背景技術(shù)：

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是燃?xì)饣蛉紵郎u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，是從穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)到眾多渦輪旋轉(zhuǎn)葉片上的燃燒氣體流提取能量的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。

用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成在高溫下操作以使發(fā)動(dòng)機(jī)效率最大化，由此對(duì)比如高壓渦輪和低壓渦輪的一些發(fā)動(dòng)機(jī)部件進(jìn)行冷卻可以是有利的。一般地，通過(guò)將來(lái)自高壓和/或低壓壓縮機(jī)的較冷空氣輸送至需要冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)部件而實(shí)現(xiàn)冷卻。高壓渦輪中的溫度為大約1000℃至2000℃，來(lái)自壓縮機(jī)的冷卻空氣大約為500℃至700℃。雖然壓縮機(jī)空氣是高溫的，但是其相對(duì)于渦輪空氣更冷，因此可被用于冷卻渦輪。

現(xiàn)代渦輪翼型件大致包括用于引導(dǎo)冷卻空氣通過(guò)翼型件以冷卻比如葉片的前緣、后緣和尖端的不同部分的一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部冷卻通路。插入件可以設(shè)置在翼型件中以增強(qiáng)冷卻或執(zhí)行比如除塵的另一功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼型件，包括外壁，外壁界定了內(nèi)部并且限定了壓力側(cè)和吸力側(cè)，壓力側(cè)和吸力側(cè)在前緣與后緣之間軸向地延伸以限定弦向方向，并且在根部與尖端之間徑向地延伸以限定展向方向。翼型件還包括限定在內(nèi)部中沿展向方向延伸的通道以及定位在通道內(nèi)限定了氣流通路的加速器插入件。氣流通路包括減小的橫截面面積以加速通路內(nèi)的氣流。

進(jìn)一步地，所述翼型件還包括布置在所述外壁內(nèi)并且與所述冷卻空氣通道流體連通的多個(gè)膜孔。

進(jìn)一步地，所述減小的橫截面面積在所述加速器插入件的展向范圍內(nèi)連續(xù)地延伸。

進(jìn)一步地，所述減小的橫截面面積是步進(jìn)、恒定、可變或非連續(xù)中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述翼型件是葉片或輪葉之一。

在另一個(gè)方面中，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴組件，其包括：外帶；徑向地布置在外帶內(nèi)的內(nèi)帶；至少一個(gè)輪葉，其在外帶與內(nèi)帶之間延伸并且限定了噴嘴，所述至少一個(gè)輪葉具有內(nèi)部腔室；通道，其限定于內(nèi)部腔室中，部分地在外帶與內(nèi)帶之間延伸；以及加速器插入件，其定位在通道內(nèi)并且限定了具有減小的橫截面面積的氣流通路。

進(jìn)一步地，所述輪葉具有多個(gè)冷卻空氣通道。

進(jìn)一步地，所述加速器插入件布置在所述多個(gè)冷卻空氣通道中的至少一個(gè)內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述噴嘴組件還包括布置在所述氣流通路中的至少一個(gè)渦流器。

進(jìn)一步地，所述至少一個(gè)渦流器為至少一個(gè)溜背式渦流器。

進(jìn)一步地，所述溜背式渦流器布置在所述加速器插入件上。

進(jìn)一步地，所述的噴嘴組件還包括外壁，所述溜背式渦流器布置在所述氣流通路內(nèi)的外壁上。

進(jìn)一步地，所述減小的橫截面面積是步進(jìn)、恒定、可變或非連續(xù)中的至少一種。

在又一個(gè)方面中，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼型件，具有圍繞內(nèi)部的外壁，在內(nèi)部?jī)?nèi)限定有通道，該翼型件具有氣流加速器插入件，該氣流加速器插入件布置在通道內(nèi)，以便形成減小的橫截面面積的氣流通路。

進(jìn)一步地，所述翼型件還包括布置在所述氣流通路中的至少一個(gè)渦流器。

進(jìn)一步地，所述至少一個(gè)渦流器為至少一個(gè)溜背式渦流器。

進(jìn)一步地，所述溜背式渦流器布置在所述加速器插入件上。

進(jìn)一步地，所述翼型件還包括外壁，并且其中所述溜背式渦流器布置在所述氣流通路內(nèi)的外壁上。

進(jìn)一步地，所述減小的橫截面面積是連續(xù)的。

進(jìn)一步地，所述減小的橫截面面積在所述加速器插入件的展向范圍內(nèi)連續(xù)地延伸。

進(jìn)一步地，所述減小的橫截面面積是步進(jìn)、恒定、可變或非連續(xù)中的至少一種。

附圖說(shuō)明

在附圖中：

圖1是用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性橫截面圖。

圖2是圖1的具有冷卻空氣進(jìn)氣通路的為發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片形式的翼型件的透視圖。

圖3是圖2的翼型件的橫截面圖。

圖4是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的帶或渦輪輪葉的區(qū)段。

圖5是具有加速器插入件的圖2的翼型件的截面。

圖6是具有加速器插入件的圖5的翼型件的軸向截面。

圖7是示出鄰近圖6的加速器插入件的翼型件內(nèi)的氣流的軸向截面。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的所述實(shí)施例涉及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的翼型件內(nèi)的加速器插入件。為了例示目的，將關(guān)于用于飛行器燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪說(shuō)明本發(fā)明。然而，將可以理解的是，本發(fā)明并不因此受限，并且可以在包括壓縮機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以及在非飛行器應(yīng)用中具有大致適用范圍，非飛行器應(yīng)用比如為其他移動(dòng)式應(yīng)用和非活動(dòng)的工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用。

如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“前部”或“上游”指的是沿朝向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的方向運(yùn)動(dòng)或與另一個(gè)部件相比相對(duì)更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的部件。用于與“前部”或“上游”結(jié)合使用的術(shù)語(yǔ)“尾部”或“下游”指的是相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)中心線朝向發(fā)動(dòng)機(jī)的后部或出口的方向。

另外，本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“徑向”或“徑向地”指的是在發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱向軸線與外部發(fā)動(dòng)機(jī)圓周之間延伸的維度。

所有方向參照(例如，徑向、軸向、近端、遠(yuǎn)端、上、下、向上、向下、左、右、橫向、前面、后面、頂部、底部、之上、之下、豎直、水平、順時(shí)針逆時(shí)針、上游、下游、尾部等等)僅用于標(biāo)識(shí)目的以幫助讀者理解本發(fā)明，并且不形成限制，特別是關(guān)于本發(fā)明的位置、定向或使用。連接參照(例如附連、聯(lián)接、連接和聯(lián)結(jié))被廣義地解釋并且可以包括許多元件之間的中間構(gòu)件以及元件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，除非另有說(shuō)明。這樣，連接參照并不一定推出兩個(gè)元件直接連接以及彼此關(guān)系固定。示例性附圖僅用于例示目的，本文中附圖中反映的尺寸、位置、順序和相對(duì)尺寸可以變化。

圖1是用于飛行器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意性橫截面圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有從前部14延伸至尾部16的大致縱向延伸軸線或中心線12。發(fā)動(dòng)機(jī)10沿下游順次流動(dòng)關(guān)系包括：包括風(fēng)機(jī)20的風(fēng)機(jī)區(qū)段18、包括助推器或低壓(lp)壓縮機(jī)24和高壓(hp)壓縮機(jī)26的壓縮機(jī)區(qū)段22、包括燃燒器30的燃燒區(qū)段28、包括hp渦輪34和lp渦輪36的渦輪區(qū)段32、以及排氣區(qū)段38。

風(fēng)機(jī)區(qū)段18包括圍繞風(fēng)機(jī)20的風(fēng)機(jī)外殼40。風(fēng)機(jī)20包括圍繞中心線12徑向地布置的多個(gè)風(fēng)機(jī)葉片42。hp壓縮機(jī)26、燃燒器30和hp渦輪34形成發(fā)動(dòng)機(jī)10的產(chǎn)生燃燒氣體的芯部44。芯部44由芯部外殼46包圍，芯部外殼可以與風(fēng)機(jī)外殼40聯(lián)接。

圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)10的中心線12同軸地布置的hp軸或線軸48將hp渦輪34驅(qū)動(dòng)地連接至hp壓縮機(jī)26。在較大直徑的環(huán)形hp線軸48內(nèi)圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)10的中心線12同軸地布置的lp軸或線軸50將lp渦輪36驅(qū)動(dòng)地連接至lp壓縮機(jī)24和風(fēng)機(jī)20。

lp壓縮機(jī)24和hp壓縮機(jī)26分別包括多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)52、54，其中一組壓縮機(jī)葉片56、58相對(duì)于相應(yīng)組的靜態(tài)壓縮機(jī)輪葉60、62(也稱(chēng)作噴嘴)旋轉(zhuǎn)以壓縮或加壓穿過(guò)該級(jí)的流體流。在單個(gè)壓縮機(jī)級(jí)52、54中，多個(gè)壓縮機(jī)葉片56、58可以設(shè)置成環(huán)，并且可以相對(duì)于中心線12從葉片平臺(tái)徑向向外地延伸至葉片尖端，同時(shí)相應(yīng)的靜態(tài)壓縮機(jī)輪葉60、62定位在旋轉(zhuǎn)葉片56、58的上游并且靠近旋轉(zhuǎn)葉片56、58。注意到，圖1所示的葉片、輪葉和壓縮機(jī)級(jí)的數(shù)目被選擇僅用于例示目的，其他數(shù)目也是可能的。

用于壓縮機(jī)的級(jí)的葉片56、58可以安裝至圓盤(pán)59，圓盤(pán)59安裝至hp線軸48和lp線軸50中的相應(yīng)的一個(gè)，每個(gè)級(jí)具有其自身的圓盤(pán)59、61。用于壓縮機(jī)的級(jí)的輪葉60、62可以以圓周布置安裝至芯部外殼46。

hp渦輪34和lp渦輪36分別包括多個(gè)渦輪級(jí)64、66，其中一組渦輪葉片68、70相對(duì)于相應(yīng)組的靜態(tài)渦輪輪葉72、74(也稱(chēng)作噴嘴)旋轉(zhuǎn)以從穿過(guò)該級(jí)的流體流提取能量。在單個(gè)渦輪級(jí)64、66中，多個(gè)渦輪輪葉72、74可以設(shè)置在環(huán)中，并且可以相對(duì)于中心線12徑向向外延伸，同時(shí)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)葉片68、70定位在靜態(tài)渦輪輪葉72、74的下游并靠近靜態(tài)渦輪輪葉72、74，并且還可以相對(duì)于中心線12從葉片平臺(tái)徑向向外延伸至葉片尖端。注意到，圖1所示的葉片、輪葉和壓縮級(jí)的數(shù)目被選擇僅用于例示目的，其他數(shù)目也是可能的。

用于渦輪的級(jí)的葉片68、70可以安裝至圓盤(pán)71，圓盤(pán)71安裝至hp線軸48和lp線軸50中的相應(yīng)的一個(gè)，每個(gè)級(jí)具有其自身的圓盤(pán)71、73。用于壓縮機(jī)的級(jí)的輪葉72、74可以以圓周布置安裝至芯部外殼46。

發(fā)動(dòng)機(jī)10的安裝至線軸48、50中的一者或兩者并且與線軸48、50中的一者或兩者一起旋轉(zhuǎn)的部分也單獨(dú)或共同地稱(chēng)作轉(zhuǎn)子53。發(fā)動(dòng)機(jī)10的包括安裝至芯部外殼46的部分的固定部分也可單獨(dú)或共同地稱(chēng)作定子63。

在操作中，離開(kāi)風(fēng)機(jī)區(qū)段18的氣流分流，使得氣流的一部分被導(dǎo)入lp壓縮機(jī)24內(nèi)，然后lp壓縮機(jī)24將加壓的外界空氣76供給至hp壓縮機(jī)26，hp壓縮機(jī)26進(jìn)一步加壓外界空氣。來(lái)自hp壓縮機(jī)26的加壓空氣76與燃燒器30中的燃料混合并被點(diǎn)燃，由此生成燃燒氣體。通過(guò)hp渦輪34從這些氣體提取一些功，hp渦輪34驅(qū)動(dòng)hp壓縮機(jī)26。燃燒氣體排出到lp渦輪36內(nèi)，lp渦輪36提取另外的功以驅(qū)動(dòng)lp壓縮機(jī)24，最后廢氣經(jīng)由排氣區(qū)段38從發(fā)動(dòng)機(jī)10排出。lp渦輪36的驅(qū)動(dòng)推動(dòng)lp線軸50以使風(fēng)機(jī)20和lp壓縮機(jī)24旋轉(zhuǎn)。

氣流78的其余部分繞過(guò)lp壓縮機(jī)24和發(fā)動(dòng)機(jī)芯部44并且通過(guò)固定輪葉排而離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)總成10，更具體地通過(guò)風(fēng)機(jī)排氣側(cè)84處的包括多個(gè)翼型件導(dǎo)葉82的出口導(dǎo)向輪葉組件80。更具體地，鄰近風(fēng)機(jī)區(qū)段18利用圓周排的徑向延伸的翼型件導(dǎo)葉82以施加氣流78的一些方向控制。

通過(guò)風(fēng)機(jī)20供給的外界空氣中的一些可以繞過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)芯部44并且用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)10的部分特別是熱部分和/或用于冷卻飛行器的其他方面或向其他方面提供動(dòng)力。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的背景中，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部分通常是燃燒器30和燃燒器30下游的部件，特別是渦輪區(qū)段32，由于hp渦輪34在燃燒區(qū)段28的緊下游，因此hp渦輪34是最熱部分。冷卻流體的其他來(lái)源可以是但不限于從lp壓縮機(jī)24或hp壓縮機(jī)26排出的流體。該流體可以是排泄空氣77，排泄空氣77可以包括從lp壓縮機(jī)24或hp壓縮機(jī)26吸取的繞過(guò)燃燒器30的作為用于渦輪區(qū)段32的冷卻源的空氣。這是通常的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造，并非旨在限制。

圖2是可以是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)10的葉片或輪葉的發(fā)動(dòng)機(jī)翼型件90的透視圖。翼型件90安裝至聯(lián)接至燕尾件94的平臺(tái)92。翼型件90從尖端96延伸至根部98。平臺(tái)92可以在根部98處與翼型件78成一體，這有助于徑向地包含發(fā)動(dòng)機(jī)氣流。燕尾件94可以被構(gòu)造成在發(fā)動(dòng)機(jī)10上安裝至轉(zhuǎn)子51并且具有至少一個(gè)入口通路，示例性地示出為第一入口通路100、第二入口通路102和第三入口通路104，每一個(gè)均延伸穿過(guò)燕尾件94以在通路出口106處提供與翼型件78的內(nèi)部流體連通。應(yīng)該理解的是，燕尾件94以橫截面示出，因此入口通路100、102、104容置在燕尾件94的本體內(nèi)。

參考圖3，以橫截面示出的翼型件90具有凹形狀壓力側(cè)壁110和凸形狀抽吸側(cè)壁112，前緣114和后緣116之間限定了弦向方向。壓力側(cè)壁110和抽吸側(cè)壁112限定了外壁118，外壁118界定了內(nèi)部120。作為葉片68的翼型件90沿使得壓力側(cè)壁110跟隨抽吸側(cè)壁112的方向旋轉(zhuǎn)。因此，如圖3所示，翼型件78將朝向頁(yè)面的頂部向上旋轉(zhuǎn)。由于固定輪葉72，翼型件90不會(huì)旋轉(zhuǎn)。

圖4示出布置在圓周輪葉環(huán)128中的多個(gè)翼型件90，多個(gè)翼型件90在根部98處由弧形內(nèi)帶130支承并且在尖端96處由弧形外帶132支承。內(nèi)帶通道134和外帶通道136可以分別限定在內(nèi)帶130和外帶132內(nèi)。帶通道134、136可以通過(guò)翼型件90的內(nèi)部120彼此流體連通。一組兩個(gè)鄰近輪葉72可以限定噴嘴138。輪葉128的整個(gè)環(huán)形帶可以是多個(gè)噴嘴138的組合。圖3中示出的弧形區(qū)段具有大約36度的扇形角度并且是示例性的環(huán)形輪葉區(qū)段。應(yīng)該理解的是，可以存在限定各個(gè)環(huán)128的任何數(shù)量的輪葉72。輪葉72、內(nèi)帶130和外帶132可以由包括但不限于鈦合金、鎳、陶瓷基復(fù)合材料和鈷基合金的已知材料制成。

參看圖5，翼型件90的內(nèi)部120還可以包括將內(nèi)部分成第一通道152和第二通道154的肋狀物150，第一通道152和第二通道154分別鄰近前緣114和后緣116定位。應(yīng)該理解的是，肋狀物150和通道152、154的配置是示例性的，翼型件90可以具有內(nèi)部120，內(nèi)部120具有至少部分地在尖端96與根部98之間延伸的一個(gè)或更多個(gè)通道。后緣槽156將第二通道154流體地聯(lián)接至后緣116，用于排出翼型件90的內(nèi)部120內(nèi)的空氣。

加速器插入件160可以布置在通道152、154之一中并且示出為安裝在第一通道152內(nèi)。加速器插入件160限定通過(guò)加速器孔164與第一通道152流體連通的加速器內(nèi)部162。加速器插入件160可以利用至少一個(gè)舌片安裝在通道152內(nèi)，舌片示出為肋狀舌片166和壁舌片168。舌片166、168例如可以安裝在平臺(tái)92或燕尾件94內(nèi)，因此舌片166、168不延伸到發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的主流氣流內(nèi)。另外，加速器插入件160可以部分地沿著肋狀物150的展向長(zhǎng)度安裝。

參見(jiàn)圖6，加速器插入件160可以沿著肋狀物150安裝以填充冷卻空氣通道152的一部分，從而在未填充部分中的第一通道152內(nèi)限定減小的橫截面面積170。雖然減小的橫截面面積170示出為沿著加速器插入件160是連續(xù)的，但是其可以是步進(jìn)的、恒定的、可變的、不連續(xù)的或者在非限制性示例中為其它方式。類(lèi)似地，加速器插入件160可以成形為具有加速器橫截面面積172。加速器橫截面面積172可以是恒定的、增大的、減小的、可變的或者在非限制性示例中為其它方式，使得加速器插入件160限定第一通道152的減小的橫截面面積170。應(yīng)當(dāng)理解的是，第一通道152的形狀或加速器插入件160的形狀可以限定為在第一通道152內(nèi)提供減小的橫截面面積170。類(lèi)似地，第一通道152和加速器插入件160的形狀的組合可以限定減小的橫截面面積170。

多個(gè)渦流器174可以沿著第一通道152的內(nèi)表面176布置。在非限制性示例中，渦流器174可以是四邊形、弧形、傾斜、可變、溜背式渦流器或相似的已知渦流器。溜背式渦流器例如可以在最小化集塵的情況下沿著翼型件內(nèi)表面提供增強(qiáng)的冷卻。

氣流通路180可以設(shè)置至翼型件90的由未被加速器插入件160占據(jù)的冷卻空氣通道152限定的內(nèi)部120。應(yīng)該理解的是，如可能對(duì)于特定翼型件90優(yōu)選的是，氣流通路180可以從翼型件90的徑向內(nèi)端部或外端部設(shè)置。例如，在輪葉72的情況下，流動(dòng)冷卻流體可以由內(nèi)帶或外帶132提供。可替代地，在葉片68的情況下，冷卻流體流可以由通路出口106處的入口通路100、102、104提供。

參見(jiàn)圖7，氣流通路180可以圍繞壁舌片168設(shè)置至翼型件90的第一通道152，從而僅部分地延伸跨過(guò)第一通道152。氣流通路180內(nèi)的冷卻流體流在其沿著減小的橫截面面積170運(yùn)動(dòng)時(shí)被加速。冷卻流體流可以通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)膜孔182作為膜氣流184排出，以用于沿著翼型件90的表面提供冷卻膜。

氣流通路180內(nèi)的冷卻流體的部分可以進(jìn)入加速器插入件160的內(nèi)部162內(nèi)。雖然加速器插入件160是被動(dòng)的，意味著不通過(guò)加速器插入件160向翼型件90或發(fā)動(dòng)機(jī)10的另一部分提供主動(dòng)氣流，但是加速器孔164允許氣流186運(yùn)動(dòng)進(jìn)出加速器插入件160，以在加速器內(nèi)部162與翼型件90的內(nèi)部120之間保持適當(dāng)?shù)膲毫ζ胶狻?/p>

應(yīng)該理解的是，加速器插入件160設(shè)計(jì)成在翼型件90的內(nèi)部120的壁與加速器插入件160之間形成會(huì)聚或減小的橫截面面積170。由加速器插入件160形成的減小的橫截面面積170產(chǎn)生足以保持用于冷卻翼型件90的足夠的傳熱系數(shù)的流量。另外，通過(guò)利用比如為溜背式渦流器的渦流器174還可以增強(qiáng)熱傳遞，同時(shí)最小化通道152、154內(nèi)的集塵。

應(yīng)該理解的是，所公開(kāi)的設(shè)計(jì)的應(yīng)用不限于具有風(fēng)機(jī)和助推器部分的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，而同樣適用于渦輪噴氣機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

該文字說(shuō)明書(shū)利用示例以公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳方式，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可獲得專(zhuān)利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果這些其他示例具有并非不同于權(quán)利要求的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元件，或者這些其他示例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其他示例確定為在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。