[发明专利]用于亚音速流的翼型和平台组件

说明书

本发明涉及一种组件，该组件包括用于涡轮发动机叶轮的翼型以及翼型将要安装在其上的平台，以这样的方式布置通过这种方法所形成的组件：固定在平台上或多个组装在一起平台上的多个翼型可以形成叶轮。术语“平台”这里用于指限定叶轮两个相邻翼型之间所形成的叶片间通道的径向内侧面的部件。术语“平台表面”用于指面对叶片间通道的平台表面。平台表面也可以指共同考虑的叶轮的平台表面的组合件。

在已知的方式中，叶轮的翼型可以与转子盘一体地制造，以构成叶轮。通过这种方法所制造的联合了翼型和它们平台的部件称为单件叶轮。在另一个实施方式中，翼型独立于转子盘制造（即，它们构成不同的部件）。在这种情况下，翼型形成有各自的根部，该根部能够使翼型固定到转子盘，因此构成叶片。包括转子盘上叶片的组件因此构成叶轮。

本发明寻求翼型相对于平台表面的有利布置；可以在上述各种结构中提供这种布置，与平台和翼型是否构成或不构成不同的部件无关。

本发明更特别地寻求使上述组件用于制造（高压或低压）压气机，和特别地在涡轮发动机中或在直升飞机涡轮轴发动机中发现的多级压气机的叶轮。本发明也可以用于制造用于涡轮发动机的涡轮机（该涡轮机可以是高压或低压涡轮机）的叶片或叶轮。

涡轮发动机中压气机级的空气动力学效率（等于理想工作（即，与等熵转换有关的工作）和通常进行流体输送以获得压气机级的上游和下游端之间给定压力增加的工作的比率）不仅取决于翼型的形状，也取决于平台的形状。为了改善这种效率，已知的是改变一个或多个叶轮中平台表面，以局部地增加或减少流体流通过叶轮的流动截面。为此，并且在已知的方式中，通过在与翼型平齐的平台表面中布置周向凹部和/或周向凸出面积，改变平台。（术语“周向”这里用于指相对于凹部或凸出面积，实际上是旋转表面的凹部或凸出面积，自然地，翼型的邻近区域除外）。这种改变，称为“外形修整”用于改善叶轮，并且更通常地压气机级的空气动力学效率。术语“凹部”和“凸出面积”应该理解为相对于理论表面，该理论表面径向地限定通道内侧和从叶轮上游到下游线性地变化。

然而，尽管通过这种方式获得了叶轮效率的增加，但是这种改变通常也引起了对流体流的某些不期望的作用。具体地：

·它可以在叶轮出口处引起高压梯度；这种梯度对叶轮的运行有害，并且对特别地，多级压气机中特别地，涡轮发动机的总效率有害。

·它可以引起翼型周围，特别地在它们根部附近的速度分布的不均匀性；和

·最后，它可以导致叶轮压缩比率的改变（其中压缩比率等于叶轮上游和下游压力的比率）。

当观察到这种不期望的副作用时，通常地，通过改变位于所述叶轮下游的流体通道中的叶轮形状来补救。然而，这种改变不能保持通过改变所述叶轮的平台表面可能进行的效率改善。此外，不总是能够进行这种改变。

本发明的目的是通过提出一种组件而纠正这种缺陷，该组件包括用于涡轮发动机叶轮的翼型和翼型适于安装在其上的平台。

多个所述翼型适于被固定到所述平台或固定到多个组合在一起的所述平台，以形成叶轮，该叶轮具有轮轴线和限定沿着该轴线的上游和下游方向，翼型径向地布置在叶轮中。

在所述叶轮中，平台或组合在一起的平台具有在翼型之间的表面，其称为平台表面和径向地限定翼型之间所形成的气体流经通道的内侧。

平台表面具有周向凹部，该周向凹部在翼型上游端的翼型前缘直到在翼型下游端的不超过翼型轴向范围60％之间基本上轴向地延伸。

该组件使叶轮具有良好的空气动力学效率，在叶轮下游提供与在平台表面中缺少周向凹部的情况下将要发现的压力梯度相似的压力梯度，并且特别是在叶片根部附近，可以获得相对均匀的流体速度分布。

为了提出本发明所提供的方案，限定下面的要素：

平台“附近（区域）”涉及位于棱条上方的短距离的翼型部分（例如，小于翼型高度的20%），该棱条连接翼型与平台。骨架角度是在垂直于翼型的纵向方向的平面中翼型的中间结构相对于叶轮的轴线所形成的角度，骨架角度的符号以这样的方式选择：上游骨架角度（在翼型前缘的骨架角度）是正的。骨架曲线是根据沿着叶轮轴线的位置，在基本上平行于平台平面的截面平面中绘制的翼型的骨架角度变化的曲线。线性化骨架曲线是表示根据沿着叶轮轴线的位置，角度变化的曲线，该角度进行这些点之间的直线连接，这些点代表分别从翼型前缘开始的在10%和90%翼型轴向范围的骨架角度。因此，由线性化骨架曲线所表示的线性化骨架角度等于在从前缘开始的10%和90%翼型的轴向范围的骨架角度（不考虑可以受到特定布置的翼型的上游和下游端）。