[发明专利]燃气涡轮发动机风扇叶片

说明书

本发明涉及燃气涡轮发动机风扇叶片。风扇叶片设置有翼型部分，关于该翼型部分，对于与根部半径相距距离在叶片翼展的15%与25%之间的半径处的通过翼型部分的横截面，平均前缘厚度大于叶尖处的前缘厚度。风扇叶片的几何结构可导致对颤振的更低的敏感性。

技术领域

本公开涉及用于燃气涡轮发动机的风扇叶片、包括至少一个这样的风扇叶片的风扇级、以及包括这样的风扇级的燃气涡轮发动机。

背景技术

现代的燃气涡轮航空发动机通常包括风扇，风扇压缩进入的空气并沿着旁通导管引导该空气的至少一部分，空气的其余部分流动通过发动机芯部。这样的燃气涡轮发动机的风扇叶片会容易遭受一种已知的、称为颤振（flutter）的现象。在某些发动机操作条件，例如在某些旋转速度和/或推力和/或其组合下，会发生颤振。

颤振的特征可在于自激振动。当叶栅（blade row）中的翼型部（诸如燃气涡轮发动机风扇中的风扇叶片）振动时，它们在叶栅自身上产生不稳定的气动力。在大多数情况下，这些不稳定的气动力导致叶栅在环境空气上做功，并且振动的振幅衰减。然而，在某些操作条件下，环境空气可在风扇自身上做功。如果由空气做的功超过了由机械阻尼消耗的功，那么振动将增长。该不稳定性被称为颤振。

现代的大型燃气涡轮发动机设计成比它们的前辈具有更低的单位推力和更高的风扇叶尖载荷。这可通过经由齿轮箱驱动风扇从而降低风扇的旋转速度来实现。从效率的视角看，更低的单位推力和/或更低的旋转速度和/或更高的叶尖载荷会是有益的，但是会提出重大的操作性挑战。

例如，由于巡航和海平面工作线在较低的压力比下分开，具有与海平面静态（SLS）工作线相比充足的失速和颤振裕度以及具有可接受的巡航工作线效率的挑战变得更加困难。

因此，现代涡轮风扇式燃气涡轮发动机的设计倾向于增加风扇叶片对于经历颤振的敏感性。颤振是不期望的，因为它会在发动机中产生大的应力。

因此，将会期望的是，能够降低发动机中的风扇叶片对颤振的敏感性。

发明内容

根据一方面，提供用于燃气涡轮发动机的风扇叶片，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向、径向方向和周向方向。风扇叶片包括翼型部分，翼型部分具有从根部延伸到叶尖的前缘，根部处的前缘与叶尖处的前缘之间的径向距离限定叶片翼展（blade span）。前缘厚度限定为给定半径处的在沿着中弧线与前缘相距中弧线的总长度的8%的定位处横截面的厚度。对于与根部半径相距距离在叶片翼展的15%与25%之间的半径处的通过翼型部分的横截面，平均前缘厚度大于叶尖处的前缘厚度（例如，是叶尖处前缘厚度的1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍或2倍）。叶尖处的前缘厚度可限定为对于在大于叶片翼展的80%的半径处的通过翼型部分的所有横截面的平均前缘厚度。

在一些布置结构中，对于与根部半径相距距离在叶片翼展的10%与20%之间的半径处的通过翼型部分的横截面，平均前缘厚度大于叶尖处的前缘厚度的1.7倍，例如大于叶尖处前缘厚度的1.8倍、1.9倍、2倍或2.1倍。

如本文中所使用的，翼型截面的厚度在中弧线上的给定定位处可限定为在该定位处与中弧线的局部方向垂直且从压力表面延伸至吸力表面的线的长度。

对“在沿叶片翼展的给定百分比处通过翼型部的横截面”的引用可意味着在由如下限定的平面上通过翼型部的截面：线，该线通过前缘上的距前缘根部沿前缘处于该百分比的点并在前缘上的该点处指向与周向方向相切的方向；以及后缘上的点，该点距后缘根部沿后缘处于该相同百分比。

如本文中所指的，距根部沿前缘或后缘的百分比可以是例如径向的百分比或沿着翼展方向的百分比。

替代地，对“在沿叶片翼展的给定径向百分比处通过翼型部的横截面”的引用可意味着在沿着前缘的该径向百分比处与径向方向垂直地通过翼型部的截面。