BR112014029523B1 - Pá de ventilador para turborreator de avião, ventilador de turborreator de avião, e, turborreator de avião - Google Patents
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Abstract
pá e ventilador para turborreator de avião, ventilador de turborreator de avião, e, turborreator de avião. a invenção refere-se a uma pá (4) de ventilador para turborreator de avião, compreendendo uma lâmina (6) se estendendo axialmente entre um bordo de ataque (18) e um bordo de fuga (20) e tendo uma pluralidade de seções de lâmina (s) empilhadas radialmente entre uma seção de pé (spé) e uma seção de topo (stopo). todas as seções de lâmina compreendidas entre a seção de pé (spé) e uma seção de lâmina (s30) situada em uma altura radial correspondendo a 30% da altura radial total da lâmina possuem uma curva de esqueleto tendo um ponto de inflexão.
Description
[001] A presente invenção refere-se ao domínio geral das pás de ventilador para turborreator de avião e refere-se mais particularmente ao perfil das seções de pé de tais pás.
[002] Os desenvolvimentos ocorridos em turborreatores de avião visam principalmente obter ganhos em termos de desempenho e de massa. Mais precisamente, no âmbito de turborreatores de diâmetros pequenos, sabe- se que os ganhos em massa podem ser obtidos em nível de seu ventilador ao reduzir o número de pás do mesmo, aumentando o passo relativo em cabeça das pás, e diminuindo a relação de cubo do ventilador.
[003] Em particular, uma relação de cubo baixa permite aumentar a vazão específica do motor (de mesmo diâmetro de ventilador) e, portanto, o seu empuxo sem, no entanto, penalizar a massa. No entanto, a redução da relação de cubo conduz à redução do primeiro modo de flexão das pás do ventilador (chamado modo 1F). Ora, a coincidência do modo 1F e do primeiro harmônico do motor gera um comportamento vibratório instável das pás podendo provocar a sua fissuração.
[004] Para resolver este problema da redução do modo 1F das pás, é possível aumentar ou a sua corda (isto é, o comprimento do segmento de reta ligando o bordo de ataque ao bordo de fuga das pás), ou a espessura de sua seção de pé.
[005] No entanto, nenhuma destas soluções parece ser satisfatória. O aumento da corda das pás conduz, em particular, ao aumento do comprimento e a massa do turborreator. Do mesmo modo, o espessamento das seções de pé das pás conduz ao aumento significativo da massa do ventilador e, portanto, da do turborreator. Esta solução apresenta igualmente como inconveniente prejudicar os desempenhos do turborreator e acarretar um risco de bloqueio no pé do ventilador.
[006] Existe, portanto, uma necessidade de poder dispor de uma geometria de pá de ventilador permitindo obter uma redução do seu primeiro modo de flexão sem, no entanto, aumentar a massa e o comprimento do turborreator.
[007] Este objetivo é atingido graças a uma pá de ventilador para turborreator de avião, compreendendo uma lâmina se estendendo axialmente entre um bordo de ataque e um bordo de fuga e compreendendo uma pluralidade de seções de lâmina empilhadas radialmente entre uma seção de pé e uma seção de topo, em que, de acordo com a invenção, todas as seções de lâmina compreendidas entre a seção de pé e uma seção de lâmina situada em uma altura radial correspondendo a 30% da altura radial total da lâmina possuem uma curva de esqueleto tendo um ponto de inflexão.
[008] A curva de esqueleto de uma seção de lâmina é constituída pelas variações do ângulo de esqueleto em função da posição ao longo da corda da pá. Mais precisamente, por ângulo de esqueleto, entende-se o ângulo formado entre a tangente em cada ponto do esqueleto da pá com o eixo motor.
[009] Os inventores constataram que, de modo notável, a presença de um ponto de inflexão ao nível das curvas esqueleto para todas as seções de lâmina situadas entre 0% e 30% da altura radial total da lâmina permite aumentar o modo 1F da pá sem, no entanto, degradar os desempenhos aerodinâmicos da pá. Além disso, este enrijecimento da lâmina da pá é obtido sem precisar aumentar a corda da pá ou a espessura de sua seção de pé.
[0010] Preferivelmente, os pontos de inflexão das curvas de esqueleto das seções de lâmina compreendidas entre a seção de pé e uma seção de lâmina situada em uma altura radial correspondendo a 30% da altura radial total da lâmina estão situados entre 25% e 75% do comprimento de corda da pá medida desde o bordo de ataque em direção ao bordo de fuga.
[0011] Preferivelmente igualmente, estes pontos de inflexão estão situados entre 40% e 50% do comprimento de corda da pá medida desde o bordo de ataque em direção ao bordo de fuga.
[0012] Preferivelmente ainda, a inclinação da tangente ao ponto de inflexão da curva de esqueleto diminui continuamente entre a seção de pé e a seção de lâmina situada a uma altura radial correspondendo a 30% da altura radial total da lâmina.
[0013] A invenção refere-se também a um ventilador de turborreator de avião compreendendo uma pluralidade de pás, como foram definidas previamente. Ela ainda refere-se a um turborreator de avião tendo tal ventilador.
[0014] Outras características e vantagens da presente invenção aparecerão a partir da descrição dada abaixo, em referência aos desenhos em anexo que ilustram um exemplo de modalidade desprovido de qualquer caráter limitativo. Nas figuras:- A figura 1 é uma vista parcial e em corte longitudinal de um ventilador de turborreator munido de pás de acordo com a invenção;- A figura 2 é uma vista de uma seção de lâmina de uma pá de acordo com a invenção;- A figura 3 mostra um exemplo de curva de esqueleto de seções de lâmina de uma pá de acordo com a invenção; e- A figura 4 ilustra os impactos sobre o fluxo aerodinâmico de um perfil de pá, de acordo com a invenção.
[0015] A invenção é aplicável a qualquer ventilador de um turborreator de avião e, notadamente, aos ventiladores de turborreatores de diâmetros pequenos, como ilustrado na Figura 1.
[0016] Nesta Figura 1, é representado um ventilador 2 de turborreator compreendendo uma pluralidade de pás 4 de acordo com a invenção, que são regularmente espaçadas umas das outras em torno do eixo geométrico longitudinal X-X do turborreator, este eixo geométrico X-X sendo orientado no sentido F de fluxo do fluxo de ar atravessando o ventilador.
[0017] As pás 4 do ventilador preferivelmente são feitas de uma liga metálica. Cada pá 4 compreende uma lâmina 6 e um pé 8 montado sobre um disco (ou cubo) 10 acionado em rotação em torno do eixo geométrico longitudinal X-X do turborreator. Cada pá pode compreender igualmente uma plataforma 12 que forma, em parte, a parede interna delimitando o interior da veia de fluxo 14 do fluxo de ar F atravessando o ventilador. Uma parede 16 de um cárter circundando o ventilador forma a parede externa que delimita no exterior esta mesma veia de fluxo.
[0018] Na sequência da descrição, para cada pá 4, define-se um eixo geométrico radial Z-Z como sendo perpendicular ao eixo geométrico longitudinal X-X e passando pelo centro de gravidade do corte resultante da interseção da pá com a parede interna da veia de fluxo do fluxo de ar frio. Um eixo geométrico tangencial Y-Y forma um triedro ortonormal direto com os eixos geométricos X-X e Z-Z.
[0019] Como representado na Figura 1, a lâmina 6 da pá 4 comporta uma pluralidade de seções de lâmina S, cujos centros de gravidade são empilhados ao longo de uma linha dos centros de gravidade Lg.
[0020] As seções de lâmina S estão situadas em distâncias radiais crescentes do eixo longitudinal X-X e são delimitadas ao longo do eixo radial Z-Z entre uma seção de pé Spé e uma seção de topo Stopo a nível do topo 17 da pá. A seção de pé Spé está situada a 0% da altura radial total da lâmina medida desde o pé da pá em direção a seu topo. Do mesmo modo, a seção de topo Stopo está situada a 100% da altura radial total da lâmina medida desde o pé da pá em direção a seu topo.
[0021] O empilhamento, que resulta daí, forma uma superfície aerodinâmica que se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal X-X entre um bordo de ataque 18 e um bordo de fuga 20 e ao longo do eixo geométrico tangencial Y-Y entre uma face intradorso 22 e uma face extradorso 24 (figura 2).
[0022] De acordo com a invenção, está previsto dar um perfil arqueado a todas as seções de lâmina situadas entre a seção de pé Spé e uma seção de lâmina S30 situada a 30% da altura radial total da lâmina medida desde o pé da pá em direção a seu topo.
[0023] A figura 2 ilustra um perfil de seção de lâmina S, que é arqueado de acordo com a invenção em relação a um perfil de seção de lâmina UÓ"fc"ctvg"cpvgtkqt"*kuvq"fi."p«q"ctswgcfq+0
[0024] O arqueamento acentuado de uma seção de lâmina é definido pela presença de um ponto de inflexão I sobre a curva de esqueleto da seção de lâmina em questão (fala-ug kiwcnogpVg fg ewtxc fg guswglgVq “go U”+. Fg acordo com a invenção, todas as seções de lâmina situadas entre a seção de pé Spé e a seção de lâmina S30 apresentam curvas de esqueleto tendo um ponto de inflexão.
[0025] Rqt “ewtxc fg guswglgVq fg woc ug>«q fg lâmina”, gpVgpfg-se aqui as variações, para uma seção de lâmina dada, do ângulo de esqueleto g em função da posição ao longo da corda D da pá (isto é, ao longo do segmento de reta ligando o bordo de ataque 18 ao bordo de fuga 20 da seção de lâmina correspondente).
[0026] Como representado na Figura 2, o ângulo de esqueleto g"é formado entre a tangente T em cada ponto P do esqueleto 26 da pá e o eixo geométrico longitudinal X-X do turborreator (o esqueleto 26 da pá sendo a linha geométrica dos pontos situados em igual distância das faces laterais intradorso 22 e extradorso 24 da pá).
[0027] As variações deste ângulo de esqueleto ao longo da corda D da pá formam, assim, uma curva, chamada curva de esqueleto. As figuras 3A a 3C representam diferentes exemplos de curvas de esqueleto para diferentes seções de lâmina de uma pá de acordo com a invenção.
[0028] Assim, a figura 3 representa uma curva de esqueleto C0 para a seção de pé (isto é, a seção de lâmina situada em 0% da altura radial total da lâmina) de uma pá de acordo com a invenção em função de uma percentagem da corda da pá (0% da corda correspondendo ao bordo de ataque e 100% ao seu bordo de fuga). Em comparação, é igualmente representada nesta Figura 3 uma curva de esqueleto C'0 para a seção de pé de uma pá da arte anterior (isto é, cujo perfil das seções de pé não é arqueado).
[0029] Nesta figura 3, constata-se que a curva de esqueleto C0 apresenta efetivamente um ponto de inflexão I0 (isto é, um ponto onde a tangente t0 à curva atravessa a curva). Em comparação, a curva de esqueleto C'0 para a seção de pé de uma pá da arte anterior não apresenta nenhum ponto de inflexão.
[0030] De modo vantajoso, os pontos de inflexão I de todas as curvas de esqueleto das seções de lâmina situadas entre a seção de pé Spé e a seção de lâmina S30 e, em particular, o ponto de inflexão I0, estão posicionados entre 25% e 75% do comprimento de corda da pá medida desde o bordo de ataque em direção ao bordo de fuga.
[0031] Preferivelmente, estes pontos de inflexão estão posicionados entre 40% e 50% do comprimento de corda da pá. Assim, no exemplo da Figura 3, o ponto de inflexão I0 para a seção de pé está situado em cerca de 40% do comprimento da corda.
[0032] Além disso, de acordo com outra disposição vantajosa, a inclinação da tangente ao ponto de inflexão da curva de esqueleto diminui continuamente entre a seção de pé Spé e a seção de lâmina S30 situada a 30% da altura radial total da lâmina.
[0033] Esta diminuição da inclinação da tangente no ponto de inflexão da curva de esqueleto é contínua e ininterrupta entre a seção de pé Spé e a seção de lâmina S30. Além da seção de lâmina S30, as curvas de esqueleto das seções de lâmina retomam uma aparência convencional, isto é, que elas não apresentam mais ponto de inflexão na zona indicada.
[0034] Os inventores constataram que, de modo notável, a presença de um perfil arqueado no nível de todas as seções de lâmina situadas entre a seção de pé Spé e uma seção de lâmina S30 permite aumentar o modo 1F da pá sem, no entanto, degradar o fluxo aerodinâmico da mesma.
[0035] A figura 4 ilustra tal vantagem. Nesta Figura são representadas as curvas representativas das distribuições intradorso (curva Mintra) e extradorso (curva Mextra) de número Mach isentrópico para uma pá de acordo com a invenção e para uma pá de acordo com a arte anterior (curvas M'intra e M'extra).
[0036] A análise destas curvas representativas do fluxo aerodinâmico destas pás mostra que o número Mach isentrópico extradorso (curva Mextra) é aceitável. Em particular, o seu nível é equivalente ao de uma pá de acordo com a arte anterior (curva M'extra).
Claims (7)
1. Pá (4) de ventilador para turborreator de avião, que compreende uma lâmina (6) se estendendo axialmente entre um bordo de ataque (18) e um bordo de fuga (20) e tem uma pluralidade de seções de lâmina (S) empilhadas radialmente entre uma seção de pé (Spé) e uma seção de topo (Stopo), caracterizada pelo fato de que todas as seções de lâmina compreendidas entre a seção de pé (Spé) e uma seção de lâmina (S30) situada a uma altura radial correspondendo a 30% da altura radial total da lâmina possuem uma curva de esqueleto tendo um ponto de inflexão, em que a curva de esqueleto significa as variações para uma determinada seção do perfil de lâmina no ângulo de esqueleto em função da posição ao longo da corda da pá.
2. Pá de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os pontos de inflexão das curvas de esqueleto das seções de lâmina compreendidas entre a seção de pé e uma seção de lâmina situada a uma altura radial correspondendo a 30% da altura radial total da lâmina estão situados entre 25% e 75% do comprimento de corda da pá medida desde o bordo de ataque em direção ao bordo de fuga.
3. Pá de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que os pontos de inflexão das curvas de esqueleto das seções de lâmina compreendidas entre a seção de pé e uma seção de lâmina situada em uma altura radial que corresponde a 30% da altura radial total da lâmina são situados entre 40% e 50% do comprimento de corda da pá medida desde o bordo de ataque em direção ao bordo de fuga.
4. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a inclinação da tangente no ponto de inflexão da curva de esqueleto diminui continuamente entre a seção de pé e a seção de lâmina situada a uma altura radial correspondendo a 30% da altura radial total da lâmina.
5. Pá de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a lâmina é feita de metal.
6. Ventilador (2) de turborreator de avião, caracterizado pelo fato de que inclui uma pluralidade de pás (4) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
7. Turborreator de avião, caracterizado pelo fato de que inclui um ventilador (2) como definido na reivindicação 6.
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