ES2644667T3 - Motor multi-ventilador con transmisión de potencia mejorada - Google Patents

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Description

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DESCRIPCION
Motor multi-ventilador con transmision de potencia mejorada Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a motores de propulsion y mas particularmente a motores multi-ventilador para aeronaves y otros vehlculos.
Antecedentes de la invencion
Una tendencia actual en el diseno de turboventiladores para la industria aeronautica es el aumento de la relacion de derivation para mejorar el consumo de combustible a traves del aumento de la eficiencia propulsora y reducir el ruido percibido en tierra. En motores turboventiladores convencionales, el logro de una mayor eficiencia propulsora requiere incrementar el diametro del ventilador para producir un mayor flujo de masa derivada a bajas velocidades de rebufo. La evolution incremental del actual estado de la tecnica contempla turboventiladores de muy alta relacion de derivacion (VHBPR de “Very High ByPassRatio) (BPR mayor de 15), que tienen ventiladores de diametros de hasta 174''.
Como el continuo incremento del diametro del ventilador implica problemas de distancia al suelo y de integration e instalacion en el ala o el fuselaje, se ha propuesto un concepto innovador de motor turboventilador que consiste en repartir el flujo secundario de derivacion entre una pluralidad de ventiladores de menor diametro, conectados todos ellos a la unidad de generation de potencia (conocidos como motores multi-ventilador).
Por ejemplo, US 6,792,745 B2 describe un motor a reaction turboventilador que tiene un alojamiento y un nucleo del motor dispuesto en el alojamiento. El nucleo del motor incluye al menos un compresor, una turbina y un eje de accionamiento. El eje de accionamiento define un eje de transmision. Una pluralidad de ventiladores esta dispuesta en el alojamiento rotando cada uno de ellos alrededor de un eje de ventilador independiente. Cada uno de los ejes del ventilador esta desplazado axialmente respecto al eje de accionamiento. El motor a reaccion turboventilador incluye ademas un sistema de accionamiento que interconecta operativamente el nucleo del motor y los ventiladores para hacer girar a los ventiladores y para desacoplar selectivamente ventiladores del nucleo del motor.
EP 1,916,406 A2, US 8,015,796 B2, US 8,402,740 y US 2013/0223991 A1 tambien describen motores multi- ventilador.
En la tecnica anterior mencionada, cada ventilador esta accionado por un eje conectado por una disposition mecanica particular al eje accionado por la turbina del nucleo del motor. En el caso de US 6,792,745 B2 dicha disposicion mecanica es un sistema de transmision de potencia acoplado operativamente al eje accionado por la turbina y a los ejes de los ventiladores.
Dichas disposiciones mecanicas plantean una serie de problemas, particularmente relativos a su capacidad de transmitir potencia entre los ventiladores a traves de una caja de cambios mecanica de peso y tamano aceptable, por lo que nuevos enfoques de motores multi-ventilador son muy demandados por la industria aeronautica.
Esta invencion esta dirigida a la atencion de esa demanda.
Sumario de la invencion
En un aspecto, esta invencion proporciona un motor multi-ventilador que comprende un motor de turbina de gas que incluye una turbina que acciona un eje y una pluralidad de ventiladores en la que uno de los ventiladores esta conectado al eje accionado directamente por el motor de turbina de gas y todos los ventiladores estan encastrados en anillos dentados configurados para transmitir un par motor desde cada ventilador a cualquier ventilador contiguo al que esta acoplado de manera que se transmita potencia mecanica desde el ventilador accionado por el motor de turbina de gas a todos los ventiladores.
La potencia generada por la turbina se transmite por tanto a traves de un eje a uno de los ventiladores que la distribuye a sus ventiladores adyacentes a traves de la conexion dentada entre ellos.
En una realization el motor multi-ventilador tambien comprende engranajes intermedios entre los ventiladores encastrados en anillos dentados para transmitir el par motor entre ventiladores adyacentes, estando conectados dichos engranajes intermedios a actuadores lineales para desacoplar la conexion mecanica entre cualquier par de ventiladores adyacentes si ello es necesario por un fallo mecanico o cualquier otra causa.
En otro aspecto, la invencion se refiere a una aeronave provista con los motores multi-ventilador mencionados y particularmente con motores multi-ventilador montados en el fuselaje en los que la disposicion de los ventiladores esta muy adaptada a la superficie externa del fuselaje de la aeronave de manera que una portion significativa de la capa llmite del flujo de aire sea capturada por los ventiladores.
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Otras caracterlsticas y ventajas de la presente invention se desprenderan de la description detallada que sigue de realizaciones ilustrativas de su objeto en relation con las figuras que se acompanan.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquematica en planta de un motor multi-ventilador.
La Figura 2 es una vista esquematica en planta de un motor multi-ventilador que tiene un mecanismo de transmision de potencia conocido en la tecnica.
La Figura 3 es una vista esquematica en planta de un motor multi-ventilador provisto de un mecanismo de transmision de potencia segun la invencion.
La Figura 4 es una vista esquematica frontal que ilustra una realization de un motor multi-ventilador con un ventilador central y dos ventiladores laterales.
La Figura 5 es una vista esquematica frontal que ilustra una realizacion de un motor multi-ventilador con ventiladores laterales de menor tamano que el ventilador central.
La Figura 6 es una vista esquematica frontal que ilustra una realizacion de un motor multi-ventilador con cinco ventiladores de la misma dimension.
La Figura 7 es una vista esquematica en planta que ilustra una realizacion de un motor multi-ventilador con un engranaje intermedio entre los ventiladores.
La Figura 8 es una vista esquematica frontal de una aeronave provista con dos motores multi-ventilador segun la invencion que estan montados en el fuselaje.
Descripcion detallada de la invencion
Como se muestra en la Figura 1 los principales componentes de un motor multi-ventilador son una carcasa 17, un motor de turbina de gas 11 que incluye una turbina de accionamiento de un eje principal 13 y una pluralidad de ventiladores 15. Como es bien conocido en la tecnica el motor multi-ventilador comprende canales primarios de flujo 21 para conducir parte del aire acelerado por los ventiladores 15 al motor de turbina de gas 11 para generar el chorro de propulsion P1 y canales secundarios de flujo 23 para conducir el resto del aire acelerado por los ventiladores 15 evitando el motor de turbina de gas 11 para producir los chorros de propulsion P2.
La disposition mecanica de la tecnica anterior mencionada en los Antecedentes de la Invencion se ilustra en la Figura 2. Cada ventilador 15 esta accionado por un eje 16 conectado al eje principal 13 mediante un mecanismo de transmision de potencia 19.
Como se muestra en la Figura 3, en el motor multi-ventilador de la invencion solo un ventilador 15 es accionado directamente por el eje 13 y todos los ventiladores 15 estan encastrados en unos anillos dentados 31 de modo que la rotation del ventilador central 15 accionado por el eje 13 se puede transmitir mecanicamente al resto de los ventiladores 15. Por tanto, el motor multi- ventilador tiene un solo eje de potencia.
El motor multi-ventilador de la invencion puede estar configurado con ventiladores 15 del mismo tamano, como se ilustra en las Figuras 4 y 6 o con ventiladores 15 de tamano diferente, como se ilustra en la Figura 5, para satisfacer necesidades particulares y su disposicion puede ser tal que los ejes de rotacion de los ventiladores no necesitan estar alineados. Una combination adecuada del numero y las dimensiones de los ventiladores 15 puede proporcionar un motor multi-ventilador de una alta relacion de derivacion y una dimension adecuada para aeronaves comerciales.
Una realizacion alternativa de la presente invencion incorpora engranajes intermedios 33 para conectar ventiladores adyacentes 15 encastrados en anillos dentados 31 como se muestra en la Figura 7. Los engranajes intermedios 33 pueden ser retraldos por medio de actuadores lineales 34 de manera que la transmision de potencia entre ventiladores adyacentes 15 pueda ser desacoplada en casos de, por ejemplo, ruptura de alabes, fallo mecanico o cualquier otra causa.
Entre otras, el motor multi-ventilador de la invencion tiene las siguientes ventajas con respecto a la tecnica anterior:
- Componentes mas ligeros. Se evitan cajas de cambios y ejes de gran peso.
- Montaje mas facil y de mayor fiabilidad debido al menor numero de componentes.
- No necesidad de asignar espacio al mecanismo de transmision de potencia.
- Facilidad de inspection gracias a la accesibilidad de los anillos dentados.
- La eficiencia propulsiva global es mayor que en un motor convencional con un ventilador debido a la recuperacion de energia rotacional de la estela debido al hecho de que las estelas de los ventiladores individuales adyacentes giran en direcciones opuestas. Una ventaja adicional de este hecho es que el par transmitido por el motor al fuselaje puede reducirse o eliminarse.
5 - El anillo dentado de cada ventilador proporciona mas resistencia y rigidez a los alabes del ventilador y permite un
diseno de alabes adaptado al flujo local con, por ejemplo, cuerdas mas largas lejos del eje del ventilador.
El motor multi-ventilador de la invencion puede montarse en las alas o, preferiblemente, en el fuselaje de la aeronave.
La Figura 8 muestra una aeronave provista con dos motores multi-ventilador 10 montados en el fuselaje con tres 10 ventiladores 15 encastrados en anillos dentados 31 dispuestos a una distancia apropiada de la superficie externa 7 del fuselaje para capturar una porcion significativa de la capa Kmite aerodinamica del fuselaje para incrementar la eficiencia propulsora. La adaptabilidad del motor multi-ventilador de la invencion a la superficie externa 7 del fuselaje es, pues, una ventaja significativa de la invencion.
Aunque se ha descrito la presente invencion en conexion con varias realizaciones, puede apreciarse a partir de la 15 descripcion que pueden hacerse varias combinaciones de elementos, variaciones o mejoras en ellas y que estan dentro del alcance de la invencion tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

  1. 5
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    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Un motor multi-ventilador que comprende un motor de turbina de gas (11) que incluye una turbina que acciona un eje (13) y una pluralidad de ventiladores (15), caracterizado por que:
    - uno de los ventiladores (15) esta conectado al eje (13) accionado directamente por el motor de turbina de gas (11);
    - todos los ventiladores (15) estan encastrados en anillos dentados (31) configurados para transmitir una fuerza tangencial, y consiguientemente un par motor, desde cada ventilador a cualquier ventilador contiguo al que esta acoplado de manera que se transmita potencia mecanica desde el ventilador accionado directamente por el motor de turbina de gas (11) a todos los demas ventiladores.
  2. 2. Un motor multi-ventilador segun la reivindicacion 1, en el que la pluralidad de ventiladores (15) comprende, ademas del ventilador accionado por el eje (13), al menos un ventilador en cada lado de el.
  3. 3. Un motor multi-ventilador segun la reivindicacion 2, en el que todos los ventiladores (15) tienen el mismo diametro.
  4. 4. Un motor multi-ventilador segun la reivindicacion 2, en el que los ventiladores laterales tienen un diametro menor que el del ventilador accionado por el eje (13).
  5. 5. Un motor multi-ventilador segun la reivindicacion 2, en el que los ventiladores laterales tienen un diametro mayor que el del ventilador accionado por el eje (13).
  6. 6. Un motor multi-ventilador segun la reivindicacion 2, que tambien comprende engranajes intermedios (33) entre los ventiladores (15) encastrados en anillos dentados (31) para transmitir el par motor entre ventiladores adyacentes, estando conectados dichos engranajes intermedios (33) a actuadores lineales (34) para desacoplar la conexion mecanica entre cualquier par de ventiladores adyacentes.
  7. 7. Aeronave con al menos un motor multi-ventilador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6.
  8. 8. Aeronave segun la reivindicacion 7 que comprende dos motores multi-ventiladores (10) montados en el fuselaje que tienen sus ventiladores (15) encastrados en anillos dentados (31) dispuestos a una distancia apropiada de la superficie externa (7) del fuselaje de la aeronave para capturar una porcion significativa de la capa llmite aerodinamica del fuselaje al efecto de incrementar la eficiencia propulsiva.
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