移動的渦輪機葉片的制作方法
【專利說明】移動的滿輪機葉片
[0001] 發(fā)明的領(lǐng)域
[0002] 本說明書設(shè)及滿輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片，并且更特別地設(shè)及用于航空滿輪發(fā)動機，諸 如飛機滿輪噴氣發(fā)動機的壓氣機的葉片。
【背景技術(shù)】 [0003] 描述
[0004] 飛機滿輪噴氣發(fā)動機從氣流方向的上游到下游常規(guī)地包括:風(fēng)扇；一個或多個壓 氣機級，例如，低壓壓氣機和高壓壓氣機;燃燒室;一個或多個滿輪機級，例如，高壓滿輪機 和低壓滿輪機；W及排氣噴嘴。壓氣機或每個壓氣機包括一個或多個轉(zhuǎn)子葉片級，后者移動 經(jīng)過一個或多個靜子葉片級(稱為導(dǎo)向葉片）。轉(zhuǎn)子葉片有規(guī)律地設(shè)置在由滿輪發(fā)動機的轉(zhuǎn) 子所驅(qū)動的圓盤的周邊。轉(zhuǎn)子葉片通過它們的根部固定于轉(zhuǎn)子，并且每個轉(zhuǎn)子葉片包括從 其根部到葉片的自由端(或頂端)徑向地延伸的翼型。
[000引在本說明書中，術(shù)語"軸向方向"指對應(yīng)于滿輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的方向。 術(shù)語"滿輪發(fā)動機軸線"指該旋轉(zhuǎn)軸線。徑向方向是垂直于滿輪發(fā)動機軸線和相交所述軸線 的方向。該方向?qū)?yīng)于轉(zhuǎn)子的半徑。最后，術(shù)語"切向方向"用于指垂直于滿輪發(fā)動機軸線和 徑向方向的方向，并且不相交滿輪發(fā)動機軸線。
[0006] 葉片翼型可W定義為沿著稱為堆疊線的線，彼此相互堆疊其上的一系列平面的輪 廓或翼型剖面，從(連接葉片根部的）翼型的近端開始，并且走到翼型的遠(yuǎn)端(對應(yīng)于葉片的 頂端）W及互連翼型剖面的重屯、。葉片的形狀可W通過應(yīng)用于每個翼型剖面的扭轉(zhuǎn)作為沿 著翼型高度的其位置的函數(shù)，W及通過給予堆疊線的形狀，通過翼型的低(近端)部分和高 (或遠(yuǎn)端)部分之間翼型輪廓中的變化來限定。
[0007] 當(dāng)通過運種方式定義葉片翼型時，每個翼型剖面徑向地定位在一定高度。定向高 度軸線遠(yuǎn)離中屯、，W致于從翼型的低或近端部分朝向高或遠(yuǎn)端部分行進(jìn)時，高度增加。由 此，每個翼型剖面的平面在一定的徑向高度。而且，每個翼型剖面的位置可W由其掃描角和 其二面角定位。當(dāng)分別地投影到徑向和軸向平面上W及投影到與發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)方向是軸向 和切向的平面上，運些角測量流和翼型剖面之間的方向差異。使用圖1和圖2中所示的符號， 運些角可W表示為下面的方程式，其中A指掃描角，V指二面角，tanP = Vu/Va，并且 拉n(p=VrA&，化、化和化是在流的徑向、切向和軸向方向上的分量：
[0009] 如果流是純軸向的，其或多或少是葉片的真正上游，掃描角表示在軸向方向上葉 片的傾斜角，并且二面角表示在切向方向上葉片的傾斜角。掃描角的負(fù)號表示上游的傾斜 角，并且正號表示下游傾斜角;二面角的負(fù)號表示朝向壓力側(cè)的傾斜角，并且正號表示朝向 吸力側(cè)的傾斜角。從向外徑向方向定義傾斜角。
[0010] 滿輪發(fā)動機葉片的設(shè)計，并且更特別地壓氣機葉片的設(shè)計需要滿足各種多學(xué)科的 標(biāo)準(zhǔn)。特別地在葉片受到機械應(yīng)力最嚴(yán)重的高速轉(zhuǎn)動時，需要在效率方面最佳化葉片的翼 型，同時具有良好的機械強度。壓氣機葉片的設(shè)計也必須符合喘振裕度標(biāo)準(zhǔn)。
[001U 發(fā)明概述
[0012] 本說明書提供了滿輪發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片，并且更特別地滿輪發(fā)動機壓氣機葉片，葉 片包括在徑向方向上堆疊的平面翼型剖面所限定的翼型，每個翼型剖面徑向地定位在高度 H，其中高度H表示為翼型總高度的百分?jǐn)?shù)，并且由其掃描角A和其二面角V所定位。掃描角入 作為高度H的函數(shù)而變化，W致于掃描角A在高度HAM達(dá)到最大值，數(shù)值HAM位于5 %到40 %的 范圍，并且掃描角A從0%到HAM遞增。二面角V作為高度H的函數(shù)而變化，W致于對于位于0% 到數(shù)值Hv 1范圍的高度H，二面角V是高度H的遞減函數(shù)，數(shù)值Hv 1位于10 %到40 %的范圍。
[0013] 掃描角A和二面角V的上述變化關(guān)系限定了翼型的低(或近端)部分中翼型的堆疊 線的特定的形狀。運種特定的形狀可W改進(jìn)翼型的航空力學(xué)性能，即，增加作業(yè)線上翼型的 效率，同時顯著地減小翼型的低部分中動力學(xué)應(yīng)力。而且，通過該翼型形狀，喘振裕度可W 降低為很少或根本沒有。
[0014] 除非相反的說明，在本說明書中，嚴(yán)格地使用形容詞上部（的）、底部（的）、正數(shù) (的）、負(fù)數(shù)(的）、增加/遞增/增大(的）、減少/遞減/減小（的）、凸（的)和凹（的），W致于遞增 (或遞減）函數(shù)不是恒定的，并且凸（或凹）函數(shù)不是線性的。
[0015] 在一些實施方式中，每個翼型剖面具有在翼型剖面平面中限定的弦C。弦C作為高 度H的函數(shù)而變化，W致于弦C是高度H的連續(xù)遞增函數(shù);對于位于數(shù)值HC巧肌C2之間的高度 H，弦C是高度H的凸函數(shù)，數(shù)值肥1位于0 %到30 %的范圍，并且數(shù)值HC2位于40 %到70 %的范 圍；并且連接橫坐標(biāo)數(shù)值HCl和縱坐標(biāo)數(shù)值C WCl)的點到橫坐標(biāo)數(shù)值HC2和縱坐標(biāo)數(shù)值C 化C2)的點的直線具有位于0.85到3.70范圍的斜率。
[0016] 在一些實施方式中，連接橫坐標(biāo)數(shù)值HCl和縱坐標(biāo)數(shù)值(XHCl)的點到橫坐標(biāo)數(shù)值 肥21和縱坐標(biāo)數(shù)值(X肥21)的點的直線具有位于1.20到11.40范圍的斜率，橫坐標(biāo)數(shù)值肥21 等于橫坐標(biāo)數(shù)值肥1加20 %。
[0017] 在給定的高度，翼型的弦是相連翼型前緣和后緣的直線段。在本說明書中，翼型的 高度表示為翼型總高度的百分?jǐn)?shù)，并且弦數(shù)值表示為翼型的全部高度的平均弦的百分?jǐn)?shù)。 由此不帶單位地表示上述線的斜率。如上所限定的翼型的低部分中弦變化的特定關(guān)系用于 進(jìn)一步改進(jìn)效率，W及進(jìn)一步減小翼型低部分中的動力學(xué)應(yīng)力。
[0018] 在一些實施方式中，掃描角M乍為H函數(shù)變化，W致于對于位于數(shù)值到HA2范圍 的高度H，掃描角A是正數(shù)，數(shù)值和HA2位于0%到50%的范圍，并且在0%到HAl的范圍和/ 或在HA2到100%的范圍，掃描角A是負(fù)數(shù)。
[0019] 在一些實施方式中，二面角V的數(shù)值作為H的函數(shù)而變化，W致于對于在范圍Hvl到 Hvl+20%的高度，二面角V增大。
[0020] 在一些實施方式中，二面角V作為H的函數(shù)而變化，W致于對于高度Hvm，二面角V達(dá) 到是負(fù)數(shù)的最小值，數(shù)值Hvm位于10 %到40 %的范圍。
[0021] 翼型低部分中掃描角和二面角變化的運些特定關(guān)系用于進(jìn)一步改進(jìn)效率W及進(jìn) 一步減小翼型低部分中的動力學(xué)應(yīng)力。
[0022] 本說明書也設(shè)及滿輪發(fā)動機壓氣機，其包括多個上述葉片。
[0023] 本說明書也設(shè)及滿輪發(fā)動機，其包括多個上述葉片。
[0024] 通過閱讀下面所提出的葉片的實施方式的詳細(xì)描述，呈現(xiàn)了上述特征和優(yōu)點W及 其它方面。該詳細(xì)描述參考了附圖。
[002引附圖的簡要說明
[0026] 附圖是示意性的，不一定按照比例，并且它們首先尋求示例本發(fā)明的原理。
[0027] 圖1是滿輪發(fā)動機壓氣機的部分和示意性截面圖。
[0028] 圖2是滿輪發(fā)動機壓氣機的部分和示意性縱向截面圖。
[0029] 圖3表示單獨葉片剖面的實施例。
[0030] 圖4表示作為高度H函數(shù)的掃描角A變化的關(guān)系的實施例。
[0031 ]圖5表示作為高度H函數(shù)的二面角V變化的關(guān)系的實施例。
[0032] 圖6表示作為高度H函數(shù)的弦關(guān)系C的第一實施例。
[0033] 圖7表示作為高度H函數(shù)的弦關(guān)系C的第二實施例。
[0034] 發(fā)明的詳細(xì)描述
[0035] 下面參考附圖，詳細(xì)地描述所提出的滿輪發(fā)動機葉片的實施方式，運些實施方式 表示本發(fā)明的特征和優(yōu)點。然而，應(yīng)該記住本發(fā)明不限于運些實施方式。
[0036] 圖1和圖2是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，并且它們用于定義相對于在方向a上流動的 流體，翼型的角度n、y和巧。角度n、巧卿用于使用上面給出的公式計算掃描角A和二面角V。
[0037] 圖3表示葉片的翼型剖面1的實施例。葉片的翼型剖面是位于平面P中的平面剖面， 該平面P垂直于葉片的徑向軸線。由此，翼型剖面1的平面P位于在徑向方向丫上測量的一定 的徑向高度H。由此，可W提供給平面P正交的笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)(0，a，u)，其中橫坐標(biāo)a是平行 于軸向方向的軸線，在氣流的法線方向上被定向，并且其中縱坐標(biāo)U是切向軸線，從翼型的 壓力側(cè)朝向吸力側(cè)被定向。所選擇的坐標(biāo)系統(tǒng)的原點是運樣采用的：所有翼型剖面的原點 都位于等式H=O的平面上，即，垂直于翼型的徑向方向r和高度H設(shè)定在0%的平面上的相同 正交投影上。應(yīng)該觀察