[发明专利]由行星齿轮系驱动的对转螺旋桨系统以提供在两螺旋桨之间转矩的平衡分布

说明书

技术领域

本发明总体上来说涉及一种用于飞机涡轮机的对转螺旋桨系统。

本发明还涉及一种用于飞机的涡轮机，所述涡轮机包括这种对转螺旋桨系统。

优选地，本发明适用于飞机涡轮机，如喷气涡轮机、涡轮螺旋桨发动机。它具体应用于称作“开放转子(open rotor)”涡轮机的涡轮机，其中，无动力涡轮机(free power turbine)直接或间接地通过机械传动系统驱动两个对转螺旋桨，该机械传动系统形成减速齿轮并包括行星齿轮系。因此，在该对转螺旋桨系统中，螺旋桨在其外径端没有整流板。

背景技术

在现有技术中，带有对转螺旋桨系统的涡轮机已为人们所知，其中的对转螺旋桨由机械传动系统驱动，习惯地采用差减速齿轮的形式。这种差减速齿轮具体包括特殊行星齿轮系，其太阳齿轮由无动力涡轮机的转子转动，其行星齿轮支架驱动第一螺旋桨，其中的环驱动第二螺旋桨。从这点来看，应该注意到，相对驱动它们的无动力涡轮机，根据对转螺旋桨的位置，第一螺旋桨构成了下游螺旋桨，第二螺旋桨构成了上游螺旋桨。否则相反，与单个行星齿轮系不同，环不是固定的，而是活动的。

利用这种行星齿轮系，两个螺旋桨不能受到相同的空气动力扭矩。卫星的机械平衡方程显示，这两种扭矩必要地有一个固定比率，这取决于减速齿轮几何特性。这个比率必然不同于相等的比率。事实上，应用于第一螺旋桨上的扭矩C1和应用于第二螺旋桨上的扭矩C2之间的比率由下式表示：

C1/C2＝(R+1)/(R-1)；

其中R是由行星齿轮系确定的减速比率。

这样，为了得到接近相等的扭矩的比率，必然要增加减速比率，然而，由于机械可行性问题，扭矩的比率不会大于10。此外，减速比率的增加会不可避免地导致螺旋桨系统总质量的增加，从而对涡轮机产生副作用。

由于扭矩之间的不相等比率，两个螺旋桨其中之一较另一螺旋桨将产生较大次级流回转，从而引起输出流的残留回转，有点限制了推进效率，并不利于增加涡轮机的声级。事实上，是由行星齿轮支架驱动的第一螺旋桨在扭矩方面总是具有较大的负荷。

此外，两个扭矩之间的差异还产生装置的应力增加，所述装置用于安装到飞机的涡轮机上，这些装置必须相应地具有超大尺寸(over-dimensioned)，以支撑施加其上的额外负荷。

发明内容

与现有技术的实施例相比，本发明的目的是提供至少一种部分地克服上述缺陷的方案。

为实现这个目的，本发明的第一目标是提供一种用于飞机涡轮机的对转螺旋桨的系统，包括：

无动力涡轮，其包括第一转子；

第一对转螺旋桨和第二对转螺旋桨，其相对于螺旋桨系统的定子绕该螺旋桨系统的纵轴转动；

机械传动系统，其包括：与太阳齿轮装配在一起的行星齿轮系，所述太阳齿轮以所述纵轴为中心，并由无动力涡轮机的所述第一转子驱动；至少一个行星齿轮，其与所述太阳齿轮啮合；一个或多个行星齿轮支架，其驱动所述第一螺旋桨；及环，其与每一行星齿轮相啮合并驱动第二螺旋桨。

根据本发明，所述无动力涡轮还包括第二转子，所述第二转子相对第一转子对转，并转动所述环。

因此，本发明有利地致力于说明(通过作用，by acting)第二螺旋桨所接收的不足扭矩，以致后者通过行星齿轮系的环由无动力涡轮的第二转子局部驱动。换句话说，由环传递到第二螺旋桨的扭矩不仅像先前情形一样仅从卫星发生，而且还从动力涡轮的第二转子发生，因此，其显现对转特性。

这些特征导致分别传递到两个螺旋桨的扭矩的平衡，及两扭矩之间比率有效地相等。结果是：第一，两个螺旋桨的每一个都产生大体相同的次级流回转，它能防止输出流量的残余回转的有害现象。这样，在螺旋桨系统输出(output)处的气动流可被满意地矫正，这将获得改进的推进效率，并减小所产生的声阶。

此外，作为扭矩平衡的结果，用来将涡轮机安装在飞机上的装置经受较小的机械应力，并在负担和质量(encumbrance and mass)方面导致较低的费用设计。

而且，在对转无动力涡轮内，与传统涡轮的情况相比，第一转子可较慢地转动，同时可保持在涡轮的输出处提供相同的动能。第一转子转速的这种减小不仅因施加到其上的离心力较小而允许其设计简便，还由于由第一转子驱动的太阳齿轮的速度的较低，使由行星齿轮系所赋予的减小比率也有所减小。这两个优点明显导致了在质量方面的实质收益。