RU2792505C2 - Gas turbine engine blade made according to the rule of deflection of the blade profile with a large flutter margin - Google Patents
Gas turbine engine blade made according to the rule of deflection of the blade profile with a large flutter margin Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792505C2 RU2792505C2 RU2021119608A RU2021119608A RU2792505C2 RU 2792505 C2 RU2792505 C2 RU 2792505C2 RU 2021119608 A RU2021119608 A RU 2021119608A RU 2021119608 A RU2021119608 A RU 2021119608A RU 2792505 C2 RU2792505 C2 RU 2792505C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- chord
- ratio
- deflection
- height
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области лопаток газотурбинного двигателя и, в частности, к области лопаток ротора газотурбинного двигателя.The invention relates to the field of gas turbine engine blades and, in particular, to the field of gas turbine engine rotor blades.
В частности, изобретение предназначено для использования в вентиляторах, расположенных внутри турбореактивного двигателя или газотурбинного двигателя.In particular, the invention is intended for use in fans located inside a turbojet or gas turbine engine.
Уровень техникиState of the art
Газотурбинный двигатель содержит по меньшей мере одно лопаточное колесо, например, вентилятор, который имеет множество лопаток, расположенных радиально вокруг центральной оси, например, вокруг диска.The gas turbine engine includes at least one bladed wheel, such as a fan, which has a plurality of blades arranged radially around a central axis, such as a disk.
Такое лопаточное колесо образует либо ротор, если речь идет о подвижном лопаточном колесе или диске, выполненном за одно целое с лопатками, либо статор.Such a paddle wheel forms either a rotor, if we are talking about a movable paddle wheel or a disk made in one piece with the blades, or a stator.
Лопатки можно рассматривать как выступы относительно сплошного кольца. Две соседние лопатки и кольцо образуют проход для воздушного потока.The blades can be considered as protrusions relative to the solid ring. Two adjacent vanes and an annulus form an airflow passage.
Ближний конец каждой лопатки относительно центральной оси обычно называют корневой частью лопатки. В частности, корневая часть лопатки в данном случае представляет собой часть лопатки, находящуюся над кольцом.The proximal end of each scapula relative to the central axis is usually referred to as the root of the scapula. In particular, the root part of the blade in this case is the part of the blade located above the ring.
Дальний конец обычно называют концевой частью лопатки. Расстояние между корневой частью и концевой частью лопатки известно как высота лопатки.The distal end is commonly referred to as the tip of the scapula. The distance between the root and tip of the blade is known as the height of the blade.
Между корневой частью и концевой частью лопатки лопатка может быть теоретически представлена как набор сечений или аэродинамических профилей, перпендикулярных к радиальной оси Z.Between the root and tip of the blade, the blade can be theoretically represented as a set of sections or airfoils perpendicular to the radial Z axis.
Лопатка является сложной в изготовлении деталью, так как она связана одновременно с аэродинамическими, механическими и акустическими аспектами лопаточного колеса и газотурбинного двигателя.The blade is a complex part to manufacture, as it is associated with the aerodynamic, mechanical and acoustical aspects of the blade wheel and the gas turbine engine at the same time.
При проектировании лопатки и лопаточного колеса необходимо учитывать одновременно аэродинамические характеристики, механическую прочность и уменьшение массы, шума и стоимости.When designing a blade and a blade wheel, it is necessary to take into account simultaneously aerodynamic characteristics, mechanical strength and reduction in weight, noise and cost.
Проектирование должно гарантировать минимальный срок службы лопатки и диска, на котором закреплены лопатки.The design must guarantee a minimum service life of the blade and the disc on which the blades are attached.
Проектирование должно гарантировать минимальную вибрационную стойкость лопаточного колеса, то есть достаточную стойкость к вибрациям, или допустимый уровень вибрации для обеспечения механической прочности.The design must guarantee a minimum vibration resistance of the impeller, i.e. sufficient vibration resistance, or an acceptable level of vibration to ensure mechanical strength.
Лопаточное колесо должно обладать прочностью при попадании внутрь посторонних тел или прочностью при потере лопатки, то есть стойкостью лопаточного колеса в ситуациях, когда лопатка частично или полностью отделяется от диска.The paddle wheel must have foreign body ingress strength or blade loss strength, that is, the resistance of the paddle wheel in situations where the blade is partially or completely separated from the disk.
При проектировании лопатки и лопаточного колеса следует учитывать явление флаттера.When designing the blade and blade wheel, the flutter phenomenon should be taken into account.
Флаттер является аэромеханическим явлением, связанным с относительным движением воздуха по отношению к конструкции лопаток и лопаточного колеса. Флаттер является процессом автоколебаний, при этом изменение движения твердой конструкции приводит к изменению потока текучей среды, а изменение потока текучей среды создает силы, действующие на твердую конструкцию. Флаттер может быстро усиливаться и приводить к разрушению лопатки вентилятора и даже к повреждению двигателя.Flutter is an aeromechanical phenomenon associated with the relative movement of air in relation to the design of the blades and the blade wheel. Flutter is a self-oscillation process whereby a change in the motion of a solid structure results in a change in fluid flow, and a change in fluid flow creates forces acting on the solid structure. Flutter can quickly build up and lead to fan blade failure and even engine damage.
Флаттер тесно связан с профилем конструкции, поэтому трудно устранить и даже ограничить явление флаттера после его обнаружения при работе вентилятора.Flutter is closely related to the design profile, so it is difficult to eliminate and even limit the flutter phenomenon once it has been detected during fan operation.
При этом остается возможность исключить некоторые рабочие зоны, чтобы ограничить риски, связанные с флаттером, но это неизбежно влечет за собой сокращение условий полета, в которых может работать вентилятор.It remains possible to exclude some operating areas to limit the risks associated with flutter, but this inevitably entails a reduction in the flight conditions in which the fan can operate.
В документе US 2018/0100399 А1 представлен способ, предназначенный для профилирования лопатки ротора турбины с учетом явления флаттера.US 2018/0100399 A1 presents a method for shaping a turbine rotor blade with flutter.
Таким образом, существует потребность в лопатке и лопаточном колесе, в которых рабочая зона, подверженная флаттеру, как можно дальше удалена от номинальной рабочей зоны, то есть потребность в лопатке и лопаточном колесе, которые имеют как можно больший запас по флаттеру. Thus, there is a need for a blade and paddle wheel in which the flutter-prone working area is as far away from the nominal working area as possible, that is, a need for a blade and paddle wheel that has as much flutter margin as possible.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Общей задачей изобретения является преодоление недостатков, присущих известным лопаткам и вентиляторам.The general object of the invention is to overcome the disadvantages inherent in known blades and fans.
В частности, изобретение призвано предложить решение, повышающее запас по флаттеру.In particular, the invention aims to provide a solution that improves the flutter margin.
Изобретение призвано также предложить решение, повышающее запас по флаттеру без увеличения массы лопатки.The invention also aims to provide a solution that increases the flutter margin without increasing the weight of the blade.
В рамках настоящего изобретения задача решается, благодаря лопатке ротора газотурбинного двигателя, содержащей переднюю кромку, заднюю кромку, корытце и спинку, в которой:In the framework of the present invention, the problem is solved, thanks to the rotor blade of a gas turbine engine, containing a leading edge, a trailing edge, a trough and a back, in which:
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки составляет от 25% до 45% соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки,- the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the blade height is from 25% to 45% of the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade,
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки составляет от 25% до 40% соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки.- the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade is from 25% to 40% of the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade.
Такое устройство предпочтительно дополнено различными следующими отличительными признаками отдельно или в комбинации:Such a device is preferably supplemented with the various following features alone or in combination:
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на половине лопатки составляет от 30% до 35% и предпочтительно равно примерно трети соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки;- the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half of the blade is from 30% to 35% and preferably equals about one third of the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade;
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки составляет от 30% до 35% и предпочтительно равно примерно трети соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки;- the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade is from 30% to 35% and is preferably equal to about a third of the ratio between the maximum deflection of the profile and the chord at the root of the blade;
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки составляет от 10% до 20% и предпочтительно от 14% до 17%,- the ratio between the maximum deflection of the profile and the chord at the root of the blade is from 10% to 20% and preferably from 14% to 17%,
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки составляет от 4% до 7%, предпочтительно от 4,7% до 5,7%,- the ratio between the maximum deflection of the profile and the chord at half the height of the blade is from 4% to 7%, preferably from 4.7% to 5.7%,
- изменение по высоте соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой каждого сечения лопатки находится между:- the change in height of the ratio between the maximum deflection of the profile and the chord of each section of the blade is between:
- первой функцией, определяемой- the first function defined
- первым участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки, равным 14%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 4,7%, и- the first section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade, equal to 14%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 4.7%, and
- вторым участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 4,7%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки, равным 4,7%, и- the second section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 4.7%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade, equal to 4.7%, and
- второй функцией, определяемой- the second function defined
- третьим участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки, равным 17%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 5,7%, и- the third section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade, equal to 17%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 5.7%, and
- четвертым участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 5,7%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки, равным 5,7%.- the fourth section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 5.7%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade, equal to 5.7%.
- изменение по высоте соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой является функцией, определяемой двумя участками прямой, с одной стороны, между корневой частью и половиной высоты лопатки, с другой стороны, между половиной высоты и концевой частью лопатки,- the change in height of the ratio between the maximum profile deflection and the chord is a function determined by two sections of a straight line, on the one hand, between the root part and half the height of the blade, on the other hand, between half the height and the end part of the blade,
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой сечения лопатки уменьшается, когда высота сечения увеличивается от корневой части лопатки к половине высоты лопатки, затем сохраняет почти постоянное значение соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой между половиной высоты лопатки и концевой частью лопатки.- the ratio between the maximum profile deflection and the chord of the blade section decreases when the section height increases from the root of the blade to half the height of the blade, then maintains an almost constant value of the ratio between the maximum deflection of the profile and the chord between half the height of the blade and the tip of the blade.
Объектом изобретения является также вентилятор газотурбинного двигателя, содержащий множество описанных выше лопаток ротора.The subject of the invention is also a gas turbine engine fan comprising a plurality of rotor blades as described above.
Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, который содержит такой вентилятор.The subject of the invention is also a gas turbine engine which contains such a fan.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве иллюстративного и неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:Other features and advantages of the invention will become more apparent from the following description, given by way of illustrative and non-limiting example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг. 1схематично показан газотурбинный двигатель, вид в продольном разрезе;in fig. 1 schematically shows a gas turbine engine, a longitudinal sectional view;
на фиг. 2 схематично показан ротор вентилятора газотурбинного двигателя, вид в перспективе;in fig. 2 is a schematic perspective view of a fan rotor of a gas turbine engine;
на фиг. 3 схематично показана часть ротора, изображенного на фиг. 2, вид в перспективе;in fig. 3 schematically shows a part of the rotor shown in FIG. 2, perspective view;
на фиг. 4 схематично показано сечение лопатки;in fig. 4 schematically shows a section of a blade;
на фиг. 5 представлен график, показывающий изменение, между корневой частью и концевой частью лопатки, отношения максимального прогиба профиля к хорде лопатки в соответствии с изобретением;in fig. 5 is a graph showing the change, between the blade root and the blade tip, in the ratio of maximum airfoil deflection to blade chord in accordance with the invention;
на фиг. 6 схематично показаны рабочие линии вентилятора согласно варианту осуществления изобретения и известного вентилятора.in fig. 6 schematically shows the operating lines of a fan according to an embodiment of the invention and a known fan.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Газотурбинный двигатель - Общие положенияGas turbine engine - General
На фиг. 1 схематично показан газотурбинный двигатель, в частности, двухконтурный осевой турбореактивный двигатель 1. Показанный турбореактивный двигатель 1 содержит вентилятор 2, компрессор 3 низкого давления, компрессор 4 высокого давления, камеру 5 сгорания, турбину 6 высокого давления и турбину 7 низкого давления.In FIG. 1 schematically shows a gas turbine engine, in particular a bypass axial turbojet 1. The shown turbojet 1 comprises a fan 2, a low pressure compressor 3, a
Вентилятор 2 и компрессор 3 низкого давления соединены с турбиной 7 низкого давления через первый трансмиссионный вал 9, тогда как компрессор 4 высокого давления и турбина 6 высокого давления соединены через второй трансмиссионный вал 10.The fan 2 and the low pressure compressor 3 are connected to the low pressure turbine 7 via the
Во время работы воздушный поток, сжатый компрессорами 3 и 4 низкого и высокого давления, поддерживает горение в камере 5 сгорания, при этом расширение газообразных продуктов горения приводит во вращение турбины 6, 7 высокого и низкого давления. Через валы 9 и 10 турбины 6, 7 приводят в действие вентилятор 2 и компрессоры 3, 4. Воздух, нагнетаемый вентилятором 2, и газообразные продукты горения, выходящие из турбореактивного двигателя 1 через реактивное сопло (не показано) на выходе турбин 6, 7, создают реактивную тягу, действующую на турбореактивный двигатель 1 и через него на транспортное средство или летательный аппарат, такой как самолет (не показан).During operation, the air flow compressed by the low and
Каждый компрессор 3, 4 и каждая турбина 6, 7 турбореактивного двигателя 1 содержат несколько ступеней, при этом каждая ступень образована неподвижным лопаточным колесом или статором и вращающимся лопаточным колесом или ротором.Each
На фиг. 2 схематично показан ротор 11 вентилятора газотурбинного двигателя. Этот ротор 11 содержит множество лопаток 12, расположенных радиально вокруг оси вращения А ротора 11, которая по существу является параллельной общему направлению прохождения рабочей текучей среды через турбореактивный двигатель 1.In FIG. 2 schematically shows a rotor 11 of a fan of a gas turbine engine. This rotor 11 comprises a plurality of
Лопатки 12 могут представлять собой детали, отдельные от остальной части ротора, и могут быть соединены с ним при помощи известных средств крепления, таких как штыревые крепления или крепления елочного типа.The
На фиг. 3 представлен схематичный детальный вид в перспективе ротора, показанного на фиг. 2. Каждая лопатка 12 имеет пространственную систему координат с тремя ортогональными осями Х, Y и Z.In FIG. 3 is a schematic, detailed perspective view of the rotor shown in FIG. 2. Each
Ось Х проходит параллельно оси вращения А ротора 11, ось Y является касательной к направлению вращения R лопатки 12 вокруг оси вращения А, и ось Z является радиальной осью в направлении, проходящем через ось вращения А.The X axis runs parallel to the rotation axis A of the rotor 11, the Y axis is tangent to the direction of rotation R of the
Каждая лопатка 12 содержит корневую часть 13 лопатки и концевую часть 14 лопатки, разделенные высотой h лопатки в направлении радиальной оси Z.Each
Между корневой частью 13 лопатки и концевой частью 14 лопатки лопатку 12 можно теоретически представить как набор сечений или аэродинамических профилей 15 в плоскостях, перпендикулярных к радиальной оси Z.Between the
Лопатку ротора газотурбинного двигателя можно описать как содержащую множество сечений лопатки, уложенных друг на друга в виде стопы вдоль оси Z между корневой частью лопатки и концевой частью лопатки, определяющими между собой высоту h лопатки. Такая плоскость Р показана на фиг. 3 и 4.A turbine engine rotor blade can be described as having a plurality of blade sections stacked on top of each other along the Z axis between the blade root and the blade tip defining the blade height h between them. Such a plane P is shown in Fig. 3 and 4.
Лопатка 12 содержит переднюю кромку 16 в направлении входа, заднюю кромку 17 в направлении выхода, спинку 18 и корытце 19.The
Каждое сечение лопатки можно описать как содержащее переднюю кромку и заднюю кромку.Each blade section can be described as containing a leading edge and a trailing edge.
В роторе компрессора или вентилятора направление вращения R при нормальной работе является таким, что каждая лопатка 12 перемещается в направлении своего корытца 19.In a compressor or fan rotor, the direction of rotation R during normal operation is such that each
На фиг. 4 схематично показано сечение 15 лопатки с линией хорды 25 и линией изгиба 27.In FIG. 4 schematically shows a
Линия хорды 25 является участком, то есть отрезком прямой, соединяющим переднюю кромку 16 и заднюю кромку 17 в этом сечении 15.The
В настоящем тексте применяемый отдельно термин «хорда» использован, чтобы обозначить длину участка, соответствующую линии хорды, то есть расстояние между этими двумя наиболее удаленными точками. In the present text, the term "chord" used separately is used to denote the length of the section corresponding to the line of the chord, that is, the distance between these two most distant points.
Линия 27 изгиба является кривой линией, соответствующей средней линии между кривой линией спинки 18 и кривой линией корытца 19 в указанном сечении 15. В частности, линия изгиба образована всеми точками, находящимися на равном расстоянии от спинки 18 и от корытца 19. Расстояние от конкретной точки до спинки (или до корытца) в данном случае определено как минимальное расстояние между конкретной точкой и точкой спинки (или корытца).The
На этой фиг. 4 двойными стрелками также показаны:In this FIG. 4 double arrows also show:
- максимальная толщина 26 сечения (максимальное расстояние между спинкой 18 и корытцем 19) в направлении, перпендикулярном к линии хорды,- the
- максимальное расстояние или максимальный прогиб профиля 28 между хордой 25 и линией изгиба 27; максимальный прогиб профиля соответствует максимальной длине участка, перпендикулярного к линии хорды и соединяющего точку линии хорды и точку линии изгиба;- the maximum distance or maximum deflection of the
- центр тяжести CG сечения лопатки, который является барицентром масс сечения лопатки. Положение центра тяжести определено в плоскости сечения относительно оси Z, то есть координатами по осям Х и Y в указанном сечении.- center of gravity CG of the blade section, which is the barycenter of mass of the blade section. The position of the center of gravity is determined in the plane of the section relative to the Z axis, that is, the coordinates along the X and Y axes in the specified section.
Правило максимального прогиба профиля Profile maximum deflection rule
Значения максимального прогиба профиля лопаток меняются в зависимости от высоты сечения, которая соответствует им на высоте лопатки.The values of the maximum deflection of the profile of the blades vary depending on the height of the section, which corresponds to them at the height of the blade.
Авторы изобретения установили, что специальные правила максимального прогиба профиля обеспечивают намного лучший запас по флаттеру.The inventors have found that special rules for maximum profile deflection provide a much better flutter margin.
В частности, это относится к случаю, когда соблюдены следующие соотношения:In particular, this applies to the case when the following relations are satisfied:
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки составляет от 25% до 40% соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки,- the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the blade height is from 25% to 40% of the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade,
- соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки составляет от 25% до 40% соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки.- the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade is from 25% to 40% of the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade.
Наилучший запас достигается также, если соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки составляет от 30% до 35% и предпочтительно равно примерно одной трети соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки. «Равно примерно одной трети» в данном случае значит «равно одной трети плюс или минус один процент».The best margin is also achieved if the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade is between 30% and 35% and preferably equal to about one third of the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade. "Equal to about one third" in this case means "equal to one third plus or minus one percent."
Соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки может также составлять от 30% до 35% и предпочтительно равно примерно одной трети соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки.The ratio between maximum airfoil deflection and blade tip chord can also be between 30% and 35%, and is preferably about one third of the ratio between maximum airfoil deflection and blade root chord.
В частности, правило максимального прогиба профиля позволяет проверить другие характеристики, тоже способствующие увеличению запаса по флаттеру, например:In particular, the maximum profile deflection rule allows you to check other characteristics that also contribute to increasing the flutter margin, for example:
Соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки составляет от 10% до 20% и предпочтительно от 14% до 17%.The ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade is 10% to 20% and preferably 14% to 17%.
Соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки составляет от 4% до 7%, предпочтительно от 4,7% до 5,7%.The ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the blade height is 4% to 7%, preferably 4.7% to 5.7%.
Соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки составляет от 4% до 7%, предпочтительно от 4,7% до 5,7%.The ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade is 4% to 7%, preferably 4.7% to 5.7%.
Эти характеристики позволяют, в частности, получить такое изменение соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой, при котором происходит сильное уменьшение соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой от корневой части лопатки к половине высоты лопатки, затем сохраняется почти постоянное значение соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой между половиной высоты лопатки и концевой частью лопатки.These characteristics make it possible, in particular, to obtain such a change in the ratio between the maximum profile deflection and the chord, at which there is a strong decrease in the ratio between the maximum profile deflection and the chord from the root of the blade to half the height of the blade, then an almost constant value of the ratio between the maximum profile deflection and chord between half the height of the scapula and the tip of the scapula.
В варианте лопатка может также отвечать предложенному правилу максимального прогиба профиля в виде двухсторонних оценок величины:In a variant, the blade may also comply with the proposed rule for the maximum deflection of the profile in the form of two-sided estimates of the value:
Соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на 0% высоты лопатки заключено между значениями r и s.The relationship between the maximum profile deflection and the chord at 0% of the blade height is between the values of r and s.
Соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на 50% высоты лопатки заключено между значениями t и u.The relationship between the maximum profile deflection and the chord at 50% of the blade height is between the values of t and u.
Соотношение между максимальным прогибом профиля и хордой на 100% высоты лопатки заключено между значениями v и w.The relationship between the maximum profile deflection and the chord at 100% of the blade height is between the values of v and w.
В этом смысле правило максимального прогиба профиля представлено на графике на фиг. 5, где значение соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой дается на оси абсцисс, тогда как высота сечения лопатки показана на оси ординат, при этом 0% соответствует точке в корневой части лопатки, а 100% соответствует концевой части лопатки. Значение 50% высоты лопатки находится в зоне половины высоты лопатки. В настоящем тексте зона половины высоты лопатки соответствует интервалу высоты между 45% высоты и 55% высоты лопатки.In this sense, the maximum profile deflection rule is represented in the graph in FIG. 5, where the value of the ratio between the maximum profile deflection and the chord is given on the abscissa, while the height of the blade section is shown on the y-axis, with 0% corresponding to the point at the root of the blade, and 100% corresponding to the tip of the blade. The value of 50% of the blade height is in the zone of half of the blade height. In the present text, the half-height zone of the scapula corresponds to the height interval between 45% of the height and 55% of the height of the scapula.
На фиг. 5 правило максимального прогиба профиля представлено в виде сплошной кривой 30 на этом графике. Кривая 30 является графическим отображением изменения по высоте соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой в зависимости от высоты.In FIG. 5, the maximum profile deflection rule is represented as a
На фиг. 5 шесть пределов r, s, t, u, v и w соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой показаны на оси абсцисс, и, в соответствии с этими соотношениями, на оси ординат показаны связанные с ними различные процентные значения высоты.In FIG. 5, the six limits r, s, t, u, v, and w of the relationship between the maximum profile deflection and the chord are shown on the x-axis, and according to these relationships, the various height percentages associated with them are shown on the y-axis.
r может составлять от 17% до 20% и предпочтительно от 17% до 18%;r may be from 17% to 20% and preferably from 17% to 18%;
s может составлять от 10% до 14% и предпочтительно от 13% до 14%;s may be from 10% to 14% and preferably from 13% to 14%;
t может составлять от 5,7% до 7% и предпочтительно от 5,7% до 6%;t may be from 5.7% to 7% and preferably from 5.7% to 6%;
u может составлять от 4% до 4,7% и предпочтительно от 4,5% до 4,7%;u can be from 4% to 4.7% and preferably from 4.5% to 4.7%;
v может составлять от 5,7% до 7% и предпочтительно от 5,7% до 6%;v may be from 5.7% to 7% and preferably from 5.7% to 6%;
w может составлять от 4% до 4,7% и предпочтительно от 4,5% до 4,7%.w may be from 4% to 4.7% and preferably from 4.5% to 4.7%.
Кривая 30 в виде сплошной линии заключена между двумя предельными кривыми 31 и 32, которые являются двумя кусочно-аффинными кривыми (кривыми, образованными отрезками или участками прямых).
Кривая 31 (штрих-пунктирная линия) в данном случае образована двумя половинами прямой:Curve 31 (dash-dotted line) in this case is formed by two halves of a straight line:
- одна из них проходит между точкой, соответствующей значению хорды, равному r для высоты 0%, и точкой со значением хорды, равным t для высоты 50%,- one of them passes between a point corresponding to a chord value of r for a height of 0% and a point with a chord value of t for a height of 50%,
- другая проходит между указанной точкой со значением хорды, равным t для высоты 50%, и точкой, соответствующей значению хорды, равному v для высоты 100%.- the other passes between the specified point with a chord value of t for a height of 50% and a point corresponding to a chord value of v for a height of 100%.
Кривая 32 (пунктирная) образованаCurve 32 (dashed) is formed
- половиной прямой, проходящей между точкой со значением хорды, равным s для высоты 0%, и точкой, соответствующей значению хорды, равному u для высоты 50%,- half a straight line between a point with a chord value of s for a height of 0% and a point corresponding to a chord value of u for a height of 50%,
- половиной прямой, проходящей между указанной точкой, соответствующей значению хорды, равному u для высоты 50%, и точкой со значением хорды, равным w для высоты 100%.- half of the straight line between the specified point corresponding to the chord value of u for a height of 50% and the point with a chord value of w for a height of 100%.
Промежуток между двумя кривыми 31, 32 образует коридор, в котором находится график, соответствующий правилу максимального прогиба профиля.The gap between the two
Предложенные правила максимального прогиба профиля соответствуют лопатке, форма которой приближается в ее верхней части к форме плоской пластины. Такой признак позволяет увеличить запас по флаттеру.The proposed rules for the maximum deflection of the profile correspond to the blade, the shape of which in its upper part approaches the shape of a flat plate. This feature allows you to increase the flutter margin.
Согласно более общему варианту, правило максимального прогиба профиля позволяет проверить другие характеристики, которые тоже способствуют увеличению запаса по флаттеру. Например, правило максимального прогиба профиля лопатки в зависимости от ее высоты может соответствовать изменению по высоте соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой каждого сечения лопатки и может находиться междуMore generally, the maximum profile deflection rule allows you to check other characteristics that also contribute to increasing the flutter margin. For example, the rule of maximum blade profile deflection depending on its height may correspond to the change in height of the ratio between the maximum profile deflection and the chord of each section of the blade and may be between
- первой функцией, определяемой- the first function defined
- первым участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки, равным 14%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 4,7%, и- the first section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade, equal to 14%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 4.7%, and
- вторым участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 4,7%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки, равным 4,7%, и- the second section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 4.7%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade, equal to 4.7%, and
- второй функцией, определяемой- the second function defined
- третьим участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в корневой части лопатки, равным 17%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 5,7%, и- the third section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the root of the blade, equal to 17%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 5.7%, and
- четвертым участком прямой, определяемым соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой на половине высоты лопатки, равным 5,7%, и соотношением между максимальным прогибом профиля и хордой в концевой части лопатки, равным 5,7%.- the fourth section of the straight line, determined by the ratio between the maximum profile deflection and the chord at half the height of the blade, equal to 5.7%, and the ratio between the maximum profile deflection and the chord at the end of the blade, equal to 5.7%.
Кривая 30, которая представляет собой графическое отображение изменения по высоте соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой, заключена между двумя графическими отображениями определенных выше функций.
В частности, график, соответствующий правилу максимального прогиба профиля, может меняться по двум участкам прямой, с одной стороны, между корневой частью и половиной высоты лопатки, с другой стороны, между половиной высоты и концевой частью лопатки.In particular, the graph corresponding to the rule of maximum profile deflection can vary along two sections of a straight line, on the one hand, between the root part and half the height of the blade, on the other hand, between half the height and the end part of the blade.
Соответственно, изменение по высоте соотношения между максимальным прогибом профиля и хордой может быть функцией, определяемой двумя участками прямой, с одной стороны, между корневой частью и половиной высоты лопатки, с другой стороны, между половиной высоты и концевой частью лопатки.Accordingly, the change in height of the ratio between the maximum profile deflection and the chord can be a function determined by two sections of a straight line, on the one hand, between the root part and half the height of the blade, on the other hand, between half the height and the end part of the blade.
График может также соответствовать соотношению между максимальным прогибом профиля и хордой сечения лопатки, которое уменьшается, когда высота сечения увеличивается.The graph may also correspond to the relationship between the maximum profile deflection and the chord of the blade section, which decreases as the section height increases.
В частности, график может соответствовать соотношению между максимальным прогибом профиля и хордой сечения лопатки, которое резко уменьшается, когда высота сечения увеличивается от корневой части лопатки к половине высоты лопатки, затем остается почти постоянным между половиной высоты лопатки и концевой частью лопатки.In particular, the graph may correspond to a relationship between the maximum airfoil deflection and the chord of the blade section, which decreases sharply as the sectional height increases from the root of the blade to half the height of the blade, then remains almost constant between half the height of the blade and the tip of the blade.
Рабочие линии вентилятора газотурбинного двигателяWorking lines of a fan of a gas turbine engine
Показанные на фиг. 6 рабочие линии вентилятора схематично отображают степень сжатия в зависимости от расхода.Shown in FIG. The 6 fan lines show schematically the compression ratio as a function of the flow rate.
Кривые А1, А2, А3, А4 и А5 соответствуют пяти режимам двигателя, то есть пяти скоростям вращения двигателя, для лопаток и вентилятора из известного технического решения. На данном режиме условия полета определяют положение на кривой или рабочую точку двигателя, то есть пару значений расхода и степени сжатия. В идеале, рабочая точка двигателя находится близко к кривой С, которая является кривой номинальной работы.Curves A1, A2, A3, A4 and A5 correspond to five engine modes, that is, five engine speeds, for blades and a fan from a known technical solution. In this mode, the flight conditions determine the position on the curve or the operating point of the engine, that is, a pair of flow rates and compression ratios. Ideally, the operating point of the engine is close to curve C, which is the rated work curve.
Кривая А10 является границей зоны флаттера в этом же известном решении. Рабочие точки двигателя, находящиеся на кривых А1, А2, А3, А4 или А5 и слева от кривой А10, соответствуют явлению сильного флаттера.Curve A10 is the boundary of the flutter zone in the same known solution. Engine operating points located on curves A1, A2, A3, A4 or A5 and to the left of curve A10 correspond to a strong flutter phenomenon.
Запас по флаттеру можно определить как расстояние А11 между кривой С и кривой А10.The flutter margin can be defined as the distance A11 between curve C and curve A10.
Кривая В10 показывает границу зоны флаттера соответствующего двигателя. Запас по флаттеру можно определить как расстояние В11 между кривой В10 и кривой С, которая является кривой номинальной работы.Curve B10 shows the boundary of the flutter zone of the corresponding engine. Flutter margin can be defined as the distance B11 between curve B10 and curve C, which is the nominal work curve.
Поскольку расстояние В11 превышает расстояние А11, это свидетельствует об увеличении запаса по флаттеру по сравнению с известным решением.Since the distance B11 exceeds the distance A11, this indicates an increase in the flutter margin compared to the known solution.
Предложенные правила максимального прогиба профиля лопатки соответствуют лопатке, форма которой приближается в ее верхней части к форме плоской пластины.The proposed rules for the maximum deflection of the blade profile correspond to the blade, the shape of which approaches the shape of a flat plate in its upper part.
Плоская пластина соответствует движениям, содержащим сильную составляющую изгиба и слабую составляющую кручения.A flat plate corresponds to movements containing a strong bending component and a weak torsion component.
Преимуществом изобретения является увеличение запаса по флаттеру без ухудшения механического поведения лопатки или аэродинамических характеристик лопатки. В частности, связку изгиб-кручение можно уменьшить без необходимости увеличения массы лопатки.The advantage of the invention is an increase in flutter margin without compromising the mechanical behavior of the blade or the aerodynamic characteristics of the blade. In particular, the flex-torsion bond can be reduced without the need to increase the weight of the blade.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1872700 | 2018-12-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021119608A RU2021119608A (en) | 2023-01-13 |
RU2792505C2 true RU2792505C2 (en) | 2023-03-22 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU144424U1 (en) * | 2014-04-22 | 2014-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | TURBOJET ENGINE COMPRESSOR ROTOR ROTOR BLADE |
RU149740U1 (en) * | 2014-04-22 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | TURBOJET ENGINE COMPRESSOR ROTOR ROTOR BLADE |
FR2989415B1 (en) * | 2012-04-12 | 2016-02-12 | Snecma | AXIAL TURBINE DAWN |
RU2614423C2 (en) * | 2012-06-19 | 2017-03-28 | Дженерал Электрик Компани | Compressor blade, which has aerodynamic preset profile part, compressor blade, which has aerodynamic part with the side of low-pressure preset profile and compressor |
US20180100399A1 (en) * | 2015-04-28 | 2018-04-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for profiling a turbine rotor blade |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2989415B1 (en) * | 2012-04-12 | 2016-02-12 | Snecma | AXIAL TURBINE DAWN |
RU2614423C2 (en) * | 2012-06-19 | 2017-03-28 | Дженерал Электрик Компани | Compressor blade, which has aerodynamic preset profile part, compressor blade, which has aerodynamic part with the side of low-pressure preset profile and compressor |
RU144424U1 (en) * | 2014-04-22 | 2014-08-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | TURBOJET ENGINE COMPRESSOR ROTOR ROTOR BLADE |
RU149740U1 (en) * | 2014-04-22 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | TURBOJET ENGINE COMPRESSOR ROTOR ROTOR BLADE |
US20180100399A1 (en) * | 2015-04-28 | 2018-04-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for profiling a turbine rotor blade |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9726021B2 (en) | High order shaped curve region for an airfoil | |
JP6060145B2 (en) | High camber compressor rotor blade | |
US8961119B2 (en) | Airfoil shape for a compressor | |
US9074483B2 (en) | High camber stator vane | |
US7367779B2 (en) | LP turbine vane airfoil profile | |
JP5410014B2 (en) | The latest booster stator vane | |
JP4691002B2 (en) | Mixed flow turbine or radial turbine | |
US20080118362A1 (en) | Transonic compressor rotors with non-monotonic meanline angle distributions | |
JP3982261B2 (en) | Turbine blade | |
US8882456B2 (en) | Airfoil shape for compressor | |
US10711614B2 (en) | Gas turbine engine | |
JP2008121670A (en) | Swept turbomachine blade | |
KR20140012095A (en) | Unflared compressor blade | |
US9957973B2 (en) | Blade with an S-shaped profile for an axial turbomachine compressor | |
EP1260674B1 (en) | Turbine blade and turbine | |
US20160348694A1 (en) | Gas turbine stator with winglets | |
US20180017070A1 (en) | Compressor blade for a gas turbine engine | |
RU2792505C2 (en) | Gas turbine engine blade made according to the rule of deflection of the blade profile with a large flutter margin | |
EP3372786B1 (en) | High-pressure compressor rotor blade with leading edge having indent segment | |
RU2727823C2 (en) | Turbomachine rotor blade, disc with blades, rotor and turbomachine | |
RU2794951C2 (en) | Gas turbine engine blade with maximum thickness rule with high flutter strength | |
WO2019102231A1 (en) | A flow assembly for an axial turbomachine | |
EP3404212B1 (en) | Compressor aerofoil member | |
CN113260770B (en) | Turbine blade with maximum buckling law with high flutter margin | |
US11634988B2 (en) | Turbomachine blade having a maximum thickness law with high flutter margin |