюся опору, при этом каждая лопасть набора лопастей установлена на шкворне для поворота относительно первой вращающейся опоры, и на каждом шкворне установлена шестерня (23а), зацепляющаяся с первой приводной кольцевой структурой (21а), образующей зубчатое колесо (22а) и установленной с возможностью вращения вокруг оси двигателя на вращающейся опоре, при этом приводная кольцевая структура соединена с первой внешней кольцевой управляющей структурой (25а), установленной соосно вокруг первой вращающейся опоры, через планетарный механизм (27а), установленный на первой вращающейся опоре, отличающийся тем, что первый планетарный механизм (27а) содержит кольцевое планетарное водило (30а), установленное с возможностью вращения на первой вращающейся опоре, при этом на водиле установлены две группы (33а, 34а) планетарных шестерен, причем шестерни первой группы расположены между зубчатым венцом (39) первой вращающейся опоры и зубчатым венцом (40) стационарного кожуха, а шестерни второй группы установлены между зубчатым венцом (42) первой приводной кольцевой структуры и зубчатым венцом (44) первой кольцевой управляющей структуры.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит вторую кольцевую вращающуюся опору (19b), выполненную с возможностью вращения в противоположном направлении относительно первой вращающейся опоры и несущую второй набор лопастей, при этом каждая лопасть установлена с возможностью поворота на второй вращающейся опоре, причем каждый шкворень лопасти, установленный на второй вращающейся опоре, находится в зацеплении со второй приводной кольцевой структурой (21b), образующей зубчатое колесо (22b), установленное с возможностью вращения на второй вращающейся опоре, при этом вторая приводная кольцевая структура соединена со второй управляющей кольцевой структурой (25b) через второй планетарный механизм (27b), установленный на второй вращающейся опоре.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что вторая управляющая кольцевая структура содержит зубчатый венец (50), зацепленный с шестернями (23а) лопастей, установленных на первой вращающейся опоре.
4. Двигатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что второй планетарный механизм (27b) содержит планетарное кольцевое водило (30b), установленное с возможностью вращения на второй вращающейся опоре и несущее две группы (33b, 34b) планетарных шестерен (35), при этом планетарные шестерни первой группы (33b) расположены между зубчатым венцом (45) второй вращающейся опоры и зубчатым венцом (46) первой вращающейся опоры, а планетарные шестерни второй группы (34b) расположены между зубчатым венцом (47) второй приводной кольцевой структуры и зубчатым венцом (48) второй управляющей кольцевой структуры.
