CN117514904A - 用于涡轮发动机的风扇 - Google Patents

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CN117514904A CN202310943379.9A CN202310943379A CN117514904A CN 117514904 A CN117514904 A CN 117514904A CN 202310943379 A CN202310943379 A CN 202310943379A CN 117514904 A CN117514904 A CN 117514904A
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尼古拉斯·J·克莱
大卫·W·克拉尔
安东尼·L·迪彼得罗
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Abstract

一种用于涡轮发动机的风扇，涡轮发动机具有核心空气流动路径和旁通空气流动路径。风扇包括盘、多个风扇叶片以及多个分流叶片。盘绕中心线轴线旋转。多个风扇叶片联接至盘。多个分流叶片联接至盘并且定位在多个风扇叶片之间。多个分流叶片在距核心空气流动路径的环形入口分流叶片轴向距离处在盘上轴向对齐，使得多个分流叶片将穿过风扇的碎片引导到旁通空气流动路径中。

Description

用于涡轮发动机的风扇
技术领域
本公开大体上涉及一种用于涡轮发动机的风扇。
背景技术
涡轮发动机通常包括布置成彼此流体连通的风扇和核心涡轮区段。风扇包括多个风扇叶片。
附图说明
根据附图中所示的各种示例性实施例的以下更具体的描述，前述和其他特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记通常表示相同的、功能上相似的和/或结构上相似的元件。
图1是根据本公开的实施例的沿着涡轮发动机的中心线轴线截取的涡轮发动机的示意性横截面图。
图2是根据本公开的图1的涡轮发动机的风扇的后侧视图。
图3是根据本公开的用于图2的风扇的风扇叶片的示意性侧视图。
图4是根据本公开的用于图2的风扇的分流叶片的示意性侧视图。
图5是根据本公开的在细节5处截取的图1的涡轮发动机的示意性局部横截面图。
图6是根据本公开的另一实施例的风扇的一部分的俯视图。
图7A是根据本公开的另一实施例的风扇的局部前侧视图。
图7B是根据本公开的图7A的风扇的局部后侧视图。
图7C是根据本公开的图7A的风扇的局部顶侧视图。
具体实施方式
本公开的附加特征、优点和实施例通过考虑以下详细描述、附图和权利要求而被阐述或显而易见。此外，本公开的前述概述和随后的详细描述都是示例性的并且旨在提供进一步的解释而不限制所要求保护的本公开的范围。
下面详细讨论本公开的各种实施例。虽然讨论了具体实施例，但这仅是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他部件和配置。
如本文所使用的，术语“第一”和“第二”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且并不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流出的方向，“下游”是指向其流动的方向。
术语“联接”、“固定”、“附接”、“连接”等既指直接联接、固定、附接或连接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定、附接或连接，除非本文另有说明。
单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。
如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”指的是基本上平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”指的是基本上垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。另外，如本文所使用的，术语“周向”和“周向地”指的是绕涡轮发动机的中心线弓形延伸的方向和取向。
如本文所用，术语“低”和“高”或它们各自的比较级(例如，在适用的情况下，“较低”和“较高”)，当与压缩机、涡轮、轴或风扇部件一起使用时，除非另有说明，否则均指发动机内的相对压力和/或相对速度。例如，“低速风扇”限定被配置为以低于发动机的“高速风扇”的转速(例如最大允许转速)操作的部件。低速风扇是指比高速风扇更低的最大转速。前述方面中的术语“低”或“高”可以附加地或替代地被理解为相对于最小允许速度，或者相对于发动机的正常、期望、稳态等操作的最小或最大允许速度。
如本文所用，“弧度”是叶片(例如风扇叶片和/或分流叶片)从叶片的前缘到后缘的曲线的曲率或凸度的量度。
如本文所使用的，“倾斜角”是径向方向轴线与叶片(例如，风扇叶片和/或分流叶片)的中心轴线之间的角度。例如，倾斜角是当叶片从叶片的根部到尖端沿周向方向偏离时的角度。
如在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化的任何定量表示，而不导致与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“约”、“近似”、“一般”和“基本上”等术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度、或者用于构建部件和/或系统或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在单个值、值范围和/或限定值范围的端点中处于百分之一、二、四、十、十五或二十的裕度内。
涡轮发动机包括串联流动连通的压缩机、燃烧器和涡轮。涡轮机械地联接至压缩机，并且这三个部件限定核心涡轮发动机。核心涡轮发动机可操作以产生热的加压燃烧气体流，以操作涡轮发动机以及执行有用功，例如提供推进推力或机械功。涡轮发动机包括联接至核心涡轮发动机的风扇。风扇产生进入核心涡轮发动机的气流并产生绕过核心涡轮发动机的旁通气流。
在涡轮发动机的操作期间，诸如鸟类、岩石、沙子等的碎片可能会穿过风扇。风扇上的风扇叶片将碎片打碎(例如，切割)，并将碎片径向地泵送远离核心涡轮发动机并进入旁通气流中。然而，一些碎片可能进入核心涡轮发动机并且可能损坏核心涡轮发动机的部件。风扇可以是低速风扇。低速风扇是低压涡轮经由减速箱降低转速的风扇。与具有其他类型风扇的涡轮发动机相比，具有低速风扇的涡轮发动机在低压涡轮和风扇之间具有更大的转速降低。然而，低速风扇可能无法完全切割鸟类或其他碎片，包括将碎片径向向外朝向旁通气流的最小径向泵，包括将碎片大量吸入核心涡轮发动机(例如，进入压缩机)，并且可能需要对压缩机叶片进行坚固化(例如，加强)，以防止压缩机叶片损坏。
风扇可以设计成减少风扇叶片的数量，以减轻风扇的重量，从而降低风扇的惯性。然而，减少叶片数量会增加碎片进入核心涡轮发动机的风险。此外，低速风扇可能无法产生足够的离心力来引导碎片远离核心涡轮发动机并进入旁通气流中。因此，本公开的实施例提供了一种用于涡轮发动机的风扇，其包括周向定位在风扇叶片之间的多个分流叶片。
分流叶片包含跨度，该跨度小于风扇叶片的跨度。分流叶片设计成用于增加对鸟类或其他碎片的局部切割，并将碎片引导到旁通气流中。例如，分流叶片为压缩机入口前面的风扇提供了更多的叶片数量，同时允许低速风扇减少风扇叶片的数量。分流叶片提高了风扇的局部坚固性，有助于将在低跨度位置处穿过风扇的碎片径向向外泵送到更高的半径并进入旁通气流中。因此，分流叶片引导(例如，离心泵送)碎片远离核心涡轮发动机，使得碎片被引导到旁通气流中并且碎片不会进入核心涡轮发动机。分流叶片提供了在低跨度位置(例如，风扇叶片无法切割碎片的位置)处的鸟类或碎片切割，并且提供了碎片径向向外进入旁通气流的改进的离心泵送，同时对涡轮发动机的旁通比具有最小的影响。这样，与没有受益于本公开的风扇相比，本公开的风扇将更大量的碎片引导远离核心涡轮发动机并进入旁通气流中。
分流叶片还为风扇提供空气动力学改进。例如，分流叶片允许风扇做更多的功(例如，压缩进入的气流)，使得来自风扇的压力比相对于不受益于本公开的风扇增加。例如，分流叶片有助于压缩进入的气流，使得高压空气进入压缩机(例如，空气被增压)，并且涡轮发动机的总压力比相对于涡轮发动机增加，而没有本发明的优点。因此，与不受益于本公开的压缩机相比，该压缩机可以包括减少的级数。因此，涡轮发动机更轻、更紧凑，并且在将燃烧燃料释放的热能转换成有用的推进能或机械轴功能方面更有效。
本公开的实施例提供了将部分跨度分流叶片联接至涡轮发动机(例如，高旁通比涡轮风扇发动机)上的风扇，以对进入压缩机的空气进行增压并改善风扇做功。这些实施例提供了进入压缩机的改进的压力比水平，并且因此降低了压缩机压力比要求。因此，一个或多个压缩机级可被移除，使得与不受益于本公开的压缩机相比，该压缩机包括更少的压缩机级。本公开的实施例还减小了风扇轮毂半径和风扇叶片的弧度水平。分流叶片可以包括与风扇叶片不同的弦，并且可以通过合并到风扇平台中或者钩到风扇叶片之间的盘柱的顶部来联接到风扇转子。
现在参考附图，图1是根据本公开的实施例的沿着涡轮发动机10的中心线轴线截取的涡轮发动机10的示意性横截面图。如图1所示，涡轮发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线轴线12延伸)和正交于轴向方向A的径向方向R。通常，涡轮发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14的下游的核心涡轮发动机16。
所示的核心涡轮发动机16大体包括外壳体18，外壳体18基本为管状并限定环形入口20。如图1示意性所示，外壳体18以串联流动关系包围压缩机区段21，压缩机区段21包括增压器或低压(LP)压缩机22，下游接着是高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段27，涡轮区段27包括高压(HP)涡轮28，下游接着是低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴34或线轴将HP涡轮28驱动地连接至HP压缩机24以使HP涡轮28和HP压缩机24一致旋转。低压(LP)轴36将LP涡轮30驱动地连接至LP压缩机22，以使LP涡轮30和LP压缩机22一致地旋转。压缩机区段21、燃烧区段26、涡轮区段27和喷射排气喷嘴区段32一起限定核心空气流动路径29。
对于图1所示的实施例，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接至盘42的多个风扇叶片40。如图1所示，多个风扇叶片40大体沿着径向方向R从盘42向外延伸。风扇38还包括在多个风扇叶片40之间联接至盘42的多个分流叶片80，如下文进一步详述。多个风扇叶片40、多个分流叶片80和盘42经由风扇轴45一起绕中心线轴线12旋转，风扇轴45由LP轴36通过动力齿轮箱(也称为齿轮箱组件46)提供动力。齿轮箱组件46示意性地在图1中示出。齿轮箱组件46包括多个齿轮，用于调整风扇轴45的转速以及因此将风扇38相对于LP轴36的转速调节至更有效的风扇转速。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转风扇轮毂48覆盖，该可旋转风扇轮毂48具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片40并通过多个分流叶片80。此外，风扇区段14包括环形风扇壳体或机舱50，机舱50周向围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。机舱50由多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于核心涡轮发动机16被支撑。此外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部部分上延伸以在其间限定旁通空气流动路径56。
在涡轮发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过机舱50的入口60和/或风扇区段14进入涡轮发动机10。当一定体积的空气58穿过多个风扇叶片40并且穿过多个分流叶片80时，空气的第一部分62被引导或输送到旁通空气流动路径56中，并且空气的第二部分64被引导或输送到核心空气流动路径29的上游区段中，或者，更具体地，进入LP压缩机22的环形入口20。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。然后，随着空气的第二部分64被输送通过HP压缩机24并进入燃烧区段26，空气的第二部分64的压力增加，在燃烧区段26中，高压空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被输送到HP涡轮28中并通过HP涡轮28膨胀，其中来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取，并且，从而引起HP轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被输送到LP涡轮30并通过LP涡轮30膨胀。这里，热能和动能的第二部分经由联接到外壳体18的LP涡轮定子导向轮叶72和联接到LP轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级从燃烧气体66提取，因此，导致LP轴36旋转，从而经由齿轮箱组件46支持LP压缩机22的操作和风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被输送通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴区段32以提供推进推力。同时，当空气的第一部分62在从涡轮发动机10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被输送通过旁通空气流动路径56时，空气的第一部分62的压力显著增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定用于引导燃烧气体66通过核心涡轮发动机16的热气体路径78。
图1所示的涡轮发动机10仅作为示例。在其他示例性实施例中，涡轮发动机10可具有任何其他合适的配置。例如，在其他示例性实施例中，风扇38可以以任何其他合适的方式配置(例如，作为固定桨距风扇)并且还可以使用任何其他合适的风扇框架配置来支撑。此外，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适数量或配置的压缩机、涡轮、轴或其组合。在又一些示例性实施例中，本公开的各方面可并入任何其他合适的燃气涡轮发动机，例如涡轮风扇发动机、螺旋桨风扇发动机、涡轮喷气发动机和/或涡轮轴发动机。
图2是根据本公开的与涡轮发动机10(图1)隔离的风扇38的后侧视图。图2示出了限定周向方向C的风扇38。多个风扇叶片40围绕盘42沿周向均匀地间隔开，并且与盘42一体地形成。例如，盘42和多个风扇叶片40可以铸造在一起，可以与盘42一起增材制造，可以由整块材料机加工在一起，和/或可以通过将单独的风扇叶片40焊接到盘42上来制成。这样，多个风扇叶片40与盘42的顶部形成一体，并且多个风扇叶片40和盘42一起形成一体的、单一的或统一的整体。每个风扇叶片40从盘42处的风扇叶片根部41延伸至风扇叶片尖端43，并且包括风扇叶片前缘47和风扇叶片后缘49。每个风扇叶片40包括在风扇叶片前缘47处和风扇叶片后缘49处接合到风扇叶片吸力侧53的风扇叶片压力侧51。风扇叶片压力侧51是凹的，而风扇叶片吸力侧53是凸的。多个风扇叶片40例如由金属、合金、复合材料、纤维等制成。
风扇38是低速风扇并且包括比高速风扇(例如，低压涡轮和风扇之间的转速降低较低的风扇)更少的风扇叶片40。与高速风扇相比，低速风扇包括来自LP涡轮30(图1)的更大的速度降低。在风扇叶片40较少的情况下，碎片(例如，来自鸟击、岩石等)可能通过环形入口20(图1)被吸入核心涡轮发动机16(图1)中，并且碎片可能损坏核心涡轮发动机16的部件，或者可能影响核心涡轮发动机16的空气动力性能。因此，风扇38设置有多个分流叶片80以提供额外的叶片来引导碎片径向向外远离环形入口20(图1)并朝向旁通空气流动路径56(图1)，如下文进一步详细描述。
相应的分流叶片80周向设置在两个风扇叶片40之间。因此，多个风扇叶片40和多个分流叶片80围绕盘42的周边交替。在一些实施例中，多个分流叶片80可以设置在两个风扇叶片40之间。因此，至少一个分流叶片80设置在两个相邻的风扇叶片40之间。多个分流叶片80与盘42一体成型。例如，盘42和多个分流叶片80可以整体铸造在一起，可以与盘42一起增材制造，可以由整块材料机加工在一起，和/或可以通过将单独的分流叶片80焊接到盘42来制造。这样，多个风扇叶片40和多个分流叶片80一体形成于盘42的顶部，并且多个风扇叶片40、多个分流叶片80和盘42共同形成一体的、单一的或统一的整体。这种类型的结构可称为“叶片盘”或“整体叶盘”。
每个分流叶片80从盘42处的分流叶片根部81延伸到分流叶片尖端83并且包括分流叶片前缘87和分流叶片后缘89。每个分流叶片80包括在分流叶片前缘87处和分流叶片后缘89处接合到分流叶片吸力侧93的分流叶片压力侧91。分流叶片压力侧91是凹的，而分流叶片吸力侧93是凸的。多个分流叶片80包括与多个风扇叶片40不同的尺寸(例如，跨度或弦)和/或不同的形状，如下文进一步详述。在一些实施例中，多个分流叶片80的形状与多个风扇叶片40的形状基本相同。多个分流叶片80例如由金属、合金、复合材料、纤维等制成。在一些实施例中，多个分流叶片80的材料与多个风扇叶片40的材料相同。在一些实施例中，多个分流叶片80的材料与多个风扇叶片40的材料不同。
图3是根据本公开的用于风扇38的风扇叶片40的示意性侧视图。图3示出了每个风扇叶片40具有风扇叶片跨度302和风扇叶片弦304。风扇叶片跨度302被限定为从风扇叶片根部41到风扇叶片尖端43的径向距离。风扇叶片弦304被限定为连接风扇叶片前缘47和风扇叶片后缘49的假想直线的长度。根据多个风扇叶片40的设计，风扇叶片弦304在沿风扇叶片跨度302的不同位置处可以不同。在图3中，相关测量是风扇叶片根部41处的风扇叶片弦304。
图4是根据本公开的用于风扇38的分流叶片80的示意性侧视图。图4示出了每个分流叶片80具有分流叶片跨度406和分流叶片弦408。分流叶片跨度406被限定为从分流叶片根部81到分流叶片尖端83的径向距离。分流叶片弦408被限定为连接分流叶片前缘87和分流叶片后缘89的假想直线的长度。根据多个分流叶片80的设计，分流叶片弦408在沿分流叶片跨度406的不同位置处可以不同。在图4中，相关测量是分流叶片根部81处的分流叶片弦408。每个分流叶片80的分流叶片跨度406小于每个风扇叶片40(图3)的风扇叶片跨度302(图3)。例如，分流叶片跨度406是风扇叶片跨度302(图3)的百分之五十(50％)或更少。每个分流叶片80的分流叶片弦408小于每个风扇叶片40(图3)的风扇叶片弦304(图3)。
图5是根据本公开的在图1中的细节5处截取的涡轮发动机10的示意性局部横截面图。图5示出了外壳体18包括流动路径分流部19，其将核心涡轮发动机16的核心空气流动路径29与旁通空气流动路径56分开。流动路径分流部19在环形入口20处限定流动路径分流半径Rs。流动路径分流半径Rs被限定为从中心线轴线12到环形入口20的径向外部。在操作期间，当风扇38旋转时，碎片(例如，鸟、岩石等)可能被吸入风扇38中。多个风扇叶片40的离心力将碎屑径向向外引导(例如，离心泵送)并进入旁通空气流动路径56中，使得碎屑被引导出风扇喷嘴排气区段76(图1)。然而，当风扇38是低速风扇时，多个风扇叶片40的离心力可能不足以将大量碎片引导到旁通空气流动路径56中。这样，核心涡轮发动机16将碎片吸入核心空气流动路径29中，并且核心涡轮发动机16的旋转部件(例如，LP压缩机22、HP压缩机24、HP涡轮28或LP涡轮30)可能被损坏。因此，为了减少碎片量或防止碎片被吸入核心涡轮发动机16的核心空气流动路径29中，风扇38包括多个分流叶片80。
多个分流叶片80限定分流叶片半径RSB。分流叶片半径RSB被限定为从中心线轴线12到相应分流叶片80的分流叶片尖端83。因此，分流叶片半径RSB包括盘42的半径加上分流叶片80的分流叶片跨度406(图4)。分流叶片半径RSB基本上等于流动路径分流半径Rs。例如，多个分流叶片80包括分流叶片跨度406(图4)，使得分流叶片半径RSB基本上等于流动路径分流半径Rs。分流叶片半径RSB基本上等于流动路径分流半径Rs有助于将碎片从多个分流叶片80径向向外引导并进入旁通空气流动路径56，而不是进入环形入口20。因此，多个分流叶片80有助于减少碎片量(例如，与没有受益于本公开的风扇相比)或防止碎片进入核心涡轮发动机16的核心空气流动路径29。分流叶片半径RSB基本上等于流动路径分流半径Rs也有助于避免来自分流叶片80的尖端涡流进入核心空气流动路径29。在一些实施例中，分流叶片半径RSB小于流动路径分流半径Rs。
当分流叶片半径RSB大于流动路径分流半径Rs时，多个分流叶片80将继续对LP压缩机22增压。当分流叶片半径RSB大于流动路径分流半径Rs时，分流叶片跨度406(图4)和多个叶片80的表面积不必要地大，从而与当分流叶片半径RSB基本上等于或小于流动路径分流半径Rs时相比，增加了进入旁通空气流动路径56的摩擦总压力损失并且降低了旁通流效率。当分流叶片半径RSB基本上小于流动路径分流半径Rs时，多个分流叶片80不能将大量碎片引导到旁通空气流动路径56中。因此，分流叶片半径RSB基本上等于或小于流动路径分流半径Rs，使得分流叶片80保护LP压缩机22免受尖端涡流和碎片的影响(例如，多个分流叶片80将碎片朝着旁通空气流动路径56离心泵送)，因此，保护LP压缩机22免受损坏，同时还提供对LP压缩机22增压的空气动力学益处。
多个风扇叶片40在距环形入口20的风扇叶片轴向距离DFB处设置在盘42上。风扇叶片轴向距离DFB限定为从多个风扇叶片40的风扇叶片后缘49到环形入口20。多个分流叶片80在距环形入口20的分流叶片轴向距离DSB处设置在盘42上。分流叶片轴向距离DSB限定为从分流叶片80的分流叶片后缘89到环形入口20。多个分流叶片80在盘42上轴向对齐，使得多个分流叶片80和环形入口20之间的分流叶片轴向距离DSB允许碎片从多个分流叶片80引导到旁通空气流动路径56中。分流叶片轴向距离DSB大于风扇叶片轴向距离DFB。当多个分流叶片80轴向排列得太靠近环形入口20时(例如，分流叶片轴向距离DSB相对太短并且等于或小于风扇叶片轴向距离DFB)，碎片被从多个分流叶片80以一定轨迹角引导，使得大部分碎片进入环形入口20。此外，当多个分流叶片80在盘42上轴向地向前对齐太远时(例如，分流叶片轴向距离DSB相对较大并且基本上大于风扇叶片轴向距离DFB)，风扇38的空气动力学性能被减小。因此，多个分流叶片80在距环形入口20分流叶片轴向距离DSB处轴向对齐在盘42上，使得碎片被引导到旁通空气流动路径56中并且碎片基本上避免进入环形入口20，同时保持风扇38的空气动力性能。
多个分流叶片80布置在盘42上，使得分流叶片后缘89在多个风扇叶片40的风扇叶片后缘49的轴向前方。分流叶片80的多个分流叶片后缘89位于多个风扇叶片40的风扇叶片后缘49的轴向前方，进一步确保分流叶片轴向距离DSB允许多个分流叶片80以一定轨迹角径向向外引导碎片，并且进入旁通空气流动路径56，同时避开环形入口20。在一些实施例中，分流叶片后缘89与风扇叶片后缘49轴向对齐。多个分流叶片80布置在盘42上，使得分流叶片前缘87在多个风扇叶片40的风扇叶片前缘47的轴向后方。这样，多个分流叶片80的整个分流叶片弦408(图4)完全轴向位于多个风扇叶片40的风扇叶片弦304(图3)内。将分流叶片前缘87轴向定位在风扇叶片前缘47的后部，导致当风扇38朝着失速方向节流时，分流叶片前缘87上的入射角变化相对较小。因此，当分流叶片前缘87位于风扇叶片前缘47的轴向后部时，多个分流叶片80将不会限制和设定总体风扇失速线。此外，将分流叶片前缘87轴向定位在风扇叶片前缘47的后部允许减小分流叶片弦长，并且因此允许减小多个分流叶片80的表面积，与较长的分流叶片弦长相比，这导致较低的摩擦阻力和损失。
图6是根据本公开的另一个实施例的风扇638的一部分的俯视图。风扇638包括许多与上文详述的风扇38(图1至图5)相同或相似的部件。风扇638包括多个风扇叶片640和联接至盘642的多个分流叶片680。多个风扇叶片640包括风扇叶片压力侧651和风扇叶片吸力侧653。多个分流叶片680包括分流叶片压力侧691和分流叶片吸力侧693。多个风扇叶片640限定风扇叶片弧度655并且分流叶片680限定分流叶片弧度695。弧度是叶片(例如，多个风扇叶片640和多个分流叶片680)从叶片的前缘到后缘的曲率或凸度的量度。多个分流叶片680包括多个第一分流叶片680a和多个第二分流叶片680b。多个第二分流叶片680b不同于多个第一分流叶片680a。例如，多个第二分流叶片680b具有与多个第一分流叶片680a不同的特性，如下文进一步详述。下面详述的多个分流叶片680的特征可以组合并且可以与多个分流叶片80(图1至图5)一起使用。
多个第一分流叶片680a包括分流叶片扭转角601。分流叶片扭转角601是多个分流叶片680的分流叶片根部681与分流叶片尖端683之间的轴向角。例如，分流叶片根部681相对于轴向方向A以第一角度延伸，并且分流叶片尖端683相对于轴向方向A以第二角度延伸。因此，分流叶片扭转角601是分流叶片根部681和分流叶片尖端683之间的角度。在一些实施例中，分流叶片扭转角601不同于多个风扇叶片640的扭转角，如下文进一步详述。与多个风扇叶片640的扭转角相比，通过改变分流叶片扭转角601，多个分流叶片680可以在分流叶片680的较低径向位置处提供与多个风扇叶片640的径向位置相比改进的流场。在一些实施例中，分流叶片扭转角601基本上等于多个风扇叶片640的扭转角。第二分流叶片680b的分流叶片弧度695不同于多个风扇叶片640的风扇叶片弧度655。与多个风扇叶片640的风扇叶片弧度655相比，通过改变分流叶片弧度695，多个分流叶片680可在多个分流叶片680的较低径向位置处提供与多个风扇叶片640的径向位置相比改进的流场。在一些实施例中，多个第二分流叶片680b的分流叶片弧度695基本上等于多个风扇叶片640的风扇叶片弧度655。
图6示出了多个分流叶片680包括两组分流叶片680(例如，多个第一分流叶片680a和多个第二分流叶片680b)，使得风扇638包括具有不同特性(例如，多个第一分流叶片680a具有与多个第二分流叶片680b不同的分流叶片扭转角601，并且多个第二分流叶片680b具有与多个第一分流叶片680a不同的分流叶片弧度695)的替代分流叶片680。在一些实施例中，多个分流叶片680包括多于两组的不同分流叶片680。在一些实施例中，风扇638包括均具有相同特性的单组分流叶片680。例如，所有分流叶片可以是多个第一分流叶片680a，或者所有分流叶片680可以是多个第二分流叶片680b。
图7A是根据本公开的另一个实施例的风扇738的局部前侧视图。风扇738包括多个风扇叶片740和联接至盘742的多个分流叶片780。每个风扇叶片740从盘742处的风扇叶片根部741延伸至风扇叶片尖端743，并且包括风扇叶片前缘747和风扇叶片后缘749。每个风扇叶片740联接到风扇叶片平台739，风扇叶片平台739包括插入到盘742的相应燕尾榫槽中的燕尾榫(未示出)。每个分流叶片780在盘742处从分流叶片根部781延伸到分流叶片尖端783并且包括分流叶片前缘787和分流叶片后缘789。相应的分流叶片780联接至风扇叶片平台739。以这种方式，相应的分流叶片780被合并到风扇叶片平台739中。因此，每个风扇叶片平台739包括风扇叶片740和分流叶片780。在一些实施例中，多个分流叶片780直接联接至盘742，使得多个分流叶片780与盘742成一体，如上面参考图2详细描述的。在一些实施例中，多个分流叶片780包括与风扇叶片平台739分离的分流叶片平台(未示出)，并且该分流叶片平台包括插入到盘742的相应燕尾榫槽中的燕尾榫。
每个风扇叶片740具有被限定为从风扇叶片根部741到风扇叶片尖端743的径向距离的风扇叶片跨度702。每个分流叶片780具有分流叶片跨度706，分流叶片跨度706被限定为从分流叶片根部781到分流叶片尖端783的径向距离。图7A示出了多个分流叶片780的分流叶片跨度706小于多个风扇叶片740的风扇叶片跨度702。例如，多个分流叶片780的分流叶片跨度706是多个风扇叶片740的风扇叶片跨度702的百分之五十(50％)或更少。选择多个分流叶片780的分流叶片跨度706使得分流叶片半径RSB(图5)基本上等于流动路径分流半径Rs(图5)，如上面详细描述的。多个分流叶片780的特性可以组合并且可以与多个分流叶片80(图1至图5)一起使用。
图7B是根据本公开的风扇738的局部后侧视图。例如，图7B示出了多个风扇叶片740的风扇叶片后缘749并且示出了多个分流叶片780的分流叶片后缘789。每个风扇叶片740以风扇叶片倾斜角711设置在盘742上，并且每个分流叶片780以分流叶片倾斜角713设置在盘742上。倾斜角是径向方向R轴线与叶片(例如，多个风扇叶片740和多个分流叶片780)的中心轴线之间的角度。例如，当叶片在周向方向C上从叶片的根部到尖端偏离时，出现倾斜角。多个分流叶片780的分流叶片倾斜角713不同于多个风扇叶片740的风扇叶片倾斜角711。与风扇叶片倾斜角711相比，通过改变分流叶片倾斜角713，多个分流叶片780可以在多个分流叶片780的较低径向位置处提供与多个风扇叶片740的径向位置相比改进的流场。此外，多个分流叶片780的不同分流叶片倾斜角713通过平衡多个分流叶片780的离心引起的弯曲来提供改进的翼型件附接应力。在一些实施例中，多个分流叶片780的分流叶片倾斜角713基本上等于多个风扇叶片740的风扇叶片倾斜角711。
图7C是根据本公开的风扇738的局部顶侧视图。每个风扇叶片740包括风扇叶片扭转角703。风扇叶片扭转角703是多个风扇叶片740中的风扇叶片根部741和风扇叶片尖端743之间的轴向角度。例如，风扇叶片根部741相对于轴向方向A以第一角度延伸，并且风扇叶片尖端743相对于轴向方向A以第二角度延伸。因此，风扇叶片扭转角703是风扇叶片根部741与风扇叶片尖端743之间的角度。每个分流叶片780包括分流叶片扭转角701。分流叶片扭转角701是多个分流叶片780的分流叶片根部781和分流叶片尖端783之间的轴向角度。例如，分流叶片根部781相对于轴向方向A以第一角度延伸，并且分流叶片尖端783相对于轴向方向A以第二角度延伸。因此，分流叶片扭转角701是分流叶片根部781与分流叶片尖端783之间的角度。图7C示出了多个分流叶片780的分流叶片扭转角701不同于多个风扇叶片740的风扇叶片扭转角703，以在多个分流叶片780的低径向位置处提供与多个风扇叶片740的径向位置相比改进的流场，如上面参考图6详细描述的。
如上所述，本公开的实施例提供了分流叶片，其有助于将碎屑径向向外离心地泵送到旁通空气流动路径中。因此，本公开的多个分流叶片确保在低跨度位置(例如，径向内部位置)处穿过风扇的碎片被打碎并被引导到旁通空气流动路径中并远离核心涡轮发动机。因此，多个分流叶片有助于减少或防止核心涡轮发动机的损坏，同时还为压缩机提供增加的压力比的空气动力学益处。此外，与多个风扇叶片相比，通过改变多个分流叶片的弧度、扭转角或倾斜角，与多个风扇叶片相比，多个分流叶片在较低跨度位置处提供改进的气流，同时还提供切割碎片和减少进入核心涡轮发动机的碎片量的优点。
进一步方面由以下条项的主题提供。
一种用于涡轮发动机的风扇，所述涡轮发动机具有核心空气流动路径和旁通空气流动路径，所述风扇包括盘，所述盘绕中心线轴线旋转；多个风扇叶片，所述多个风扇叶片联接到所述盘；和多个分流叶片，所述多个分流叶片联接到所述盘并且定位在所述多个风扇叶片之间，所述多个分流叶片在距所述核心空气流动路径的环形入口分流叶片轴向距离处在所述盘上轴向地对齐，使得所述多个分流叶片将穿过所述风扇的碎片引导到所述旁通空气流动路径中。
根据前述条项所述的风扇，其中，所述环形入口包括流动路径分流半径，所述流动路径分流半径从所述中心线轴线到所述环形入口处的所述涡轮发动机的流动路径分流部限定，并且所述多个分流叶片各自包括从所述中心线轴线到所述多个分流叶片的尖端限定的分流叶片半径，所述分流叶片半径基本等于或小于所述流动路径分流半径。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片跨度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片跨度，所述分流叶片跨度小于所述风扇叶片跨度。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个分流叶片包括多个第一分流叶片和多个第二分流叶片，所述多个第二分流叶片具有与所述多个第一分流叶片不同的特性。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弧度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弧度，所述分流叶片弧度与所述风扇叶片弧度不同。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片扭转角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片扭转角，所述分流叶片扭转角与所述风扇叶片扭转角不同。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片倾斜角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片倾斜角，所述分流叶片倾斜角与所述风扇叶片倾斜角不同。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片后缘，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片后缘，所述分流叶片后缘在所述风扇叶片后缘的轴向前方在所述盘上对齐。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片前缘，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片前缘，所述分流叶片前缘在所述风扇叶片前缘的轴向后方在所述盘上对齐。
根据前述条项中任一项所述的风扇，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弦，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弦，所述多个分流叶片在所述盘上对齐，使得所述分流叶片弦完全轴向位于所述风扇叶片弦内。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个风扇叶片距所述核心空气流动路径的所述环形入口风扇叶片轴向距离处定位在所述盘上，所述分流叶片轴向距离大于所述风扇叶片轴向距离。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述风扇叶片轴向距离被限定为从所述风扇叶片后缘到所述环形入口。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述分流叶片轴向距离被限定为从所述分流叶片后缘到所述环形入口。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弧度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弧度，所述分流叶片弧度基本等于所述风扇叶片弧度。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片扭转角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片扭转角，所述分流叶片扭转角基本上等于所述风扇叶片扭转角。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片倾斜角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片倾斜角，所述分流叶片倾斜角基本等于所述风扇叶片倾斜角。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个分流叶片的形状与所述多个风扇叶片的形状不同。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个分流叶片的形状与所述多个风扇叶片的形状基本相同。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个分流叶片的材料与所述多个风扇叶片的材料不同。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个分流叶片的材料与所述多个风扇叶片的材料相同。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个分流叶片的材料是金属、合金、复合材料或纤维中的至少一种。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个风扇叶片的材料是金属、合金、复合材料或纤维中的至少一种。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个分流叶片与所述盘一体地形成。
根据前述条项中任一项所述的风扇，所述多个风扇叶片中的每一个从风扇叶片平台延伸，并且所述多个分流叶片中的每一个联接到相应风扇叶片的所述风扇叶片平台。
一种涡轮发动机包括核心空气流动路径，所述核心空气流动路径具有环形入口；旁通空气流动路径；和风扇，所述风扇定位在所述核心空气流动路径和所述旁通空气流动路径的轴向前方，所述风扇包括：盘，所述盘绕中心线轴线旋转；多个风扇叶片，所述多个风扇叶片联接到所述盘；和多个分流叶片，所述多个分流叶片联接到所述盘并且定位在所述多个风扇叶片之间，所述多个分流叶片在距所述核心空气流动路径的所述环形入口分流叶片轴向距离处在所述盘上轴向对齐，使得所述多个分流叶片将穿过所述风扇的碎片引导到所述旁通空气流动路径中。
根据前述条项的涡轮发动机，还包括流动路径分流部，所述流动路径分流部将所述环形入口处的所述核心空气流动路径与所述旁通空气流动路径分开，所述环形入口包括从所述中心线轴线到所述流动路径分流部限定的流动路径分流半径，并且所述多个分流叶片各自包括从所述中心线轴线到所述多个分流叶片的尖端限定的分流叶片半径，所述分流叶片半径基本上等于或小于所述流动路径分流半径。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片跨度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片跨度，所述分流叶片跨度小于所述风扇叶片跨度。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，其中，所述多个分流叶片包括多个第一分流叶片和多个第二分流叶片，所述多个第二分流叶片具有与所述多个第一分流叶片不同的特性。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弧度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弧度，所述分流叶片弧度与所述风扇叶片弧度不同。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片扭转角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片扭转角，所述分流叶片扭转角与所述风扇叶片扭转角不同。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片倾斜角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片倾斜角，所述分流叶片倾斜角与所述风扇叶片倾斜角不同。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片后缘，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片后缘，所述分流叶片后缘在所述风扇叶片后缘的轴向前方在所述盘上对齐。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片前缘，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片前缘，所述分流叶片前缘在所述风扇叶片前缘的轴向后方在所述盘上对齐。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弦，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弦，所述多个分流叶片在所述盘上对齐，使得所述分流叶片弦完全轴向位于所述风扇叶片弦内。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片距所述核心空气流动路径的环形入口风扇叶片轴向距离处定位在所述盘上，所述分流叶片轴向距离大于所述风扇叶片轴向距离。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述风扇叶片轴向距离被限定为从所述风扇叶片后缘到所述环形入口。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述分流叶片轴向距离被限定为从所述分流叶片后缘到所述环形入口。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弧度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弧度，所述分流叶片弧度基本等于所述风扇叶片弧度。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片扭转角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片扭转角，所述分流叶片扭转角基本等于风扇叶片扭转角角度。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片倾斜角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片倾斜角，所述分流叶片倾斜角基本上等于所述风扇叶片倾斜角。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个分流叶片的形状与所述多个风扇叶片的形状不同。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个分流叶片的形状与所述多个风扇叶片的形状基本相同。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个分流叶片的材料与所述多个风扇叶片的材料不同。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个分流叶片的材料与所述多个风扇叶片的材料相同。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个分流叶片的材料是金属、合金、复合材料或纤维中的至少一种。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片的材料是金属、合金、复合材料或纤维中的至少一种。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个分流叶片与所述盘一体地形成。
根据前述条项中任一项所述的涡轮发动机，所述多个风扇叶片中的每一个从风扇叶片平台延伸，并且所述多个分流叶片中的每一个联接到相应风扇叶片的所述风扇叶片平台。
尽管前面的描述针对本公开的优选实施例，但是其他变化和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且可以在不背离本公开的精神或范围的情况下进行。此外，结合本公开的一个实施例描述的特征可以结合其他实施例使用，即使上面没有明确说明。

Claims (10)

1.一种用于涡轮发动机的风扇，所述涡轮发动机具有核心空气流动路径和旁通空气流动路径，其特征在于，所述风扇包括：
盘，所述盘绕中心线轴线旋转；
多个风扇叶片，所述多个风扇叶片联接到所述盘；和
多个分流叶片，所述多个分流叶片联接到所述盘并且定位在所述多个风扇叶片之间，所述多个分流叶片在距所述核心空气流动路径的环形入口分流叶片轴向距离处在所述盘上轴向对齐，使得所述多个分流叶片将穿过所述风扇的碎片引导到所述旁通空气流动路径中。
2.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中，所述环形入口包括流动路径分流半径，所述流动路径分流半径从所述中心线轴线到所述环形入口处的所述涡轮发动机的流动路径分流部限定，并且所述多个分流叶片各自包括从所述中心线轴线到所述多个分流叶片的尖端限定的分流叶片半径，所述分流叶片半径基本等于或小于所述流动路径分流半径。
3.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片跨度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片跨度，所述分流叶片跨度小于所述风扇叶片跨度。
4.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个分流叶片包括多个第一分流叶片和多个第二分流叶片，所述多个第二分流叶片具有与所述多个第一分流叶片不同的特性。
5.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弧度，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弧度，所述分流叶片弧度与所述风扇叶片弧度不同。
6.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片扭转角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片扭转角，所述分流叶片扭转角与所述风扇叶片扭转角不同。
7.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片倾斜角，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片倾斜角，所述分流叶片倾斜角与所述风扇叶片倾斜角不同。
8.根据权利要求1所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片后缘，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片后缘，所述分流叶片后缘在所述风扇叶片后缘的轴向前方在所述盘上对齐。
9.根据权利要求8所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片前缘，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片前缘，所述分流叶片前缘在所述风扇叶片前缘的轴向后方在所述盘上对齐。
10.根据权利要求8所述的风扇，其特征在于，其中，所述多个风扇叶片各自包括风扇叶片弦，并且所述多个分流叶片各自包括分流叶片弦，所述多个分流叶片在所述盘上对齐，使得所述分流叶片弦完全轴向位于所述风扇叶片弦内。
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