[發(fā)明專利]氣體渦輪引擎

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011242720.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN112943689A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 本尼迪克特·R·費(fèi)爾普斯;斯蒂芬·MM·巴拉隆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 勞斯萊斯有限公司
• 主分類號(hào): F04D29/32
• 分類號(hào): F04D29/32;F04D29/38;F04D29/66;F02K3/06
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊國(guó)治;王瑋

本發(fā)明題為氣體渦輪引擎。本公開提供了一種用于飛行器的氣體渦輪引擎，該氣體渦輪引擎包括：引擎核心，該引擎核心包括渦輪、壓縮機(jī)和將渦輪連接到壓縮機(jī)的芯軸；以及風(fēng)扇，該風(fēng)扇位于引擎核心的上游并且由渦輪驅(qū)動(dòng)，該風(fēng)扇包括一周向排的串聯(lián)風(fēng)扇葉片。該串聯(lián)風(fēng)扇葉片中的每一個(gè)串聯(lián)風(fēng)扇葉片包括主風(fēng)扇葉片和輔風(fēng)扇葉片，該輔風(fēng)扇葉片定位在主風(fēng)扇葉片的后部處，使得在輔風(fēng)扇葉片的基本上整個(gè)徑向跨度上，該輔風(fēng)扇葉片的前緣在主風(fēng)扇葉片的后緣上的最近點(diǎn)的后方，并且在主風(fēng)扇葉片的給定翼面弦截面上，該輔風(fēng)扇葉片的翼面弦截面的前緣位置位于主風(fēng)扇葉片的翼面弦截面的弧線的向后延伸部上，并且主風(fēng)扇葉片和輔風(fēng)扇葉片被布置成一前一后旋轉(zhuǎn)。該輔風(fēng)扇葉片能夠相對(duì)于主風(fēng)扇葉片在一節(jié)距角范圍內(nèi)移動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及氣體渦輪引擎，更具體地涉及具有串聯(lián)風(fēng)扇葉片的氣體渦輪引擎。

背景技術(shù)

現(xiàn)代氣體渦輪引擎通常包括定位在引擎核心的上游的風(fēng)扇，該風(fēng)扇具有安裝到風(fēng)扇轂部上的一周向排的風(fēng)扇葉片。風(fēng)扇由引擎核心中的渦輪驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生氣流。所產(chǎn)生的氣流的徑向外部部分進(jìn)入旁路導(dǎo)管以提供推進(jìn)推力。其余的氣流朝向風(fēng)扇轂部流過至引擎核心以為布雷頓循環(huán)提供動(dòng)力，并提供附加的推進(jìn)推力。

在典型的渦輪風(fēng)扇引擎中，風(fēng)扇由從引擎的低壓渦輪(LPT)延伸到風(fēng)扇的軸直接驅(qū)動(dòng)，因此風(fēng)扇以與LPT相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。在一些最近開發(fā)的渦輪風(fēng)扇引擎中，風(fēng)扇以及引擎核心的低壓壓縮機(jī)(LPC)均由LPT驅(qū)動(dòng)，該LPC由從LPT延伸的軸直接驅(qū)動(dòng)，并且風(fēng)扇被驅(qū)動(dòng)通過從該軸接收其驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力齒輪箱。因此，風(fēng)扇以比LPT低的速度旋轉(zhuǎn)。這種布置結(jié)構(gòu)可以改善氣體渦輪引擎的效率，因?yàn)閷?duì)于給定的比推力，風(fēng)扇尖端負(fù)載隨著風(fēng)扇降低其旋轉(zhuǎn)速度而增加，從而使得旁路效率得到改善。

然而，由于風(fēng)扇尖端負(fù)載增加，風(fēng)扇可能更容易受到自激振動(dòng)(被稱為顫振)的影響。更具體地，當(dāng)一排葉片中的風(fēng)扇葉片振動(dòng)時(shí)，它們產(chǎn)生不穩(wěn)定的氣動(dòng)力。在大多數(shù)條件下，這些不穩(wěn)定的氣動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致葉片對(duì)周圍空氣做功，并且振動(dòng)的振幅衰減。然而，在某些操作條件(例如，某些旋轉(zhuǎn)速度和/或推力和/或它們的組合)下，周圍空氣可以對(duì)風(fēng)扇本身做功。如果空氣所做的功超過耗散的功(例如，通過機(jī)械阻尼)，則振動(dòng)將增大。這種顫振是不期望的，因?yàn)槠淇梢栽谝嬷挟a(chǎn)生較大應(yīng)力。在歐洲專利申請(qǐng)EP 3361050 A1中進(jìn)一步討論了顫振。

一種降低風(fēng)扇葉片對(duì)顫振的易感性的方法是對(duì)風(fēng)扇葉片的轂部和根部減弧度(decamber)，例如減小在給定的翼面弦截面上在前緣與后緣之間延伸的弧線的角度變化。這樣做可以減小第一翼片振動(dòng)模式下的振動(dòng)響應(yīng)的扭轉(zhuǎn)分量，從而可以導(dǎo)致改善的顫振行為。然而，在風(fēng)扇葉片的底部處這樣減小弧度減小了風(fēng)扇在風(fēng)扇轂部處產(chǎn)生的壓力比。即，進(jìn)入引擎核心的氣流的平均總壓力與風(fēng)扇入口處的平均總壓力的比率有所減小。而且，結(jié)合機(jī)械約束相，轂部翼弦和弧度的組合可能不是空氣動(dòng)力學(xué)上最佳的。因此，引擎核心的性能和引擎的總效率或總重量可能受到負(fù)面影響。

因此，希望提供一種氣體渦輪引擎，該氣體渦輪引擎具有改善的總性能和總效率，同時(shí)可以降低其對(duì)顫振的易感性。

發(fā)明內(nèi)容

本公開提供了用于飛行器的氣體渦輪引擎，所述氣體渦輪引擎包括：

引擎核心，所述引擎核心包括渦輪、壓縮機(jī)和將所述渦輪連接到所述壓縮機(jī)的芯軸；以及

風(fēng)扇，所述風(fēng)扇位于所述引擎核心的上游并且由所述渦輪驅(qū)動(dòng)，所述風(fēng)扇包括一周向排的串聯(lián)風(fēng)扇葉片；

其中所述串聯(lián)風(fēng)扇葉片中的每一個(gè)串聯(lián)風(fēng)扇葉片包括主風(fēng)扇葉片和輔風(fēng)扇葉片，所述輔風(fēng)扇葉片定位在所述主風(fēng)扇葉片的后部處，使得在所述輔風(fēng)扇葉片的基本上整個(gè)徑向跨度上，所述輔風(fēng)扇葉片的前緣在所述主風(fēng)扇葉片的后緣上的最近點(diǎn)的后方，并且在所述主風(fēng)扇葉片的給定翼面弦截面上，所述輔風(fēng)扇葉片的翼面弦截面的前緣位置位于所述主風(fēng)扇葉片的所述翼面弦截面的弧線的向后延伸部上，并且所述主風(fēng)扇葉片和所述輔風(fēng)扇葉片被布置成一前一后旋轉(zhuǎn)；并且

其中所述輔風(fēng)扇葉片能夠相對(duì)于所述主風(fēng)扇葉片在一節(jié)距角范圍內(nèi)移動(dòng)。