[发明专利]双弯曲压气机叶型

说明书

本发明总的涉及燃气透平发动机，更具体地涉及其中的压气机或风扇。

在涡扇航空器燃气透平发动机中，在运转期间空气在风扇和压气机中受压缩。该风扇空气被用来推动在飞行中的航空器。经压气机引导的空气在燃烧器内与燃料混合并点燃，以产生热燃气，流经透平级，透平级从中吸取能量，为风扇和压气机提供动力。

一般的涡扇发动机包括一多级轴流式压气机，它对空气增压，随后产生高压燃烧空气。该压缩空气当被压缩时扩散和减速。因此，压气机叶型须被设计成能减少不希望的气流分离，这种气流分离会有害的影响气流分离区和效率。

相反地，燃烧气体经透平级被加速，而透平叶片具有各种各样的空气动力学结构，以使能量提取具有最高的效率。

压气机中的基本原则是压缩空气的效率，在从起飞、巡航和着落操作的整个飞行包络范围内，具有充分的气流分离区。

然而，压气机效率和气流分离区通常存在相反的关系，提高效率一般相应于气流分离区缩小。气流分离区和效率的相互矛盾的要求在高性能军用发动机应用场合中是特别需要的，高性能军用发动机一般要求以牺牲压气机效率来换取高的气流分离区范围，这和要求不高的商业适用场合相反。

压气机叶型效率的最高化主要受沿叶型压力和负压侧的速度分布最佳化的影响。然而，在常规的压气机结构中，效率一般受合适的失速区要求的限制。效率的任何进一步增加一般会导致失速区的缩小，而相反，失速区的进一步增大会导致效率的下降。

一般，使对应于给定级的叶型湿表面积最小以相应减小叶型阻力来获得高效率。这通常是通过减小转子盘周围的叶型的实度或密度或增加叶型的翼展和弦长之展弦比达到的。

对于给定的转子速度，效率增加会缩小失速区。为得到高失速区，除了在低于最佳攻角下设计叶型外，可采用比最佳实度高的值和/或比最佳展弦比低的值。

通过增加转子速度也可提高失速区，但由于提高了空气流的马赫数，它增加了叶型的阻力这又降低了效率。

而且，压气机叶片经受受空气动力学设计影响的离心应力。为得到有效的叶片寿命，必须限制峰值应力，而这又限制了获得最佳空气动力学性能的能力。

因此，一般的压气机设计须包含一个兼顾效率和失速区的折衷方案，它还受可允许的离心应力的影响。

因此，希望进一步改善压气机效率并提高失速区，同时限制离心应力，以改进燃气透平压气机的性能。

压气机叶型包括自叶根延伸到前缘和后缘之间的叶尖的压力侧和负压侧。各横截面具有相应的弦和弧线。这些截面的重心沿一双弯重叠轴线对齐，以改善性能。

在连同附图一起所作的下列详细说明中，按照优先和示例性实施例更加详尽地说明了本发明及其其它的目的和优点。

图1是按照本发明的示例性实施例的具有弯曲叶型的一部分燃气透平压气机转子级的等角投影图，这些叶型自整体转子盘径向向外延伸；

图2是大致沿2-2线所取的在切向和径向平面内的图1所示叶型中的一个叶型的后视等角投影图；

图3是大致沿3-3线所取的在轴向和径向平面内沿圆周伸出的图1所示的叶型中的一个的侧视图；

图4是沿4-4线所取的图3中所示的叶型的顶视图；

图5是图4中所示的示例性双弯切向重叠叶型轴线的曲线图。

图1中所示的是圆环形转子体10的一部分，该转子体限定燃气透平的多级轴流式压气机的一个级。该转子体包括若干沿圆周间隔的转子叶片或叶型12，它的自一整体转子盘14周边径向向外延伸，形成一单件整体组件。该转子体可采用常规的铣削或电化学加工来制造。

或者，这些叶型可制成带有整体燕尾，以便按另一种常规的构造形式可拆卸地安装在不连续的转子盘周边上的相应的燕尾槽内，

在运转期间，该转子体在图1中示例性顺时针方向转动，当空气16在相邻两叶面之间流动时将其压缩。这些叶型的廓线符合空气动力学造形，以使压缩效率最高，同时提供一稳定的高气流分离区，以提高压气机的性能。如图1所示的转子体10仅仅是若干级转子叶型中的一个，它可按本发明造形，在所允许的离心应力范围内通过共同提高效率和气流分离区两者来提高压气机性能。

尽管通常的折衷方案在空气动力学效率和气流分离区之间作出，然而为求解评估叶型性能的三维(3D)粘性流动方程式，现代计算机软件仍然是可用的。最终的叶型一般具有各不相同的三维构形，它显著不同于沿其宽度径向截面很小的普通的叶型。

图1表示一具体由三维分析揭示的双弯叶型12，在提高效率和气流分离区两方面，性能已改善，而在以前由于存在应力极限是不可能的。