用于飞行器涡轮机的螺旋桨的制作方法

本发明涉及飞行器涡轮机的领域，特别地涉及这些涡轮机的包括可变桨距轮叶的推进螺旋桨。

背景技术：

1、现有技术特别包括文献fr-a1-3 017 163、fr-a1-3 080 322、us-a1-2013/336796、us-a1-2006/093486、us-a-1,806,385、us-a-4,427,458以及us-a1-2017/101171。

2、飞行器涡轮机螺旋桨可以为涵道式(例如在风扇的情况下)或者为无涵道式(例如在开式转子架构的情况下)。

3、螺旋桨包括可以具有可变桨距的轮叶。因此，涡轮机包括使得能够改变轮叶的桨距角的机构，以使由螺旋桨产生的推力适应于不同的飞行阶段。

4、螺旋桨轮叶的设计涉及通常具有冲突的目标的多个学科。螺旋桨轮叶必须使得能够具有最佳的空气动力学性能(即在提供推力的同时使效率最大化)，保证轮叶的机械强度(即承受由静态载荷和动态载荷产生的机械约束)，同时限制质量和声学特征。特别地，螺旋桨的空气动力学性能的改善倾向于增大旁通比(by pass ratio，bpr)，这转化为增大螺旋桨的外直径，从而增大轮叶的跨度。然而，bpr的增大与风扇压力比(fan pressure ratio，fpf)的降低密切相关。因此，通常需要桨距改变系统(可变桨距轮叶)以使螺旋桨能在整个飞行范围内运行。

5、存在多种用于附加可变桨距螺旋桨轮叶的技术以及多种用于对这种螺旋桨轮叶的桨距角进行控制的技术。

6、螺旋桨通常包括毂部，毂部承载了用于对螺旋桨的轮叶的桨距角进行控制的系统。毂部具有围绕第一轴线的大致环形或多边形形状，第一轴线是涡轮机的纵向轴线，并且包括围绕该第一轴线分布的开口，控制系统被容纳在开口中。

7、这些开口中的每一个开口相对于第一轴线具有大致径向的定向，并且接纳控制系统以及用于围绕相对于第一轴线径向的第二轴线引导控制系统的轴承，第二轴线是对应轮叶的桨距轴线。

8、在本发明的上下文中，控制系统包括：轮叶，轮叶包括连接到根部的叶片；碗状部，碗状部包括内容纳部，内容纳部用于接纳轮叶的根部；以及用于附接对轮叶的根部进并防止所述根部相对于碗状部旋转的元件。

9、控制系统被容纳在毂部的开口中，滚珠轴承在毂部与碗状部的端部之间围绕轮叶的根部安装。

10、在一些构造中，毂部中的被设计成接纳控制系统的开口在径向方向上是贯穿的，以使得螺旋桨和特别是引导轴承能够以特定的运动学布置安装。

11、根据该运动学，滚珠轴承从毂部的内侧在碗状部的径向内端部与毂部之间围绕轮叶的根部安装，并且另一滚珠轴承从毂部的外侧在碗状部的径向外端部与毂部之间围绕轮叶的根部安装。

12、安装内滚珠轴承需要使碗状部沿着轮叶的桨距轴线在毂部的开口内移动，这被称为“安装行程”，并且对轮叶根部的集成产生影响，从而对空气动力学通道的毂部比(在轮叶根部处的通道的半径与在轮叶尖端处的通道的半径之比)产生影响。为了优化发动机性能，毂部比应尽可能低。因此，该安装行程也必须尽可能短。

13、外引导轴承通常被构造成在运行期间承受被施加到控制系统的力矩，而内引导轴承通常被构造成在运行期间承受被施加到控制系统的离心力。由于这些原因，径向内引导轴承与其他引导轴承相比通常尺寸过大，即径向内引导轴承包括具有比其他引导轴承中的滚珠的直径更大的直径的滚珠。

14、这种构造具有其缺点。滚珠的直径越大，安装行程就越大，并且碗状部必须更长以使得能够进行安装。延长碗状部的长度是有问题的，这是由于延长碗状部的长度增大了碗状部的总体尺寸和控制系统的重量并因此增大了涡轮机的重量。

15、此外，在运行期间，施加到螺旋桨的离心力非常大，对于每个轮叶约有几十吨。因此，内轴承的尺寸(滚珠的直径和数量的增大)会导致无法集成到特定毂部比中的轴承尺寸。在轮叶的数量固定的情况下，两个相邻轮叶的内轴承之间的接近意味着内轴承必须随着其尺寸的增大而移动远离发动机轴。这意味着围绕内轴承的所有元件(即整个轮叶根部区域以及因此的通道)都尺寸过大，这不利于对发动机的毂部的约束以及因此的发动机的性能。此外，轴承距螺旋桨的轴线越远，则离心力越大，并且轴承必须更大且更笨重。

16、因此，需要一种解决以上所指出的问题中的一些或全部的解决方案。

技术实现思路

1、本发明涉及一种用于飞行器涡轮机的螺旋桨，该螺旋桨包括：

2、-毂部，毂部围绕第一轴线延伸并且包括围绕该第一轴线分布的开口，这些开口中的每一个开口相对于所述第一轴线具有大致径向的定向并且穿过所述毂部，

3、-用于对轮叶的桨距角进行控制的系统，该系统被安装在所述开口中的每一个开口中，以及

4、-引导轴承，引导轴承用于引导控制系统，引导轴承被安装在所述开口中的每一个开口中，

5、所述控制系统包括：

6、+轮叶，轮叶包括连接到根部的叶片，轮叶包括相对于所述第一轴线大致径向的桨距轴线，

7、+碗状部，碗状部围绕所述桨距轴线延伸，碗状部包括内容纳部，内容纳部用于接纳轮叶的根部，以及

8、+用于附接对轮叶的根部并防止所述根部相对于碗状部旋转的元件，

9、所述引导轴承包括：

10、*第一滚珠轴承，第一滚珠轴承在所述碗状部的径向外端部与所述毂部之间围绕所述桨距轴线和所述根部延伸，以及

11、*第二滚珠轴承，第二滚珠轴承在所述碗状部的径向内端部与所述毂部之间围绕所述桨距轴线和所述根部延伸，

12、其特征在于，所述第二滚珠轴承包括两个环形的滚珠排，两个环形的滚珠排同轴并且处于角接触，这些排中的第一排具有第一直径，这些排中的第二排具有小于所述第一直径的第二直径，垂直于所述桨距轴线的至少一个平面穿过第一滚珠排和第二滚珠排。

13、因此，本发明提出使用具有两个滚珠排而不是单个滚珠排的第二轴承。这使得能够减小第二轴承中的滚珠的直径。单排滚珠轴承中的每个滚珠可以由双排滚珠轴承中的较小的滚珠来代替。滚珠的直径的减小有利于使得控制系统能够在不影响该系统的整体尺寸的情况下根据以上描述的运动学进行安装，这将在下文详细描述。

14、用两个同轴滚珠排替换一个滚珠排可能增大轴承的轴向尺寸。考虑到该问题，本发明提出了使用具有角接触的滚珠排，并且使滚珠排尽可能地靠近在一起。为了实现这一点，滚珠排具有不同的直径，并且由垂直于轮叶的桨距轴线的至少一个平面穿过。这意味着滚珠排以沿着桨距轴线的零轴向空气间隙彼此直接叠置，或者沿着该轴线彼此嵌入，这使得能够优化系统的整体尺寸。

15、总之，本发明使得能够在不必影响前述安装行程并因此影响控制系统的尺寸的情况下用双排滚珠轴承替代单排滚珠轴承。

16、根据本发明的螺旋桨可以包括被彼此独立地采用或被彼此组合地采用的以下特征中的一个或多个特征：

17、-第二滚珠排至少部分地接合在第一滚珠排中；

18、-第二滚珠排被插入在第一滚珠排与第一滚珠轴承之间；

19、-第二轴承包括与所述碗状部成一体的内环以及装配并附接在毂部的开口中的外环，这些环中的每一个环包括第一滚珠排的第一滚道和第二滚珠排的第二滚道；

20、-所述外环被安装在毂部的内环形表面上，并且直接轴向地靠置在该毂部的圆柱形支承表面上或通过环形楔部轴向地靠置在该毂部的圆柱形支承表面上；

21、-第二轴承的所述外环形成为一体件；

22、-所述碗状部大致为空竹形状，并且包括位于所述端部之间的环形收缩部；

23、-毂部的开口中的每一个开口包括内环形边沿，内环形边沿被构造成位于所述收缩部处和/或承载所述圆柱形支承表面，该内边沿具有与所述开口的最小内直径对应的内直径，该内直径大于碗状部的所述径向内端部的最大外直径；

24、-碗状部的所述径向内端部的最大外直径小于或等于所述外环的最小内直径；

25、-所述第一滚珠排和第二滚珠排的滚珠具有相同的直径；

26、-所述第一滚珠排和第二滚珠排中的每一个的滚珠由环形保持架保持，环形保持架包括被构造成与用于安装滚珠排的安装工具接合的环形边沿；

27、-环形边沿包括环形排布的贯穿开口；

28、-所述碗状部包括环形壁，环形壁包括由底部壁封闭的径向内端部以及敞开的径向外端部，径向外端部被构造成使得能够将轮叶的根部安装在碗状部内，底部壁包括具有非圆形横截面的凹部，凹部被构造成接纳自由端部并且具有与所述根部互补的形状，使得碗状部与根部围绕所述轴线旋转地固定。

29、本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机特别是用于飞行器的涡轮机，该涡轮机包括至少一个如上所描述的螺旋桨。

30、本发明最后涉及一种用于安装如上所描述的螺旋桨的方法，其中，该方法包括以下步骤：

31、a)将碗状部相对于所述第一轴线从外侧向内径向地插入到毂部中的开口中，

32、b)将第二引导轴承的第一环形滚珠排和第二环形滚珠排安装在碗状部的径向内端部与毂部之间，以及

33、c)将第一引导轴承的至少一部分安装在碗状部的径向外端部与毂部之间。

34、在步骤a)之前，该方法可以包括将第二引导轴承的外环冷缩装配到毂部的开口中。

35、有利地，在步骤a)中，第二引导轴承的滚珠排通过安装工具相继地安装，安装工具与这些排中的每一个排进行接合。

36、有利地，在步骤a)之前，第一引导轴承的外环被安装在毂部的开口中，然后在步骤c)期间，该轴承的滚珠和内环被安装在碗状部的径向外端部与毂部之间。