CN101307776B - 风扇叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及叶片领域，尤其涉及用于航空型的涡轮喷气发动机的风扇叶片。其目的是提供一种风扇叶片，其特点将能够减少风扇叶片的数量，同时提供令人满意的性能。依据本发明，风扇叶片包括在径向Z上叠置的多个空气动力学部件，以及空气动力学曲面的数量随各个空气动力学部件而变化。

Description

风扇叶片

技术领域

本发明涉及叶片领域，尤其涉及用于特别是航空型的涡轮喷气发动机的风扇叶片。

背景技术

涡轮喷气发动机通常包括压缩机、燃烧室和涡轮机。压缩机的用途是增加供给给燃烧室的空气压力。涡轮机的用途是驱动压缩机的旋转，通过使离开燃烧室的热气体的一些压力能流出且将它转换为机械能。

涡轮喷气发动机可以属于“旁路”型，也就是说两股空气流通过它，一级气流和二级气流。一级气流由构成单流涡轮喷气发动机的部件产生，将一或多个辅助涡轮机添加到该单流涡轮喷气发动机上，以驱动压缩阶段，风扇。这种风扇装配有大尺寸叶片，该风扇叶片产生二级气流。风扇略微增加通过它的气体的压力，但因为其直径大，产生用于推力的能量也高。

带有风扇的涡轮喷气发动机(也被称作涡轮风扇发动机)的一个众所周知的例子为数十年来在全世界装配给众多飞机的CFM56。CFM56的后续系列在风扇叶片数量上已经逐渐减少。

鉴于它使得涡轮喷气发动机质量明显降低和采购及维护成本降低，减少涡轮喷气发动机上风扇叶片的数量是有益的。然而，这种减少叶片数量必然不能以牺牲涡轮喷气发动机性能为代价来实现。优选地，为了限制涡轮喷气发动机的尺寸，进而限制涡轮喷气发动机的质量，应当避免叶片的弦长的增加。

逐渐减少叶片数量使得相对节距(relative pitch)增加，该相对节距在英文中被称为“节弦比”，以及用于同样弦长，增加叶间距，也就是说增大分隔两连续叶片的距离。

节弦比被定义为比值s/C，其中：

·s表示叶间距(s＝2πR/N)，N为叶片盘上的叶片数量，以及

·C表示考虑叶片高度的半径为R时的曲面(profile)的弦，该弦C表示连接叶片前沿至后沿的线段的长度。

发明内容

本发明的目的是提供一种风扇叶片，其特点是能够减少风扇叶片的数量，同时具有令人满意的性能。

为此，本发明涉及一种旁路式涡轮喷气发动机风扇叶片，其包括在径向Z上叠置的多个空气动力学部件，以及在其中空气动力学曲面的数量随各个空气动力学部件而变化。

一个空气动力学部件具有由至少一个空气动力学曲面所给予的空气动力学性能，各个曲面包括吸入面、挤压面、前沿和后沿。

本质上，径向Z相应于叶片的纵向。本领域技术人员通常称之为径向，这是因为这个方向相应于从涡轮喷气发动机的旋转轴X前伸的半径，在该涡轮喷气发动机上所述叶片在操作期间通常被定位。

优先选择地，依据本发明的风扇叶片包括在下空气动力学部件和在径向Z上叠置的上空气动力学部件，各个空气动力学部件具有至少一个空气动力学曲面，上空气动力学部件的空气动力学曲面的数量大于下空气动力学部件的空气动力学曲面的数量。

在本发明的范围内，上空气动力学部件表示距离涡轮喷气发动机的旋转轴X最远的叶片部件，在该涡轮喷气发动机上所述叶片通常在操作中定位，以及下空气动力学部件表示最靠近涡轮喷气发动机的旋转轴X的叶片部件。

优先选择地，下空气动力学部件具有单个空气动力学曲面及上空气动力学部件具有至少两个空气动力学曲面。

优先选择地，同一个空气动力学部件的所有空气动力学曲面都是相同的。

依据本发明的风扇叶片进一步包括分隔下、上空气动力学部件的平台。这个平台构成空气分流器，具体地在旁路式涡轮喷气发动机中分离一级气流与二级气流。

本发明还涉及一种涡轮喷气发动机，其包括至少一个风扇，或者通过其下端固定至轮轴，或者通过其上端固定至旋转壳体。

附图说明

根据对提供作为非限制性例子的下面详细说明书的阅读、参考附图，本发明的其它优点和特征将变得清楚，附图中：

图1描绘依据本发明的被定位在轮轴上的风扇叶片的前视图；

图2描绘依据本发明的被定位在轮轴上的风扇叶片的透视图；

图3描绘依据本发明中的第一实施例的风扇叶片的侧视图；和

图4描绘依据本发明中的第二实施例的风扇叶片的侧视图。

具体实施方式

图1和图2描绘了依据本发明的被定位在旋转轴X的轮轴2上的三个风扇叶片1。轮轴2的旋转轴X与涡轮喷气发动机的旋转轴X相一致。

依据本发明的风扇叶片1，其径向地从轴X展开，其包括下空气动力学部件11和上空气动力学部件12。下空气动力学部件11由一个空气动力学曲面构成。

在图1和图2中所示的例子中，风扇叶片1的上空气动力学部件12包括两个空气动力学曲面14。具有包括多于两个空气动力学曲面14的风扇叶片1的本发明实施例的可替换形式还是可以想到的。包括三个空气动力学曲面14的风扇叶片1同样是有优点的。诸如这种叶片在图2中以虚线被描绘。优选地，这些空气动力学曲面14是相同的且被径向地定向。

当风扇叶片1的上空气动力学部件12包括至少两个空气动力学曲面时，叶片的数量增加且这略微减小了叶片的上空气动力学部件12的节弦比。从而，在风扇叶片1的上端16处的节弦比的取值更有限，压缩比因此令人满意。

通过保持风扇叶片的下空气动力学部件11上的较高的节弦比，是可以避免在难以提供具有足够高的流速的一级气流时可能出现的空气动力学锁定问题。

平台10将风扇叶片1的下空气动力学部件11和上空气动力学部件12分离。这个平台10将空气动力学曲面13的上端连接至另外两个空气动力学曲面14的下端。为了促成对一级和二级气流的最小可能的扰动，这个平台10需要平放在风扇叶片1的某点处，在该点处形成一级及二级气流。优先选择地，其自身构成隔开一级气流和二级气流的空气分流器。

优先选择地，平台10具有空气动力学形状，以引导很可能受到影响的空气气流。

平台10还可能属于相邻型，也就是说其具有一形状，该形状在它们悬挂的风扇叶片1被适时地定位在轮轴2上时，能够支持相邻平台10的互补且一致的形状。

根据图3中所述的第一实施例，风扇叶片1通过其低端15被固定到轮轴2，其上端16为自由的。使用本领域熟练技术人员公知的技术，可以实施连接，例如位于低端15处的凸榫与在轮轴2的榫眼槽中的滑动之间的协作。

有益地，空气动力学曲面13及14的轴向尺寸基本上是一致的，例如在它们相接处。因此，例如在平台10处，空气动力学曲面13的轴向尺寸与空气动力学曲面14的轴向尺寸相同。因此，在平台10处，空气动力学曲面13及14的前沿在轴向上对齐。同样地，在平台10处，空气动力学曲面13及14的后沿也在轴向上对齐。

在第一实施例中，风扇叶片1在相对于轮轴2的轴X的径向Z上通常受到张应力的影响。

根据图4中所述的第二实施例，风扇叶片1通过各个其上端16被固定到轴X的旋转壳体3，其下端15可能为自由的。旋转壳体3为围绕风扇且被固定到后者的筒节的形式。由旋转壳体3和风扇叶片1形成的组件可以围绕轴X旋转。该组件的旋转驱动通过齿轮系统4来实施，所述齿轮系统4机械地将旋转壳体3连接至涡轮喷气发动机的涡轮机。

这个第二实施例还具有消除叶片和围绕其的壳体3之间间隙的目的。

在这个第二实施例中，风扇叶片1受到压缩应力的影响。因为相比于承受张应力而言，机械部件能够较好地承受压缩应力，所以这种结构具有优点。

此外，依据本发明的风扇叶片1的专用形状提供了其良好的机械完整性。当风扇旋转时，离心力推动空气动力学曲面13和平台10朝着旋转壳体3的方向径向向外。由这些部件10及13施加的应力有利地在风扇叶片1的上空气动力学部件12的两个空气动力学曲面14上分散。从而降低了风扇叶片1弯曲(也就是说由于正常压缩载荷而导致的横向变形)的风险。

经由上空气动力学部件16连接风扇叶片1还呈现出涡轮喷气发动机的效率方面的优点，这是因为风扇叶片1的上端16和旋转壳体3之间间隙变得不存在了。从而，使得在更普通的涡轮喷气发动机的设计中由于这种间隙而导致效率损耗消失了。

此外，通过降低轮轴Ri/Re比，也就是说内径Ri和外径Re之比，Ri为到叶片1的前沿上最靠近涡轮喷气发动机的轴(X)的点的距离，以及Re为到叶片1的前沿上离涡轮喷气发动机的轴(X)最远的点的距离，这种连接类型有利于实现降低涡轮喷气发动机的质量，。在这个第二实施例中，因为不再使用轮轴2连接叶片，因此内径可以很小或甚至为零。在一种极端情况中，涡轮喷气发动机可能没有用于风扇叶片1的轮轴2。从而，对于同样的外径Re，轮轴2的质量可以很小的或者甚至为零。因此，减少了涡轮喷气发动机的质量。

Claims (11)

1.一种旁路式涡轮喷气发动机风扇叶片，包括下空气动力学部件和在径向上叠置的上空气动力学部件，其中所述下空气动力学部件具有单空气动力学曲面及所述上空气动力学部件具有至少两个空气动力学曲面。

2.如权利要求1所述的风扇叶片，其中所述上空气动力学部件的所有所述空气动力学曲面是相同的。

3.如权利要求1或2所述的风扇叶片，其包括分离所述下空气动力学部件和所述上空气动力学部件的平台。

4.如权利要求3所述的风扇叶片，其中所述平台为相邻型，即其具有一形状，该形状能够支持相邻平台的互补且一致的形状。

5.如权利要求3所述的风扇叶片，其中所述平台构成空气分流器。

6.一种风扇，包括多个如权利要求1至5中任一项所述的风扇叶片。

7.一种涡轮喷气发动机，包括多个如权利要求1至5中任一项所述的风扇叶片。

8.如权利要求7所述的涡轮喷气发动机，其中所述风扇叶片通过其下端被固定至轮轴。

9.如权利要求7中所要求的涡轮喷气发动机，其中所述风扇叶片通过其各个上端被固定至所述涡轮喷气发动机的旋转壳体。

10.如权利要求9所述的涡轮喷气发动机，其中所述旋转壳体由齿轮系统被连接至所述涡轮喷气发动机的涡轮机。

11.如权利要求9或10所述的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机没有用于所述风扇叶片的轮轴。

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