JP2015501247A - 特にアンダクテッドファン式のターボ機械のファン用ブレード、対応するファン、および対応するターボ機械 - Google Patents

Abstract

特にアンダクテッドファン式ターボ機械のファン用ブレード、対応するファン、および対応するターボ機械を提供する。本発明によれば、ブレード（１１Ａ）は、ファン（７）が回転する時に、ブレード（１１Ａ）周囲の流れの分布を妨害して、下流側で２つの独立した主渦を形成するように、一箇所に配置される手段（１６）を備える。

Description

本発明は、特にアンダクテッドファン式のターボ機械のファン用ブレード、対応するファン、および対応するターボ機械に関する。

本発明は、特に、アンダクテッドファン（「オープンロータ」として示される）式のターボ機械に適しているが、本発明の使用はこのような用途に限定されない。

周知であるように、アンダクテッドファン式のターボ機械は、それぞれ上流側（前方）および下流側（後方）の２つの同軸二重反転外側ファンを備え、これらのファンはそれぞれタービンによって回転駆動され、ターボ機械のナセルの外側でほぼ半径方向に伸びる。それぞれのファンは、通常は、ターボ機械の長手方向軸に対して同心のハブを備え、ブレードはハブに締結されている。

しかしながら、このようなアンダクテッドファン式のターボ機械の上流側および下流側の二重反転ファン間の空気力学的相互作用により、高い動作音響レベルが生じる。実際に、上流側および下流側の二重反転ファンのブレードの回転により、
ブレードの下流側でブレードのスパンに沿って伴流が形成され、
ブレードの自由端で翼端渦が形成され、
ブレードの基部で乱流が形成される。

これらの上流側ファンの下流側の空気力学的外乱は、下流側ファンに衝突する、または下流側ファンの近くを通過する時に、空気力学的相互作用の騒音の原因となる。

特に、アンダクテッドファン式ターボ機械の低速度動作の段階では（例えば、航空機に取り付けられている場合、タキシング、離陸、着陸、およびアプローチの時に）、放射騒音は主に、上流側ファンのブレード（上流側ブレードとも呼ばれる）によって形成された伴流および翼端渦から成る渦層を通過することによって、上流側ファンからの流れの中で動作している下流側ファンに関連する一連の相互作用によって生じる。上流側ブレードからの翼端渦が下流側ファンのブレード（下流側ブレードとも呼ばれる）と相互作用する時に、下流側ブレードと翼端渦との相互作用は、ほとんどの指向性の放射音響スペクトルに影響を及ぼす。

さらに、該ターボ機械からの望ましくない音響放射を低減して航空当局により課せられている音響認証基準を満たすためには、下流側ブレードと翼端渦との相互作用を低減することによって、低速度での放射騒音を低減する必要がある。

現在、クリッピングと呼ばれる最も広く使用されている周知の解決策は、下流側ファンの直径を小さくして、上流側ブレードによって生成される翼端渦が下流側ブレードの外側を通るようにして、下流側ブレードと翼端渦との相互作用を制限することである。これは、通常、上流側ファンと下流側ファンとの間の所望の静止摩擦およびトルク比を維持するために、下流側ブレードの翼弦を長くする必要がある。この解決策は、上流側ブレードの端部に非常に強い負荷をかけることで限界に達し、その結果、上流側ブレードそれぞれの残り部分を無負荷状態にして、望ましくない相互作用騒音の原因でもある上流側ファンからの伴流の下流側ファンへの衝突を低減することができる。

しかしながら、このような解決策は、独立した、インシデンスがない構造のターボ機械（すなわち、ターボ機械に連結される外部要素がない）のみに適していることがわかった。要素（ストラット、胴体）またはインシデンスが存在する状態では、上流側ファンの裏側の空気流の収縮および軸対称性が変化するので、実施されるクリッピングでは下流側ブレードと上流側ブレードによって生成される翼端渦との相互作用を防ぐことができなくなる。（大幅なクリッピングに相当する）下流側ブレードの高さを大幅に低くするには、負荷を保持するために下流側ブレードに関係する翼弦を長くすることが必要であるが、このことは、関連ターボ機械の効率を低下させてしまうので、十分とは言えない。

本発明の目的は、上述の欠点を解消することであり、特に、二重反転ツインファンを備えるアンダクテッドファン式ターボ機械によって放射された騒音を、下流側ブレードと翼端渦との相互作用を弱化させることにより大幅に低減することである。

上述の目的を達成するためには、注目すべき点は、本発明によれば、特に、アンダクテッドファン式ターボ機械のファン用ブレードは、ファンが回転する時に、ブレード周囲の流れの分布を局所的に妨害して下流側で２つの独立した主渦を形成するように、一箇所に配置される手段を備え、ブレードの前縁に形成される１つの突起部を備える妨害手段は、１つの突起部が０．７５Ｈ＜ｈ＜０．８５Ｈ（Ｈはブレードの高さである）であるようなスパン位置ｈによって規定されることを特徴とする。

したがって、本発明により、ブレード周囲の流れの分布は、
ブレードの自由端に形成される第１の自然渦（または翼端渦）と、
妨害手段の近くで発生する別の第２の強制渦（または補助的な主渦）の
２つの主渦を発生させるように変更される。

翼端渦と補助渦は共回転し（すなわち、同じ回転方向を示す）、下流側ファンまでは互いに独立した状態を保つ。本発明によれば、流れ分布の変更が１つの局所的位置の周囲で行われることにより、２つの渦（現在のところ認められている１つの翼端渦に比べて強度は弱い）が形成されるが、これらの渦は合流しない。さらに、本発明に従うブレードを有する上流側ファンの性能レベルは、本発明の妨害手段のないブレードを備えた上流側ファンと比較しても変わらない。

本発明によれば、妨害手段は、ブレードの前縁に形成される１つの突起部を備え、この突起部により、共回転する翼端渦および補助渦を形成すると共に、２つの共回転する渦間に挟まれた状態の二重反転する副次渦（すなわち、２つの共回転する渦とは逆の回転方向を示す）を形成することによって、２つの共回転する渦が合流するのを防ぎ、下流側ファンのブレードまで２つの渦を互いに独立した状態で維持することができる。補助突起部を追加すると、翼端渦と補助渦の２つの渦がすぐに合流してしまい、望ましくないことに留意されたい。

有利には、１つの突起部は、０．７５Ｈ＜ｈ＜０．８５Ｈ（Ｈはブレードの高さである）であるようなスパン位置ｈによって規定され、
任意で、
０．０５Ｈ＜ｄ＜０．２Ｈであるようなスパン高さｄと、
ｃ／１６＜ｌ＜ｃ／８（ｃは前記突起部のスパン位置ｈにおけるブレードの局所翼弦の長さである）であるような翼弦幅ｌ
によって規定される。

本発明に従う変形形態では、ブレードは、前記ブレードの前縁に形成され、かつ前記突起部に隣接する切欠部を備えることができる。

さらに、本発明はまた、特に、上述のタイプの複数のブレードを備えるアンダクテッドファン式ターボ機械用のファンに関する。

さらに、本発明はまた、上述したタイプの少なくとも１つのファンを備えるターボ機械に関する。

特に、ターボ機械がアンダクテッドファン式ターボ機械であり、２つの同軸二重反転ファンを備える場合、少なくとも上流側ファンは、先に詳細に説明したタイプのファンであるのが有利である。

添付図面を参照することにより、本発明の製造方法に関して十分に理解することができるであろう。これらの図面において、同じ参照番号は同様の要素を指すものとする。

本発明に従う一実施形態の上流側ブレードを備えるアンダクテッドファン式ターボ機械の長手方向の概略断面図である。 図１の上流側ブレードの拡大概略立面図である。 本発明に従う図２の上流側ブレードの変形形態を示した図２と同様の拡大概略立面図である。 本発明に従う図２の上流側ブレードの変形形態を示した図２と同様の拡大概略立面図である。 本発明に従う図２の上流側ブレードの変形形態を示した図２と同様の拡大概略立面図である。

図１は、本発明に従うアンダクテッドファン式ターボ機械１であって、長手方向軸Ｌ−Ｌのターボ機械内部のガスの流れ方向（矢印Ｆによって示される）に上流側から下流側に向かって、圧縮機２、環状燃焼室３、高圧タービン４、および二重反転する、すなわち、長手方向軸Ｌ−Ｌを中心として２つの反対方向に回転する２つの低圧タービン５、６を備えたターボ機械を示した略図である。

低圧タービン５、６のそれぞれは、ターボ機械１のナセル９の半径方向外側に伸びる外側ファン７、８に対して回転可能に固定される。ナセル９は、実質的に円筒状であり、圧縮機２、燃焼室３、およびタービン４、５、６の周囲に長手方向軸Ｌ−Ｌに沿って伸びる。タービンから出た燃焼ガスは、推力を増大させるためにノズル１０から放出される。

ファン７、８は、同軸上に並んで配置され、長手方向軸Ｌ−Ｌを中心として等角度に配置される複数のブレード１１Ａおよび１１Ｂを備える。ブレード１１Ａ、１１Ｂは、実質的に半径方向に伸び、可変設定タイプのブレードである、すなわち、ターボ機械１の所望の動作条件に従って角度位置を最適化できるように長手方向軸を中心に回転可能である。変形形態として、ファンのブレードは固定設定タイプのブレードとすることも可能であることは明らかである。

上流側ファン７および下流側ファン８のそれぞれは、ブレード１１Ａ、１１Ｂを支承し、ターボ機械１の長手方向軸Ｌ−Ｌに対して直角に同心に配置される回転ハブ１２、１３を備える。

上流側ブレード１１Ａおよび下流側ブレード１１Ｂはそれぞれ、ブレード本体１４と、対応するハブ１２、１３上で回転するように取り付けられるブレード脚部１５とで形成される。

本発明に従う図２の実施形態では、上流側ファン７のブレード１１Ａはそれぞれ、前記ブレード１１Ａの前縁１７に形成される１つの突起部１６を備える。

さらに、丸い形の１つの突起部１６は、有利には、以下のパラメータによって規定される：
０．７５Ｈから０．８５Ｈ（Ｈは上流側ブレード１１Ａの高さである）であるスパン位置ｈ、
０．０５Ｈから０．２Ｈであるスパン高さｄ、および
ｃ／１６からｃ／８（ｃは前記突起部１６のスパン位置ｈにおけるブレードの局所翼弦の長さである）である翼弦幅ｌ。

したがって、１つの突起部により、上流側ブレード１１Ａ周囲の流れの分布を妨害して、
上流側ブレード１１Ａの自由端１８に形成される第１の自然渦（または翼端渦）、および
１つの突起部１６の近くで発生する別の第２の強制渦（または補助的な主渦）
の２つの共回転する主渦を発生させることができる。

さらに、１つの突起部１６により、２つの共回転する主渦の間に挟まれた状態で二重反転する（すなわち、翼端渦と補助渦の２つの渦と反対方向となる渦）副次渦が形成されるので、２つの主渦が合流するのを防ぐことができる。

すなわち、上流側ファン７が回転する時に、１つの突起部１６が上流側ブレード１１Ａ周囲の流れの分布を局所的に妨害して、下流側ファン８まで独立した状態を維持する２つの独立した主渦を下流側に形成する。

さらに、図３から図５は、本発明に従う上流側ブレード１１Ａの突起部の３つの変形形態を示した図である。

特に、図３の突起部１６Ａは三角形であり、図４の突起部１６Ｂは長方形である。関連するパラメータｈ、ｄ、およびｌは、図２の突起部１６のこれらのパラメータと同様である。

さらに、本発明に従う別の変形形態では、図５に示されるように、上流側ブレード１１Ａの前縁１７に形成される切欠部１９が突起部１６に結合される。突起部１６に隣接する切欠部１９は、突起部１６と上流側ブレード１１Ａの自由端１８との間に配置される。変形形態として、突起部を切欠部と上流側ブレードの自由端との間に配置するように構想することも可能である。

Claims (7)

1. 特にアンダクテッドファン式のターボ機械のファン用ブレードであって、ファン（７）が回転する時に、ブレード（１１Ａ）周囲の流れの分布を局所的に妨害して下流側で２つの独立した主渦を形成するように一箇所に配置される手段（１６、１６Ａ、１６Ｂ）を備え、ブレード（１１Ａ）の前縁（１７）に形成される１つの突起部（１６、１６Ａ、１６Ｂ）を備える妨害手段は、１つの突起部（１６、１６Ａ、１６Ｂ）が０．７５Ｈ＜ｈ＜０．８５Ｈ（Ｈはブレード（１１Ａ）の高さである）であるようなスパン位置ｈによって規定されることを特徴とする、ブレード。
2. １つの突起部（１６、１６Ａ、１６Ｂ）が、０．０５Ｈ＜ｄ＜０．２Ｈ（Ｈはブレード（１１Ａ）の高さである）であるようなスパン高さｄによって規定される、請求項１に記載のブレード。
3. １つの突起部（１６、１６Ａ、１６Ｂ）が、ｃ／１６＜１＜ｃ／８（ｃは前記突起部（１６、１６Ａ、１６Ｂ）のスパン位置ｈにおけるブレード（１１Ａ）の局所翼弦の長さである）であるような翼弦幅ｌによって規定される、請求項１および請求項２のいずれか一項に記載のブレード。
4. 前記ブレード（１１Ａ）の前縁（１７）に形成され、前記突起部（１６）に隣接する切欠部（１９）を備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のブレード。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタイプの複数のブレード（１１Ａ）を備えることを特徴とする、特にアンダクテッドファン式のターボ機械用のファン。
6. 請求項５に記載のタイプの少なくとも１つのファン（７）を備えることを特徴とする、ターボ機械。
7. 少なくとも上流側ファン（７）は請求項７に記載のタイプのファンであり、２つの同軸二重反転ファン（７、８）を備えるアンダクテッドファン式である、請求項６に記載のターボ機械。

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