JPH08296402A

JPH08296402A - ファン及び圧縮機の動翼

Info

Publication number: JPH08296402A
Application number: JP10147895A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Chiba; 薫千葉; Kenji Kobayashi; 健児小林; Shigeki Nohara; 隆樹野原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ファン及び圧縮機の動翼に係り、動翼の背面
の剥離域の形成を抑制し、圧縮損失を抑制して圧縮効率
を向上させ、衝撃波の位置を安定させてサージマージン
の増加を図るとともに、高い流入マッハ数への適用性を
向上させる。【構成】動翼の背面における前方位置と後方位置との
間に、衝撃波の立つ位置を挟んだ状態の前方開口と後方
開口とを形成し、これらの間に動翼の壁内部を経由して
接続する循環流路が配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファン及び圧縮機の動
翼に係り、特に超音速流れでの衝撃波による剥離現象を
抑制する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３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、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】また、軸流圧縮機の部分では、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、図４に示す動翼１０の回
転域Ａに超音速で設定された方向に流入する場合や、動
翼１０の相対的周速度が音速を越える場合には、動翼１
０の前縁部と隣の動翼１０の背面との間に衝撃波Ｘが発
生し、該衝撃波Ｘの下流で流れが減速されることにより
空気が圧縮される。

【０００５】一方、航空機の航行方向が変化すること等
により圧縮流路の空気流量が低下した場合には、図４に
鎖線で示すように、衝撃波Ｘが動翼１０の前縁部よりも
前方に飛び出し、また図５に矢印で示すように流量が絞
られた状態となり、空気の流入方向が変化することに基
づいて、動翼１０の背面に流れの剥離域Ｙが形成され
て、圧縮損失の増大により圧縮効率が低下する現象が発
生する。

【０００６】圧縮損失低減を図るための従来技術として
は、動翼の翼型形状を調整して最適形状を選択して衝撃
波を弱めることにより、圧縮損失低減を図ることが考え
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、動翼形状を変
化させる手法であると、最大の圧縮効率が得られる動翼
形状と矛盾する場合が生じるとともに、絞り側の運転領
域で衝撃波の位置が不安定となって圧縮比が低くなり易
く、また、動翼の負圧面に剥離域Ｙが形成されることを
防止することが困難になり、かつ結果的に圧縮損失が大
きくなることが避けられないという課題が残される。

【０００８】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、以下の目的を有するものである。動翼の背面の剥離域の形成を抑制すること。圧縮損失を抑制して圧縮効率を向上させること。衝撃波の位置を安定させ、圧縮比の増大を図ること。高い流入マッハ数への適用性を向上させること。

【０００９】

【課題を解決するための手段】動翼の背面における前方
位置と後方位置との間に、衝撃波の立つ位置を挟んだ状
態の前方開口と後方開口とを形成し、該前方開口と後方
開口との間に、これらを動翼の壁内部を経由して接続す
る循環流路が配設される。循環流路にあっては、動翼の
背面に高さ方向に沿って窪部を形成して、該窪部に高さ
方向に間隔をおいて複数の仕切壁を配し、前方開口と後
方開口とを残して背面形成壁により窪部を閉塞する技術
が採用される。

【００１０】

【作用】動翼の回転時において、動翼の背面における衝
撃波後方の境界層内の高圧流体の一部を、後方開口から
吸引して壁内部を経由する循環流路により上流に導き、
衝撃波前方位置の前方開口から動翼の背面に供給する
と、空気の流入方向が一定になり、剥離現象の発生が抑
制されて圧縮損失が低減する。また、空気の流入方向が
一定となることにより、衝撃波の位置が安定し圧縮比の
増加が図られる。循環流路に配された仕切壁は、下流か
ら上流方向に空気を誘導するとともに、その際に循環流
路における高さ方向の空気移動を抑制して、空気流を分
割状態とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係るファン及び圧縮機の動翼
の一実施例について、図１及び図２に基づいて説明す
る。

【００１２】図１及び図２に示すように、動翼１０の回
りに圧縮流路１２を囲んだ状態にディスク９とケーシン
グ１１とが配されるとともに、図４で示したように、隣
合う動翼１０の間に衝撃波Ｘが発生する場合、動翼１０
の背面１０ａにおける前方位置と後方位置との間に、衝
撃波Ｘの立つ位置を挟んだ状態の前方開口１３ａと後方
開口１３ｂとを形成し、前方開口１３ａと後方開口１３
ｂとの間に、これらを接続した状態の循環流路１３が配
設される。

【００１３】該循環流路１３にあっては、動翼１０の背
面１０ａに、図２に示すように、高さ方向に沿って衝撃
波Ｘを跨ぐように窪部１４を形成して、該窪部１４に高
さ方向に間隔をおいて相互に平行状態の仕切壁１５を配
し、前方開口１３ａ及び後方開口１３ｂを残して背面形
成壁１６を配することにより、窪部１４の大部分を閉塞
して分割状態で平行状態の循環流路１３が複数形成され
る。この際に、複数の循環流路１３は、例えば背面形成
壁１６に複数の仕切壁１５を一体化状態に配しておい
て、これらを窪部１４にはめこむ方法等によって形成さ
れる。

【００１４】したがって、窪部１４が、高さ方向に小間
隔をおいて多数箇所で仕切壁１５によって区画され、圧
縮流路１２の長さ方向に沿う小分割状態及び独立状態の
循環流路１３が多数形成されるものなる。

【００１５】このようなファン及び圧縮機の動翼である
と、圧縮機の作動状態において、動翼１０が回転移動
し、かつ動翼１０の先端近傍の相対流が超音速である場
合には、図１及び図２に示すように、隣合う動翼１０の
間に、衝撃波Ｘ（及び圧縮波）が発生して、図１の矢印
で示す流れが減速することにより空気が圧縮されるとと
もに、加えて、動翼１０の回転にともなって空気が圧縮
される。

【００１６】この際に、一つの循環流路１３における前
方開口１３ａ及び後方開口１３ｂの間には、下流が上流
よりも高くなる上下流方向の圧力差が付加されるため、
循環流路１３には、下流から上流に逆流する流れが図１
に小矢印で示すように形成される。

【００１７】この逆流する流れは、動翼１０の背面１０
ａに形成されているために、動翼１０の回転に同期して
移動し、回転方向に空気流のむらがない場合には、逆流
空気量が一定となる。

【００１８】したがって、衝撃波Ｘの背後の境界層内の
高圧流体の一部を、衝撃波Ｘの前方位置における動翼１
０の背面１０ａに供給することになり、最も周速度が大
きくなる動翼１０の先端部の近傍から動翼１０の基端部
にあっては（循環流路１３が形成されている範囲にあっ
ては）、循環流路１３を経由する空気流の一部が背面１
０ａに付加されることにより、剥離現象の発生が抑制さ
れて、空気の流入方向が安定するとともに、圧縮損失が
低減する。また、空気の流入方向が安定（一定）となる
ことにより、動翼１０の背面１０ａにおける衝撃波Ｘの
立つ位置が安定状態で設定され、衝撃波Ｘ及び圧縮波に
よる圧縮比の増加が図られることになる。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係るファン及び圧縮機の動翼に
よれば、以下のような効果を奏する。（１）動翼の背面に循環流路を配設して、衝撃波の立
つ位置の後方から前方へと、空気を送り込むようにして
いるため、動翼の背面に剥離域が形成されることを防止
し、圧縮損失の発生を抑制して圧縮効率を向上させるこ
とができる。（２）動翼の背面における剥離域の形成低減により、
衝撃波の立つ位置を安定させ、圧縮比を大きくすること
ができる。（３）上記により、高い流入マッハ数への適用性を向
上させることができる。（４）窪部を仕切壁と背面形成壁とによって多数箇所
で区画することにより、動翼の高さ方向への空気の流れ
の発生を抑制し、衝撃波背後の境界層内の高圧流体を動
翼の回転と一体移動させて円滑に上流側に導き、一層効
果的に圧縮機の圧縮効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るファン及び圧縮機の動翼の一実施
例を示す横断面図である。

【図２】本発明に係るファン及び圧縮機の動翼の一実施
例を示す正面図である。

【図３】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４】図３に示すガスタービンエンジンの圧縮機に発
生する衝撃波の状況を示す展開状態の平面図である。

【図５】図４の動翼に発生する剥離現象を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

２ファン・低圧圧縮機（圧縮機）４高圧圧縮機（圧縮機）９ディスク１０動翼１０ａ背面１０ｂ壁１１ケーシング１２圧縮流路１３循環流路１３ａ前方開口１３ｂ後方開口１４窪部１５仕切壁１６背面形成壁Ｘ衝撃波Ａ回転域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動翼（１０）の背面（１０ａ）における
前方位置と後方位置との間に、衝撃波（Ｘ）の立つ位置
を挟んだ状態の前方開口（１３ａ）と後方開口（１３
ｂ）とを形成し、該前方開口と後方開口との間に、これ
らを動翼の壁（１０ｂ）内部を経由して接続する循環流
路（１３）が配設されることを特徴とするファン及び圧
縮機の動翼。
【請求項２】循環流路（１３）にあっては、動翼（１
０）の背面（１０ａ）に高さ方向に沿って窪部（１４）
を形成して、該窪部に高さ方向に間隔をおいて複数の仕
切壁（１５）を配し、前方開口と後方開口とを残して背
面形成壁（１６）により窪部を閉塞することを特徴とす
る請求項１記載のファン及び圧縮機の動翼。