CN108425884B

CN108425884B - 燃气涡轮发动机风扇叶片

Info

Publication number: CN108425884B
Application number: CN201810149382.2A
Authority: CN
Inventors: N.H.S.史密斯; M.J.威尔逊; G.贡萨莱斯-古铁雷斯; M.巴拉勒; B.费尔普斯; K.S.约纳尔
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2038-02-13
Also published as: US20180231018A1; GB201702382D0; CN108425884A; US10473112B2; EP3382153B1; EP3382153A1

Abstract

本发明涉及燃气涡轮发动机风扇叶片。风扇叶片设置有翼型部分，关于该翼型部分，在叶片翼展的20%与40%之间的半径处，沿中弧线的最大厚度的位置的定位在小于中弧线的总长度的限定百分比的地方。对于在大于叶片翼展的70%的半径处的通过翼型部分的所有横截面，沿中弧线的最大厚度的位置的定位在大于中弧线的总长度的限定百分比的地方。风扇叶片的几何结构可导致对颤振的更低的敏感性。

Description

燃气涡轮发动机风扇叶片

技术领域

本公开涉及用于燃气涡轮发动机的风扇叶片、包括至少一个这样的风扇叶片的风扇级、以及包括这样的风扇级的燃气涡轮发动机。

背景技术

现代的燃气涡轮航空发动机通常包括风扇，风扇压缩进入的空气并沿着旁通导管引导该空气的至少一部分，空气的其余部分流动通过发动机芯部。这样的燃气涡轮发动机的风扇叶片会容易遭受一种已知的、称为颤振（flutter）的现象。在某些发动机操作条件，例如在某些旋转速度和/或推力和/或其组合下，会发生颤振。

颤振的特征可在于自激振动。当叶栅（blade row）中的翼型部（诸如燃气涡轮发动机风扇中的风扇叶片）振动时，它们在叶栅自身上产生不稳定的气动力。在大多数情况下，这些不稳定的气动力导致叶栅在环境空气上做功，并且振动的振幅衰减。然而，在某些操作条件下，环境空气可在风扇自身上做功。如果由空气做的功超过了由机械阻尼消耗的功，那么振动将增长。该不稳定性被称为颤振。

现代的大型燃气涡轮发动机设计成比它们的前辈具有更低的单位推力和更高的风扇叶尖载荷。这可通过经由齿轮箱驱动风扇从而降低风扇的旋转速度来实现。从效率的视角看，更低的单位推力和/或更低的旋转速度和/或更高的叶尖载荷会是有益的，但是会提出重大的操作性挑战。

例如，由于巡航和海平面工作线在较低的压力比下分开，具有与海平面静态（SLS）工作线相比充足的失速和颤振裕度以及具有可接受的巡航工作线效率的挑战变得更加困难。

因此，现代涡轮风扇式燃气涡轮发动机的设计倾向于增加风扇叶片对于经历颤振的敏感性。颤振是不期望的，因为它会在发动机中产生大的应力。

因此，将会期望的是，能够降低发动机中的风扇叶片对颤振的敏感性。

发明内容

根据一方面，提供用于燃气涡轮发动机的风扇叶片，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向、径向方向和周向方向。风扇叶片包括翼型部分，翼型部分具有从根部延伸到叶尖的前缘，根部处的前缘与叶尖处的前缘之间的径向距离限定叶片翼展（blade span）。对于与根部半径相距距离在叶片翼展的20%与40%之间的半径处的通过翼型部分的横截面，沿中弧线（camber line）的最大厚度的位置的平均定位与前缘相距距离小于中弧线的总长度的45%。对于与根部半径相距距离大于叶片翼展的70%的半径处的通过翼型部分的横截面，沿中弧线的最大厚度的位置的平均定位与前缘相距距离超过中弧线的总长度的50%。

通过示例的方式，对于与根部半径相距距离在叶片翼展的15%或20%与40%或45%之间的半径处的通过翼型部分的横截面，沿中弧线的最大厚度的位置的平均定位可与前缘相距距离小于中弧线的总长度的35%、在从35%到50%的范围中，例如40%到45%，例如大约42%。例如，对于与根部半径相距距离在叶片翼展的20%与40%之间的半径处的通过翼型部分的横截面，沿中弧线的最大厚度的位置的平均定位可与前缘相距距离小于中弧线的总长度的42%。

通过示例的方式，对于与根部半径相距距离大于叶片翼展的65%（例如75%或更大）的半径处的通过翼型部分的横截面，沿中弧线的最大厚度的位置的平均定位可与前缘相距距离在中弧线的总长度的从55%到80%的范围中，例如60%到70%，例如大约65%。因此，例如，对于与根部半径相距距离大于叶片翼展的70%的半径处的通过翼型部分的横截面，沿中弧线的最大厚度的位置的平均定位可与前缘相距距离超过中弧线的总长度的55%。

如本文中所使用的，在某个半径范围上的最大厚度的位置的平均定位被认为是在大于（或小于）中弧线的总长度的给定百分比的地方，这可意味着：对于该全部半径范围上的所有横截面，最大厚度的位置大于（或小于）中弧线的总长度的该给定百分比。替代地，在某个半径范围上的最大厚度的位置的平均定位被认为是在大于（或小于）中弧线的总长度的给定百分比的地方，对于该全部半径范围上的所有横截面，最大厚度的位置可以不一定大于（或小于）中弧线的总长度的该给定百分比。

如本文中所使用的，翼型截面的厚度在中弧线上的给定定位处可限定为在该定位处与中弧线的局部方向垂直且从压力表面延伸至吸力表面的线的长度。

对“在沿叶片翼展的给定百分比处通过翼型部的横截面”的引用可意味着在由如下限定的平面上通过翼型部的截面：线，该线通过前缘上的距前缘根部沿前缘处于该百分比的点并在前缘上的该点处指向与周向方向相切的方向；以及后缘上的点，该点距后缘根部沿后缘处于该相同百分比。

如本文中所指的，距根部沿前缘或后缘的百分比可以是例如径向的百分比或沿着翼展方向的百分比。

替代地，对“在沿叶片翼展的给定径向百分比处通过翼型部的横截面”的引用可意味着在沿着前缘的该径向百分比处与径向方向垂直地通过翼型部的截面。

在对“轴向方向”、“径向方向”和“周向方向”作出引用的地方，本领域技术人员将容易理解，这意味着当风扇叶片组装成风扇级的一部分或被设置在燃气涡轮发动机中时的常规方向。沿周向方向查看叶片可意味着在侧面轮廓上和/或在子午平面上查看叶片，和/或查看被投影到由轴向方向与径向方向限定的平面上的叶片。

在不由任何特定理论限制的情况下，本发明人已经理解，叶片对于颤振的敏感性可至少部分地取决于叶片的第一振动模式的频率和模式形状。例如，一般地，较高的第一模态频率可降低风扇叶片对颤振的敏感性。发明人已经研发了如本文中所描述的和/或要求保护的叶片和/或叶片的翼型部分，以便降低对颤振的敏感性。例如，这可通过采用如本文中所描述的和/或要求保护的厚度分布来实现，该厚度分布可被认为是相对于先前的叶片在叶片的某些区域中增加厚度。

再次地，在不由特定理论限制的情况下，建议的是，对于一些叶片，如本文中所描述地和/或要求保护地偏置厚度分布（其可描述成，与常规叶片相比，更多地朝着叶片的后缘、朝着径向外侧的部分来偏置厚度分布）可降低第一模态频率模式中的扭转量。这可能因为在第一振动模式中，前缘区域在叶片的径向外侧部分中具有更高的动能，并因此（例如与常规叶片相比）在该径向外侧部分中朝后缘偏置质量（或厚度）可倾向于增加第一模态频率。

通过提供对颤振较为不敏感的叶片，以更加有效的发动机循环例如操作包括这些叶片的燃气涡轮发动机会是可能的。

如本文中使用的，叶片的前缘厚度可限定为给定半径处的在沿着中弧线与前缘相距中弧线的总长度的8%的定位处的横截面的厚度。

在一些布置结构中，对于与根部半径相距距离在叶片翼展的15%与25%之间的半径处的通过翼型部分的横截面，平均前缘厚度可大于叶尖处的前缘厚度，例如，大于叶尖处前缘厚度的1.5倍。

如本文中使用的，叶尖处的前缘厚度可限定为对于大于叶片翼展的80%的半径处的通过翼型部分的所有横截面的平均前缘厚度。

在一些布置结构中，对于与根部半径相距距离在叶片翼展的15%与25%之间的半径处的通过翼型部分的所有横截面，前缘厚度可大于叶尖处的前缘厚度，例如，大于叶尖处前缘厚度的1.5倍。

相对于叶尖处的前缘厚度，如本文中所描述的和/或要求保护的前缘厚度分布可在叶片翼展的15%与25%之间的半径处比常规的叶片总体上相对更厚。例如通过使叶片的前缘变硬，这可引起更高的第一模式固有频率和/或降低第一模式中的扭转成分，这可进一步降低叶片对颤振的敏感性。

风扇叶片可包括平台。风扇叶片可包括根部部分。根部部分可在平台与翼型部分的根部之间延伸。替代地，翼型部分可直接从平台延伸，不带有中间的根部部分，使得翼型部分的根部为风扇叶片的根部。

在风扇叶片包括根部部分的情况下，根部部分的径向范围可不超过例如翼型部分的翼展的15%，例如不超过翼型部分的翼展的10%、7%、5%、3%、2%或1%。

风扇叶片可包括叶尖部分，该叶尖部分至少径向地延伸远离翼型部分的叶尖。替代地，风扇叶片可不包括叶尖部分，使得翼型部分的叶尖也是风扇叶片的叶尖。

在风扇叶片包括叶尖部分的情况下，叶尖部分的径向范围可不超过例如翼型部分的翼展的15%，例如不超过翼型部分的翼展的10%、7%、5%、3%、2%或1%。

本文中所描述的和/或要求保护的任何风扇叶片和/或翼型部分可由任何适合的材料或材料的组合制成。例如，风扇叶片和/或翼型部的至少一部分可至少部分地由复合材料制成，例如由金属基复合材料和/或有机基复合材料制成，诸如碳纤维，和/或由金属制成，诸如钛基金属或铝基金属（诸如铝-锂合金）或钢基材料。

根据一方面，提供用于燃气涡轮发动机的风扇级，其包括多个如本文中所描述和/或要求保护的风扇叶片。风扇级可包括轮毂，风扇叶片可从轮毂例如沿径向方向延伸。

这样的轮毂可以是或者可包括风扇盘，和/或可由轴驱动。轴自身可由燃气涡轮发动机的涡轮机驱动。

风扇叶片可以以任何期望的方式附接至轮毂。例如，各风扇叶片可包括固定装置，固定装置可接合轮毂（或盘）中的对应的槽。仅通过示例的方式，这样的固定装置可采用鸩尾榫（dovetail）的形式，其可被插入到轮毂/盘中的对应的槽中和/或接合轮毂/盘中的对应的槽，以便将风扇叶片固定到轮毂/盘。

通过另外的示例的方式，风扇叶片可与轮毂整体地形成。这样的布置结构可被称为“整体叶盘”或“整体叶环（bling）”。可使用任何适合的方法来制造这样的整体叶盘或整体叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块机加工，和/或风扇叶片的至少一部分可通过焊接（诸如线性摩擦焊接）被附接至轮毂/盘。

通过另外的示例的方式，风扇叶片可以以允许其桨距（pitch）变化的方式被附接至轮毂。

在风扇级的任何布置结构中，风扇叶片中的一个的前缘与轮毂相触位置的半径与风扇叶片的前缘的最靠外的径向范围的比小于0.4，例如小于0.37，例如小于0.35，例如小于0.33，例如小于0.3，例如小于0.25。其可被称为轮毂与叶尖比，并且/或者例如在风扇叶片没有设置根部部分或叶尖部分的情况下，其可以与翼型部分前缘处根部半径与翼型部分前缘处叶尖半径的比相同。当然，轮毂与叶尖比指的是风扇叶片的气体清洗后的部分，即任何平台径向外侧的部分。

根据一方面，提供包括至少一个如本文中所描述的和/或要求保护的风扇叶片和/或如本文中所描述的和/或要求保护的风扇级的燃气涡轮发动机。

这样的燃气涡轮发动机（当然，其可以是涡轮风扇式燃气涡轮发动机）可具有小于15 lbf/lb/s（或大约150N/Kg/s）的单位推力，例如小于12 lbf/lb/s（或大约120N/Kg/s），例如小于10 lbf/lb/s（或大约110 N/Kg/s或100N/Kg/s），例如小于9 lbf/lb/s（或大约90N/Kg/s），例如小于8.5 lbf/lb/s（或大约85N/Kg/s），例如小于8 lbf/lb/s（或大约80N/Kg/s）。

如本文中所描述的和/或要求保护的任何燃气涡轮发动机在巡航条件下可具有大于0.3的风扇叶尖载荷（dH/U_tip ²），例如在从0.3到0.37的范围中，例如0.32到0.36，例如大约0.35（所有单位都是JKg^-1K^-1/(ms^-1)²），其中dH是跨越风扇的焓升（例如，巡航条件下跨越风扇的流的1-D平均焓升），并且U_tip是叶尖的速度，例如在巡航条件下的速度，其可按照旋转速度乘以前缘处的叶尖半径来计算。巡航可限定为发动机可附接至的航空器的初始上升与最终下降之间的阶段。如本文中所使用的，巡航可意味着例如中间巡航（mid-cruise），即飞行的（或至少飞行的巡航阶段）的中间点（例如就时间和/或燃料燃烧而言）。

风扇的半径可在发动机中心线与风扇叶片在其前缘处的叶尖之间来测量。风扇直径（其可仅是风扇半径的两倍）可大于250cm，例如大于260cm、270cm、280cm、290cm、300cm、310cm、320cm、330cm、340cm或350cm。

根据本公开的燃气涡轮发动机可具有任何期望的旁通比，其中旁通比限定为巡航条件下通过旁通导管的流的质量流率与通过芯部的流的质量流率的比。在一些布置结构中，旁通比可大于10，例如大于11，例如大于11.5，例如大于12，例如大于13，例如大于14，例如大于15。旁通导管可以是大体环形的。旁通导管可处于芯部发动机的径向外侧。旁通导管的径向外表面可由短舱（nacelle）和/或风扇壳限定。

如本文中所描述的和/或要求保护的燃气涡轮发动机可具有任何期望的最大推力。仅通过非限制性的示例的方式，本文中所描述的和/或要求保护的燃气涡轮机会能够产生至少170kN的推力，例如至少180kN，例如至少190kN，例如至少200kN，例如至少250kN，例如至少300kN，例如至少350kN，例如至少400kN。以上所指的推力可以在标准大气条件下。

这样的燃气涡轮发动机可采用任何适合的形式。例如，燃气涡轮发动机可以是用于航空器上使用的航空燃气涡轮发动机。这样的发动机可以是带齿轮的涡轮风扇式燃气涡轮发动机，其中风扇级由涡轮机经由齿轮箱驱动，以便相比于（多个）驱动涡轮机级降低（或增加）风扇级的旋转速度。

本公开的布置结构在处理由这种较低速度的风扇的使用带来的，诸如经由齿轮箱所驱动的那些的使用带来的任何操作性问题上会是特别有效的。

到这样的齿轮箱的输入可直接来自于将涡轮机连接至压缩机的芯部轴，或间接地来自于芯部轴，例如经由正轴（spur shaft）和/或正齿轮（spur gear）。芯部轴可刚性地连接涡轮机和压缩机，使得涡轮机和压缩机以相同的速度旋转（其中风扇以较低的速度旋转）。

可对发动机设置任何数目的风扇级。例如，燃气涡轮发动机可具有单个风扇级，使得风扇之后下一个下游转子级是压缩机转子级，例如发动机的芯部中的压缩机转子级。

本领域技术人员将理解，除非相互排斥，否则与以上方面中的任一个相关而描述的特征可应用于任何其它的方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可应用于任何方面和/或与本文中描述的任何其它的特征组合。

附图说明

现在将参考附图，仅以示例的方式来描述实施例，其中：

图1是根据本公开的燃气涡轮发动机的截面侧视图；

图2是根据本公开的示例的风扇叶片的侧视图；

图3是根据本公开的示例的风扇叶片的另一侧视图；

图4是通过根据本公开的示例的风扇叶片的横截面视图；

图5是通过根据本公开的示例的风扇叶片的另一横截面视图；

图6是示意性的曲线图，示出了对于根据本公开的示例的风扇叶片的横截面的最大厚度的位置对比沿叶片翼展的位置的示例；以及

图7是示意性的曲线图，示出了对于根据本公开的示例的风扇叶片的沿叶片翼展的特定位置处的前缘厚度与叶尖处的前缘厚度之间的比对比沿叶片翼展的位置的示例。

具体实施方式

参考图1，燃气涡轮发动机总体上以10指示，具有主轴线和旋转轴线11。发动机10沿轴向流动顺序包括空气进气部12、推进风扇13、中压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮机17、中压涡轮机18、低压涡轮机19和排放喷嘴20。短舱21大体包围发动机10并限定进气部12和排放喷嘴20两者。

燃气涡轮发动机10以常规的方式工作，使得进入进气部12的空气由风扇13加速以产生两股空气流：进入中压压缩机14的第一空气流，和通过旁通导管22用以提供推进推力的第二空气流。中压压缩机14压缩被引导到其中的空气流，之后将该空气传输至高压压缩机15，在高压压缩机15处进行进一步的压缩。

从高压压缩机15排放的压缩空气被引导到燃烧设备16中，压缩空气在燃烧设备16中与燃料混合，并且混合物在燃烧设备16中被燃烧。然后，产生的热的燃烧产物通过高压、中压和低压涡轮机17、18、19膨胀，并由此驱动高压、中压和低压涡轮机17、18、19，之后被排放通过喷嘴20，以提供额外的推进推力。高压涡轮机17、中压涡轮机18和低压涡轮机19各自通过适合的相互连接的轴分别驱动高压压缩机15、中压压缩机14和风扇13。

图1中所示的燃气涡轮发动机10和/或风扇级13和/或风扇级13的风扇叶片100可根据本公开的示例，本公开的方面仅以示例的方式关于图2至图5来描述。

根据本公开的任何燃气涡轮发动机（诸如图1的燃气涡轮发动机10）可例如具有在本文中描述的范围中（例如小于10）的单位推力和/或在本文中描述的范围中的风扇叶片轮毂对叶尖比和/或在本文中描述的范围中的风扇叶尖载荷。

本公开可涉及任何适合的燃气涡轮发动机。例如，本公开可应用的其它的燃气涡轮发动机可具有相关的或替代的构造。通过示例的方式，这些发动机可具有替代数目的相互连接的轴（例如，两个）和/或替代数目的压缩机和/或涡轮机。另外，发动机可包括设置在从涡轮机到压缩机和/或风扇的传动系中的齿轮箱。图1中所示的燃气涡轮发动机具有混合流喷嘴20，意味着通过旁通导管22的流和通过芯部15、16、17、18、19的流在喷嘴20之前（或在喷嘴20的上游）被混合或被合并。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面可例如还涉及具有分流喷嘴的发动机10，这可意味着通过旁通导管22的流具有其自己的喷嘴，该喷嘴与芯部发动机喷嘴分开，并可处于芯部发动机喷嘴的径向外侧。一个或两个喷嘴（无论是混合流或是分流）可具有固定或可变的面积。尽管所描述的示例涉及涡轮风扇式发动机，然而本公开可适用于例如任何类型的燃气涡轮发动机，例如诸如开式转子（其中短舱没有包围风扇级）或涡轮螺旋桨发动机。

燃气涡轮发动机10及其部件的几何结构由常规的轴线系统限定，包括轴向方向30（其与旋转轴线11对准）、径向方向40和周向方向50（在图1视图中被示出为与页面垂直）。轴向、径向和周向方向30、40、50相互垂直。

风扇级13包括从轮毂200延伸的多个风扇叶片100。风扇叶片100可相对于图1中所示的与燃气涡轮发动机10相关的轴向方向30、径向方向40和周向方向50被限定。

图2是风扇叶片100的侧视图（即轴向-径向平面上的视图）。风扇叶片100具有翼型部分110。翼型部分110具有前缘120和后缘130。翼型部分110沿大体径向的方向沿着翼展从根部140延伸至叶尖150。前缘110可限定为由翼型部分110从其根部140至其叶尖150的轴向最靠前的点限定的线。

径向翼展145限定为根部140处的前缘120与叶尖150处的前缘之间沿径向方向40的距离。前缘120在根部140处的半径可被称为根部半径。前缘120在叶尖150处的半径可被称为叶尖半径。后缘翼展149可在根部140处与叶尖150处的后缘130之间限定。

图2中示意性地示出了径向范围146，其表征点F与点D之间的区域，点F处的半径与根部半径相距叶片翼展145的20%，点D处的半径与根部半径相距叶片翼展145的40%。沿着后缘翼展149的相同的相应百分比处的对应点被标记为F'和D'。在被标记为146的径向范围内的通过翼型部分110的横截面A-A在图2中由箭头A-A表示，并且在图4中被示出。横截面A-A通过与前缘根部相距距离在叶片翼展145的20%与40%之间的点和与后缘根部相距后缘翼展149的相同百分比的点。

图2中示意性地示出了径向范围147，其表征半径与根部半径相距距离大于叶片翼展145的70%的区域，其中半径与后缘根部半径相距叶片翼展145的70%的点被标记为点E。半径与后缘根部半径相距后缘翼展149的70%的对应的点被标记为点E'。在被标记为147的径向范围内的通过翼型部分110的横截面B-B在图2中由箭头B-B表示，并且在图5中被示出。横截面B-B通过与前缘根部相距距离大于叶片翼展145的70%的点和与后缘根部相距后缘翼展149的相同百分比的点。

将理解的是，通过叶片的横截面（例如横截面A-A或B-B）可以或可以不垂直于径向方向，例如取决于前缘120和后缘130的相对形状和/或范围。

图2中示意性地示出了径向范围148，其表征点G与点H之间的区域，点G处的半径与根部半径相距叶片翼展145的15%，点H处的半径与根部半径相距叶片翼展145的25%。

风扇叶片100包括平台160。翼型部分110可如图2示例中那样直接从平台160延伸。替代地，如图3中以示例的方式示出的，风扇叶片100可具有根部部分170。根部部分170可被认为是在平台160与翼型部分110的根部140之间延伸。根部部分170的径向范围可不超过翼型部分110的翼展的7%，例如不超过5%。

还如图3中以示例的方式示出的，风扇叶片100可包括叶尖部分180。叶尖部分180可被认为是从翼型部分110的叶尖150延伸。叶尖部分180的径向范围可不超过翼型部分110的翼展的5%。

如图3中所示，无论风扇叶片100是否包括根部部分170和/或叶尖部分180，叶片翼展145（以及后缘叶片翼展149）被限定在翼型部的根部150与叶尖150之间。类似的，无论叶片100是否包括根部部分170和/或叶尖部分180，以上关于图2所描述的区域146、147也相对于根部140与叶尖150之间限定的叶片翼展145来限定。区域146中的横截面定位A-A以及区域147中的横截面定位B-B也在图3中被示出。

如上所述，图4示出了本文中限定的横截面A-A，并且图5示出了本文中还限定的横截面B-B。两个横截面具有中弧线C（替代地，其可被称为中线）。中弧线C可限定为由与压力表面124和吸力表面126等距的点形成的线。图4和图5中，沿中弧线C距前缘120的距离由字母x表示。中弧线C的总长度是前缘120与后缘130之间的虚线的长度。

在沿中弧线C的给定位置x处的厚度T可限定为在定位x处与中弧线C垂直且从压力表面124延伸至吸力表面126的线的长度。

如图4中示意性图示的，在横截面A-A（在本文中其它地方被限定）中，沿着中弧线C的最大厚度T_max的位置x_max可与前缘120相距距离在中弧线C的总长度的从35%到50%的范围中，例如40%到45%，例如小于45%，例如大约42%。这些值可指的是点G与点D之间的区域146中的最大厚度T_max的平均位置x_max和/或指对于点G与点D之间的区域146中的所有横截面的最大厚度T_max的位置x_max。

如图5中示意性图示的，在横截面B-B（在本文中其它地方被限定）中，沿着中弧线C的最大厚度T_max的位置x_max可与前缘120相距距离大于中弧线C的总长度的55%，例如在从55%到80%的范围中，例如60%到70%，例如大约65%。这些值可指的是点E与叶尖150之间的区域147中的最大厚度T_max的平均位置x_max和/或指对于点E与叶尖150之间的区域147中的所有横截面的最大厚度T_max的位置x_max。

图6是曲线图，示出了沿着中弧线C的最大厚度T_max的位置x_max的示例（其中y轴线上所用的“C”表示中弧线的总长度）。在图6的示例中，对于点F与点D之间的区域（即对于半径与根部相距距离在叶片翼展145的20%与40%之间的区域），沿着中弧线的最大厚度的位置的（对于所有横截面的和/或作为平均的）定位小于中弧线的总长度的约0.42（或42%）。还在图6的示例中，对于点E径向外侧的区域（即对于半径与根部相距距离大于叶片翼展145的70%的区域），沿着中弧线的最大厚度的位置的（对于所有横截面的和/或作为平均的）定位大于中弧线的总长度的约0.55（或55%）。将理解的是，由图6中的曲线图所表征的几何结构仅是示例性的，并且根据本公开，许多其它的几何结构是可能的。

图4和图5两者具有表示成T_LE的前缘厚度。T_LE是给定半径下的翼型截面在沿着中弧线与前缘相距中弧的总长度的8%的位置处的厚度。该限定被使用，以便充分远离前缘120自身，以避免前缘曲率（其可能是例如椭圆形形状）对厚度的影响。

图7是曲线图，示出了给定径向位置处的前缘厚度（T_LE）与叶尖处的前缘厚度（T_LE）的比的示例，其中叶尖处的前缘厚度限定为对于大于叶片翼展145的80%的半径处的通过翼型部分的所有横截面的平均前缘厚度。在图7的示例中，与根部半径相距距离在叶片翼展145的约15%（在图2、图3和图7中由字母G表示）与约25%（在图2、图3和图7中由字母H表示）之间的半径处的前缘厚度（T_LE）大于叶尖（如本文中其它地方所限定的）处的前缘厚度（T_LE）。实际上，在图7的示例中，与根部半径相距距离在叶片翼展145的约15%（在图2、图3和图7中由字母G表示）与约25%（在图2、图3和图7中由字母H表示）之间的半径处的前缘厚度（T_LE）是叶尖处的前缘厚度（T_LE）的至少1.5倍，并且实际上至少2倍。将理解的是，由图7中的曲线图所表征的几何结构仅是示例性的，并且根据本公开，许多其它的几何结构是可能的。实际上，根据本公开的一些示例的几何结构可能与图7中所示的前缘厚度分布不一致，图7示出了示例性的、可选的分布。

如本文中其它地方所解释的，本文中所描述和/或要求保护的叶片几何结构可降低叶片对颤振的敏感性。

风扇叶片100可以以任何期望的方式附接至轮毂200。例如，风扇叶片100可包括诸如图3中以示例的方式示出的固定装置190，固定装置190可接合轮毂（或盘）中对应的槽。仅仅通过示例的方式，这样的固定装置可采用鸩尾榫的形式，其可被插入轮毂/盘中的对应的槽中和/或接合轮毂/盘中的对应的槽，以便将风扇叶片固定至轮毂/盘。

替代地，风扇叶片100和轮毂200可被形成为一体部分，不带有任何机械的和/或可释放的连接部，从而形成一体的风扇级13。这样的一体的风扇级13可被称为“整体叶盘（blisk）”。这样的一体的风扇级13可以以任何适合的方式来制造，例如通过机加工和/或通过将风扇叶片100线性摩擦焊接至轮毂200，或者至少将包括风扇叶片100的径向内侧的短桩部分的翼型部分110线性摩擦焊接至轮毂200。

轮毂与叶尖的比（其可具有如本文中其它地方所指示的值）可限定为前缘120在翼型部110的根部140（其自身可被称为轮毂）处的半径除以前缘120在翼型部110的叶尖150处的半径。

将理解的是，本发明不限于以上描述的实施例，并且在不偏离本文中所描述的构思的情况下可作出各种修改和改进。除非相互排斥，否则特征中的任何可单独使用或与任何其它的特征组合地使用，并且本公开扩展至并包括本文中描述的一个或更多个特征的所有组合及子组合。

Claims

1.一种用于燃气涡轮发动机（10）的风扇叶片（100），所述燃气涡轮发动机限定轴向方向（30）、径向方向（40）和周向方向（50），所述风扇叶片包括：

具有前缘（120）的翼型部分（110），所述前缘从根部（140）延伸至叶尖（150），所述根部处的前缘与所述叶尖处的前缘之间的径向距离限定叶片翼展（145），其中：

对于与根部半径相距距离在所述叶片翼展的20%与40%之间的半径处的通过所述翼型部分（110）的横截面，沿各截面的中弧线的最大厚度（T_max）的位置的平均定位与所述前缘（120）相距距离小于中弧线的总长度的45%；并且

对于与根部半径相距距离大于所述叶片翼展（145）的70%的半径处的通过所述翼型部分（110）的横截面，沿各截面的中弧线的最大厚度（T_max）的位置的平均定位与所述前缘（120）相距距离超过中弧线的总长度的50%。

2.根据权利要求1所述的风扇叶片（100），其中：

对于与根部半径相距距离在所述叶片翼展（145）的20%与40%之间的半径处的通过所述翼型部分（110）的横截面，沿各截面的中弧线的最大厚度（T_max）的位置的平均定位与所述前缘（120）相距距离小于中弧线的总长度的42%。

3.根据权利要求1或2所述的风扇叶片（100），其中：

对于与根部半径相距距离大于所述叶片翼展（145）的70%的半径处的通过所述翼型部分（110）的横截面，沿各截面的中弧线的最大厚度（T_max）的位置的平均定位与所述前缘（120）相距距离超过中弧线的总长度的55%。

4.根据权利要求1或2所述的风扇叶片，其中，对于与根部半径相距距离在所述叶片翼展的20%与40%之间的半径处的通过所述翼型部分（110）的所有横截面，沿中弧线的最大厚度（T_max）的位置的定位与所述前缘（120）相距距离小于中弧线的总长度的45%。

5.根据权利要求1或2所述的风扇叶片，其中，对于与根部半径相距距离大于所述叶片翼展（145）的70%的半径处的通过所述翼型部分（110）的所有横截面，沿中弧线的最大厚度（T_max）的位置的定位与所述前缘（120）相距距离超过中弧线的总长度的50%。

6.根据权利要求1或2所述的风扇叶片（100），其中：

前缘厚度（T_LE）限定为给定半径处的在沿着中弧线与所述前缘（120）相距中弧线的总长度的8%的定位处的横截面厚度；并且

对于与根部半径相距距离在所述叶片翼展（145）的15%与25%之间的半径处的通过所述翼型部分的横截面，平均前缘厚度大于叶尖处的前缘厚度，其中：

所述叶尖处的前缘厚度限定为对于大于所述叶片翼展（145）的80%的半径处的通过所述翼型部分（110）的所有横截面的平均前缘厚度。

7.根据权利要求6所述的风扇叶片（100），其中，对于与根部半径相距距离在所述叶片翼展（145）的15%与25%之间的半径处的通过所述翼型部分（110）的所有横截面，所述前缘厚度（T_LE）大于所述叶尖处的前缘厚度。

8.根据权利要求6所述的风扇叶片（100），其中，对于与根部半径相距距离在所述叶片翼展的15%与25%之间的半径处的通过所述翼型部分（110）的所有横截面，所述前缘厚度（T_LE）大于所述叶尖处的前缘厚度的1.5倍。

9.根据权利要求1或2所述的用于燃气涡轮发动机的风扇叶片（100），其中，所述风扇叶片包括：

平台（160）；和

根部部分（170），其中

所述根部部分在所述平台与所述翼型部分的所述根部之间延伸。

10.根据权利要求9所述的用于燃气涡轮发动机的风扇叶片（100），其中，所述根部部分的径向范围不超过所述翼型部分的翼展的7%。

11.根据权利要求1或2所述的用于燃气涡轮发动机的风扇叶片（100），其中，所述风扇叶片包括叶尖部分（180），所述叶尖部分（180）至少径向地延伸远离所述翼型部分的所述叶尖。

12.根据权利要求11所述的用于燃气涡轮发动机的风扇叶片，其中，所述叶尖部分的径向范围不超过所述翼型部分的翼展的7%。

13.一种用于燃气涡轮发动机的风扇级（13），包括：

轮毂（200）；和

多个根据权利要求1或2所述的风扇叶片（100），其中：

所述风扇叶片从所述轮毂径向地延伸。

14.根据权利要求13所述的用于燃气涡轮发动机的风扇级，其中：

所述风扇叶片中的一个的前缘与所述轮毂相触位置的半径与所述风扇叶片的前缘的最靠外的径向范围的比小于0.33。

15.一种包括根据权利要求1或2所述的风扇叶片的燃气涡轮发动机（10）。

16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其具有小于100N/Kg/s的单位推力。

17.一种燃气涡轮发动机，包括：

具有多个根据权利要求1或2所述的风扇叶片的风扇；

涡轮机；以及

齿轮箱，其中：

所述风扇由所述涡轮机经由所述齿轮箱驱动，以便相比于驱动涡轮机级降低所述风扇级的旋转速度。

18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其具有小于100N/Kg/s的单位推力。