JPH08254156A - 軸流圧縮機の動翼 - Google Patents

軸流圧縮機の動翼

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JPH08254156A
JPH08254156A JP7058819A JP5881995A JPH08254156A JP H08254156 A JPH08254156 A JP H08254156A JP 7058819 A JP7058819 A JP 7058819A JP 5881995 A JP5881995 A JP 5881995A JP H08254156 A JPH08254156 A JP H08254156A
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JP
Japan
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front edge
blade
concave surface
axial flow
rotor blade
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JP7058819A
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English (en)
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Ikuhisa Mizuta
郁久 水田
Kaoru Chiba
薫 千葉
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SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
Original Assignee
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D21/00Pump involving supersonic speed of pumped fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324Blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/302Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor characteristics related to shock waves, transonic or supersonic flow
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸流圧縮機の動翼に係り、動翼の回転域にお
ける衝撃波前後の急減速を低減し、衝撃波強さを減衰さ
せるとともに、境界層の剥離現象を防止して高性能化を
図る。 【構成】 圧縮流路に配される動翼において、動翼の背
面に、前縁部に寄った状態の凹面が形成される構成を採
用している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軸流圧縮機の動翼に係
り、特に超音速流れでの衝撃波強さを減衰させて圧縮効
率を高める技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は、航空機に使用されるガスタービ
ンエンジン(ターボファンエンジン)の構造例を示すも
のである。図中符号1は空気取入口、2はファン・低圧
圧縮機、3はファン空気排出ダクト、4は高圧圧縮機、
5は燃焼室、6は高圧タービン、6aはタービン軸、7
は低圧タービン、8は排気ダクト、9はディスク、10
は動翼、11はケーシングである。
【0003】このようなガスタービンエンジンにおける
ファン・低圧圧縮機2及び高圧圧縮機4等の軸流圧縮機
の部分では、ディスク9によって図9に矢印で示すよう
に、動翼10が回転させられることにより、空気を圧縮
して後方に送り出すようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】両圧縮機2,4のディ
スク9とケーシング11との間(圧縮流路)に送り込ま
れる空気流が動翼10の回転域に超音速で流入する場合
には、図9に矢印で示す回転に基づいて、動翼10の回
転前方向が正圧面10Aとなり動翼10の回転後方向が
負圧面10Bとなるが、空気流の流入速度が超音速を越
える場合における各動翼10の近傍の静圧分布を求める
と、図10に示すようになる。各動翼10の翼列におい
て、動翼10の前縁部10aとその隣の動翼10の負圧
面(背面)10Bとの間の等圧線が密になった部分に、
負圧面10Bに対してほぼ垂直状態の衝撃波が図10に
示すように発生し、衝撃波により流れが図11に示すよ
うに急減して空気が圧縮される。しかし、ガスタービン
エンジンの圧縮機やその他の軸流圧縮機にあっては、翼
列内に強い衝撃波が発生した場合には、圧力損失が大き
くなり、また、図11に示すような衝撃波前後の急減速
により、動翼10の負圧面10Bで境界層の剥離現象を
誘発して、圧縮効率を低下させる原因となるという課題
が残されている。
【0005】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、動翼の回転域における衝撃波前後の急減速を低
減し、境界層の剥離現象を防止して高性能化を図ること
を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】圧縮流路に配される動翼
において、動翼の背面に、前縁部に寄った状態の凹面が
形成される。この際に、前縁部から凹面の底部までの距
離は、動翼のコード長に対して、 0<(X/C)<0.7 の範囲に設定される。凹面は、翼の頂部近傍を含むとと
もに、流入マッハ数が1付近及び1よりも大きくなる範
囲に形成され、前縁部から凹面の底部までの距離は、コ
ード長の70%以下の範囲に設定される。また、凹面
は、前縁部から底部までの厚さ変化よりも、底部から最
大肉厚部までの厚さ変化が大きくなるように設定され、
前縁部の近傍から底部までの前方傾斜面と底部から最大
肉厚部までの後方傾斜面との実質的なずれ角が10度以
内であることが望ましい。
【0007】
【作用】空気流の流入マッハ数が1付近及び1よりも大
きくなる場合にあって、動翼の背面に凹面が形成されて
いると、隣合う動翼の前縁部と背面との間に、二つの衝
撃波が発生する。これらの衝撃波の部分で、空気流が減
速させられることによる圧縮が行なわれ、衝撃波が一つ
である場合と比較して、空気流の速度変化が緩やかにな
る。また、空気流の減速が緩やかになることに基づい
て、動翼における背面の剥離現象の発生が抑制されると
ともに、動翼の範囲の大部分において圧力損失が小さく
なる。
【0008】
【実施例】以下、本発明に係る軸流圧縮機の動翼を、ガ
スタービンエンジンの圧縮機に適用した場合の一実施例
について、図1ないし図7に基づいて説明する。
【0009】図1に示すように、動翼10の横断面形状
は、前縁部10aと後縁部10bとを結ぶ腹面(正圧
面)10A及び背面(負圧面)10Bの横断曲線の組み
合わせにより設定されるが、背面10Bには、前縁部1
0aに寄った状態の凹面20が形成される。
【0010】該凹面20の横断面形状にあっては、図1
に示すように、その底部20aから前縁部10aまでの
前方傾斜面20bの厚さと、底部20aから動翼10の
最大肉厚部10cまでの後方傾斜面20cの厚さとが、
それぞれ漸次大きくなるように設定されるが、前方傾斜
面20bよりも後方傾斜面20cの厚さ変化が大きくな
るように、図2に示すように、底部20aを挟む前方傾
斜面20b及び後方傾斜面20cの間の実質的なずれ角
(角度)θが、下記の関係を有するように設定される。 0°<θ<10°
【0011】そして、凹面20における底部20aの位
置、前縁部10aからの距離Xは、コード長Cに対し
て、下記の関係を有するように設定される。 0<(X/C)<0.7 この場合における凹面20の形成距離Yは、コード長C
に対して、例えば下記の関係を有するように設定され
る。 0<(Y/C)<0.9
【0012】また、凹面20にあっては、図4に示すよ
うに、ディスク(ハブ)9とケーシング11との間の圧
縮流路12を流れる空気流の流入マッハ数が1付近及び
1よりも大きくなる範囲に形成され、動翼10の頂部
(チップ)10dの近傍を含むように設定される。例え
ば図4に示すように、翼高さのiの範囲で流入マッハ数
が1付近及び1よりも大きい場合、iの範囲で凹面20
を形成することが有効となる。
【0013】図5は、翼高さ:hの95%スパン位置
(スパン横断面位置)における実施例動翼の圧力分布を
示すものである。ただし、下記の条件により求めた。 流入マッハ数=1.4 スパン横断面位置の高さ=158mm コード長:C=105mm X=47.25mm Y=77mm Yの軸方向投影寸法:B=:27.6mm 最大肉厚部の厚さ=3.8mm ずれ角:θ=5° 回転域Aの範囲=38mm 図9例(凹面20のない基本形)に基づく図10例と比
較すると、図5例では、隣合う動翼10において、前縁
部10aと背面10Bとの間に、第1衝撃波及び第2衝
撃波の二つの衝撃波が発生しており、かつ、図10例で
は衝撃波が背面10Bに対して垂直状態であるが、図5
例では衝撃波が背面10Bに対して傾斜状態となってい
る。
【0014】図6は、上述条件の実施例における動翼1
0のコード長と翼面のマッハ数との関係の解析例を示し
ている。この図6にあっては、背面(負圧面)における
概略コード長の0.4位置及び0.7位置に、図5の衝
撃波発生に基づいてマッハ数が低下する現象が現れてい
る。基本形の図11と比較すると、実施例における動翼
10の方が、 (1)衝撃波前のピークマッハ数が低くなっているこ
と。 (2)衝撃波の発生箇所近傍におけるマッハ数の立上が
り現象が消滅していること。 (3)2段階の衝撃波によるマッハ数の低下が緩やか
で、全体的にコード長の広い範囲で減速が行なわれるこ
と。等の点で、衝撃波強さを弱め、圧力損失を低下させ
るとともに、円滑かつ効果的な減速により空気が圧縮さ
れ、動翼10の負圧面(背面)10Bにおける空気流の
剥離現象の発生が抑止されていると推定される。
【0015】図7は、上述条件の実施例及び基本形にお
ける動翼の高さ(スパン)と損失係数との関係の解析例
を示している。これらを比較すると、破線で示す基本型
と実線で示す実施例とでは、スパン15%以上の範囲で
破線と実線との差が大きくなっていることが明らかであ
り、この差分だけ実施例の方が改良されて、損失係数が
小さくなっており、つまり、空気圧縮時の損失発生が減
少している。
【0016】
【発明の効果】本発明に係る軸流圧縮機の動翼によれ
ば、以下のような効果を奏する。 (1) 動翼の背面に、前縁部に寄った状態の凹面を形
成することにより、翼列内に強い衝撃波が発生すること
を防止して、圧力損失を小さくすることができる。 (2) 動翼の前縁部から凹面の底部までの距離が、コ
ード長に対して、 0<(X/C)<0.7 の範囲に設定されることにより、動翼の回転域における
衝撃波前後の急減速を回避し、背面における境界層の剥
離現象を防止して、圧縮効率向上による高性能化を図る
ことができる。 (3) 凹面について、前縁部から底部よりも底部から
最大肉厚部までの厚さ変化が大きくなるようにすること
により、空気流の速度変化を緩やかに変化させて、無理
のない円滑な圧縮を行ない、圧縮機の構成材に対する過
度な衝撃の付与を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る軸流圧縮機の動翼の一実施例を示
す横断面図である。
【図2】図1における凹面の底部の拡大図である。
【図3】図1における凹面の寸法を示す横断面図であ
る。
【図4】図1の動翼における凹面の形成範囲を示す正面
図である。
【図5】図1の動翼に生じる衝撃波及び圧力分布図であ
る。
【図6】図1例の動翼におけるコード長とマッハ数との
関係曲線図である。
【図7】図1例及び基本形の動翼における高さ(スパ
ン)と損失係数との関係曲線図である。
【図8】ガスタービンエンジンの構造例を示す正断面図
である。
【図9】図8例における基本形の動翼の横断面図であ
る。
【図10】図8例の動翼に生じる衝撃波及び圧力分布図
である。
【図11】図8例の動翼におけるコード長とマッハ数と
の関係曲線図である。
【符号の説明】
2 ファン・低圧圧縮機 4 高圧圧縮機 9 ディスク(ハブ) 10 動翼 10A 腹面(正圧面) 10B 背面(負圧面) 10a 前縁部 10b 後縁部 10c 最大肉厚部 10d 頂部(チップ) 11 ケーシング 12 圧縮流路 20 凹面 20a 底部 20b 前方傾斜面 20c 後方傾斜面 θ 角度 C コード長 X 前方傾斜面の長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 薫 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会 社先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞 穂分室内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮流路(12)に配される動翼(1
    0)であって、動翼の背面(10B)に、前縁部(10
    a)に寄った状態の凹面(20)が形成されることを特
    徴とする軸流圧縮機の動翼。
  2. 【請求項2】 前縁部(10a)から凹面(20)の底
    部(20a)までの距離(X)は、動翼(10)のコー
    ド長(C)に対して、 0<(X/C)<0.7 の範囲に設定されることを特徴とする請求項1記載の軸
    流圧縮機の動翼。
  3. 【請求項3】 凹面(20)は、前縁部(10a)の近
    傍から底部(20a)までの厚さ変化よりも底部から最
    大肉厚部(10c)までの厚さ変化が大きくなるように
    設定され、前縁部の近傍から底部までの前方傾斜面(2
    0b)と底部から最大肉厚部までの後方傾斜面(20
    c)との実質的なずれ角(θ)が10度以内であること
    を特徴とする請求項1または2記載の軸流圧縮機の動
    翼。
JP7058819A 1995-03-17 1995-03-17 軸流圧縮機の動翼 Pending JPH08254156A (ja)

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JP7058819A JPH08254156A (ja) 1995-03-17 1995-03-17 軸流圧縮機の動翼
EP96400540A EP0732505A1 (en) 1995-03-17 1996-03-15 Rotor blades for axial flow compressor

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