一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的葉片。在位于從葉片根部朝向葉片頂端測量的葉片總徑向高度的60％至90％范圍內(nèi)的徑向高度上的葉片部分中，所述葉片的前緣呈現(xiàn)大于或等于+28°的掠角，并且在位于葉片徑向高度的20％至90％范圍內(nèi)的葉片部分中的最小掠角的徑向高度(Hmin)上測量的最小掠角與在比所述最小掠角的徑向高度高10％的徑向高度(Hmin+10)上測量的掠角之間，前緣的掠角呈現(xiàn)小于10°的差值(δ1)。
【專利說明】一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片

【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)風(fēng)扇的葉片的一般領(lǐng)域。本發(fā)明更具體涉及葉片的形狀。
[0002]渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片的制造需要滿足各種多學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)風(fēng)扇葉片使保證其具有好的機(jī)械強(qiáng)度的同時優(yōu)化其效率和其推力(特別是在高速下的流量)，特別是在葉片承受的機(jī)械壓力最嚴(yán)重的高速旋轉(zhuǎn)下。風(fēng)扇葉片的設(shè)計(jì)還必須符合在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中所述的各個操作點(diǎn)下限定的噪聲指標(biāo)。
[0003]大量風(fēng)扇葉片的形狀已經(jīng)被提出。為了提高葉片的空氣動力性能并且為了減少由風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲，他們通常的特點(diǎn)是用于他們輪廓前緣的堆疊關(guān)系以及前緣掠角的變化。舉例來說，EP1452741公開出版物已經(jīng)提及到的，其描述了一種用于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇或壓縮氣機(jī)的特別的掠形葉片形狀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種風(fēng)扇葉片形狀，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該風(fēng)扇葉片形狀能夠獲得相當(dāng)大的空氣動力的改進(jìn)，特別是在比流量(specific flow rate)方面改進(jìn),并且還在機(jī)械及聲學(xué)上改進(jìn)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過具有根部、頂端、前緣和后緣的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇獲得，其中，在位于葉片總徑向高度的60 %至90 %范圍內(nèi)的徑向高度上的葉片部分中，所述前緣呈現(xiàn)大于或等于+2 8°的掠角，所述葉片總徑向高度從所述葉片的所述根部朝向所述葉片的所述頂端測量出；并且在位于葉片徑向高度的20%至90%范圍內(nèi)的葉片部分中的最小掠角的徑向高度上測量的最小掠角與在比所述最小掠角的徑向高度高10 %的徑向高度上測量的掠角之間，所述前緣的掠角呈現(xiàn)小于10°的差值。
[0006]用于前緣的后掠，至少+28°的值使得葉片獲得對于發(fā)動機(jī)具有足夠操作性的大于210千克/每秒/每平方米(kg/s/m2)的最大比流量，即限制了不依賴于各種裝置(可調(diào)節(jié)距、噴嘴…)的輪廓迎角的增加。其在大于葉片總徑向高度的60%的位置根據(jù)需求而進(jìn)行應(yīng)用，以適應(yīng)葉片承受的壓力和聲學(xué)約束。用于減少標(biāo)稱操作(nominal operat1n)(在轂通道以及葉片與盤之間的長期接觸界面下的葉片區(qū)的壽命)中的壓力而所需的機(jī)械平衡以及在極端情況(能夠承受吸入較重的鳥類、等級高的振動)下加上防止弦在頂端減少太多的可操作性約束，在葉片的整個高度，甚至更多地在主要存在壓力的超過底部50 %處限制可能的重心振動振幅。
[0007]將前緣的這種后掠定位在小于葉片總徑向高度的90%的徑向高度上有助于避免在相對于下段的頂端段(即，接近圍繞風(fēng)扇的殼體的段)上具有過多的后掠，以確保對葉片的空氣動力穩(wěn)定性。
[0008]而且，在位于葉片徑向高度的20 %至90 %范圍內(nèi)的葉片部分中的最小掠角的徑向高度上測量的最小掠角與比最小掠角的徑向高度高10 %的徑向高度上測量的掠角之間，對于前緣，掠角差值以10°的限制有助于通過在小于最大推力的操作點(diǎn)的葉片尾流中顯著地減少湍流的傳播來提高葉片的聲學(xué)信號。因而，只考慮二次流的特性(流量、效率和聲音方面)(其中，二次流典型地位于葉片的徑向高度的20%至100%的范圍內(nèi))。
[0009]這使得葉片具有提高的空氣動力特性，同時從機(jī)械和聲學(xué)方面保留了穩(wěn)健性。
[0010]在位于0%至50%的范圍內(nèi)的葉片下部中，所述前緣可以呈現(xiàn)負(fù)掠角(B卩，前掠)。在這種情況下，在后掠轉(zhuǎn)換徑向高度與比向后掠轉(zhuǎn)換徑向高度高10 %的徑向高度上測量的掠角之間，前緣掠角差值優(yōu)選為小于10° ,所述后掠轉(zhuǎn)換徑向高度與掠形(sweep)變?yōu)楹舐訒r的前緣的點(diǎn)相對應(yīng)且直接位于最小掠角的高度的上方。
[0011]在有利的實(shí)施方式中，在位于最小縱向橫坐標(biāo)點(diǎn)上方的葉片段重心的最大縱向橫坐標(biāo)值和與最小縱向橫坐標(biāo)點(diǎn)相對應(yīng)的葉片段重心的縱向橫坐標(biāo)值之間的差值小于或等于在葉片根部測量的葉片軸向弦的20%。這種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是限制葉片力矩且平衡力矩，特別是用以在葉片的根部限制機(jī)翼的彎曲力矩。
[0012]本發(fā)明還提供了包括多個如上所述葉片的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)風(fēng)扇和渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)從以下結(jié)合附圖的說明中變得顯而易見，所述附圖顯示的實(shí)施方式不具有限制特性。在附圖中，
[0014]圖1是具有本發(fā)明的葉片的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇沿縱切面的局部視圖；
[0015]圖2是顯示如何定義掠角的圖；
[0016]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的葉片前緣掠角的輪廓；以及
[0017]圖4是在穿過根據(jù)本發(fā)明的葉片段重心的線的子午面上的投影。

【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明應(yīng)用于任意一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片，例如圖1中所示的葉片。這個附圖顯示了具有多個本發(fā)明的葉片4的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇2的局部，所述葉片4彼此間圍繞渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的縱軸線X-X等間隔，所述軸線X-X的方向?yàn)檠卮┻^風(fēng)扇的氣流的方向。
[0019]每個葉片4通過根部6固定于盤(或轂)8，該盤(或轂)8圍繞渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的縱軸線X-X沿箭頭F的方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。每個葉片還可以具有平臺10，該平臺10形成限定用于穿過風(fēng)扇的冷氣流12的流動通道的內(nèi)壁的一部分。圍繞風(fēng)扇的殼體的壁14形成了限定所述相同流動通道外側(cè)的外壁。
[0020]在以下說明中，對于每個葉片4，徑向軸線Z-Z限定為垂直于縱軸線X-X并且穿過葉片段的重心，在此，葉片與用于冷氣流的流動通道的內(nèi)壁相交。切向軸線y-y(圖中未顯示)與軸線X-X和軸線Z-Z —起形成右手直角參考系。
[0021]如圖1中所示，每個葉片4具有多個葉片截面16，在此葉片與垂直于徑向軸線Z-Z的平面相截交并且這些截面的重心沿重心Cg的線堆疊。
[0022]每個葉片4還徑向地限定在根部18和頂端20之間，并且縱向地限定在前緣22和后緣24之間。葉片還從其根部18扭向其頂端20，以在葉片運(yùn)轉(zhuǎn)中壓縮穿過風(fēng)扇的冷氣流12。
[0023]在以下說明中，等于0%的葉片的最小徑向高度定義為與葉片前緣和限定用于冷氣流的流動通道內(nèi)側(cè)的內(nèi)壁相交的點(diǎn)相對應(yīng)，并且等于100%的葉片的最大徑向高度定義為與前緣線徑向距離軸線最遠(yuǎn)的點(diǎn)相對應(yīng)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，在位于如從葉片根部朝向葉片頂端測量的葉片總徑向高度的60%至90%范圍內(nèi)的徑向高度上的葉片部分中，葉片的前緣呈現(xiàn)大于或等于+28°的掠角。
[0025]如圖2所示，掠角是指角度α，該角度α形成在介于前緣的切線T和垂直于相對速度矢量V的線W之間葉片4的前緣22的點(diǎn)上，所述線W位于包括切線T和相對速度矢量的平面P中。所述角度在平面P中進(jìn)行測量。當(dāng)形成在矢量? (朝向增加半徑的切線方向)和矢量W (朝向增加半徑的方向)之間的角度α為正時(如圖2所示)，前緣被稱為后掠。相反地，當(dāng)角度α為負(fù)時,稱為前緣前掠。
[0026]這種定義遵從且與由LeroyH.Smith和HsuanYeh公開的名稱為“在軸向流動的潤輪機(jī)中的掠形和二面角效果(Sweep and dihedral effects inaxial-flowturbomachinery) ”(在 1963 年 9 月的基礎(chǔ)工程期干Ij (Journal of basic Engineering)中公開出版-401頁)的定義一致。在本申請中給出的所有值按照前述出版物中詳細(xì)表示出的公式而進(jìn)行計(jì)算。
[0027]圖3中顯示的線26給出了按照根據(jù)本發(fā)明的葉片前緣的掠角按照沿葉片的徑向高度如何改變的例子。
[0028]在本實(shí)施方式中，對于70%到80%的范圍內(nèi)的徑向高度，葉片的前緣以接近+30°的值后掠(即，其具有正掠角)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，在位于最小掠角的徑向高度Hniin上的掠角與在比最小掠角的徑向高度高10%的徑向高度Hmin+10上測量的掠角之間，前緣的掠角中的差值δ I小于10° (按絕對值)，所述最小掠角的徑向高度Hmin與掠角的最小值相對應(yīng)并且位于在葉片的徑向高度的20%和90%之間延伸的葉片部分中。
[0030]術(shù)語“徑向高度Hniin最小掠角”在此用于表示葉片前緣的徑向高度，在該徑向高度，掠角的值最小。在圖3的實(shí)施方式中，這個最小掠角的徑向高度Hmin是位于葉片的總徑向高度的大約40% (在那點(diǎn)的掠角是-3°，這是在20%和90%之間延伸的葉片的整個部分的最小掠角)。
[0031]根據(jù)圖3的實(shí)施方式，掠角中的差值δ I按照絕對值為接近5° (在Hmin的掠角:-3。，在 Hmin+10 的掠角:+2。) ο
[0032]葉片的前緣還可以在位于0%到50%范圍內(nèi)的葉片下部中呈現(xiàn)前掠(B卩，負(fù)掠角)。在圖3的實(shí)施方式中，前緣的掠角因而對于位于15%到45%范圍內(nèi)的徑向高度是負(fù)的。更準(zhǔn)確地，掠角在葉片的最小徑向高度(0% )和大約15%的徑向高度之間初始為正值，然后變成負(fù)，直到45 %的徑向高度，并且從那點(diǎn)又變回正值。
[0033]在這種情況下，在后掠轉(zhuǎn)換徑向高度H-和在徑向高度H+測量的掠角之間，前緣的掠角差值δ 2小于10° (按照絕對值)，所述后掠轉(zhuǎn)換徑向高度H-與掠形變?yōu)楹舐訒r的前緣點(diǎn)相對應(yīng)并且直接位于最小掠角的高度Hmin的上方，所述徑向高度H+比向后掠轉(zhuǎn)換徑向聞度聞10%。
[0034] 術(shù)語“后掠轉(zhuǎn)換徑向高度H-”在此用于表示葉片前緣的徑向高度，在該徑向高度掠角從負(fù)值變?yōu)檎?。在圖3的實(shí)施方式中，這種后掠轉(zhuǎn)換徑向高度H-位于葉片總徑向高度的45%左右。
[0035]根據(jù)圖3的實(shí)施方式，掠角差值δ 2具有大約V的絕對值(掠角值在H-:0° ;在比H-高10%測量的徑向高度H+的掠角:+7° )。
[0036]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的葉片截面重心的線的子午面上的投影。所述線將每個葉片截面的重心的縱向橫坐標(biāo)值連接在一起。
[0037]在圖4中本發(fā)明的優(yōu)選布置中，在位于最小縱向橫坐標(biāo)點(diǎn)上方的葉片截面重心Xg+的最大縱向橫坐標(biāo)值和與最小縱向橫坐標(biāo)點(diǎn)相對應(yīng)的葉片截面重心Xg-的縱向橫坐標(biāo)值之間，沿以氣流方向定向的驅(qū)動軸線X-X的差值δ Xg小于或等于在葉片根部截面測量的葉片軸向弦的20% (按照絕對值)，所述根部截面通過在葉片和通道的內(nèi)壁之間的截交而限定。
[0038]所使用的葉片的“弦”是指將前緣的點(diǎn)和后緣的點(diǎn)連接在一起的直線。這個弦沿驅(qū)動軸線X-X的軸向投影是軸向弦。
[0039]在葉片根部測量的葉片的軸向弦的值取決于發(fā)動機(jī)的尺寸。舉例來說，可以是大約300毫米(mm)。在這種情況下，差值可以例如為大約45mm，這比在其根部測量的葉片的軸向弦的20%小得多。
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的葉片(4)，該渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的葉片(4)具有根部(6)、頂端(20)、前緣(22)和后緣(24)，所述葉片的特征在于， 在位于所述葉片總徑向高度的60 %至90 %范圍內(nèi)的徑向高度上的葉片部分中，所述前緣呈現(xiàn)大于或等于+28°的掠角，所述葉片總徑向高度從所述葉片的所述根部朝向所述葉片的所述頂端測量出；并且， 在位于葉片徑向高度的20%至90%范圍內(nèi)的葉片部分中的最小掠角的徑向高度(Hlin)上測量的最小掠角與在比所述最小掠角的徑向高度高10%的徑向高度(Hmin+10)上測量的掠角之間，所述前緣的掠角呈現(xiàn)小于10°的差值(δ I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，所述前緣在位于0%至50%范圍內(nèi)的葉片下部中呈現(xiàn)負(fù)掠角，在后掠轉(zhuǎn)換徑向高度(H-)與在所述比后掠轉(zhuǎn)換徑向高度高10%的徑向高度(Η+)上測量的掠角之間，所述前緣的掠角的差值(δ 2)小于10°，所述后掠轉(zhuǎn)換徑向高度(H-)與掠形變?yōu)楹舐訒r的前緣點(diǎn)相對應(yīng)且直接位于所述最小掠角的高度的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的葉片，其特征在于，在位于最小縱向橫坐標(biāo)點(diǎn)上方的葉片截面重心的最大縱向橫坐標(biāo)值和與最小縱向橫坐標(biāo)點(diǎn)相對應(yīng)的葉片截面重心的縱向橫坐標(biāo)值之間的差值，小于或等于在所述葉片的根部測量的葉片的軸向弦的20%。
4.一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇(2)，其特征在于，所述渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇(2)包括多個根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的葉片(4)。
5.一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述渦輪噴氣發(fā)動機(jī)包括多個根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的葉片。
【文檔編號】F04D29/32GK104081005SQ201380007189
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月30日
【發(fā)明者】弗雷德里克·波扎德克斯, 比阿特麗斯·納瑟莉·博伊斯, 吉恩-米歇爾·洛克斯, 弗洛朗·蒂爾 申請人:斯奈克瑪