DE2459843A1 - GEAR ARRANGEMENT FOR FAN WITH VARIABLE PITCH - Google Patents
GEAR ARRANGEMENT FOR FAN WITH VARIABLE PITCHInfo
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Description
Dr. Horst Schurr 6 Frankfurt/Main 1, 17.12.74Dr. Horst Schurr 6 Frankfurt / Main 1, December 17, 1994
Frankfurt/
Niddastr. 52Frankfurt/
Niddastr. 52
2934-I3LN-II9I1 WK/kr./he.2934-I3LN-II9I1 WK / kr. / He.
GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY
1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.1 River Road
Schenectady, NY / USA
Getriebeanordnung für Gebläse mit variabler SteigungGear arrangement for blowers with variable pitch
Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Getriebes für ein Gebläse mit variabler Steigung und insbesondere eine Segment-Zahnradanordnung zur gleichzeitigen Änderung der Steigung einer Vielzahl von beabstandeten Laufschaufeln eines Gebläses mit variabler Steigung, die drehbar in einem Nabenteil gelagert sind.The invention relates to an arrangement of a gearbox for a variable pitch fan and, more particularly, to a segment gear arrangement for simultaneously changing the pitch of a plurality of spaced-apart blades of a fan with variable pitch, which are rotatably mounted in a hub part.
Während des Normalbetriebes eines Gebläses mit variabler Steigung entsteht an den einzelnen Laufschaufeln des Gebläses ein hohes dynamisches Drehmoment (dynamic turning moment) infolge der hohen Zentrifugalkräfte, die eine Drehung der Laufschaufeln um ihre mittleren Längsachsen bewirken, so daß eine Neigung der Hauptoberflächen jeder einzelnen tragflügelprofilartigen Schaufel zu einer Ausrichtung senkrecht zur mittleren Drehachse und damit zu einer Blockierung des Luftstroms durch die Laufschaufeln des Gebläses besteht. Weitere Informationen bezüglich der inhärentenDuring normal operation of a variable pitch fan a high dynamic torque (dynamic turning moment) arises on the individual blades of the fan as a result of the high centrifugal forces that cause the blades to rotate cause their central longitudinal axes, so that an inclination of the main surfaces of each individual airfoil-like blade to an orientation perpendicular to the central axis of rotation and thus to a blockage of the air flow through the blades of the Blower. More information regarding the inherent
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Drehmomente von Gebläselaufschaufein mit variabler Steigung können aus der US-Patentschrift Nr. 2.844.3o3 entnommen werden.Torques of fan blades with variable pitch can from U.S. Patent No. 2,844,3o3.
Es ist an sich bekannt, daß man den inhärenten Drehmomenten an Gebläselaufschaufeln mit variabler Steigung durch eine entgegengesetzte Kraft entgegenwirken muß, die durch Gegengewichte (counterbalance weights) geschaffen werden kann. Es wurden die verschiedensten Systeme für solche Gegengewichte vorgeschlagen, wie sie aus der Patentliteratur bekannt sind. Das Gewicht der rotierenden Bauteile wird jedoch vergrößert, wenn irgendein System mit Gegengewichten in einem umlaufenden Gebläse vorgesehen wird, und damit wird der Gesamtwirkungsgrad des Gebläses verringert. Auf dem Gebiete der Gasturbinen, in denen Triebwerke mit Gebläsen variabler Steigung in letzter Zeit vorgeschlagen wurden, ist ein solches vergrößertes Gewicht unbefriedigend und verringert den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerkes.It is known per se that one of the inherent torques on fan blades with variable pitch by an opposite Must counteract force that can be created by counterbalance weights. It became the various systems proposed for such counterweights, as they are known from the patent literature. The weight of the however, rotating components will be increased in size if any counterbalance system is provided in a rotating fan, and thus the overall efficiency of the fan is reduced. In the field of gas turbines, in which jet engines with fans variable pitch have recently been proposed, such an increased weight is unsatisfactory and reduces the Overall efficiency of the engine.
Es ist allgemein üblich, bei einem Gebläse mit variabler Steigung, bei dem die einzelnen Gebläselaufschaufeln nach innen verlaufende und um ein mittleres Nabenteil drehbar gelagerte Pußteile besitzen, einzelne Segmentzahnräder vorzusehen, die antriebsmäßig mit den Laufschaufelfußteilen zur gleichzeitigen Änderung der Laufschaufelsteigung in Eingriff stehen. Die einzelnen Zahnradsegmente stehen ihrerseits in Eingriff mit einem als Antrieb dienenden Regelringzahnrad (unisou gear). Durch eine Vergrößerung der Abmessung der einzelnen Zahnradsegmente kann das wirksame verstellende Drehmoment erhöht werden, welches den einzelnen Laufschaufeln zugeführt wird, und damit kann ein Gegengewicht gegen die inhärenten Drehmomente geschaffen werden, welche auf die einzelnen Gebläselaufschaufeln wirken. Bisher war jedoch die Größe der Zahnradsegmente begrenzt durch den möglichen Abstand zwischen benachbarten Laufschaufeln und es war daher nicht möglich, durch diese Große ein. ausreichendes Einstelldrehmoment und/oder ausreichende Drehwinkel zu schaffen, wie sie für einen Ausgleich der inhärenten Drehmomente erforderlich sind.It is common practice for a variable pitch blower to in which the individual fan blades run inwards and have pusher parts rotatably mounted around a central hub part, Provide individual segment gears that drive with the blade root parts for the simultaneous change of the blade pitch are engaged. The individual gear segments are in turn in engagement with a control ring gear serving as a drive (unisou gear). By increasing the dimensions of the individual gear segments, the effective adjusting torque can be increased, which is fed to the individual blades, and thus a counterweight against the inherent Torques are created which act on the individual fan blades works. So far, however, the size of the gear segments was limited by the possible distance between adjacent ones Blades and it was therefore not possible to go through this large one. sufficient setting torque and / or sufficient To create angles of rotation as required to compensate for the inherent torques.
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Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Segmentzahnradanordnung für ein Turbogebläsetriebwerk zu schaffen, durch welches den Gebläselaufschaufeln mit variabler Steigung während des Dauerflugbetriebes, in dem das inhärente Drehmoment am größten ist, ein hohes Einstelldrehmoment zugeführt werden kann und auf diese Weise die Notwendigkeit für Ausgleichs-Gegengewichte beseitigt werden kann.It is therefore a primary object of the invention to provide a segment gear arrangement for creating a turbo fan engine through which the fan blades have a variable pitch during of continuous flight operations, in which the inherent torque on greatest is that a high setting torque can be supplied and in this way the need for balance counterweights can be eliminated.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit Segmentzahnrädern für ein Turbogebläsetriebwerk mit variabler Steigung zu schaffen, bei welcher sich die Zähne von benachbarten Zahnradsegmenten so überlappen, daß sie sich nicht gegenseitig beeinträchtigen, und auf diese Weise das hohe Einstelldrehmoment zu schaffen, das für den Ausgleich der inhärenten Drehmomente benötigt wird, und gleichzeitig die erforderlichen Drehwinkel zu erhalten.It is also an object of the invention to provide an arrangement with segment gears for a turbo blower engine with variable To create pitch at which the teeth of adjacent gear segments overlap so that they are not mutually exclusive affect, and in this way to create the high setting torque required to compensate for the inherent torques is needed, and at the same time to obtain the required angles of rotation.
Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben und Vorteile ergibt sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den Abbildungen; diese dienen jedoch nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der Erfindung nicht begrenzen. Die erfindungsgemäße Zahnradanordnung wird hier für eine Turbomaschine des Typs mit einer Vielzahl beabstandeter Laufschaufeln variabler Steigung vorgesehen, die in einem rotierbaren Nabenteil drehbar gelagert sind. Die Zahnradanordnung enthält eine Vielzahl von beabstandeten Zahnradsegmenten, die jeweils in antriebsmäßigem Eingriff mit den Laufschaufeln sind, wobei jedes Zahnrad eine Vielzahl von auf der Länge einer konischen Rotationsfläche beabstandeten Zähne besitzt. Weiterhin ist ein Kegel-Ringsahnrad (unisou bevelgear) vorgesehen, mit einer- Vielzahl von am TÄnf ang beabstandeten Zähnen zum gleichzeitigen Eingriff mit den Zähnen der einzelnen Zahnradsegmente.A better understanding of these and other tasks and benefits results from the following detailed description and the illustrations; however, these are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention. The gear arrangement according to the invention is used here for a turbo machine of the type having a plurality of spaced variable pitch blades mounted in a rotatable hub portion are rotatably mounted. The gear assembly includes a plurality of spaced apart gear segments, each in are drivingly engaged with the blades, wherein each gear has a plurality of teeth spaced along the length of a conical surface of revolution. Furthermore is a Conical ring gear (unisou bevelgear) provided with a large number of teeth spaced apart on the TÄnf ang for simultaneous engagement with the teeth of the individual gear segments.
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Die Figur 1 zeigt eine . Teilschnittansicht der Zahnradanordnung und des Geläses mit variabler Steigung.Figure 1 shows a. Partial sectional view of the gear assembly and variable pitch vessel.
Die Figur 2 ist eine perspektivische Teilansicht der Zahnradanordnung und des Gebläses variabler Steigung nach Figur 1.Figure 2 is a partial perspective view of the gear assembly and the variable pitch fan of Figure 1.
Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Zahnradanordnung und des Gebläses mit variabler Steigung nach Figur für die Betriebsart Dauerflug.FIG. 3 shows a perspective partial view of the gear wheel arrangement and the fan with variable pitch according to the figure for the continuous flight mode.
Figur 4 ist eine perspektivische Teilansicht für die Zahnradanordnung und das Gebläse mit variabler Steigung nach Figur 1 für den Übergangsbetrieb.Figure 4 is a partial perspective view for the gear assembly and the variable pitch fan of Figure 1 for transitional operation.
Die Figur 5 ist eine perspektivische Teilansicht für die Zahnradanordnung und das Gebläse variabler Steigung nach Figur 1 für den Rückwärtsbetrieb.Figure 5 is a partial perspective view for the gear assembly and the variable pitch fan of Figure 1 for reverse operation.
Es folgt nachstehend eine Beschreibung einer bevorzugten Ausf ührungs f ο rm.A description of a preferred embodiment follows below.
Die Figur 1 zeigt eine Anordnung für ein^. Gebläse 10 mit variabler Steigung, das für die Anfügung am vorderen Ende eines Gasturbinentriebwerkes (nicht gezeigt) geeignet ist. Obwohl die Erfindung nachstehend in Verbindung mit einem Gebläse variabler Steigung beschrieben wird, besitzt sie jedoch eine weitergehende Anwendungsmöglichkeit auf andere Arten von Turbomaschinen mit Axialströmung, in denen Laufschaufeln in einem rotierfähigen Nabenteil drehbar gelagert sind und jede Laufschaufel einstellbar um ihre Längsachse gedreht wird. Das Gebläse 10 mit variabler Steigung enthält eine Vielzahl von am Umfang beabstandeten Gebläselaufschaufeln 12 mit variabler Steigung, die außerhalb einer inneren Verkleidung 14 (Übergangsverkleidung) angeordnet sind, die sich über die Laufschaufeln Figure 1 shows an arrangement for a ^. Fan 10 with variable Pitch suitable for attachment to the front end of a gas turbine engine (not shown). Although the invention is described below in connection with a variable pitch blower, it does have a more extensive application to other types of turbomachinery with axial flow, in which blades in a rotatable hub part are rotatably mounted and each rotor blade is rotatably rotated about its longitudinal axis. That Variable pitch fan 10 includes a plurality of circumferentially spaced variable pitch fan blades 12 Slope, which are arranged outside an inner fairing 14 (transition fairing), which extends over the blades
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variabler Steigung hinaus nach vorn erstreckt und eine stromaufwärts gelegene Nabenhaube 16 bildet. Ein statischer Beipaßkanal 11 ist zwischen der inneren Verkleidung 14 und einer äußeren beabstandeten Haube 13 angebracht.variable pitch extends forward and one upstream located hub cap 16 forms. A static bypass channel 11 is between the inner panel 14 and an outer one spaced hood 13 attached.
Das Gasturbinentriebwerk kann ein solches Triebwerk konventioneller Bauart mit einem Kompressorabschnitt, einem Brennerabschnitt, (nicht gezeigt) und einem Turbinenabschnitt (nicht gezeigt) sein, die entweder auf einzelnen Wellen oder einer Doppelwelle (nicht gezeigt) strömungsmäßig in Reihe angeordnet sind. Die Gebläselaufschaufeln 12 mit variabler Steigung sind zusammen mit der Innenverkleidung 14 und der Nabenhaube l6 zur Drehung um eine mittlere Längsachse A des Triebwerkes untereinander durch einen rotierenden Rahmenaufbau (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden, wie dies an sich bekannt ist. Bei 18 ist lediglich der Umriss des vorderen Endes des Verdichters abgebildet und bildet einen Verdichtereinlaß 20. Dieser steht in Strömungsmittelverbindung mit einer Vielzahl von rotierbaren Verdichterlaufschaufeln 22, die zwischen einer Vielzahl von Statorlaufschaufeln 24 angeordnet sind, die Leitschaufelnjdes variablen Typs sein können. Der Verdichter wird hierdurch mit einem Teil des Luftstroms beschickt, der aus dem Gebläse 10 austritt, und die Änderung der Steigung der Laufschaufeln ändert nicht nur das Beipaßverhältnis; sondern ergibt in der Endauswirkung eine variable erste Verdichterstufe. Eine Vielzahl von am Umkreis beabstandeten Statorleitschaufeln 24 können zwischen der inneren Verkleidung 14 und der Aussenhaube 13 hinter den Gebläselaufschaufeln 12 mit variabler Steigung und vor dem Verdichtereinlaß 20 angeordnet sein. Die Steigung der Gebläselaufschaufeln 12 kann so verändert werden, daß der Luftstrom entlang des Kanals 11 umgekehrt wird, und damit ein Schub in umgekehrter Richtung erhalten wird zur aerodynamischen Abbremsung eines Luftfahrzeuges beim Landen.The gas turbine engine may be of a conventional design having a compressor section, a burner section (not shown) and a turbine section (not shown) fluidly arranged in series on either single shafts or a twin shaft (not shown). The variable pitch fan blades 12 are connected together with the inner liner 14 and the hub cap 16 for rotation about a central longitudinal axis A of the engine by a rotating frame structure (also not shown), as is known per se. Depicted at 18 is only the outline of the front end of the compressor and defines a compressor inlet 20. This is in fluid communication with a plurality of rotatable compressor blades 22 disposed between a plurality of stator blades 24 which may be of any variable type. The compressor is thereby charged with part of the air flow exiting the fan 10, and changing the pitch of the blades not only changes the bypass ratio ; but in the end it results in a variable first compressor stage. A plurality of circumferentially spaced stator vanes 24 can be arranged between the inner lining 14 and the outer hood 13 behind the fan blades 12 with variable pitch and in front of the compressor inlet 20. The pitch of the fan blades 12 can be changed so that the air flow is reversed along the duct 11, and thus a thrust in the opposite direction is obtained for aerodynamic braking of an aircraft when landing.
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Jede Gebläselaufschaufel 12 mit variabler Steigung enthält einen Profilteil 26, der sich radial von einer Plattform 28 aus nach außen erstreckt, die einen nach innen gerichteten Fußabschnitt oder Wurzelabschnitt 3O überdeckt. Jeder Fußabschnitt 3O enthält vorzugsweise eine Vielzahl von radial nach innen gerichteten beabstandeten Ansätzen, die mit einer Vielzahl von zweiten Ansätzen 34 ineinander verstiftet gehalten werden, die sich von einer Fußwelle 35 aus radial nach außen erstrecken. Die beabstandeten Ansätze 32 und 34 werden durch einen in Längsrichtung verlaufenden Stift 36 miteinander verstiftet gehalten, der eine Vielzahl von koaxialen beabstandeten Bohrungen in den Ansätzen 32, 34 durchsetzt.Each variable pitch fan blade 12 includes a profile portion 26 that extends radially from a platform 28 extends outside, which covers an inwardly directed foot portion or root portion 3O. Each foot section contains 3O preferably a plurality of radially inwardly directed spaced lugs connected to a plurality of second Approaches 34 are held pinned into one another, which extend from a foot shaft 35 radially outward. The spaced Lugs 32 and 34 are held pinned together by a longitudinally extending pin 36, the one A plurality of coaxial spaced bores in the lugs 32, 34 penetrated.
Die Verstiftung von Gebläselaufschaufeln variabler Steigung wurde vom Standpunkt der Vibration aus als vorteilhaft gefunden und es hat den Anschein, daß solche verstifteten Laufschaufeln Betriebsverhältnisse überstehen, die normalerweise zu einem raschen Defekt von Laufschaufeln mit festem Fußteil führen. Weiterhin ergeben verstiftete Gebläselaufschaufeln mit variabler Steigung eine leichte Möglichkeit zum Herausnehmen und Neueinsetzen der Gebläselaufschaufeln. Es ist zu beachten, daß zwischen den Bohrungen zur Aufnahme des Stiftes und den Stiften 36 enge Toleranzen oder Spielräume vorgesehen werden können, so daß eine gewisse starre Körperbewegung durch das Abrollen oder Rutschen von miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen erfolgen kann. Weiterhin kann das Resonanzverhalten zu einem starken Maße durch Änderung der Spielräume oder Toleranzen für den Stift beherrscht werden, ohne daß hierzu eine Neukonstruktion des tragflügelprofilförmigen Abschnittes 25 erfolgen muß. Obwohl hier die Gebläselaufschaufeln mit variabler Steigung im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform mit verstifteten Fußteilen beschrieben werden, können jedoch solche Gebläselaufschaufeln mit variabler Steigung auch durch konventionelle Schwalbenschvanzflißteile befestigt werden.The pinning of fan blades of variable pitch was made Found advantageous from a vibration standpoint and such pinned blades appear to survive operating conditions which would normally result in rapid failure run by blades with a fixed base. Furthermore, pinned fan blades result in variable pitch an easy way to remove and reinsert the fan blades. It should be noted that between the Bores for receiving the pin and the pins 36 close tolerances or clearances can be provided so that a certain rigid body movement can result from the rolling or sliding of surfaces in contact with one another. Furthermore, the resonance behavior can to a large extent through Changes in the margins or tolerances for the pin can be mastered without the need for a new design of the airfoil-shaped Section 25 must be done. Although here related to the fan blades with variable pitch a preferred embodiment are described with pinned foot parts, but such fan blades can with variable incline, also through conventional dovetail sections be attached.
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Der Fußwellenteil 35 jeder Gebläselaufschaufel 12 mit variabler Steigung ist an seinem radial inneren Ende verdickt zur Bildung eines umschließenden Flansches 37, der im Eingriff mit einer Vielzahl von kreisförmig beabstandeten Anti-Reibungslagern 38 steht. Die rotierende Struktur enthält einen verstärkten zylindrischen Trag- oder Nabenteil 40, der eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten radialen Bohrungen 42 besitzt, die jeweils einen Fußwellenteil· 35 einer Gebläselaufschaufel· 12 mit variabler Steigung aufnehmen. Die radialen Bohrungen 42 enthalten jeweils einen überlappenden Umkreisflanschteil· 44, der sich im wesentlichen gegenüberstehend zu einem entsprechenden Umkreisflansch 37 befindet, so daß die Antireibungsiager 38 dazwischen festgeiegt sind. Auf diese Weise wird jede Laufschaufel· um ihre Mitteiachse B bei der Beiastung durch die hohen Zentrifugalkräfte gehauen, die während des Betriebes des Gebläses 10 mit hoher Drehzahl· auftreten.The root shaft portion 35 of each variable pitch fan blade 12 is thickened at its radially inner end to Formation of an enclosing flange 37 which engages a plurality of circularly spaced anti-friction bearings 38 stands. The rotating structure contains a reinforced one cylindrical support or hub part 40, which has a plurality of has circumferentially spaced radial bores 42, each having a root shaft portion · 35 of a fan blade · 12 record variable slope. The radial bores 42 each contain an overlapping circumferential flange portion 44 that extends is located substantially opposite a corresponding circumferential flange 37 so that the anti-friction bearings 38 therebetween are fixed. In this way, each rotor blade is rotated about its central axis B when it is subjected to the high centrifugal forces hewn during the operation of the blower 10 occur at high speed.
Es wird nachstehend auf die Figur 2 in Zusammenhang mit der Figur 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten Segmentzahnrädern 46, die sich von ihrer integralen Verbindung mit den Fußwe^enteiien 35 aus radial· nach innen erstrecken. Jedes der Zahnradsegmente 46 enthäit eine Vieizahl von am Umfang beabstandeten Zähnen 52, die sich von dem äußeren Umfang derselben zum Eingriff mit einer zweiten Viel·zahl umkreisförmig beabstandeter Zähne 50 erstrecken, die am Umfang eines Kegelringzahnrades 48 angeordnet sind. Während des Betriebes des Triebwerkes und des Gebläses kann das Kegel-Ringzahnrad 48 durch konventione^e Einrichtungen zur Drehung um die Längsachse A des Triebwerkes unabhängig von der'Drehung des Gebläses gesteuert werden. Hieraus ist ersichtlich, daß eine Änderung der WinkelsteMung des Kegel-Ringzahnrades 48 bezüglich des Halteabschnittes 40 eine gleichzeitige Drehung aller beabstandeten Zahnradsegmente 46 um ihre LängsachsenB bewirkt. Die Drehung a^er Zahnradsegmente 46 um ihre Längsachsen B verändert gleichzei tig die Steigung aUer Gebläselauf schaufel 12.Reference is made below to FIG. 2 in connection with FIG. This shows a plurality of segment gears 46 spaced apart in a circular manner, which extend from their integral connection with the Fußwe ^ enteiien 35 from extending radially inward. Each of the gear segments 46 contains a plurality of circumferentially spaced teeth 52 extending from the outer periphery thereof for engagement with a second A large number of teeth 50 spaced apart in the shape of a circle extend which are arranged on the circumference of a bevel ring gear 48. While the operation of the engine and the fan can be the bevel ring gear 48 by conventional devices for rotation about the longitudinal axis A of the engine independently of the rotation of the fan can be controlled. From this it can be seen that a change in the angular position of the bevel ring gear 48 with respect to of the holding portion 40 causes a simultaneous rotation of all spaced gear segments 46 about their longitudinal axes B. The rotation of a ^ er gear segments 46 about their longitudinal axes B changed at the same time, the slope of the fan blade 12.
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Auf diese Weise kann das Druckverhältnis über den Gebläselaufschaufeln 12 verändert werden, um die verschiedenartigen Betriebserfordernisse des Triebwerkes gemäß den auszuführenden Flugmanövern zu erfüllen.This allows the pressure ratio across the fan blades 12 may be varied to accommodate the various operational needs of the engine according to the needs to be carried out Perform flight maneuvers.
Während des Betriebes des Gebläses wirkt auf die einzelnen Geblaselaufschaufeln 12 ein hohes dynamisches Drehmoment infolge der hohen Zentrifugalkräfte, die in Richtung einer Drehung der Laufschaufeln um ihre mittleren Längsachsen B in einer solchen Weise wirken, daß eine Neigung der Hauptoberflächen jedes Tragflügelprofilteils 26 zu einer Ausrichtung senkrecht zur Mittelachse A des Triebwerkes und der Drehung des Gebläses besteht und damit eine Neigung zu einer Blockierung des Luftstroms durch den statischen Beipasskanal 12. Für weitere Hinweise bezüglich der inhärenten Drehmomente von Gebläselaufschaufeln mit variabler Steigung wird auf die US-Patentschrift Nr. 2.844.303 verwiesen. During the operation of the fan acts on the individual fan blades 12 a high dynamic torque as a result of the high centrifugal forces acting in the direction of rotation of the Blades around their central longitudinal axes B in such a Act so that an inclination of the major surfaces of each airfoil section 26 to an orientation perpendicular to the central axis A of the engine and the rotation of the fan and thus a tendency to block the air flow through the static bypass duct 12. For further guidance on the inherent torques of variable fan blades Reference is made to U.S. Patent No. 2,844,303.
Es ist an sich bekannt, daß man den inhärenten Drehmomenten an Gebläselaufschaufeln mit variabler Steigung durch eine entgegengesetzte Kraft entgegenwirken muß, die durch Gegengewichte geschaffen werden kann. Es wurden die verschiendensten Systeme für solche Gegengewichte vorgeschlagen, wie sie aus der Patentliteratur bekannt sind. Wie vorstehend erörtert, wird das Gewicht der rotierenden Bauteile jedoch vergrößert, wenn irgendein System mit Gegengewichten in einem umlaufenden Gebläse vorgesehen wird, und hierdurch wird der Gesamtwirkungsgrad des Gebläses verringert. Auf dem Gebiete der Gasturbinen, in denen Triebwerke mit Gebläsen variabler Steigung in letzter Zeit vorgeschlagen wurden, ist ein solches vergrößertes Gewicht unerwünscht und verringert den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerkes.It is known per se that one of the inherent torques on fan blades with variable pitch by an opposite Must counteract force that can be created by counterweights. The most diverse systems became suggested for such counterweights as they are known from the patent literature. As discussed above, the weight will however, the rotating components are enlarged if any counterbalance system is provided in a rotating fan, and this reduces the overall efficiency of the fan. In the field of gas turbines, in which jet engines with fans variable pitch have been proposed recently, such increased weight is undesirable and reduces the Overall efficiency of the engine.
Durch eine Vergrößerung der Abmessung der einzelnen Zahnradsegmente kann das wirksame verstellende Drehmoment erhöht werden, welches den einzelnen Laufschaufeln zugeführt wird, und damit kann ein Gegengewicht gegen die inhärenten Drehmomente geschaffenBy increasing the dimensions of the individual gearwheel segments, the effective adjusting torque which is supplied to the individual rotor blades can be increased, and a counterweight can thus be created against the inherent torques
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werden, die auf die einzelnen Gebläselaufschaufeln wirken. Bisher war jedoch die Größe der Zahnradsegmente begrenzt durch den möglichen Abstand zwischen benachbarten Laufschaufeln und es war daher nicht möglich, durch diese Größe ein ausreichendes Einstelldrehmoment und/oder ausreichende Drehwinkel zu erhalten, wie sie für einen Ausgleich der inhärenten Drehmomente erforderlich sind.acting on the individual fan blades. Until now however, the size of the gear segments was limited by the possible spacing between adjacent blades and it it was therefore not possible to obtain a sufficient setting torque and / or sufficient angle of rotation with this size, as required for balancing the inherent torques are.
Die einzelnen Segmentzahnräder wurden erfindungsgemäß besonders konstruiert, um ein hohes Einstelldrehmoment in der Dauerflugstellung der Gebläselaufschaufeln variabler Steigung zu erhalten, bei welcher das inhärente Drehmoment am größten ist,und auf diese Weise jede Notwendigkeit irgendwelcher Ausgleichsgewichte zu beseitigen. Aus der Figur 2 ist ersichtlich, daß die Zähne 52 des Zahnradsegmentes 46 in der Art einer Spiralwendel um eine konische Umdrehungsfläche angeordnet sind, die allgemein durch die dünne Linie 54 dargestellt ist und die Längsachse B der Laufschaufel als Achse besitzt. Die Zahne 52 besitzen eine kürzere Ausdehnung in Längsrichtung als die Zähne 50 des Kegel-Ringzahnrades 48 und kommen daher in diesem Kegelzahnrad bei Änderung der Steigung der Laufschaufeln mit sich ändernden radialen, Entfernungen von der Mittelachse A des Triebwerkes in Eingriff. In der hier abgebildeten bevorzugten Ausführungsform ist es nicht erforderlich, daß die Zähne 52 einen vollen Umlauf von 360 um die konische Oberfläche 54 ausführen und zwar im Hinblick auf den begrenzten Bereich für die Änderung der Laufschaufelsteigung, welche für den normalen Betrieb eines Triebwerkes erforderlich ist. Für andere Anweridungszwecke ist es jedoch ohne weiteres möglich, einen vollen Umlauf der Zähne 52 von 360 oder mehr in Abhängigkeit von dem gewünschten Betrag der Änderung der Laufschaufelsteigung zu schaffen.The individual segment gears were specially designed according to the invention in order to achieve a high setting torque in the continuous flight position obtain variable pitch of the fan blades, at which the inherent torque is greatest, and thus any need for any counterweights to eliminate. From Figure 2 it can be seen that the teeth 52 of the gear segment 46 in the manner of a spiral helix a conical surface of revolution indicated generally by thin line 54 and longitudinal axis B. the blade has as an axis. The teeth 52 have a shorter extension in the longitudinal direction than the teeth 50 of the bevel ring gear 48 and therefore come in this bevel gear when changing the pitch of the rotor blades with changing radial, Distances from the center axis A of the engine engaged. In the preferred embodiment shown here it is not necessary that the teeth 52 perform a full 360 revolution around the conical surface 54 in the With regard to the limited range for the change in the blade pitch, which is necessary for normal operation of an engine is required. For other recruiting purposes, however, it is easily possible a full revolution of the teeth 52 of 360 or more depending on the desired amount of To create change in the blade pitch.
Es wird nachstehend auf die Figur 3 im Zusammenhang mit der voll ausgezogenen Darstellung des Tragflügelteils 26 nach Figur 2 Bezug genommen. Diese zeigt die Dauerflugstellung derIn the following, FIG. 3 in connection with the fully extended representation of the wing part 26 according to FIG 2 referred to. This shows the permanent flight position of the
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Gebläselaufschaufeln 12 mit variabler Steigung, bei welcher der Spitzenwert der inhärenten Drehmomente infolge der hohen auf die Laufschaufel wirkenden Zentrifugalkräfte vorliegt. Man wird leicht erkennen, daß die Zähne 52, die sich während dieser Dauerflugstellung im Eingriff mit den Zähnen 50 des Ringkegel-Zahnrades 48 befinden, am äußeren Ende der Spiralwendel liegen und damit infolge ihres größeren diametralen Abstandes von der Längsachse B der Laufschaufel das größte Drehmoment auf den Fußwellenteil 35 ausüben. Trotz des vergrößerten diametralen Abstandes der Zähne 52, welche im Eingriff mit den Zähnen 50 des Ringkegel-Zahnrades 48 sind, besteht keine gegenseitige Störung oder Beeinträchtigung mit den nicht im Eingriff befindlichen Zähnen 52 benachbarter Zahnradsegmente 46. Es ist leicht ersichtlich, daß der Winkel, unter dem die Zähne 50 des Ringkegelzahnrades 48 die Mittelachse A des Triebswerkes schneiden würden, mit dem Winkel zusammenfallen muß, unter dem die konische Umdrehungsfläche 54 die Mittelachse A des Triebswerkes schneidet. Die Zähne 50 und 52 können geradlivuig verlaufend, verjüngt oder gewinkelt sein in Abhängigkeit von der erwünschten räumlichen Form.Variable pitch fan blades 12 at which the peak value of the inherent torques is due to the high centrifugal forces acting on the blade. Man it will easily be seen that the teeth 52 which are in engagement with the teeth 50 of the ring cone gear during this endurance flight position 48 are located at the outer end of the spiral coil and thus due to their greater diametrical distance from the The longitudinal axis B of the rotor blade exerts the greatest torque on the foot shaft part 35. Despite the enlarged diametrical Distance of the teeth 52, which are in engagement with the teeth 50 of the ring bevel gear 48, there is no mutual interference or interference with the disengaged Teeth 52 of adjacent gear segments 46. It can be readily seen that the angle at which the teeth 50 of the ring bevel gear 48 would intersect the central axis A of the engine, must coincide with the angle at which the conical Surface of revolution 54 intersects the central axis A of the engine. The teeth 50 and 52 can run straight, be tapered or angled depending on the desired spatial shape.
Es wird nunmehr auf die Figur 4 zusammen mit dem gestrichelt gezeichneten Tragflügelprof^-ilabschnitt 56 der Figur 2 Bezug genommen. Dieser zeigt die Stellung, welche die Gebläselaufschaufeln 12 variabler Steigung im Augenblick des Überganges von der Betriebsart Vorwärtsschub zur Betriebsart Rückwärtsschub einnehmen. Die einzelnen Zahnradsegmente 46 sind,gesehen von dem oberen Ende der Gebläselaufschaufeln 12 variabler Steigung; im Uhrzeigersinne gedreht worden. Die Zähne 52, die mit den Zähnen 50 des Kegel-Zahnrades 48 im Eingriff stehen, haben sich radial und diametral nach innen entlang der konischen Umdrehungsflache gemäß der Kurve 54 verschoben. Man wird leicht erkennen, daß die Drehung im Uhrzeigersinne nur willkürlich zur Veranschaulichung festgelegt wurde und daß für die ZweckeReference is now made to FIG. 4 together with the hydrofoil profile 56 of FIG. 2, shown in broken lines. This shows the position which the variable pitch fan blades 12 assume at the moment of transition from the forward thrust mode to the reverse thrust mode. The individual gear segments 46 are variable pitch as viewed from the top of the fan blades 12 ; rotated clockwise. The teeth 52, which are in engagement with the teeth 50 of the bevel gearwheel 48, have shifted radially and diametrically inward along the conical surface of revolution according to the curve 54. It will be readily seen that the clockwise rotation is arbitrary for illustration and that for purposes
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der Erfindung eine Drehung im Gegen-Uhrzeigersinne in gleicher Weise geeignet wäre. Die Größe des durch das Kegel-Zahnrad 48 auf die Zahnradsegmente 46 ausgeübten Drehmomente wurde auch noch entsprechend verringert infolge der Verkürzung der effektiven Hebelarme für das Drehmoment zwischen dem Kegelzahnrad und der Längsachse B der Laufschaufel. Die Hauptoberflächen der Tragflügelprofilteile 26 sind ebenfalls senkrecht zur Mittelachse A des Triebswerkes ausgerichtet (flache Steigung) und damit sind die Auswirkungen der inhärenten Drehmomente vernachlässigbar, die normalerweise im Sinne einer Drehung der Laufschaufeln um ihre mittlere Längsachse B wirken. Aus der Figur 4 ist insbesondere ersichtlich, daß die äußeren Enden der Zähne 52, die anfänglich während der Stellung für den Dauerflugbetrieb mit dem Kegelringzahnrad 48 in Eingriff waren, während der Drehung der Laufschaufel die benachbarten Zahnradsegmente nicht beeinträchtigen, sondern vielmehr diese benachbarten Zahnradsegmente ohne eine Störung überlappen.the invention a counter-clockwise rotation in the same Way would be appropriate. The amount of torque exerted by the bevel gear 48 on the gear segments 46 was also increased still correspondingly reduced due to the shortening of the effective lever arms for the torque between the bevel gear and the longitudinal axis B of the blade. The major surfaces of the airfoil sections 26 are also perpendicular to the central axis A of the engine aligned (flat pitch) and thus the effects of the inherent torques are negligible, which normally act in the sense of a rotation of the rotor blades about their central longitudinal axis B. From Figure 4 In particular, it can be seen that the outer ends of the teeth 52, which are initially in position for continuous flight were engaged with the bevel ring gear 48, during the Rotation of the blade does not affect the adjacent gear segments affect, but rather overlap these adjacent gear segments without interference.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 5 zusammen mit dem gestrichelt gezeichneten Profilabschnitt 58 nach Figur 2. Sie zeigt die von den Gebläselaufschaufeln 12 variabler Steigung während des Rückwärtsschubbetriebs eingenommene Ste-J-lung, bei dem die Richtung des Luftstroms durch den Beipasskanal 11 umgekehrt wird. Die Zähne 52, die im Eingriff mit den Zähnen 50 des Ring-Kegelzahnrades 48 stehen, wurden auf ihre radiale und diametral innerste Stellung gedreht,und die nicht im Eingriff befindlichen Teile der Zähne 52 überlappen benachbarte Zahnradsegmente 46 so, daß sie diese nicht stören. Das auf die Zahnradsegmente 52 ausgeübte Drehmoment besitzt seinen Minimalwert j dieser ist jedoch völlig ausreichend infolge der Verringerung des inhärenten dynamischen Drehmomentes, das auf die Laufschaufeln während der Steigungseinstellung für Rückwärtsschub wirkt.Reference is now made to FIG. 5 together with the profile section 58 shown in dashed lines according to FIG Figure 12 shows the pitch of the fan blades 12 variable Ste-J-position taken during reverse thrust operation, at which the direction of the air flow through the bypass channel 11 is reversed. The teeth 52, which mesh with the teeth 50 of the Ring bevel gear 48 are standing on their radial and diametrical rotated innermost position, and not in engagement Parts of the teeth 52 overlap adjacent gear segments 46 so that they do not interfere with them. That on the gear segments 52 exerted torque has its minimum value j, however, this is completely sufficient due to the reduction in the inherent dynamic torque acting on the blades during pitch adjustment for reverse thrust.
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Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch verstehen, daß die vielfältigsten Abwandlungen, Ersatzlösungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne hierbei den grundsätzlichen Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise wurden vorstehend die Zähne 52 beabstandet entlang einer Spiralwendel angeordnet. Man wird jedoch leicht erkennen, daß die Zähne 52 auch in irgendeiner anderen Weise über die Länge einer konischen Umdrehungsfläche 54 angeordnet werden können, so lange nur die Zähne des Gegenzahnrades 48 lang genug sind, um in Eingriff mit allen Zähnen des Zahnradsegmentes zu kommen. Es kann beispielsweise ein deutlicher Sprung zwischen einem Zahn des Zahnradsegmentes und einem benachbarten Zahn gemäß der alternativen Ausführungsform nach Figur 6 vorhanden sein, wo ein Zahnradsegment 46*2 unterschiedliche Reihen von Zähnen 52' zum Eingriff mit dem Ring-Kegelzahnrad 48 besitzt.The foregoing has been a preferred embodiment of the present Invention illustrated and described. However, those skilled in the art will understand that the most diverse modifications, substitute solutions and changes can be made without departing from the basic scope of the invention. For example the teeth 52 were arranged above at a distance along a spiral helix. However, one will easily see that the teeth 52 can also be arranged in any other way over the length of a conical surface of revolution 54, so long only the teeth of the counter gear 48 are long enough to mesh with all of the teeth of the gear segment. It For example, there can be a clear jump between a tooth of the gear segment and an adjacent tooth according to the alternative Embodiment according to Figure 6 may be present, where a gear segment 46 * 2 different rows of teeth 52 'for Has engagement with the ring bevel gear 48.
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