[发明专利]用于燃气涡轮发动机的最佳升力设计

说明书

提供用于燃气涡轮发动机的涡轮组件。在一个实施例中，涡轮组件(75)包括成排(84)的沿周向相邻的涡轮转子叶片(74)，成排的叶片中的各个叶片包括限定弦(c)的翼型件(86)，弦(c)沿轴向延伸在翼型件的相反的前缘(96)和后缘(98)之间。各个叶片的中翼展区域(s_mid)中的弦(c)短于邻近叶片根部(92)和叶片末梢的翼展区域中的弦。在另一个示例性实施例中，涡轮组件包括成排的沿周向相邻的涡轮定子导叶，成排的导叶中的各个导叶包括限定弦的翼型件，弦沿轴向延伸在翼型件的相反的前和后缘之间。各个导叶的中翼展区域中的弦短于邻近导叶根部和导叶末梢的翼展区域中的弦。还提供用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片。

技术领域

本主题大体涉及燃气涡轮发动机，或者更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的一个或多个涡轮区段的最佳或高升力设计。最具体地，本主题涉及用于涡轮转子叶片和涡轮定子导叶的最佳升力设计。

背景技术

燃气涡轮发动机大体包括风扇和核心，它们布置成彼此处于流连通。另外，燃气涡轮发动机的核心一般包括成连续流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在运行中，空气从风扇提供给压缩机区段的入口，在那里，一个或多个轴向压缩机逐步压缩空气，直到它到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合且燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，且然后通过排气区段发送到例如大气。

大体上，如果涡轮设计低于或高于最佳升力水平，例如，如果涡轮级的转子叶片密实性值和/或定子导叶密实性值太大或太小，则涡轮性能和效率可降低。例如，如果设计具有过大的密实性，使得设计低于最佳升力水平，则设计可采用过量的翼型件或弦长，这可增加涡轮区段的长度、重量和成本；可具有过大的湿润表面积，这可增加轮廓损耗；以及/或者可具有提高的后缘损耗。作为另一个示例，如果密实性值太低，使得设计高于最佳升力水平，则涡轮的损耗可增加，因为翼型件排内部有高峰马赫数；在翼型件吸力侧上可具有较高的后部扩散；以及/或者可增加二次流或端壁损耗。此外，典型的涡轮设计利用较小的通过流来减小马赫数损耗，并且利用具有非常高的密实性和较低的兹韦费尔(Zweifel)升力系数的叶片排来防止翼型件(更具体地端壁)分离。这样的设计会产生比需要的更重且更昂贵的涡轮模块。如果升力水平高于或低于其最佳水平，还可经历其它不利表现和/或效率特性。

因此，可通过实现最佳涡轮升力水平来改进涡轮性能和效率。因此，用于燃气涡轮发动机的具有用于实现涡轮组件的最佳升力的特征的涡轮组件是合乎需要的。更具体地，一种用于燃气涡轮发动机的涡轮组件将是有用的，其具有涡轮转子叶片和/或定子导叶，涡轮转子叶片和/或定子导叶在叶片或导叶的中翼展区域中弦长减小，以优化涡轮组件的兹韦费尔升力系数。

发明内容

本发明的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为明显的，或者可实践本发明来学习本发明的各方面和优点。

在本公开的一个示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的涡轮组件。涡轮组件包括壳，壳具有内表面，并且沿周向围绕轴向中心线延伸。壳限定涡轮组件的径向外边界。涡轮组件进一步包括同轴地定位在壳内的盘。盘具有缘边，并且盘的缘边限定盘的周缘。涡轮组件还包括从壳的内表面沿径向向内延伸的成排的沿周向相邻的涡轮定子导叶和从盘的外周缘沿径向向外延伸的成排的沿周向相邻的涡轮转子叶片。成排的叶片定位在成排的导叶附近。成排的叶片中的各个叶片包括翼型件。各个翼型件具有相反的压力侧和吸力侧，它们沿着叶片翼展从叶片根部沿径向延伸到叶片末梢。叶片翼展包括多个叶片翼展位置，各个叶片翼展位置对应于叶片翼展的一部分。各个翼型件还在各个叶片翼展位置处限定弦。弦沿轴向延伸在翼型件的相反的前缘和后缘之间。各个叶片的中翼展区域中的弦短于邻近叶片根部的翼展区域和邻近叶片末梢的翼展区域中的弦。