JP6120372B2

JP6120372B2 - 軸流型圧縮機用静翼の翼形

Info

Publication number: JP6120372B2
Application number: JP2013231252A
Authority: JP
Inventors: 園田　豊隆; 豊隆園田; 有馬　敏幸; 敏幸有馬; エンディコットジャイルズ; マーコス・オルフォファー
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: EP2743511B1; US20140161606A1; JP2014118970A; DE102012222953A1; EP2743511A1; US9567862B2

Description

本発明は、正圧を発生する腹面および負圧を発生する背面がコード方向の略全域に亘って共にコードラインの一方の片側に存在する軸流型圧縮機用静翼の翼形に関する。

本出願人の出願による下記特許文献１には、かかる軸流型圧縮機の静翼の翼形が開示されている。図６に示すように、この特許文献１の図３に開示された翼形（以下、比較例という）は、正圧を発生する腹面ＰＳの前縁ＬＥ側位置および後縁ＴＥ側位置にそれぞれ第１の膨出部ＣＶ１および第２膨出部ＣＶ２が形成されており、第１の膨出部ＣＶ１により腹面ＰＳの境界層に積極的に剥離を生じさせることで、背面ＳＳにおける衝撃波の発生を緩和して造波抵抗を低減するとともに、第１の膨出部ＣＶ１により不安定になった境界層を第２の膨出部ＣＶ２により再度安定化することで、腹面ＰＳの境界層の剥離による摩擦抵抗の増加を最小限に抑えることができる。

特開２００１−１６５０９５号公報

ところで、軸流型圧縮機の複数の静翼は中央のハブからスパン方向外側に向かって放射状に配置されており、周方向に隣接する二つの静翼の一方の腹面と他方の背面とが小さい間隔で相互に対向するため、周方向に隣接する二つの静翼の一方の正圧の腹面側から中央のハブに沿って他方の負圧の背面側に流れる二次流れが発生してしまい、この二次流れにより静翼の圧力損失が増大することが知られている。図８は比較例の翼形の背面側の流体の流れの様子を示すもので、ハブ側にスパン方向外向きの大きな二次流れが発生していることが分かる。

尚、上記ハブ側の大きな二次流れに加えて、チップ側にもスパン方向内向きの小さな二次流れが発生しているが、このチップ側の二次流れはハブ側の二次流れに比べて遥かに小さいため、静翼の圧力損失に対する影響は小さいと考えられる。

上述したハブ側に発生するスパン方向外向きの大きな二次流れを抑制するには、背面のスパン方向中間部の静圧を局所的に高くして二次流れを塞き止めれば良い。即ち、周方向に隣接する二つの静翼の腹面および背面は小さい間隔で相互に対向するため、背面の静圧を局所的に高めるには、それに対向する腹面の静圧を局所的に低くすれば良い。何故ならば、相互に対向する腹面および背面間の一定断面積の通路を流れる流体の流量が一定であるとすると、腹面側の流速が増加して静圧が低くなると、背面側の流速が減少して静圧が高くなるからである。特に、翼列を構成する静翼は軸方向に対して傾斜して配置されており、隣接する二つの静翼の一方の腹面の後部は、他方の背面にコード方向中央部に最短距離で対向するため、腹面の後部の流速が背面のコード方向中央部の流速に大きな影響を及ぼすことになる。

図７に示すように、比較例の翼形は腹面ＰＳの後縁ＴＥ側位置に設けられた第２の膨出部ＣＶ２の曲率が僅か０．２であって殆ど平坦に近いものであった。その結果、第２の膨出部ＣＶ２に沿う流速が低く抑えられて静圧が充分に減少せず、第２の膨出部ＣＶ２に対向する背面ＳＳの静圧が充分に増加しないため、背面ＳＳにおける二次流れを効果的に抑制して圧力損失を減少させることが困難であった。

尚、本明細書における曲率は、翼形の膨出部の曲率半径をＲとし、翼形のコード長をＣとしたとき、曲率半径Ｒの逆数１／Ｒをコード長Ｃで無次元化したＣ／Ｒである。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軸流型圧縮機用の静翼の背面における二次流れを抑制して圧力損失を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、正圧を発生する腹面および負圧を発生する背面がコード方向の略全域に亘って共にコードラインの一方の片側に存在する軸流型圧縮機用静翼の翼形であって、スパン方向の中間部において、前記腹面は７０％コード位置から９５％コード位置の間にコード長で無次元化した最大曲率が１．５以上の膨出部を有することを特徴とする軸流型圧縮機用静翼の翼形が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記スパン方向の中間部は、４０％スパン位置から６０％スパン位置の間であることを特徴とする軸流型圧縮機用静翼の翼形が提案される。

請求項１の構成によれば、軸流型圧縮機用静翼の翼形は、正圧を発生する腹面および負圧を発生する背面がコード方向の略全域に亘って共にコードラインの一方の片側に存在する。翼形は、スパン方向の中間部において、腹面は７０％コード位置から９５％コード位置の間にコード長で無次元化した最大曲率が１．５以上の膨出部を有するので、腹面の膨出部に沿う流速を増加させて静圧を局所的に低くすることで、その腹面に対向する背面の流速を減少させて静圧を局所的に高くすることができる。その結果、正圧の腹面側からハブ部を通過して負圧の背面側に回り込む二次流れを、背面のスパン方向の中間部の局所的に高まった静圧で塞き止めることで抑制し、二次流れによる圧力損失を低減することができる。

また請求項２の構成によれば、腹面の７０％コード位置から９５％コード位置の間に最大曲率が１．５以上の膨出部を有する翼形を、翼の４０％スパン位置から６０％スパン位置の間に適用したので、背面におけるスパン方向外向きの二次流れを効果的に抑制して圧力損失を大幅に低減することができる。

軸流型圧縮機の静翼の翼形を示す図。（実施の形態）翼形の腹面および背面の曲率分布を示す図。（実施の形態）静翼の背面の流れの状態を示す図。（実施の形態）翼形の腹面および背面の流速分布を示す図。（実施の形態）圧力損失の低減効果を示すグラフ。（実施の形態）軸流型圧縮機の静翼の翼形を示す図。（比較例）翼形の腹面および背面の曲率分布を示す図。（比較例）静翼の背面の流れの状態を示す図。（比較例）翼形の腹面および背面の流速分布を示す図。（比較例）

以下、図１〜図９に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

本翼形は、軸流型圧縮機の静翼の４０％スパン位置から６０％スパン位置間に適用されるものであり、図１には５０％スパン位置における翼形が示され、図２にはその翼形の腹面ＰＳおよび背面ＳＳの曲率分布が示される。本翼形はコードラインの片側に背面ＳＳおよび腹面ＰＳを有するもので、背面ＳＳの曲率は、前縁ＬＥから７５％コード位置付近にかけて１．０程度で略一定であり、７５％コード位置付近から後縁ＴＥに向かって２．０程度に漸増する。腹面ＰＳの曲率は、前縁ＬＥから５０％コード位置付近にかけて−１．０程度から−２．０程度まで漸減した後に漸増に転じ、７５％コード位置で最大値の１．５に達した後、後縁ＴＥに向かって１．０程度まで漸減する。本翼形の特徴は、腹面ＰＳの後部に最大曲率が１．５の膨出部ＣＶを備えることにある。

図４は本翼形の背面ＳＳおよび腹面ＰＳの流速分布を示すもので、背面ＳＳの流速分布は前縁ＬＥ側から後縁ＴＥ側に向かって漸減するが、腹面ＰＳの流速分布は前縁ＬＥ側から漸減して５０％コード位置付近で最小値となり、そこから漸増に転じて８８％コード位置付近で最大値となり、そこから後縁ＴＥに向かって漸減する。８８％コード位置付近での流速の最大値は腹面ＰＳの膨出部ＣＶに起因するものであり、７５％コード位置から後方では、腹面ＰＳの流速が背面ＳＳの流速を上回っている。

一方、図６および図７は、比較例の翼形と、その翼形の腹面ＰＳおよび背面ＳＳの曲率分布とを示すものである。比較例の翼形は、腹面ＰＳの前部および後部にそれぞれ第１の膨出部ＣＶ１および第２の膨出部ＣＶ２を備えるもので、第１の膨出部ＣＶ１の最大曲率は約１．０であるが、第２の膨出部ＣＶ２の最大曲率は約０．２と極めて小さくなっている。

図９は比較例の翼形の背面ＳＳおよび腹面ＰＳの流速分布を示すもので、腹面ＰＳの第２の膨出部ＣＶ２に対応する７５％コード位置よりも後方では、流速が略一定に保持されている。その理由は、第２の膨出部ＣＶ２は最大曲率が約０．２であって殆ど平坦に近いためである。

図３および図８は、それぞれ本翼形および比較例の翼形の背面ＳＳの流れの様子を示すものである。図８に示す比較例の翼形は背面ＳＳのハブ側（翼根側）からチップ側（翼端側）に向かう二次流れの領域が大きいのに対し、図３に示す本翼形は、二次流れの領域が大幅に縮小していることが分かる。

その理由は、周方向に配列された隣接する二つの静翼間で流れが干渉するためであり、腹面ＰＳの流速が膨出部ＣＶの影響で増加すると、翼間の通路を流れる流体の流量が一定であることから、腹面ＰＳに対向する背面ＳＳの流速が減少し、背面ＳＳの静圧が増加するためである。本翼形は静翼の４０％スパン位置から６０％スパン位置の間に適用されているため、そのスパン方向中間部の背面ＳＳの静圧が増加すると、対向する腹面ＰＳからハブ部を経由して背面ＳＳ側に向かう二次流れが塞き止められ、結果的に二次流れの領域が小さくなる。

一方、比較例の翼形は、腹面ＰＳの第２の膨出部ＣＶ２の曲率が小さいために流速の増加が発生せず、そこに対向する背面ＳＳの流速の減少も発生しないために静圧の増加が期待できない。よって、背面ＳＳに発生する二次流れを前記静圧の増加により抑制することができず、結果的に二次流れの領域が大きくなる。

図５は本翼形および比較例の翼形の圧力損失のスパン方向の分布を示すものである。本翼形は、ハブ側の一部（０％スパン位置〜１２％スパン位置）と、チップ側の一部（８８％スパン位置〜１００％スパン位置）とで圧力損失が比較例の翼形を上回っているが、他の大部分の領域（１２％スパン位置〜８８％スパン位置）で圧力損失が比較例の翼形を下回っており、全体として大きな圧力損失の低減が達成される。

本発明の翼形は、腹面ＰＳの後部に最大曲率が１．５の膨出部ＣＶを設けたことで、膨出部ＣＶの近傍で腹面ＰＳの静圧が背面ＳＳの静圧を下回る逆転現象を生じて揚力特性の点では若干不利になるが（図４参照）、その逆転現象を利用して背面ＳＳにおける二次流れを抑制して圧力損失の低減を達成することで、全体として静翼の性能向上に寄与することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態の膨出部ＣＶの最大曲率は１．５であるが、最大曲率は１．５以上であれば良い。

また最大曲率の位置は実施の形態の７５％コード位置に限定されず、７０％コード位置から９５％コード位置の間であれば良い。

ＣＶ膨出部
ＰＳ腹面
ＳＳ背面

Claims

正圧を発生する腹面（ＰＳ）および負圧を発生する背面（ＳＳ）がコード方向の略全域に亘って共にコードラインの一方の片側に存在する軸流型圧縮機用静翼の翼形であって、スパン方向の中間部において、前記腹面（ＰＳ）は７０％コード位置から９５％コード位置の間にコード長で無次元化した最大曲率が１．５以上の膨出部（ＣＶ）を有することを特徴とする軸流型圧縮機用静翼の翼形。
前記スパン方向の中間部は、４０％スパン位置から６０％スパン位置の間であることを特徴とする、請求項１に記載の軸流型圧縮機用静翼の翼形。