葉片和葉片兩面角的制作方法
【專利說明】
[0001] 說明書
技術(shù)領(lǐng)域 [0002] 和現(xiàn)有技術(shù)
[0003] 本發(fā)明涉及一種能夠在航空器發(fā)動機(jī)中使用的類型的渦輪機(jī)壓氣機(jī)的葉片（或 槳葉）結(jié)構(gòu)。
[0004] 這種壓氣機(jī)包括串聯(lián)的連續(xù)級。每個級包括移動葉輪（轉(zhuǎn)子），或移動葉柵，以及 葉片定子（整流器）。
[0005] 每個移動葉柵本身包括圓盤，其上固定有葉片（或鰭狀物）并在定子的一部分前 面旋轉(zhuǎn)。通過使其相對于發(fā)動機(jī)軸偏離，它可以吸收和加速空氣流。其后的整流器對該流 體在軸線中整流并通過將其一部分速度轉(zhuǎn)換成壓力而使其減速。
[0006] 圖1概略性地示出了一個橫截面，其示出了這種壓氣機(jī)的一部分。在該圖中，整流 器的移動葉片10和葉片20被確定。后者與箍22、26結(jié)為一體。標(biāo)記27示出用于緊固整 體到壓氣機(jī)外殼的凸緣。
[0007] 每個移動葉片10被定位在由葉根18延伸的內(nèi)平臺13上，葉根本身整合在轉(zhuǎn)子25 的殼體上。需要注意的是，這些部件也可以作為單塊生產(chǎn)，這一套被稱為整體葉片盤。
[0008] 繞軸線AA'實(shí)施轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
[0009] 為了設(shè)計這種高壓（HP)壓氣機(jī)的葉片10、20,進(jìn)行了研究，為了改進(jìn)葉柵的氣動 性能，同時仍提供一定的機(jī)械強(qiáng)度。
[0010] 特別地關(guān)注到切口的堆積。切向堆積法對應(yīng)于根據(jù)垂直于葉片的主徑向方向的平 面，相對于該葉片的主徑向軸線，該葉片的每個剖面的重心位置。
[0011] 該葉柵切口的堆積在該類型的研究中是很重要的參數(shù)。該變量從空氣動力學(xué)角度 以及從機(jī)械角度的確起作用。因此尋求最佳的堆積法表示在任何高壓壓氣機(jī)葉柵的設(shè)計中 的大量工作。
[0012] 存在優(yōu)化每個葉柵的氣動性能的問題，該葉柵特別地由栗裕度和輸出所限定。在 這種優(yōu)化中，也期望提供或維持每個葉片的機(jī)械強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明首先提出了一種在其表面的每個點(diǎn)由掠角和兩面角限定的壓氣機(jī)葉片，該 壓氣機(jī)葉片包括：
[0014] -葉根，
[0015] -葉尖，在所述葉根和所述葉尖之間沿垂直于所述壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的被稱為徑 向軸線的軸線測量的距離，稱為徑向高度〇1)，
[0016] -在所述葉根和所述葉尖之間的區(qū)域，其第一部分具有嚴(yán)格正的前緣兩面角，以 及其第二部分具有嚴(yán)格負(fù)的前緣兩面角。
[0017] 最大角區(qū)域位于沿所述徑向軸線在r = 0. 25h或0. 3h或0. 5h以及r = 0. 65h或 0. 7h之間。
[0018] -種根據(jù)本發(fā)明的葉片的形式，并且特別地諸如以上的最大角區(qū)域的選擇可以改 進(jìn)所述壓氣機(jī)的可操作性，而不施加機(jī)械約束和/或過度消耗。氣動性能（栗裕度，輸出） 能夠這樣被優(yōu)化，而不降低所述葉片的機(jī)械強(qiáng)度。
[0019] 所述前緣兩面角在所述葉尖是嚴(yán)格負(fù)的，并且在所述葉根是嚴(yán)格正的或嚴(yán)格負(fù) 的。
[0020] 如果位于所述葉片的葉根附近的區(qū)域具有嚴(yán)格負(fù)的兩面角，在所述葉根的角例如 最多等于_1〇°或等于和-15°。
[0021] 根據(jù)一個實(shí)施方式，具有嚴(yán)格正的兩面角的第一部分形成一個間隔，或最多在所 述葉片的葉根和沿所述徑向軸線位于r = 0. 85h的位置之間延伸，所述兩面角例如在所述 葉尖是負(fù)的。
[0022] 具有嚴(yán)格正的兩面角的所述第一部分能夠形成一個間隔：
[0023] -沿所述徑向軸線，最多在r = 0.1 h和r = 0. 85h之間延伸，所述兩面角例如在 所述葉根是負(fù)的，
[0024] 一和/或沿所述徑向軸線測量的長度至少等于0. 4h或0.1 h和在0. 60h之間。
[0025] 優(yōu)選地，在所述葉片葉根測量的所述兩面角和在所述葉片葉尖測量的所述兩面角 之間的差小于10°。
[0026] 諸如以上的葉片能夠：
[0027] -是移動的，其葉根旨在被固定到所述壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子的圓盤，或所述葉片為整體 葉片式盤的一部分，
[0028] -或是固定的，為固定定子的一部分或可變正時定子的一部分。
[0029] 本發(fā)明還涉及一種在航空中使用的類型的發(fā)動機(jī)，其包括設(shè)置有固定葉片和移動 葉片的壓氣機(jī)，一個或多個為以上所述的類型的葉片。
[0030] 附圖簡要說明
[0031] 圖1是設(shè)置有其固定葉片和移動葉片的壓氣機(jī)的剖面的示意圖。
[0032] 圖2A是帶有堆積的三直角系統(tǒng)（X，Y，Z)的定位的葉片的示意圖。
[0033] 圖2B和2C是帶有堆積的葉片的截面圖，示出了用于理解本發(fā)明的不同角。
[0034] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明葉片的兩面角變化的各種示例。
[0035] 圖4示出了根據(jù)該葉片高度的掠角的變化。
[0036] 圖5A-5C示出了根據(jù)本發(fā)明所生產(chǎn)的葉片的視圖。
[0037] 圖6示出了在根據(jù)本發(fā)明的葉片的兩面角變化和不實(shí)施本發(fā)明教導(dǎo)的兩面角變 化之間的比較；
[0038] 圖7示出了在域Pi-D中的等規(guī)律（isoregime)曲線。
[0039] 優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述
[0040] 對于每個葉片，系統(tǒng)XYZ諸如在圖2A中圖解性地限定：X軸是在下游方向被定位 的機(jī)器軸線，并且它平行于旋轉(zhuǎn)軸線AA'（參見圖1)。
[0041] Z軸垂直于X并且限定了從葉片的葉根（z = 0)到葉片頂部（z = h)的高度z。
[0042] Y軸是切向的，垂直于X和Z。
[0043] 從那里開始，限定了與所考慮的葉片相連的另一系統(tǒng)或局部柱面系統(tǒng)（X、R、u)，其 中：
[0044] X仍是在下游定位的機(jī)器軸線，
[0045] R是徑向軸線，被限定為Z，它垂直于X并限定了相對于葉片葉根的高度，也稱為堆 積軸線，
[0046] u是對于SHAR類型（向后順時針方向）的發(fā)動機(jī)從葉片的內(nèi)弧面朝相鄰葉片的外 弧面被定向的方位軸，或?qū)τ赟HAV類型的發(fā)動機(jī)（向前順時針方向）在相反方向中被定向 的方位軸；它垂直于X和R。在圖2A所示葉片的特定情況下，笛卡爾系統(tǒng)（X、Y、Z)和局部 柱面系統(tǒng)（X、R、u)是混在一起的。
[0047] 可以以不同方式限定切口的堆積（需要記住的是，這是根據(jù)平行于（X，u)和垂 直于葉片的主徑向方向R的平面，相對于葉片的主徑向軸線，該葉片的每個剖面的重心位 置）：
[0048] -通過沿X軸和y軸的切口重心的位置Xs、Ys，
[0049] -或者通過如上例如在勒羅伊· H ·史密斯（Leroy H. Smith)等的文章"軸 流式禍輪機(jī)中的掠角和兩面角效應(yīng)（Sweep and dihedral effects in axial-flow turbomachinery) "，9月，63, ASME，中描述的掠角和兩面角。
[0050] 在這里選定最后的定義。從而掠角和兩面角如在以上提到的勒羅伊· H ·史密斯 等的文章中所限定。在本文中所限定的角a、r、u是以上所限定的角X、R、u。
[0051] 這些角度量了流動和葉片分別在徑向和軸向平面中以及在軸向和正切于機(jī)器的 旋轉(zhuǎn)方向的平面中的投影之間的方向之差。
[0052] 如果流動是純粹軸向的，其為大約在機(jī)器進(jìn)口的情況，掠角表示葉片在軸向方向 的傾斜，以及兩面角表示葉片在切向方向的傾斜。掠角的負(fù)號表示上游傾斜，以及正號表示 下游傾斜；并且兩面角的負(fù)號表示朝內(nèi)弧面傾斜，以及正號表示朝外弧面傾斜。使用向外的 徑向方向限定了該傾斜。
[0053] 掠角和兩面角因此與葉片表面的每個點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
[0054] 圖2B和2C從該文章中復(fù)制了圖4。它們分別示出了橫截面視圖：
[0055] -在移動葉柵（圖2B)的平面R、u (都垂直于軸線AA'），
[0056] -在葉片（圖2C)的平面R、X中（其包含軸線AA'）。
[0057] 在這些附圖中，已經(jīng)添加了標(biāo)記11，其表示掠角和兩面角的一個可能曲線研究。在 圖2C中，可以找到分別表示最靠近葉根的葉片部分和葉片葉尖的標(biāo)記13和15。在該圖中， 也可以看到所示出的葉片的前緣17和后緣19。標(biāo)記30表示流線，軸對稱流表面（在發(fā)動 機(jī)軸周圍）從其開始生成。
[0058] 此外，在圖2B中可以看到角η，在平面[R;u]中在曲線11的每一個點(diǎn)與軸線R - 起形成該角η。可以認(rèn)為，該角就是在曲線11上的每個點(diǎn)與曲線11相切的線與軸線R - 起形成的角。
[0059] 角度μ (圖2C)表示在平面[X ;R]中在曲線11上的每一點(diǎn)（或其切線）與軸線 R-起形成的角。在此可以認(rèn)為，掠角和兩面角為在所考慮的葉片前緣的掠角和兩面角。在 這種情況下，曲線11在槳葉的前緣后面，并且因此與前緣17混在一起。最后，Vx、VR、Vu表 示相對于所考慮的葉片排，軸對稱流的速度矢量在軸線X、R、u上的投影。
[0060] 也限定了以下：
[0061] tan β = Vu/Vx
[0062] 以及：
[0063]
[0064] 通過跟隨以上的記號，并且根據(jù)在L. Η.史密斯的文章的教導(dǎo)，掠角λ由以下所限 定：
[0065]
[0066] 并且兩面角V由以下限定：
[0067]
[0068] 應(yīng)聯(lián)系圖3描述根據(jù)本發(fā)明的葉片的實(shí)施方式。
[0069] 該圖示出了各種曲線，其提供了根據(jù)沿軸線R的位置，如以上所限定的前緣兩面 角變化的示例，諸如軸線R也如以上限定。
[0070] 根據(jù)這些圖，可以看到的是，兩面角的變化限定了一種被稱為"球莖形"的形狀，其 包括兩面角具有嚴(yán)格正值的一部分以及兩面角有嚴(yán)格負(fù)值的一部分（其本身可包括兩個 子部分）。
[0071] 在圖3中，可以沿y軸（軸線R)區(qū)分以下：
[0072] -第一部分，其中，兩面角是嚴(yán)格負(fù)的；對于所示出的曲線I一IV的每一個，這在 縱坐標(biāo)的R軸線上對應(yīng)于兩個區(qū)域，一個靠近葉片的葉根，另一個靠近葉片葉尖，
[0073] -第二部分，其中兩面角是嚴(yán)格正的；對于所示出的每一曲線，這在縱坐標(biāo)的軸線 R上對應(yīng)于單個區(qū)域（或單個間隔），該單個區(qū)域位于從葉片葉根和從葉片葉尖的一定距 離。
[0074] 更準(zhǔn)確地，在圖3所示示例的情況下：
[0075] -曲線I具有嚴(yán)格正的兩面角的區(qū)域（或間隔），其根據(jù)軸線R在大約0. 35h和 0. 72h之間延伸，
[0076] -曲線II具有嚴(yán)格正的兩面角的區(qū)域（或間隔），其根據(jù)軸線R在大約0. 15h和 0. 47h之間延伸，
[0077] -曲線III具有嚴(yán)格正的兩面角的區(qū)域（或間隔），其根據(jù)軸R線在大約0. 17h和 0. 70h之間延伸，
[0078] -曲線IV具有嚴(yán)格正的