CN103608260A - 叶片，特别是变螺距叶片，包括这种叶片的螺旋桨和相应的涡轮机 - Google Patents

Abstract

根据本发明，将叶片(11)安装在涡轮机螺旋桨的桨毂(12，13)上，以便在叶片(14)基部(14A)和所述基部(14A)对面的桨毂(12,13)的表面之间形成空间(18,18A,18B)，叶片(11)包括可收放的闭合装置(16，17)，该装置能够以两用方式占用下面两个位置中的至少一个：展开位置，在这个位置时，使收放闭合装置至少部分地封闭所述空间(18,18A,18B)；和极限收起位置，在这个位置时，所述收放装置保持在所述空间外部。

Description

叶片,特别是变螺距叶片,包括这种叶片的螺旋桨和相应的涡轮机

技术领域

本发明涉及一种叶片，尤其是涉及一种变螺距叶片、一种包括这种叶片的螺旋桨、和一种相应的涡轮发动机，特别是无函道风扇的涡轮发动机。

背景技术

虽然本发明特别适于无函道风扇涡轮发动机（又称之为“开式转子”涡轮发动机），但本发明的实施则决不仅限于在这种发动机上的应用。

按照已知方式，无函道风扇涡轮发动机分别在上游（前方）和下游（后方）包括两个共轴反转的外部螺旋桨，每个螺旋桨由涡轮带动旋转，并大体径向地延伸到涡轮发动机短舱的外面。每个螺旋桨传统上包括与涡轮发动机纵轴同心的桨毂，叶片就固定在该桨毂上。

然而，尽管燃油消耗低，但这种无函道风扇涡轮发动机上游和下游共轴反转螺旋桨之间的气动力相互作用会引起很高的运行噪音级。实际上，上游和下游共轴反转螺旋桨的叶片的旋转会引起尾流、叶尖旋涡，和叶根紊流的形成。上游螺旋桨下游的这些气动力破坏是其撞击下游螺旋桨并损害涡轮发动机整体推进效率时气动力相互作用噪声的原因。

另外，为了降低这种涡轮发动机的不希望出现的噪声发出，并从而满足航空管理局所提出的噪声合格要求，为此：

优化叶片型面，以便至少对于涡轮发动机某些工作方式（例如，对应于飞机不同飞行阶段）降低螺旋桨尾流强度和叶尖出现寄生旋涡；和/或

采用合适技术（例如，使用导流叶片(blown vanes)端部或后缘）控制叶片周围空气流动，而不会损害相关螺旋桨的空气动力性能。

在任何情况下，这种低噪音螺旋桨的设计---通过优化叶片型面和/或控制空气流动---常常不能防止叶片根部出现的湍流的形成。

特别是，在叶片采用变螺距安装在上游和下游螺旋桨桨毂上的情况下，以便通过根据所期望工作条件围绕叶片纵轴转动叶片来调整螺旋桨角度螺距（也就是说，每个叶片根弦和螺旋桨旋转平面所形成的角度），对于某些预定的角度螺距来讲（例如，对应于起飞、进场、降落阶段等），叶片根部的湍流是影响下游螺旋桨的气动力破坏的主要因素。

实际上，因为每个叶片由叶根构成，叶根使叶片在相应螺旋桨桨毂内保持转动，对于上述角度螺距，在叶片基部和相对桨毂弯曲表面之间形成空间：叶片基部不能始终在形状上符合桨毂弯曲形状。

这种空间—由上游空区和下游空区所确定，两个区域由每个叶片根部相互分开—加剧了螺旋桨叶片基部处的湍流活动，特别是在所述螺旋桨固定很紧时（例如，在起飞和进场期间），这会进一步损害下游螺旋桨的气动力性能并增加所述螺旋桨转速不稳定，这些是不期望出现的噪声发出的原因。

发明内容

本发明的目的是寻找一个针对这些缺陷的解决方案，特别是，改善无函道风扇涡轮发动机的推进效率，同时，降低气动力相互作用噪声的强度。

为此，根据本发明，叶片（特别是变螺距叶片）被计划安装在涡轮发动机螺旋桨桨毂上，以便在叶片基部和所述基部对面的桨毂表面之间形成空间，该叶片的特征在于，其包括能够以相反方式占用如下两个位置中至少一个位置的可收放闭合装置：

展开位置，在这个位置时，可收放闭合装置至少部分地封闭所述空间；以及

极限收起位置，在这个位置时，所述可收放装置保持在所述空间的外面。

为此，根据本发明，当空间位于或形成于叶片基部和安装叶片的螺旋桨桨毂的弯曲表面之间时（特别是，当所述叶片采用变螺距安装时），闭合装置可展开，以便占用该空间并从而显著地降低叶片基部出现的湍流的强度。

在这种叶片（根据本发明且带有变螺距）固定到双螺旋无函道风扇涡轮发动机上游螺旋桨桨毂上情况下，用于某些预定螺距（对应于起飞、降落阶段等）的闭合装置的展开--造成破坏空间的形成—使得所述空间减小和/或消除。由所述空间在叶片基部所引起的湍流的减弱或消失而降低了其与涡轮发动机下游螺旋桨的相互作用。结果，空气动力相互作用噪声的强度降低了，所述涡轮发动机推进性能得到改善。

在本发明的具体实施例中，所述展开位置是极限位置，这样，所述闭合装置能够在两个极限收起和展开位置之间移动。此外，根据该实施例，闭合装置可以保持在两个极限展开和收起位置之间的中间位置。

优选地，叶片包括至少一个布置在其基部的室，该室能够在闭合装置占用收起位置时容纳所述闭合装置，这样，一旦收起时，闭合装置既不影响叶片的转动---所述叶片带有变螺距时---也不会造成附加的寄生湍流。

此外，有利的是，叶片包括用来控制闭合装置展开或收起的致动器，以便相继占用展开位置和收起位置，反之亦然。

这些致动器还可装在叶片内。在另一种方式中或附加方式中，致动器包括至少一个装在相关螺旋桨桨毂内的电磁铁，在这种情况下，闭合装置优选至少表面采用铁磁材料制成。

根据本发明优选实施例，闭合装置包括如下两个部件中的至少一个：

包括前缘的上游闭合襟翼，在展开位置时该前缘延伸叶片前缘；

包括后缘的下游闭合襟翼，在展开位置时后缘延伸叶片后缘。

这样，通过延伸叶片前缘和/或后缘，同时占用位于该处或在该处形成的空间，有效防止破坏性湍流的形成，或至少其强度受到限制。

此外，有利的是，每个上游或下游闭合襟翼包括根部，该根部在形状上至少部分地适于在展开位置时对面桨毂表面，以便尽可能有效地闭合空间。

优选地，每个上游或下游闭合襟翼通过销轴采用关节式连接到叶片上，特别是叶根上。在另一种方式中或附加方式中，襟翼还可以滑动。

此外，本发明还涉及到一种螺旋桨，特别是用于无函道风扇涡轮发动机的螺旋桨，包括围绕旋转轴线旋转安装的桨毂，该螺旋桨包括安装在所述桨毂上的多个上述类型的叶片。

此外，叶片采用变螺距安装，以便允许调整其角度。

本发明还涉及到一种包括至少一个上述类型的螺旋桨的涡轮发动机。

特别是，涡轮发动机可以是无函道风扇类型和包括两个共轴反转的螺旋桨，其中，至少上游螺旋桨是上述类型。

附图说明

附图将说明本发明是如何产生的。在这些附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1为根据本发明的一种无函道风扇涡轮发动机的实施例纵向剖面示意图。

图2为图1所示涡轮发动机的螺旋桨桨叶的局部剖面示意图，其中上游和下游闭合襟翼为展开状态。

图3类似于图2，上游和下游闭合襟翼为收起状态。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的无函道风扇涡轮发动机1，所示发动机从上游至下游沿带有纵轴L-L的涡轮发动机内的燃气流动方向包括压缩机2、环形燃烧室3、高压涡轮4和两个相对旋转的低压涡轮5和6，也就是说，低压涡轮5和6围绕纵轴L-L沿两个相反方向转动。

每个低压涡轮5和6采用旋转固定方式连接到外部螺旋桨7,8上，螺旋桨径向延伸到涡轮发动机1的短舱9的外部，短舱9呈大体圆柱形，围绕压缩机2、燃烧室3和涡轮4,5和6沿轴线L-L延伸。离开涡轮的燃烧气体经由喷管10被排出，以增加推力。

螺旋桨7和8共轴前后布置，包括多个围绕纵轴L-L等角度分布的叶片11。叶片11大体径向延伸，属于具有变螺距的类型的叶片，也就是说，这些叶片可围绕其纵轴旋转，以便根据涡轮发动机1预期工作条件来优化其角度位置。当然，在另一种形式中，螺旋桨叶片也可带有固定螺距。

每个上游7或下游8螺旋桨包括支撑叶片11的可旋转的桨毂12,13，可旋转的桨毂与涡轮发动机1纵轴L-L同轴布置并垂直于涡轮发动机1的纵轴。

叶片11由叶片本体14和叶根15构成，旋转安装在相应的桨毂12,13上。

根据本发明，上游7和下游8螺旋桨的每个叶片11包括可收放的闭合装置16和17，可相继而两用地占用下面两个极限位置中的至少一个：

展开位置（图2），在这个位置时，闭合装置封闭（对于某些确定的角度螺距）叶片11的基部14A和在所述基部对面桨毂12,13的表面之间形成的空间18；以及

收起位置（图3），在这个位置时，闭合装置保持在所述空间18的外面。

如图2和图3所示，空间18由上游空区18A和下游空域18B形成，由叶根15相互隔开。空间18的尺寸可根据施加在相关叶片11上的角度螺距而改变。

在所述示例中，闭合装置包括：

包括前缘16A的上游闭合襟翼16，在展开位置时，前缘16A延伸叶片11的前缘11A。换句话说，叶片11的前缘11A和上游襟翼16的前缘16A构成大体连续线，从而防止出现空气动力破坏；

包括后缘17A的下游闭合襟翼17，在展开位置时，后缘17A延伸叶片11的后缘11B。于是，后缘11B和17A构成大体连续线。

每个上游16或下游17闭合襟翼包括底部16B，17B，适合在展开位置时（见图2）至少对于叶片11的某些预定角度螺距在形状上符合相对桨毂12,13的表面，以便实现对上游18A和下游18B空区的整体或半整体闭合。

叶片11的上游16和下游17襟翼用销轴19分别通过关节式连接到叶片11的根部15上。

在收起位置时，闭合襟翼16和17分别收回到布置在叶片11底部14A内的室20和21内。显然，在另一个方式中，室20和21仅是同一个室。

集成在叶片11本体14内的致动器22控制上游16和下游17闭合襟翼的展开或收起，这样，它们同时占用展开位置或收起位置。在另一个方式中，致动器独立地控制每个上游和下游闭合襟翼的展开或收起。

致动器22通过可伸缩移动杆22A连接到每一个闭合襟翼16和17上，该控制杆在其展开或缩回时通过相应销轴19来带动襟翼16和17转动（襟翼16和17的转动在图2中用箭头R表示）。

为此，根据本发明，不论上游7和下游8螺旋桨的叶片的角度螺距如何，闭合襟翼16和17通过控制致动器22展开，以便闭合与所述角度螺距相关的空间18（分别为空区18A和18B），减弱或甚至消除叶片11根部出现的湍流。这样，与下游螺旋桨8相互影响的湍流以及进而是气动力相互影响噪音强度会被明显限制。

另外，应该注意的是，为了允许所述叶片11围绕其纵轴转动，从而获得确定的角度螺距，闭合襟翼16和17首先通过致动器22收回到相应室20和21内。

在根据本发明的另一实施例中，上游16和下游17闭合襟翼从室20和21内展开是通过激活布置在相应螺旋桨7,8的桨毂12,13内的电磁铁（图中未示）来进行的。

在这个不同方式中，襟翼16和17至少表面上采用铁磁材料制成。就闭合襟翼16和17的收回来讲，在断开电磁铁后，其是通过在螺旋桨旋转期间向襟翼施加离心力来实现的。

应该注意的是，在图1至3所示示例中，上游7和下游8螺旋桨的叶片11都装有上游16和下游17闭合襟翼。当然，在另一种方式中，可以只有上游螺旋桨的叶片包括这种闭合襟翼。

Claims (13)

1.叶片，特别是变螺距叶片，计划安装在涡轮发动机(1)的螺旋桨(7，8)的桨毂(12，13)上，以便在叶片(14)基部(14A)和所述底部(14A)对面的桨毂(12,13)的表面之间形成空间(18,18A,18B)；

其特征在于，所述叶片包括可收放闭合装置(16,17)，其能够以两用方式占用下面两个位置中的至少一个：

展开位置，在这个位置时，使收放闭合装置至少部分地闭合所述空间(18,18A,18B)；以及

极限收起位置，在这个位置时，所述收放装置保持在所述空间外部。

2.根据前面权利要求所述的叶片，其特征在于，所述展开位置是极限位置。

3.根据前面任一项权利要求所述的叶片，该叶片包括至少一个布置在叶片基部(14A)并能够在所述闭合装置占用收起位置时容纳所述闭合装置(16,17)的室(20,21)。

4.根据前面任一项权利要求所述的叶片，该叶片包括用来控制闭合装置(16,17)的展开或收起的致动器(22)，以便能够相继占用展开位置和收起位置，反之亦然。

5.根据前面权利要求所述的叶片，其特征在于，致动器(22)安装在叶片（11）内。

6.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，

致动器(22)包括至少一个安装在螺旋桨(7，8)桨毂(12，13)内的电磁铁；以及

闭合装置(16，17)至少表面上由铁磁材料组成。

7.根据前面任一项权利要求所述的叶片，其特征在于，闭合装置包括如下两个部件中的至少一个：

包括前缘(16A)的上游闭合襟翼(16)，在展开位置时，闭合襟翼(16)的前缘（16A）延伸叶片(11)的前缘(11A)；

包括后缘(17A)的下游闭合襟翼(17)，在展开位置时，闭合襟翼(17)的后缘（17A）延伸叶片的后缘(11B)。

8.根据前面权利要求所述的叶片，其特征在于，每个闭合襟翼在上游（16）或下游（17）包括底部(16B,17B)，在展开位置时，该底部(16B,17B)至少部分地在形状上与对面桨毂(12,13)的表面一致。

9.根据权利要求7或8所述的叶片，其特征在于，每个上游(16)或下游(17)闭合襟翼通过销轴(19)采用关节式连接到叶片(11)上，特别是连接到叶根(15)上。

10.螺旋桨，特别是用于无函道风扇涡轮发动机的螺旋桨，包括围绕旋转轴线(L-L)旋转安装的桨毂(12，13)；

其特征在于，所述螺旋桨包括安装在所述桨毂上的多个权利要求1至9任一项所规定的类型的叶片(11)。

11.根据前面权利要求所述的螺旋桨，其特征在于，叶片(11)采用变螺距方式安装，以便允许对其进行角度调整。

12.涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括至少一个权利要求10或权利要求11所规定的类型的螺旋桨(7，8)。

13.根据前面权利要求所述的涡轮发动机，其为无函道风扇型发动机，包括两个共轴反转螺旋桨(7，8)，其特征在于，至少上游螺旋桨(7)属于权利要求10或权利要求11所规定类型的螺旋桨。

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