DE102018130298A1 - Assembly with an output stator for a turbofan engine and turbofan engine with such an assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit einem Ausgangsleitrad für ein Turbofantriebwerk, die eine radiale innere Strömungspfadbegrenzung (65), eine radial äußere Strömungspfadbegrenzung (21) und ein Ausgangsleitrad (25) mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln (250), 253) aufweist, wobei zwei Leitschaufeln (250) in Umfangsrichtung jeweils einen Schaufelkanal (3) zwischen sich ausbilden. Es ist vorgesehen, dass den Leitschaufeln (250) jeweils ein gesondertes Wirbelgeneratorelement (7) zugeordnet ist, das an der radial inneren Strömungspfadbegrenzung (21) und/oder der radial äußeren Strömungspfadbegrenzung (65) angeordnet ist und sich von dieser ausgehend radial in den Sekundärstromkanal (4) erstreckt. Dabei weist das Wirbelgeneratorelement (7) jeweils eine Vorderkante (71), eine Hinterkante (72) und eine mittlere radiale Höhe (h) auf, die maximal 20% der radialen Höhe (H) der Leitschaufeln (250) beträgt. Das Wirbelgeneratorelement (7) erzeugt eine entgegen der Sekundärströmung im Schaufelkanal (3) gerichtete Wirbelströmung im Schaufelkanal (3). In weiteren Erfindungsaspekten werden ein Turbofantriebwerk mit einer solchen Baugruppe und ein Verfahren zur Beeinflussung der Strömung in einem Schaufelkanal zwischen zwei Leitschaufeln bereitgestellt.The invention relates to an assembly with an output stator for a turbofan engine, which has a radial inner flow path boundary (65), a radially outer flow path boundary (21) and an outlet stator (25) with a plurality of guide blades (250), 253), two guide blades (250) each form a blade channel (3) between them in the circumferential direction. It is provided that the guide vanes (250) are each assigned a separate vortex generator element (7), which is arranged on the radially inner flow path boundary (21) and / or the radially outer flow path boundary (65) and extends radially into the secondary flow duct from this (4) extends. The vortex generator element (7) each has a front edge (71), a rear edge (72) and an average radial height (h), which is a maximum of 20% of the radial height (H) of the guide vanes (250). The vortex generator element (7) generates a vortex flow in the blade channel (3) directed against the secondary flow in the blade channel (3). In further aspects of the invention, a turbofan engine with such an assembly and a method for influencing the flow in a blade duct between two guide blades are provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit einem Ausgangsleitrad für ein Turbofantriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Turbofantriebwerk mit einer solchen Baugruppe.The invention relates to an assembly with an output stator for a turbofan engine according to the preamble of claim 1 and a turbofan engine with such an assembly.
Es ist bekannt, im Sekundärstromkanal eines Turbofantriebwerks hinter dem Fan ein Ausgangsleitrad anzuordnen, das auch als Fan-Ausgangsleitrad, Fanleitrad oder OGV („Outlet Guide Vane“) bezeichnet wird. Ein solches Leitrad dient dazu, durch den Fan erzeugten Drall aus dem Luftstrom zu nehmen.It is known to arrange an output guide wheel behind the fan in the secondary flow channel of a turbofan engine, which is also referred to as a fan output guide wheel, fan guide wheel or OGV (“Outlet Guide Vane”). Such a stator serves to take the swirl generated by the fan out of the air flow.
Durch die Reduzierung der Schaufelanzahl und des Schaufel-Höhen-Verhältnisses der Leitschaufeln eines Ausgangsleitrads ist es möglich, dass die Leitschaufeln auch strukturelle Aufgaben übernehmen und in das Zwischengehäuse („intermediate casing“) des Triebwerks integriert werden. Ein Vorteil besteht darin, dass keine gesonderten Streben des Zwischengehäuses, die den Sekundärstromkanal durchragen, erforderlich sind. Die veränderte Schaufelform führt jedoch zu einer hochgradig dreidimensionalen Strömung aus dem Ausgangsleitrad und damit zu einer verstärkten Interferenz mit Einbaukomponenten im Sekundärstromkanal. Damit einher gehen Verluste, die einen negativen Einfluss auf den Schub und den spezifischen Kraftstoffverbrauch des Triebwerks haben.By reducing the number of blades and the blade-to-height ratio of the guide blades of an output guide wheel, it is possible for the guide blades to also take on structural tasks and to be integrated into the intermediate casing of the engine. An advantage is that no separate struts of the intermediate housing that protrude through the secondary flow channel are required. The changed blade shape, however, leads to a highly three-dimensional flow from the outlet stator and thus to an increased interference with installation components in the secondary flow channel. This is associated with losses that have a negative impact on the thrust and the specific fuel consumption of the engine.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe mit einem Ausgangsleitrad für ein Turbofantriebwerk, ein entsprechendes Turbofantriebwerk sowie ein Verfahren bereitzustellen, bei denen die Dreidimensionalität der Strömung auch bei einer reduzierten Schaufelanzahl und einem geringen Schaufel-Höhen-Verhältnis der Leitschaufeln reduziert ist.The present invention has for its object to provide an assembly with an output stator for a turbofan engine, a corresponding turbofan engine and a method in which the three-dimensionality of the flow is reduced even with a reduced number of blades and a low blade-to-height ratio of the guide blades.
Diese Aufgabe wird durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Turbofantriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an assembly with the features of claim 1, a turbofan engine with the features of
Danach betrachtet die Erfindung eine Baugruppe mit einem Ausgangsleitrad für ein Turbofantriebwerk. Die Baugruppe umfasst eine radiale innere Strömungspfadbegrenzung und eine radial äußere Strömungspfadbegrenzung, die den Sekundärstromkanal eines Turbofantriebwerks radial innen und radial außen begrenzen. Weiter ist ein Ausgangsleitrad mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln vorgesehen, die sich in radialer Richtung zwischen der radial inneren Strömungspfadbegrenzung und der radial äußeren Strömungspfadbegrenzung im Sekundärstromkanal des Turbofantriebwerks erstrecken. Die Leitschaufel weisen jeweils eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante auf. Dabei bilden zwei Leitschaufeln in Umfangsrichtung jeweils einen Schaufelkanal zwischen sich aus, in dem im Betrieb des Turbofantriebwerks eine Sekundärströmung von der Druckseite einer Leitschaufel zur Saugseite der benachbarten Leitschaufel strömt.The invention then considers an assembly with an output stator for a turbofan engine. The assembly includes a radially inner flow path boundary and a radially outer flow path boundary that delimit the secondary flow channel of a turbofan engine radially inside and radially outside. Furthermore, an output stator is provided with a plurality of guide vanes which extend in the radial direction between the radially inner flow path boundary and the radially outer flow path boundary in the secondary flow duct of the turbofan engine. The guide vanes each have a pressure side, a suction side, a front edge and a rear edge. Two guide blades each form a blade channel between them in the circumferential direction, in which a secondary flow flows from the pressure side of one guide blade to the suction side of the adjacent guide blade during operation of the turbofan engine.
Es ist vorgesehen, dass zumindest einigen der Leitschaufeln jeweils ein gesondertes Wirbelgeneratorelement zugeordnet ist, das an der radial inneren Strömungspfadbegrenzung und/oder der radial äußeren Strömungspfadbegrenzung angeordnet ist und sich von dieser ausgehend radial in den Sekundärstromkanal erstreckt. Das bereitgestellte Wirbelgeneratorelement weist jeweils eine Vorderkante, eine Hinterkante und eine mittlere radiale Höhe auf, die maximal 20% der radialen Höhe der Leitschaufeln beträgt, d. h. die Wirbelgeneratorelemente weisen eine substantiell geringere radiale Höhe als die Leitschaufeln auf. Das Wirbelgeneratorelement bewirkt jeweils die Erzeugung einer entgegen der Sekundärströmung im Schaufelkanal gerichteten Wirbelströmung im Schaufelkanal, so dass die Strömung im Schaufelkanal stärker zweidimensional ausgerichtet ist.It is provided that at least some of the guide vanes are each assigned a separate vortex generator element, which is arranged on the radially inner flow path boundary and / or the radially outer flow path boundary and extends radially into the secondary flow duct starting from the latter. The vortex generator element provided in each case has a leading edge, a trailing edge and an average radial height, which is a maximum of 20% of the radial height of the guide vanes, i. H. the vortex generator elements have a substantially lower radial height than the guide vanes. The vortex generator element in each case produces a vortex flow in the blade channel that is directed against the secondary flow in the blade channel, so that the flow in the blade channel is oriented more two-dimensionally.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt zunächst den Umstand, dass im Schaufelkanal zwischen zwei Leitschaufeln eines Ausgangsleitrads bzw. allgemein eines Leitschaufelkranzes eine sogenannte Sekundärströmung vorhanden ist, die von der Druckseite zur Saugseite wirkt. Das Vorhandensein einer Sekundärströmung im Schaufelkanal ist grundsätzlich bekannt und wissenschaftlich beschrieben. Diese Sekundärströmung führt zu einer Dreidimensionalität der Strömung bzw. einer starken Krümmung der aus dem Leitrad austretenden Strömung. Die Dreidimensionalität der Strömung nimmt dabei bei Ausgangsleiträdern zu, die eine geringes Schaufel-Höhen-Verhältnis und eine geringe Schaufelzahl aufweisen.The present invention first takes into account the fact that a so-called secondary flow is present in the blade duct between two guide blades of an output stator or generally of a guide vane ring, which acts from the pressure side to the suction side. The existence of a secondary flow in the blade channel is generally known and scientifically described. This secondary flow leads to a three-dimensionality of the flow or a strong curvature of the flow emerging from the stator. The three-dimensionality of the flow increases in the case of output guide wheels which have a low blade-height ratio and a low number of blades.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es durch Bereitstellung eines Wirbelgeneratorelements, das einer Leitschaufel jeweils zugeordnet ist, möglich ist, eine Wirbelströmung im Schaufelkanal zu erzeugen, die der Sekundärströmung im Schaufelkanal entgegen gerichtet ist. Diese Wirbelströmung ist somit von der Saugseite zur Druckseite hingerichtet. Sie wirkt damit der Sekundärströmung, die von der Druckseite zur Saugseite gerichtet ist, entgegen. Hierdurch wird die Wirkung der Sekundärströmung reduziert und die Strömung im Schaufelkanal stärker zweidimensional ausgerichtet bzw. der Bereich einer zweidimensionalen Strömung vergrößert sich.The present invention is based on the knowledge that by providing a vortex generator element, which is assigned to a guide vane, it is possible to generate a vortex flow in the vane channel that is directed opposite the secondary flow in the vane channel. This vortex flow is thus executed from the suction side to the pressure side. It thus counteracts the secondary flow, which is directed from the pressure side to the suction side. As a result, the effect of the secondary flow is reduced and the flow in the blade channel is oriented more two-dimensionally, or the area of a two-dimensional flow increases.
Als zweidimensionale Strömung wird dabei eine Strömung bezeichnet, bei der die Vektoren der Strömungsgeschwindigkeit parallel zueinander angeordnet sind. Dass durch die Bereitstellung von Wirbelgeneratorelementen die Strömung im Schaufelkanal stärker zweidimensional ausgerichtet wird, bedeutet dabei, dass die Vektoren der Strömungsgeschwindigkeit zumindest teilweise stärker parallel ausgerichtet werden, ohne dabei notwendigerweise parallel zu sein.A two-dimensional flow is a flow in which the vectors of the Flow speed are arranged parallel to each other. The fact that the flow in the vane channel is aligned more two-dimensionally by the provision of vortex generator elements means that the vectors of the flow velocity are at least partially aligned more parallel without necessarily being parallel.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist sämtlichen Leitschaufeln des Ausgangsleitrads bzw. jedem Schaufelkanal zwischen zwei Leitschaufeln jeweils ein Wirbelgeneratorelement zugeordnet, so dass die Strömung in allen Umfangsbereichen in gleicher Weise durch die Wirbelgeneratorelemente in vorteilhafter Weise beeinflusst wird.According to one embodiment of the invention, a vortex generator element is assigned to each of the guide vanes of the output guide wheel or each blade channel between two guide vanes, so that the flow in all circumferential areas is influenced in the same way by the vortex generator elements in an advantageous manner.
Das Wirbelgeneratorelement ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung als Wirbelgenerator-Blech ausgebildet. Damit kann es insbesondere als Metallplatte mit einer Vorderkante und eine Hinterkante ausgebildet sein.According to one embodiment of the invention, the vortex generator element is designed as a vortex generator plate. It can thus be designed in particular as a metal plate with a leading edge and a trailing edge.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wirbelgeneratorelemente jeweils benachbart der Saugseite einer Leitschaufel angeordnet sind. Hierzu sieht ein Ausführungsbeispiel vor, dass der Abstand in Umfangsrichtung zwischen der Vorderkante des Wirbelgeneratorelements und der Vorderkante der Leitschaufel im Bereich zwischen 0 % bis 30 % der Gitterteilung der Leitschaufeln liegt.One embodiment of the invention provides that the vortex generator elements are each arranged adjacent to the suction side of a guide vane. For this purpose, an exemplary embodiment provides that the distance in the circumferential direction between the front edge of the vortex generator element and the front edge of the guide vane lies in the range between 0% and 30% of the grid division of the guide vanes.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Wirbelgeneratorelemente jeweils benachbart der Druckseite einer Leitschaufel angeordnet sind. Hierzu sieht ein Ausführungsbeispiel vor, dass der Abstand in Umfangsrichtung zwischen der Vorderkante des Wirbelgeneratorelements und der Vorderkante der Leitschaufel im Bereich zwischen 0 % und -15 %der Gitterteilung der Leitschaufeln liegt.Alternatively, it can be provided that the vortex generator elements are each arranged adjacent to the pressure side of a guide vane. For this purpose, an exemplary embodiment provides that the distance in the circumferential direction between the front edge of the vortex generator element and the front edge of the guide vane lies in the range between 0% and -15% of the grid division of the guide vanes.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wirbelgeneratorelemente jeweils stromaufwärts der Vorderkante der Leitschaufeln angeordnet sind. Hierdurch wird in besonders effektiver Weise eine der Sekundärströmung im Schaufelkanal entgegen wirkende Wirbelströmung erzeugt. Ein Ausführungsbeispiel hierzu sieht vor, dass der axiale Abstand zwischen der Hinterkante des Wirbelgeneratorelements und der Vorderkante der Leitschaufel jeweils zwischen 0 % und 80 % der Sehnenlänge des Wirbelgeneratorelements beträgt.Another embodiment of the invention provides that the vortex generator elements are each arranged upstream of the front edge of the guide blades. As a result, a vortex flow which counteracts the secondary flow in the blade duct is generated in a particularly effective manner. One exemplary embodiment provides that the axial distance between the rear edge of the vortex generator element and the front edge of the guide vane is in each case between 0% and 80% of the chord length of the vortex generator element.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Wirbelgeneratorelemente zumindest mit ihrer Hinterkante jeweils stromabwärts der Vorderkante der Leitschaufeln im Schaufelkanal angeordnet sind. Ein Ausführungsbeispiel hierzu sieht vor, dass der axiale Abstand zwischen der Hinterkante des Wirbelgeneratorelements und der Vorderkante der Leitschaufel jeweils zwischen 0 % und -15 % der Sehnenlänge des Wirbelgeneratorelements beträgt. Dabei gilt allgemein, dass eine Anordnung der Wirbelgeneratorelemente innerhalb der Schaufelkanalpassage bis zu dem Bereich möglich ist, ab dem die wandnahen Stromlinien eine hohe Überkrümmung erfahren.Alternatively, it can be provided that the vortex generator elements are arranged at least with their rear edge downstream of the front edge of the guide blades in the blade channel. One exemplary embodiment provides that the axial distance between the rear edge of the vortex generator element and the front edge of the guide vane is in each case between 0% and -15% of the chord length of the vortex generator element. The general rule here is that an arrangement of the vortex generator elements within the vane passage is possible up to the area from which the streamlines close to the wall experience a high degree of curvature.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei den Leitschaufeln des Ausgangsleitrads das Verhältnis der Gitterteilung zur Profilsehnenlänge zwischen 0,6 und 1 liegt.A further embodiment of the invention provides that the ratio of the grating pitch to the chord length is between 0.6 and 1 in the guide vanes of the output guide wheel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Sehnenlänge der Wirbelgeneratorelemente derart gewählt, dass die Sehnenlänge im Bereich zwischen 5 % und 15 % der Profilsehnenlänge der Leitschaufeln liegt.According to a further embodiment variant, the chord length of the vortex generator elements is selected such that the chord length is in the range between 5% and 15% of the chord length of the guide blades.
Die Wirbelgeneratorelemente weisen eine Spitze auf, die in den Sekundärstromkanal ragt. Diese Spitze kann gerade in dem Sinne ausgebildet sein, dass die Vorderkante und die Hinterkante der Wirbelgeneratorelemente die gleiche radiale Höhe aufweisen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die in den Sekundärstromkanal ragende Spitze des Wirbelgeneratorelements schräg verläuft und sich dabei zur Hinterkante hin weiter in den Sekundärstromkanal erstreckt, so dass die Hinterkante eine größere radiale Höhe aufweist als die Vorderkante. Hierdurch wird ein Spitzenkantenwinkel an der Spitze definiert, der gemäß einer Ausführungsvariante im Bereich zwischen 4° und 10° liegt. Als mittlere radiale Höhe der Wirbelgeneratorelemente wird dabei die Summe von radialer Höhe der Vorderkante und radialer Höhe der Hinterkante geteilt durch zwei definiert.The vortex generator elements have a tip that protrudes into the secondary flow channel. This tip can be designed in the sense that the front edge and the rear edge of the vortex generator elements have the same radial height. Alternatively, it can be provided that the tip of the vortex generator element protruding into the secondary flow channel extends obliquely and extends further towards the rear edge into the secondary flow channel, so that the rear edge has a greater radial height than the front edge. This defines a tip edge angle at the tip which, according to one embodiment variant, is in the range between 4 ° and 10 °. The sum of the radial height of the front edge and the radial height of the rear edge divided by two is defined as the mean radial height of the vortex generator elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Dicke der Wirbelgeneratorelemente derart gewählt, dass die maximale Dicke im Bereich zwischen 25 % und 50 % der maximalen Dicke der Leitschaufeln liegt.According to a further embodiment variant, the thickness of the vortex generator elements is selected such that the maximum thickness is in the range between 25% and 50% of the maximum thickness of the guide vanes.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die mittlere radiale Höhe der Wirbelgeneratorelemente im Bereich zwischen 5 % und 15 % der radialen Höhe der Leitschaufeln liegt.It can further be provided that the mean radial height of the vortex generator elements is in the range between 5% and 15% of the radial height of the guide vanes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist der Staffelungswinkel der Wirbelgeneratorelemente derart gewählt, dass der Staffelungswinkel größer ist als der Schaufeleintrittswinkel der Leitschaufeln, so dass die Wirbelgeneratorelemente stärker als die Leitschaufeln in die Strömung gedreht sind. Hierdurch wird eine Wirbelbildung durch die Wirbelgeneratorelemente begünstigt. Ein Ausführungsbeispiel hierzu sieht vor, dass der Staffelungswinkel der Wirbelgeneratorelemente sich um 10° bis 40°, insbesondere um 20° bis 28° vom Schaufeleintrittswinkel der Leitschaufeln unterscheidet.According to a further embodiment variant, the staggering angle of the vortex generator elements is selected such that the staggering angle is larger than the blade entry angle of the guide blades, so that the vortex generator elements are rotated into the flow more than the guide blades. As a result, vortex formation is promoted by the vortex generator elements. An exemplary embodiment provides that the stagger angle of the vortex generator elements differs from the blade entry angle of the guide blades by 10 ° to 40 °, in particular by 20 ° to 28 °.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Wirbelgeneratorelemente jeweils eine abgerundete Vorderkante und eine abgerundete Hinterkante auf, wobei der Rundungsradius von Vorderkante und Hinterkante beispielsweise jeweils im Bereich zwischen 25 % und 70 % der maximalen Dicke des Wirbelgeneratorelements liegt. According to a further embodiment of the invention, the vortex generator elements each have a rounded leading edge and a rounded trailing edge, the radius of curvature of the leading edge and trailing edge being, for example, in each case in the range between 25% and 70% of the maximum thickness of the vortex generator element.
Die Wirbelgeneratorelemente können als aerodynamisch geformte Elemente, insbesondere als aerodynamisch geformte Bleche, oder als nicht aerodynamisch geformte Elemente, insbesondere als nicht aerodynamisch geformte Bleche ausgebildet sein.The vortex generator elements can be designed as aerodynamically shaped elements, in particular as aerodynamically shaped sheets, or as non-aerodynamically shaped elements, in particular as non-aerodynamically shaped sheets.
In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Turbofantriebwerk, das aufweist: ein Kerntriebwerk, einen Fan, der stromaufwärts des Kerntriebwerks positioniert ist, einen Primärstromkanal, der durch das Kerntriebwerk führt, und einen Sekundärstromkanal, der an dem Kerntriebwerk vorbei führt. Dabei ist vorgesehen, dass das Turbofantriebwerk eine Baugruppe gemäß Patentanspruch 1 umfasst, wobei die Baugruppe in Strömungsrichtung hinter dem Fan im Sekundärstromkanal angeordnet ist.In another aspect of the invention, the present invention relates to a turbofan engine comprising: a core engine, a fan positioned upstream of the core engine, a primary flow channel that passes through the core engine, and a secondary flow channel that passes the core engine. It is provided that the turbofan engine comprises an assembly according to claim 1, the assembly being arranged in the flow direction behind the fan in the secondary flow duct.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Ausgangsleitrad als strukturelles Ausgangsleitrad ausgebildet ist und dementsprechend dafür geeignet ist und dazu dient, strukturelle Lasten aufzunehmen. Hierdurch kann auf Streben, die den Sekundärstromkanal radial durchqueren, jedenfalls im Bereich des Ausgangsleitrads verzichtet werden. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Anzahl der Leitschaufel des Ausgangsleitrad unter
In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung der Strömung in einem Schaufelkanal zwischen zwei Leitschaufeln einer Baugruppe, die sich zwischen einer radial inneren Strömungspfadbegrenzung und einer radial äußeren Strömungspfadbegrenzung erstrecken. Das Verfahren sieht vor, dass mittels eines den Leitschaufeln jeweils zugeordneten Wirbelgeneratorelements eine Wirbelströmung im Schaufelkanal erzeugt wird, die einer Sekundärströmung im Schaufelkanal entgegen gerichtet ist, so dass die Strömung im Schaufelkanal stärker als zweidimensionale Strömung ausgerichtet wird.In a further aspect of the invention, the invention relates to a method for influencing the flow in a blade channel between two guide blades of an assembly which extend between a radially inner flow path boundary and a radially outer flow path boundary. The method provides that a vortex flow is generated in the vane channel by means of a vortex generator element assigned to the guide vanes, which is directed against a secondary flow in the vane channel, so that the flow in the vane channel is oriented more than a two-dimensional flow.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei identisch mit der Maschinenachse des Turbofantriebwerks, in dem die Erfindung realisiert ist.It is pointed out that the present invention is described with reference to a cylindrical coordinate system which has the coordinates x, r and φ. X indicates the axial direction, r the radial direction and φ the angle in the circumferential direction. The axial direction is identical to the machine axis of the turbofan engine in which the invention is implemented.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, einen Brennraum, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Gebläse (mit Gebläseschaufeln) umfassen, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist.As stated elsewhere herein, the present disclosure may relate to a gas turbine engine. Such a gas turbine engine may include an engine core that includes a turbine, a combustion chamber, a compressor, and a core shaft connecting the turbine to the compressor. Such a gas turbine engine may include a fan (with fan blades) positioned upstream of the engine core.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Gebläse, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich das Gebläse mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).Arrangements of the present disclosure may be particularly, but not exclusively, advantageous for fans that are driven by a transmission. Accordingly, the gas turbine engine may include a transmission that receives an input from the core shaft and drives the fan to drive the fan at a lower speed than the core shaft. The input for the transmission can take place directly from the core shaft or indirectly from the core shaft, for example via a spur shaft and / or a spur gear. The core shaft may be rigidly connected to the turbine and compressor so that the turbine and compressor rotate at the same speed (with the fan rotating at a lower speed).
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen, aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.The gas turbine engine described and / or claimed herein can have any suitable general architecture. For example, the gas turbine engine may have any desired number of shafts connecting turbines and compressors, for example one, two or three shafts. For example only, the turbine connected to the core shaft may be a first turbine, the compressor connected to the core shaft may be a first compressor, and the core shaft may be a first core shaft. The engine core may further include a second turbine, a second compressor, and a second core shaft connecting the second turbine to the second compressor. The second turbine, the second compressor, and the second core shaft may be arranged to rotate at a higher speed than the first core shaft.
Bei solch einer Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen allgemein ringförmigen Kanal).With such an arrangement, the second compressor may be positioned axially downstream of the first compressor. The second compressor may be arranged to receive flow from the first compressor (e.g., take up directly, e.g. via a generally annular channel).
Das Getriebe kann dahingehend angeordnet sein, von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, lediglich von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, von einer oder mehreren Wellen, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel, angetrieben zu werden. The transmission may be arranged to be driven by the core shaft configured to rotate at the lowest speed (e.g., in use) (e.g., the first core shaft in the example above). For example, the transmission may be arranged to be driven only by the core shaft configured to rotate at the lowest speed (for example, in use) (for example, only the first core shaft and not the second core shaft in the example above) will. Alternatively, the transmission may be arranged to be driven by one or more shafts, for example the first and / or the second shaft in the example above.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann ein Brennraum axial stromabwärts des Gebläses und des Verdichters (der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Brennraum direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Der Brennraum kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.In a gas turbine engine described and / or claimed herein, a combustion chamber may be provided axially downstream of the blower and the compressor (s). For example, the combustion chamber can be located directly downstream of the second compressor (for example at the outlet thereof) if a second compressor is provided. As another example, the flow at the outlet of the compressor can be supplied to the inlet of the second turbine if a second turbine is provided. The combustion chamber can be provided upstream of the turbine (s).
Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann, umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.The or each compressor (for example the first compressor and the second compressor as described above) can comprise any number of stages, for example several stages. Each stage can include a series of rotor blades and a series of stator blades, which can be variable stator blades (in that their angle of attack can be variable). The row of rotor blades and the row of stator blades can be axially offset from one another.
Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.The or each turbine (e.g., the first turbine and the second turbine as described above) may include any number of stages, for example multiple stages. Each stage can include a series of rotor blades and a series of stator blades. The row of rotor blades and the row of stator blades can be axially offset from one another.
Jede Gebläseschaufel kann mit einer radialen Spannweite definiert sein, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden von Gas überströmten Stelle oder an einer Position einer Spannbreite von 0 % zu einer Spitze an einer Position einer Spannbreite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinen als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an dem vorderen Randteil (oder dem axial am weitesten vorne liegenden Rand) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Gebläseschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.Each fan blade may be defined with a radial span that extends from a foot (or hub) at a radially inner gas-flowed location or at a 0% span position to a tip at a 100% span position. The ratio of the radius of the fan blade on the hub to the radius of the fan blade on the tip may be less than (or on the order of): 0.4, 0.39, 0.38, 0.37, 0.36, 0, 35, 0.34, 0.33, 0.32, 0.31, 0.3, 0.29, 0.28, 0.27, 0.26 or 0.25. The ratio of the radius of the fan blade at the hub to the radius of the fan blade at the tip can be in an inclusive range limited by two of the values in the previous sentence (i.e. the values can form upper or lower limits). These ratios can generally be referred to as the hub-to-tip ratio. The radius at the hub and the radius at the tip can both be measured at the front edge portion (or the axially most forward edge) of the blade. The hub-to-tip ratio, of course, refers to the portion of the fan blade over which gas flows, i.e. H. the section that is radially outside of any platform.
Der Radius des Gebläses kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Gebläseschaufel an ihrem vorderen Rand gemessen werden. Der Durchmesser des Gebläses (der einfach das Doppelte des Radius des Gebläses sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Gebläsedurchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).The radius of the fan can be measured between the center line of the engine and the tip of the fan blade at its front edge. The diameter of the blower (which can simply be twice the radius of the blower) can be greater than (or on the order of): 250 cm (about 100 inches), 260 cm, 270 cm (about 105 inches), 280 cm (about 110 inches), 290 cm (about 115 inches), 300 cm (about 120 inches), 310 cm, 320 cm (about 125 inches), 330 cm (about 130 inches), 340 cm (about 135 inches), 350 cm, About 360 cm (about 140 inches), 370 cm (about 145 inches), 380 cm (about 150 inches) or 390 cm (about 155 inches). The fan diameter can be in an inclusive range limited by two of the values in the previous sentence (i.e. the values can be upper or lower limits).
Die Drehzahl des Gebläses kann im Gebrauch variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Gebläse mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.The speed of the fan can vary in use. In general, the speed is lower for fans with a larger diameter. For example only, as a non-limiting example, the fan speed may be less than 2500 rpm, for example less than 2300 rpm, under constant speed conditions. Just as another, non-limiting example, the speed of the fan under constant speed conditions for an engine with a fan diameter in the range from 250 cm to 300 cm (for example 250 cm to 280 cm) in the range from 1700 rpm to 2500 rpm, for example in the range from 1800 rpm to 2300 rpm, for example in the range from 1900 rpm to 2100 rpm. Just as another non-limiting example, the speed of the fan under constant speed conditions for an engine with a fan diameter in the range from 320 cm to 380 cm can be in the range from 1200 rpm to 2000 rpm, for example in the range from 1300 rpm. min to 1800 rpm, for example in the range from 1400 rpm to 1600 rpm.
Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich das Gebläse (mit zugehörigen Gebläseschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Gebläseschaufel mit einer Geschwindigkeit
Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (in der Größenordnung von):
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Gebläses zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in den Brennraum) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von):
Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 Nkg-1s, 105 Nkg-1s, 100 Nkg-1s, 95 Nkg-1s, 90 Nkg-1s, 85 Nkg-1s oder 80 Nkg-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.The specific thrust of an engine can be defined as the net thrust of the engine divided by the total mass flow through the engine. Under constant speed conditions, the specific thrust of an engine described and / or claimed herein may be less than (or on the order of): 110 Nkg -1 s, 105 Nkg -1 s, 100 Nkg -1 s, 95 Nkg -1 s, 90 Nkg -1 s, 85 Nkg -1 s or 80 Nkg -1 s. The specific thrust can be in an inclusive range limited by two of the values in the previous sentence (ie the values can be upper or lower limits). Such engines can be particularly efficient compared to conventional gas turbine engines.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN, 450kN, 500kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.A gas turbine engine described and / or claimed herein can have any desired maximum thrust. By way of non-limiting example only, a gas turbine described and / or claimed herein can produce a maximum thrust of at least (or on the order of): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN , 450kN, 500kN or 550kN. The maximum thrust can be in an inclusive range limited by two of the values in the previous sentence (ie the Values can form upper or lower limits). The thrust referred to above can be the maximum net thrust under standard atmospheric conditions at sea level plus 15 degrees C (ambient pressure 101.3 kPa,
Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zum Brennraum, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K oder 1650K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K oder 2000K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.In use, the temperature of the flow at the inlet of the high pressure turbine can be particularly high. This temperature, which can be referred to as TET, can be measured at the exit to the combustion chamber, for example immediately upstream of the first turbine blade, which in turn can be referred to as a nozzle guide blade. At constant speed, the TET can be at least (or in the order of magnitude): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K or 1650K. The constant velocity TET can be in an inclusive range limited by two of the values in the previous sentence (i.e. the values can be upper or lower limits). For example, the maximum TET in use of the engine may be at least (or on the order of): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K or 2000K. The maximum TET can be in an inclusive range limited by two of the values in the previous sentence (i.e. the values can be upper or lower limits). The maximum TET can occur, for example, in a condition of high thrust, for example an MTO condition (MTO - maximum take-off thrust - maximum start thrust).
Eine Gebläseschaufel und/oder ein Blattabschnitt einer Gebläseschaufel, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Gebläseschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Gebläseschaufel einen vorderen Schutzrand aufweisen, der unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch ein vorderer Rand kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Gebläseschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.A fan blade and / or a blade portion of a fan blade described and / or claimed herein can be made from any suitable material or combination of materials. For example, at least a part of the fan blade and / or the blade can be made at least in part of a composite, for example a metal matrix composite and / or a composite with an organic matrix, such as, for example. B. carbon fiber. As another example, at least a portion of the fan blade and / or the blade may be at least partially made of a metal, such as. B. a titanium-based metal or an aluminum-based material (such as an aluminum-lithium alloy) or a steel-based material. The fan blade may include at least two areas made using different materials. For example, the fan blade may have a protective front edge that is made using a material that is more resistant to impact (e.g., birds, ice, or other material) than the rest of the blade. Such a leading edge can be produced, for example, using titanium or a titanium-based alloy. Thus, as an example only, the fan blade may include a carbon fiber or aluminum based body (such as an aluminum-lithium alloy) with a titanium leading edge.
Ein Gebläse, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Gebläseschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Gebläseschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Gebläseschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Gebläseschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Gebläseschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Gebläseschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.A fan described and / or claimed herein may include a central portion from which the fan blades may extend, for example in a radial direction. The fan blades can be attached to the central section in any desired manner. For example, each fan blade can include a fixation device that can engage a corresponding slot in the hub (or disc). Such a fixing device in the form of a dovetail, which can be inserted into and / or brought into engagement with a corresponding slot in the hub / disc for fixing the fan blade, can be present only as an example. As another example, the fan blades can be integrally formed with a central portion. Such an arrangement can be referred to as a blisk or a bling. Any suitable method can be used to make such a blisk or bling. For example, at least some of the fan blades can be machined out of a block and / or at least some of the fan blades can be welded, e.g. B. linear friction welding, attached to the hub / disc.
Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und/oder beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals im Gebrauch gestatten. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.The gas turbine engines described and / or claimed herein may or may not be provided with a VAN (Variable Area Nozzle - nozzle with a variable cross-section). Such a variable cross-section nozzle can allow the output cross-section of the bypass channel to be varied in use. The general principles of the present disclosure may apply to engines with or without a VAN.
Das Gebläse einer Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Gebläseschaufeln, beispielsweise
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Triebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.As used herein, constant speed conditions may mean constant speed conditions of an aircraft to which the gas turbine engine is attached. Such constant speed conditions can conventionally be defined as the conditions during the middle part of the flight, for example the conditions to which the aircraft and / or the engine is exposed between (in terms of time and / or distance) the end of the climb and the start of the descent. will.
Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.For example only, the forward speed at the constant speed condition at any point may range from Mach 0.7 to 0.9, for example 0.75 to 0.85, for example 0.76 to 0.84, for example 0.77 to 0 , 83, for example 0.78 to 0.82, for example 0.79 to 0.81, for example in the order of Mach 0.8, in the order of Mach 0.85 or in the range of 0.8 to 0, 85 lie. Any speed within these ranges can be the constant travel condition. For some aircraft, constant speed conditions may be outside of these ranges, for example below Mach 0.7 or above Mach 0.9.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt, entsprechen. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.For example only, the constant speed conditions may be standard atmospheric conditions at an altitude that is in the range of 10,000 m to 15,000 m, for example in the range of 10,000 m to 12,000 m, for example in the range of 10,400 m to 11,600 m (approximately 38,000 feet), for example in Range of 10,500 m to 11,500 m, for example in the range of 10,600 m to 11,400 m, for example in the range of 10,700 m (approximately 35,000 feet) to 11,300 m, for example in the range from 10,800 m to 11,200 m, for example in the range from 10,900 m to 11,100 m, for example in the order of 11,000 m. The constant velocity conditions can correspond to standard atmospheric conditions at any given altitude in these areas.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 Grad C.As an example only, the constant speed conditions may correspond to: a forward Mach number of 0.8; a pressure of 23,000 Pa and a temperature of -55 degrees C.
So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Gebläsebetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen das Gebläse (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.As used throughout, "constant speed" or "constant speed conditions" can mean the aerodynamic design point. Such an aerodynamic design point (or ADP - Aerodynamic Design Point) can correspond to the conditions (including, for example, the Mach number, ambient conditions and thrust requirement) for which the fan operation is designed. This can mean, for example, the conditions in which the blower (or the gas turbine engine) has the optimal efficiency by design.
Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.In use, a gas turbine engine described and / or claimed herein may be operated at the constant speed conditions defined elsewhere herein. Such constant speed conditions can be determined from the constant speed conditions (e.g., mid-flight conditions) of an aircraft to which at least one (e.g., 2 or 4) gas turbine engine may be attached to provide thrust.
Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.It will be understood by those skilled in the art that a feature or parameter described in relation to one of the above aspects can be applied to any other aspect, unless they are mutually exclusive. Furthermore, any feature or parameter described here can be applied to any aspect and / or combined with any other feature or parameter described here, if they are not mutually exclusive.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Turbofantriebwerks, in dem die vorliegende Erfindung realisierbar ist; -
2 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Baugruppe, die ein Fan-Ausgangsleitrad mit Leitschaufeln und den Leitschaufeln jeweils zugeordnete Wirbelgenerator-Bleche umfasst; -
3 schematisch eine Ansicht von oben und eine Seitenansicht eines Wirbelgenerator-Blechs; -
4 schematisch die axialen Abstände und die Abstände in Umfangsrichtung zwischen einem Wirbelgenerator-Blech und einer zugeordneten Leitschaufel; -
5 schematisch einen Längsschnitt durch eine Baugruppe gemäß der2 unter Darstellung der Schaufelhöhe und der Profilsehnenlänge der Leitschaufeln des Ausgangsleitrads; -
6 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Baugruppe mit einem Ausgangsleitrad und Wirbelgenerator-Blechen, die jeweils den Leitschaufeln des Ausgangsleitrads zugeordnet sind, wobei die Wirbelgenerator-Bleche auf einer eigenen Nabenstruktur angeordnet sind; -
7 an einem Ausführungsbeispiel die Stromlinien einer Strömung durch einen Schaufelkanal zwischen zwei Leitschaufeln eines Ausgangsleitrads, wobei die Strömung durch ein Wirbelgenerator-Blech beeinflusst und dadurch stärker zweidimensional ausgebildet ist; -
8 alsVergleich zur 7 die Stromlinien einer Strömung durch einen Schaufelkanal zwischen zwei Leitschaufeln eines Ausgangsleitrads, wobei die Strömung nicht durch ein Wirbelgenerator-Blech beeinflusst ist; -
9 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Wirbelgenerator-Blechs, das aerodynamisch geformt ist; und -
10 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Wirbelgenerator-Blechs, dass nicht aerodynamisch geformt ist.
-
1 a simplified schematic sectional view of a turbofan engine in which the present invention can be implemented; -
2nd schematically shows a perspective view of an embodiment of an assembly comprising a fan output stator with guide vanes and vortex generator plates respectively assigned to the guide vanes; -
3rd schematically a view from above and a side view of a vortex generator sheet; -
4th schematically the axial distances and the distances in the circumferential direction between a vortex generator plate and an associated guide vane; -
5 schematically shows a longitudinal section through an assembly according to the2nd showing the blade height and chord length of the guide vanes of the output guide wheel; -
6 a perspective view of another embodiment of an assembly with an output stator and vortex generator sheets, each associated with the guide vanes of the output stator, the vortex generator sheets being arranged on their own hub structure; -
7 in one exemplary embodiment, the streamlines of a flow through a vane channel between two guide vanes of an output stator, the flow being influenced by a vortex generator plate and thus being more two-dimensional; -
8th as a comparison to7 the streamlines of a flow through a vane channel between two guide vanes of an output stator, the flow not being influenced by a vortex generator plate; -
9 schematically an embodiment of a vortex generator sheet, which is aerodynamically shaped; and -
10th schematically an embodiment of a vortex generator sheet that is not aerodynamically shaped.
Die
Der Mitteldruckverdichter
Das Turbofantriebwerk kann alternativ als Getriebefan ausgebildet sein, wobei der Fan über ein Untersetzungsgetriebe, typischerweise ein Planetengetriebe mit der Turbinenwelle gekoppelt ist.The turbofan engine can alternatively be designed as a gear fan, the fan being coupled to the turbine shaft via a reduction gear, typically a planetary gear.
Das Turbofantriebwerk
Hinter dem Fan
Der Primärstromkanal
Im Betrieb des Turbofantriebwerks
Die beschriebenen Komponenten besitzen eine gemeinsame Rotations- bzw. Maschinenachse
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung des am Anfang des Sekundärstromkanals
Die
Die Baugruppe umfasst ein Ausgangsleitrad
Die Baugruppe umfasst des Weiteren eine Mehrzahl von Wirbelgeneratorelementen, die als Wirbelgenerator-Bleche
Die in der
Im Ausführungsbeispiel der
Die Wirbelgenerator-Bleche
Damit erzeugen die Wirbelgenerator-Bleche
Es wird darauf hingewiesen, dass die Wirbelgenerator-Bleche
Gemäß der
Anhand der
Hinsichtlich der maximalen Dicke dmax des Wirbelgenerator-Blechs
An der Vorderkante
Anhand der
Dabei gilt, dass die mittlere Höhe
Die
Dabei gilt, dass die Sehnenlänge
Die
Dabei wird eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Linie
Der axiale Versatz zwischen der Hinterkante
Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist
Für den Abstand in Umfangsrichtung
Alternativ ist
In der
Ebenfalls eingezeichnet in der
Die
Die
Die
Die
Die
Dagegen zeigt die
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Des Weiteren können beliebige der Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It is understood that the invention is not limited to the embodiments described above and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described here. Furthermore, any of the features may be used separately or in combination with any other features, unless they are mutually exclusive, and the disclosure extends to and includes all combinations and subcombinations of one or more features described herein. If areas are defined, they include all values within these areas as well as all sub-areas that fall within one area.
Claims (22)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018130298.3A DE102018130298A1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Assembly with an output stator for a turbofan engine and turbofan engine with such an assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018130298.3A DE102018130298A1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Assembly with an output stator for a turbofan engine and turbofan engine with such an assembly |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102018130298A1 true DE102018130298A1 (en) | 2020-06-04 |
Family
ID=70681120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102018130298.3A Withdrawn DE102018130298A1 (en) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Assembly with an output stator for a turbofan engine and turbofan engine with such an assembly |
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DE (1) | DE102018130298A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112282856A (en) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 上海交通大学 | Turbine blade for suppressing channel vortex |
Citations (2)
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DE102008060424A1 (en) * | 2008-12-04 | 2010-06-10 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbomachine with sidewall boundary layer barrier |
WO2017187073A1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | Safran | Aircraft propulsion system comprising a member covered with a grooved structure |
-
2018
- 2018-11-29 DE DE102018130298.3A patent/DE102018130298A1/en not_active Withdrawn
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CN112282856B (en) * | 2020-10-26 | 2021-09-24 | 上海交通大学 | Turbine blade for suppressing channel vortex |
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