CN107076053A - 静叶片结构以及使用该静叶片结构的涡轮风扇发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静叶片结构以及使用该静叶片结构的涡轮风扇发动机，该静叶片结构在涡轮风扇发动机中用由复合材料构成的静叶片和衬垫形成空气流道且能够抑制由衬垫之间的间隙、台阶而产生的压力损失。以分别通过内衬(40)夹入由复合材料构成的风扇出口导向叶片、即静叶片(20)的叶片基端部(21)、通过外衬(50)夹入叶片前端部(22)的方式对接，使形成于前缘侧的这些衬垫之间的分割线(45、46、55、56)沿流线方向。

Description

静叶片结构以及使用该静叶片结构的涡轮风扇发动机

技术领域

本发明涉及如使飞机用涡轮风扇发动机的发动机主体部侧与风扇壳体连结的静叶片结构。

背景技术

在如上述的涡轮风扇发动机中通常具备向发动机主体部内导入空气的动叶片、对由该动叶片导入的空气流动进行整流的静叶片。在该静叶片中存在仅要求整流功能的情况、不但整流功能还要求连结构成发动机主体部的风扇框架与风扇壳体的结构体功能。

该静叶片在圆周方向上排列多个而设置，在各静叶片的端部上形成沿圆周方向延伸的管套，这些各静叶片的管套彼此对接。

在此，在涡轮静叶片中，在由静叶片以及管套而形成的流道内流经高温气体，但如果在管套彼此对接的端面上存在高温气体大致垂直碰撞的部分，则存在在该部分上产生由高温氧化而导致的腐蚀的可能性。

因此，开发通过成为通过导流叶片确定该管套之间的接缝部分的端面的沿高温气体的流线的形状、在导流叶片背侧的管套端面上使高温气体从垂直方向上的碰撞减少而谋求高温氧化部分的减少的结构(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-92612号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述专利文献1中记载的涡轮静叶片是将高温气体的整流作为目的的结构且由单体材料构成。因此，该静叶片的两端部与管套形成一体而构成。另一方面，静叶片有在需要充足的刚性、强度的叶片部与不需要高刚性、强度的管套部改变使用的材料而个体化，从而谋求轻量化与降低成本的情况。尤其不仅整流功能还要求结构体功能的静叶片例如在风扇出口导向叶片上具有结构体功能的情况下，由于在叶片部上不仅是空气动力负载还需要作为结构体的刚性、强度，所以，进一步轻量化、降低成本的效果大。

因此，开发代替专利文献1中那样的管套、在各静叶片间设置不同的衬垫(整流罩)而形成空气流道的结构。该衬垫由于以从背侧以及腹侧夹入静叶片的方式对接地设置，因此在静叶片的前缘以及后缘上形成分割线。

可是，特别是相对于静叶片的前缘侧空气动力性的重要，在静叶片的前缘侧产生间隙、台阶就会产生涡流，而导致产生压力损失这样的问题。

本发明中的至少一个实施方式用于解决这样的问题，作为其目的在于提供一种在涡轮风扇发动机中用静叶片和衬垫形成空气流道、且能够抑制由衬垫之间的间隙、台阶而产生的压力损失的静叶片结构以及使用该静叶片结构的涡轮风扇发动机。

用于解决课题的方法

为了实现上述目的，在涉及本发明中至少一个实施方式的静叶片结构中，具备涡轮风扇发动机的风扇壳体、上述涡轮风扇发动机的发动机主体部、连结上述壳体主体和上述发动机主体部的多个静叶片、在邻接的上述静叶片的端部之间形成流道面的多个衬垫，邻接的上述衬垫彼此夹持上述静叶片而对接，形成于上述静叶片的前缘侧的上述衬垫之间的分割线沿流线方向。

发明效果

根据使用上述机构的本发明中至少一个实施方式，用由复合材料形成的静叶片和衬垫形成空气流道、且能够抑制由衬垫之间的间隙、台阶而导致的压力损失。

附图说明

图1是采用涉及本发明的一实施方式的静叶片结构的涡轮风扇发动机的前侧上部中的局部剖视图。

图2是风扇出口导向叶片的整体立体图。

图3A是将图2中的风扇出口导向叶片的叶片基端部扩大的立体图。

图3B是将风扇出口导向叶片的叶片前端部扩大的立体图。

图4A是风扇出口导向叶片的叶片前端部的分解图。

图4B是沿图3B的A-A线的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

图1表示涉及本发明的静叶片结构的一实施方式，在该实施方式中举例说明作为构成涡轮风扇发动机的静叶片的风扇出口导向叶片。

如图1所示，在涡轮风扇发动机1(以下，只称为发动机1)中，在发动机主体部2中的发动机内筒3的轴心侧上形成环状的型芯流道4，在作为发动机主体部2的外侧部分的风扇壳体5的内周面以及发动机内筒3的外周面之间形成旁通流道6(空气流道)。

在作为该发动机1的空气流上游侧(图中左侧)的前部上，风扇盘7通过轴承8可绕未图示的发动机轴心旋转地设置。该风扇盘7一体化地连结于配置于作为发动机1的空气流下游侧(图中右侧)的后部的未图示的低压涡轮中的涡轮转子上。

另外，在该风扇盘7的外周面上，多个动叶片10通过嵌合槽7a以等间隔配置于圆周方向上，在位于动叶片10与嵌合槽7a之间的前后上配置衬套11、11。在风扇盘7的前部以及后部上，在圆周方向上一体地分别设置支撑动叶片10的环状的护圈12、13，前部的护圈12一体化地连结于前锥体14上，后部的护圈13同轴且一体化地连结于与风扇盘7的下游侧邻接的低压压缩机15中的转子16上。

即，在发动机1运转时，通过使多个动叶片10与风扇盘7一起旋转而能够向型芯流道4以及旁通流道6导入空气。

该发动机1在旁通流道6内具备多个风扇出口导向叶片20。多个风扇出口导向叶片20配置于发动机内筒3的周围，对流经旁通流道6的旋转空气流进行整流。该风扇出口导向叶片20使用钛合金、铝合金等的金属材料或将热固化性树脂或热可塑性树脂与碳素纤维或玻璃纤维等组合而成的复合材料，在本图中表示在静叶片上使用复合材料的情况。

作为该风扇出口导向叶片20的轴心侧(内侧)的叶片基端部21通过连结支架体30连结于配置于发动机内筒3的风扇框架31的安装凸缘31a、31a。另外，作为从风扇出口导向叶片20的轴心离开的一侧(外侧)的叶片前端部22通过连结支架体32连结于配置于风扇壳体5的安装凸缘5a、5a。

另外，在风扇出口导向叶片20的前缘部分的表面上设置作为用于防止由静叶片与其它物体碰撞等而产生的磨损的腐蚀防止用金属的保护套23。保护套23如是钛合金的板材，以覆盖风扇出口导向叶片20的前缘端的方式粘接。

在此，在图2中表示风扇出口导向叶片20的整体立体图，在图3A中表示将风扇出口导向叶片20的叶片基端部21扩大的立体图，在图3B中表示将风扇出口导向叶片20的叶片前端部22扩大的立体图，基于以下这些图关于风扇出口导向叶片20的衬结构进行详细说明。

在图2中代表性地表示一个风扇出口导向叶片20，多个设置于发动机1上的各自的风扇出口导向叶片20，在叶片基端部21上设置在风扇出口导向叶片20之间沿圆周方向延伸的内衬40，在叶片前端部22上设置在相邻的风扇出口导向叶片20之间沿圆周方向延伸的外衬50。各内衬40构成发动机内筒3的一部分，各外衬50构成风扇壳体5的一部分。即，该外衬40以及外衬50形成旁通流道6的流道面的一部分。

详细地说，如图3A所示，风扇出口导向叶片20的叶片基端部21的一对内衬40、40对接并从叶片厚度方向夹入风扇出口导向叶片20。一个内衬40呈具备空气流上游侧的前边41、下游侧的后边42、与风扇出口导向叶片20的腹侧连接的腹侧边43、与背侧连接的背侧边44的四边的大致矩形形状。腹侧边43以及背侧边44分别由与风扇出口导向叶片20抵接的抵接部43a、44a、位于比风扇出口导向叶片20靠前缘侧的前缘部43b、44b、位于后缘侧的后缘部43c、44c构成。

在背侧边44的抵接部44a，呈与风扇出口导向叶片20的背侧的表面形状相应地弯曲，前缘侧围绕风扇出口导向叶片20的前缘而仅仅绕入至腹侧的形状。在另一方的腹侧边43的抵接部43a，除了背侧边44的抵接部44a局部绕入的部分，与风扇出口导向叶片20的腹侧表面形状相应地弯曲。

并且，在夹着风扇出口导向叶片20而使一对内衬40、40对接的状态下，腹侧边43以及背侧边44的两前缘部43b、44b对接而形成前缘分割线45，两后缘部43c、44c对接而形成后缘分割线46。前缘分割线45从由风扇出口导向叶片20的前缘向腹侧偏移的位置以与使风扇出口导向叶片20的叶片弦线向前缘侧延长的线平行的方式，即沿流线方向延伸至前边41。该前缘分割线45中的从风扇出口导向叶片20的前缘向腹侧的偏移量优选前缘分割线45与风扇出口导向叶片20的叶片面的交点为叶片弦长的1.0％以上且10.0％以下。后缘分割线46从风扇出口导向叶片20的后缘沿使风扇出口导向叶片20的叶片弦线向后缘侧延长的线，即沿流线方向延伸至后边42。

另外，在风扇出口导向叶片20的叶片前端部22中，如图3B所示，在该图3B中也表示连结支架体32等。风扇出口导向叶片20的叶片前端部22从叶片厚度方向两侧被作为连结支架体32的一部分的一对对置壁32a、32b夹持。该对置壁32a、32b在多个位置(图3B中4个位置)通过螺栓以及螺母连结于叶片前端部22。包含该对置壁32a、32b的连结支架体32由铝合金、钛合金等金属构成，通过安装凸缘5a、5b与风扇壳体5连结。并且，在风扇出口导向叶片的叶片基端部21中，在图3A中没有表示连结支架体30等，但叶片前端部22也与叶片基端部21相同被连结支架体30的对置壁夹持。

另外，如图3B所示，风扇出口导向叶片20的叶片前端部22在比对置壁30a、30b靠内侧，一对外衬50、50对接并从叶片厚度方向夹入风扇出口导向叶片20。外衬50也与内衬40相同地呈由前边51、后边52、腹侧边53、背侧边54构成的大致矩形形状，腹侧边53以及背侧边54分别由抵接部53a、54a、前缘部53b、54b以及后缘部53c、54c构成。

外衬50的背侧边54的抵接部54a也呈与风扇出口导向叶片20的背侧的表面形状相应地弯曲，前缘侧围绕风扇出口导向叶片20的前缘且仅绕入至腹侧的形状。在另一方的腹侧边53的抵接部53a中，除了背侧边54的抵接部54a局部绕入的部分，与风扇出口导向叶片20的腹侧的表面形状相应地弯曲。

另外，在夹着风扇出口导向叶片20且使一对外衬50、50对接的状态下，腹侧边53以及背侧边54的两前缘部53b、54b对接而形成前缘分割线55，腹侧边53以及背侧边54的两后缘部53c、54c对接而形成后缘分割线56。前缘分割线55从由风扇出口导向叶片20的前缘向腹侧偏移的位置以与使风扇出口导向叶片20的叶片弦线向前缘侧延长的线平行的方式，即沿流线方向延伸至前边51。后缘分割线56从风扇出口导向叶片20的后缘沿使风扇出口导向叶片20的叶片弦线向后缘侧延长的线即沿流线方向延伸至后边52。

而且，在此，参照图4A、图4B，在图4A中表示风扇出口导向叶片的叶片前端部的分解图，图4B中表示沿图3B的A-A线的剖视图。

如图4A的分解图中详细地表示，分别在外衬50的腹侧边53以及背侧边54的抵接部53a、54a的边缘部分安装橡胶嵌条57a、57b，在腹侧边53以及背侧边54的抵接部53a、54a的圆周边缘部分上安装管密封件58a、58b。

橡胶嵌条57a、57b以及管密封件58a、58b分别由橡胶等的弹性部件构成，例如，通过粘接剂等安装于外衬50。并且，如图4B所示，橡胶嵌条57a、57b以填补与风扇出口导向叶片20之间的空隙的方式向风扇出口导向叶片20侧延伸。另外，管密封件58a、58b以填补与连结支架体32的对置壁32a、32b之间的空隙的方式设置于外衬的外侧面。并且，在未图示的内衬40上也与外衬50相同设置橡胶嵌条以及管密封件。

如此，在形成旁通流道6的内衬40以及外衬50上，由于前缘分割线45、55与风扇出口导向叶片20的叶片弦线平行且沿流线，所以，流经旁通流道6内的空气不会横穿该前缘分割线45、55而通过。另外，由于在后缘分割线46、56中也沿风扇出口导向叶片20的叶片弦线并沿着流线，所以，流经旁通流道6内的空气不会横穿该后缘分割线46、56而通过。因此，即使由于前缘分割线45、55以及后缘分割线46、56产生间隙、台阶，也能够抑制涡流的产生而降低压力损失。

特别地，关于前缘分割线45、55，从风扇出口导向叶片20的前缘向腹侧偏移，由于内衬40以及外衬50的背侧边44、54的抵接部44a、54a围绕风扇出口导向叶片20的前缘，因此，在空气动力面影响大的风扇出口导向叶片20的前缘不会存在分割线，能够最小限度地抑制压力损失等的影响。

而且，内衬40以及外衬50由于分别通过橡胶嵌条57a、57b与风扇出口导向叶片20安装、通过管密封件58a、58b与连结支架体30、32的对置壁32a、32b安装，因此，从间隙中不能泄露空气，而能够更有效地降低压力损失。

以上，完成本实施方式的说明，但本发明的实施方式不限于此。

例如，上述实施方式中的风扇出口导向叶片20设置于涡轮风扇发动机1的旁通流道，但也能在涡轮风扇发动机中适用于设置于其他位置的静叶片。

(本发明的方案)

本发明的第一方案具备涡轮风扇发动机的风扇壳体、上述涡轮风扇发动机的发动机主体部、连结上述风扇壳体和上述发动机主体部的多个静叶片、在邻接的上述静叶片的端部间形成流道面的多个衬垫，邻接的上述衬垫彼此夹持上述静叶片并对接，形成于上述静叶片的前缘侧的上述衬垫之间的分割线沿流线方向。

本发明的第二方案在第一方案中，上述衬垫之间的分割线从由上述静叶片的前缘向腹侧偏移的位置向该衬垫的前边延伸。

本发明的第三方案在第二方案中，上述衬垫之间的分割线的从上述静叶片的前缘向腹侧的偏移量相对于上述静叶片的叶片弦长为1.0％以上且10.0％以下。

在涉及本发明中的第四方案的涡轮风扇发动机中，作为构成涡轮风扇发动机的静叶片结构能使用第一至第三任一方案的静叶片结构。

符号说明

1—涡轮风扇发动机，2—发动机主体部，3—发动机内筒，5—风扇壳体，5a—安装凸缘，6—旁通流道，10—动叶片，20—风扇出口导向叶片(静叶片)，21—叶片基端部，22—叶片前端部，23—保护套，30、32—连结支架体，40—内衬，41、51—前边，42、52—后边，43、53—腹侧边，43a、44a、53a、54a—抵接部，43b、44b、53b、54b—前缘部，43c、44c、53c、54c—后缘部，44、54—背侧边，45、55—前缘分割线，46、56—后缘分割线，50—外衬，57a、57b—橡胶嵌条，58a、58b—管密封件。

Claims (4)

1.一种静叶片结构，其特征在于，

具备：

涡轮风扇发动机的风扇壳体；

上述涡轮风扇发动机的发动机主体部；

连结上述风扇壳体和上述发动机主体部的多个静叶片；以及

在邻接的上述静叶片的端部之间形成流道面的多个衬垫，

邻接的上述衬垫彼此夹持上述静叶片而对接，形成于上述静叶片的前缘侧的上述衬垫之间的分割线沿流线方向。

2.根据权利要求1所述的静叶片结构，其特征在于，

上述衬垫之间的分割线从由上述静叶片的前缘向腹侧偏移的位置向该衬垫的前边延伸。

3.根据权利要求2所述的静叶片结构，其特征在于

上述衬垫之间的分割线中的从上述静叶片的前缘向腹侧的偏移量相对于上述静叶片的叶片弦长为1.0％以上且10.0％以下。

4.一种涡轮风扇发动机，其特征在于，

作为构成涡轮风扇发动机的静叶片结构使用权利要求1至3任一项所述的静叶片结构。