[發(fā)明專利]燃氣渦輪發(fā)動機風扇葉片

有效

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• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108425884B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設計）人: N.H.S.史密斯;M.J.威爾遜;G.貢薩萊斯-古鐵雷斯;M.巴拉勒;B.費爾普斯;K.S.約納爾
• 申請（專利權）人: 勞斯萊斯有限公司
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F02C7/04;F02C7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 董均華;傅永霄

本發(fā)明涉及燃氣渦輪發(fā)動機風扇葉片。風扇葉片設置有翼型部分，關于該翼型部分，在葉片翼展的20%與40%之間的半徑處，沿中弧線的最大厚度的位置的定位在小于中弧線的總長度的限定百分比的地方。對于在大于葉片翼展的70%的半徑處的通過翼型部分的所有橫截面，沿中弧線的最大厚度的位置的定位在大于中弧線的總長度的限定百分比的地方。風扇葉片的幾何結構可導致對顫振的更低的敏感性。

技術領域

本公開涉及用于燃氣渦輪發(fā)動機的風扇葉片、包括至少一個這樣的風扇葉片的風扇級、以及包括這樣的風扇級的燃氣渦輪發(fā)動機。

背景技術

現(xiàn)代的燃氣渦輪航空發(fā)動機通常包括風扇，風扇壓縮進入的空氣并沿著旁通導管引導該空氣的至少一部分，空氣的其余部分流動通過發(fā)動機芯部。這樣的燃氣渦輪發(fā)動機的風扇葉片會容易遭受一種已知的、稱為顫振（flutter）的現(xiàn)象。在某些發(fā)動機操作條件，例如在某些旋轉速度和/或推力和/或其組合下，會發(fā)生顫振。

顫振的特征可在于自激振動。當葉柵（blade row）中的翼型部（諸如燃氣渦輪發(fā)動機風扇中的風扇葉片）振動時，它們在葉柵自身上產(chǎn)生不穩(wěn)定的氣動力。在大多數(shù)情況下，這些不穩(wěn)定的氣動力導致葉柵在環(huán)境空氣上做功，并且振動的振幅衰減。然而，在某些操作條件下，環(huán)境空氣可在風扇自身上做功。如果由空氣做的功超過了由機械阻尼消耗的功，那么振動將增長。該不穩(wěn)定性被稱為顫振。

現(xiàn)代的大型燃氣渦輪發(fā)動機設計成比它們的前輩具有更低的單位推力和更高的風扇葉尖載荷。這可通過經(jīng)由齒輪箱驅(qū)動風扇從而降低風扇的旋轉速度來實現(xiàn)。從效率的視角看，更低的單位推力和/或更低的旋轉速度和/或更高的葉尖載荷會是有益的，但是會提出重大的操作性挑戰(zhàn)。

例如，由于巡航和海平面工作線在較低的壓力比下分開，具有與海平面靜態(tài)（SLS）工作線相比充足的失速和顫振裕度以及具有可接受的巡航工作線效率的挑戰(zhàn)變得更加困難。

因此，現(xiàn)代渦輪風扇式燃氣渦輪發(fā)動機的設計傾向于增加風扇葉片對于經(jīng)歷顫振的敏感性。顫振是不期望的，因為它會在發(fā)動機中產(chǎn)生大的應力。

因此，將會期望的是，能夠降低發(fā)動機中的風扇葉片對顫振的敏感性。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一方面，提供用于燃氣渦輪發(fā)動機的風扇葉片，所述燃氣渦輪發(fā)動機限定軸向方向、徑向方向和周向方向。風扇葉片包括翼型部分，翼型部分具有從根部延伸到葉尖的前緣，根部處的前緣與葉尖處的前緣之間的徑向距離限定葉片翼展（blade span）。對于與根部半徑相距距離在葉片翼展的20%與40%之間的半徑處的通過翼型部分的橫截面，沿中弧線（camber line）的最大厚度的位置的平均定位與前緣相距距離小于中弧線的總長度的45%。對于與根部半徑相距距離大于葉片翼展的70%的半徑處的通過翼型部分的橫截面，沿中弧線的最大厚度的位置的平均定位與前緣相距距離超過中弧線的總長度的50%。

通過示例的方式，對于與根部半徑相距距離在葉片翼展的15%或20%與40%或45%之間的半徑處的通過翼型部分的橫截面，沿中弧線的最大厚度的位置的平均定位可與前緣相距距離小于中弧線的總長度的35%、在從35%到50%的范圍中，例如40%到45%，例如大約42%。例如，對于與根部半徑相距距離在葉片翼展的20%與40%之間的半徑處的通過翼型部分的橫截面，沿中弧線的最大厚度的位置的平均定位可與前緣相距距離小于中弧線的總長度的42%。

通過示例的方式，對于與根部半徑相距距離大于葉片翼展的65%（例如75%或更大）的半徑處的通過翼型部分的橫截面，沿中弧線的最大厚度的位置的平均定位可與前緣相距距離在中弧線的總長度的從55%到80%的范圍中，例如60%到70%，例如大約65%。因此，例如，對于與根部半徑相距距離大于葉片翼展的70%的半徑處的通過翼型部分的橫截面，沿中弧線的最大厚度的位置的平均定位可與前緣相距距離超過中弧線的總長度的55%。