[发明专利]具有高颤振裕度的有最大翘曲定律的涡轮机叶片

说明书

本发明涉及一种涡轮机转子叶片，该涡轮机转子叶片包括在叶片根部和叶片头部之间沿轴线堆叠的多个叶片截面，叶片根部和叶片头部在叶片根部和叶片尖端之间限定出叶片的高度，每个叶片截面包括弦和最大翘曲，最大翘曲由垂直于弦线并且连接弦线的一点和翘曲线的一点的段的最大长度限定，翘曲线由在截面内的所有与拱背和拱腹等距离的点形成，并验证了：在叶片中间高度处最大翘曲与弦之间的比以及在叶片头部处最大翘曲与弦之间的比介于叶片根部处最大翘曲与弦之间的比的25％至40％。

技术领域

本发明涉及涡轮机叶片领域，更具体地涉及涡轮机转子叶片领域。

本发明特别地旨在用于涡轮喷气发动机或涡轮机内的风扇。

背景技术

涡轮机包括至少一个叶片装置，例如风扇，该叶片装置包括多个叶片，该多个叶片围绕中心轴线径向地布置，例如围绕盘径向地布置。

这种类型的叶片装置形成转子(当该叶片装置是可移动的叶片装置或带有叶片的盘)或定子。

叶片可以被认为是相对于连续的环的突出部。两个相邻的叶片和环限定了气流通道。

每个叶片相对于中心轴线的近侧端部通常被称为叶片根部。特别地，叶根在此被认为是叶片的位于环上的部分。

远侧端部通常被称为叶片尖端。叶片根部与叶片尖端之间的距离称为叶片高度。

在叶片根部和叶片尖端之间，叶片理论上可以由垂直于径向轴线Z的截面或空气动力学剖面的堆叠来表示。

对于生产来说，叶片是复杂部件，因为这同时涉及叶片装置和涡轮机的空气动力学方面、机械方面和声学方面。

叶片和叶片装置的设计必须同时考虑空气动力学性能、机械阻力、以及质量、噪音和成本的降低。

设计必须保证叶片和叶片所附接的盘的最短寿命。

设计必须保证叶片装置的最小振动抗力(即足够的抗振性)或可接受的振动水平以确保机械抗力。

叶片装置必须能够抵抗异物吸入以及抵抗叶片的丢失，即叶片装置能够抵抗叶片部分或全部脱离盘的情况。

在设计叶片和叶片装置期间，必须考虑到颤振现象。

颤振是由于空气相对于叶片结构和叶片装置结构的相对运动而产生的空气动力学耦合。颤振是一种自维持现象，固体结构的改变会改变流体的流动，而流体的流动的改变会在固体结构上产生力。颤振可以迅速放大并导致风扇的叶片破裂，甚至损坏发动机。

颤振与结构设计强烈相关，因此一旦在风扇运行中检测到颤振现象，就难以消除甚至限制颤振现象。

因此，仍有可能禁止某些运行区以限制与颤振有关的风险，但这必然会降低风扇可以运行所处的飞行条件。

文献US 2018/0100399 A1提出了一种在考虑颤振现象的同时对涡轮转子叶片进行造型的方法。

因此，需要如下叶片和叶片装置：其中，出现颤振的运行区尽可能远离标称运行区，即需要具有最大可能的颤振裕度的叶片和叶片装置。

发明内容

本发明的总体目的是减轻现有技术的叶片和风扇的缺点。

特别地，本发明的目的是提出一种用于增加颤振裕度的解决方案。

还有另一个目的是提出一种用于在不增加叶片质量的情况下增加颤振裕度的解决方案。

在本发明的范围内，通过包括前缘、后缘、受压侧和吸入侧的涡轮机转子叶片来实现该目的，其中：

-在叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的25％至40％，