渦輪發(fā)動機引導葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動機引導葉片、環(huán)形組的渦輪發(fā)動機引導葉片以及包括這樣一組引導葉片的渦輪發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]在圖1中示出用于推進飛行器的旁通渦輪發(fā)動機1，在垂直平面的截面中含有其主軸線A。渦輪發(fā)動機包括外部殼體10，該外部殼體在空氣流動方向上從上游至下游包含:風扇12;低壓壓縮機14;高壓壓縮機16;燃燒室18;高壓渦輪機20;低壓渦輪機22;以及排氣錐管24。
[0003]內(nèi)部殼體28圍繞壓縮機14和16、圍繞燃燒室18并且圍繞渦輪機20和22設(shè)置在外部殼體10內(nèi)部。環(huán)形組的出口引導葉片30在風扇12下游在殼體28和10之間延伸，確切地說位于壓縮機14和16的區(qū)域中。
[0004]在操作中，內(nèi)部殼體28將由風扇12加速的空氣流分成主要流Fp和次要流Fs，該主要流饋給壓縮機14和16，而該次要流在殼體28和10之間流動并且因此在通過一組出口引導葉片30之間從發(fā)動機排出以提供其一部分推力。
[0005]出口引導葉片(0GV)包括多個葉片，這些葉片圍繞由內(nèi)部殼體28承載的環(huán)狀件32設(shè)置成環(huán)。引導葉片用于對離開風扇的空氣流進行整流。
[0006]為了使得出口引導葉片具有更佳的效能，這些出口引導葉片需要具有良好的空氣動力學性能，并且具體地說這些出口引導葉片需要限制通過它們形成的環(huán)部時的損失。
[0007]此外，在空氣流的作用下，引導葉片經(jīng)受高的應力水平，由此尤其是導致葉片發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲的現(xiàn)象。葉片扭轉(zhuǎn)經(jīng)受圍繞其自身的堆疊軸線的變形。葉片彎曲經(jīng)受圍繞切線的變形，該切線切向于風扇的轉(zhuǎn)動并且由此切向于環(huán)狀件32。
[0008]這些扭轉(zhuǎn)和彎曲性能通過扭彎耦合(TBC)參數(shù)來分析。葉片點處的扭彎耦合(TBC)參數(shù)是在該點處扭轉(zhuǎn)幅值和彎曲幅值之間的比值。出口引導葉片的扭彎耦合(TBC)參數(shù)顯示了它們在操作中發(fā)生浮動的趨勢。從渦輪發(fā)動機的操作性的視角以及從該渦輪發(fā)動機的空氣動力學性能的視角來看，這會是可接受的。
[0009]因此，重要的是確?？諝鈩恿W性能中效率增大不會使得扭彎耦合(TBC)參數(shù)相對于目標TBC參數(shù)退化，該目標TBC參數(shù)在計算渦輪發(fā)動機的尺寸的階段期間進行確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明試圖提出一種引導葉片，該引導葉片不僅可以在增強空氣動力學性能的情形下促使經(jīng)過葉片的空氣流具有良好的分布，而且避免這些葉片的性能與傳統(tǒng)的葉片相比由于扭轉(zhuǎn)和彎曲而退化。
[0011]本發(fā)明提供一種用于渦輪發(fā)動機的一組引導葉片的引導葉片，該引導葉片包括多個葉片部段，這些葉片部段沿著徑向軸線Z在根部和梢端之間堆疊，該徑向軸線限定葉片的高度方向，且每個葉片部段:
[0012]沿著縱向軸線X在前緣和尾緣之間延伸，并且沿著切向軸線Y在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間延伸；
[0013]具有由從前緣延伸至尾緣的區(qū)段的長度所限定的翼弦；以及
[0014]具有由壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間的距離所限定的厚度，該厚度沿著翼弦改變；
[0015]通過商數(shù)x/Ht和z/Ht來對于葉片每個點沿著軸線Χ、Υ和Ζ的坐標和^限定無量綱坐標X ’和z ’，其中，Ht代表葉片的總體高度，葉片在其總體高度Ht處的前緣限定原點處的坐標X’ = 0，且坐標X’從該原點朝向尾緣增大；
[0016]葉片的特征在于，在葉片的從z’ =0延伸至z ’ = 0.5的底部上，前緣的坐標X’是負的，且最大厚度位于相對于前緣偏離翼弦的至少50%的位置處。
[0017]因此，葉片的前緣在葉片的底部上向前突出，換言之，在該葉片的底部上，該前緣從其在葉片的徑向外端的位置向上游延伸，該位置時測得葉片的總體高度的位置。如下文解釋的那樣，這使得空氣流在葉片的整個高度上更佳地分布。同時，在底部上，各個葉片部段的最大厚度的區(qū)域遠離前緣偏離，由此可限制葉片的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象并且尤其是彎曲現(xiàn)象。
[0018]在其他變型中，葉片具有一個或多個一下特征:
[0019]對于坐標z ’ =0的部段，坐標X ’小于或等于-0.15；
[0020]在葉片從z’ =0至z’ =0.3的一部分上，坐標X’小于或等于-0.1 ；
[0021]在坐標z’增大的情形下、坐標X’在葉片的底部上持續(xù)地增大；
[0022]對于坐標z’=0的部段而言，最大厚度位于相對于前緣偏離翼弦的至少60%的位置處；
[0023]在葉片的在z’ =0至2 ’ = 0.15的范圍內(nèi)延伸的一部分上，該最大厚度位于相對于前緣偏離翼弦的至少60%的位置處；以及
[0024]葉片具有第一部分和第二部分，該第一部分靠近該葉片的根部，并且在該第一部分上最大厚度相對于翼弦的位置保持基本上恒定，而該第二部分延伸超出該第一部分至葉片的梢端，且在該第二部分上該最大厚度的位置朝向前緣行進。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀了借助非限制示例示出的實施例的下文詳細描述能良好地理解本發(fā)明并且本發(fā)明的優(yōu)點能更佳地呈現(xiàn)。該描述參照附圖，附圖中:
[0026]圖1如上所述是渦輪發(fā)動機的縱剖面的示意圖；
[0027]圖2是發(fā)動機的出口引導葉片的局部示意圖；
[0028]圖3是單個出口引導葉片的視圖，示出葉片的各部段如何堆疊；
[0029]圖4是葉片在其中一個部段中的剖視圖；
[0030]圖5是示出葉片的前緣的位置沿著其高度如何變化的曲線圖；
[0031]圖6示出針對葉片的不同部段沿著翼弦的厚度分布，既針對本發(fā)明的葉片(實線)又針對另一引導葉片(虛線)；
[0032]圖7示出針對本發(fā)明的葉片、最大厚度相對于翼弦的位置如何沿著葉片的高度變化；
[0033]圖8示出在行經(jīng)葉片時的空氣壓力損失如何沿著葉片的高度變化，既針對本發(fā)明的葉片(實線)又針對另一引導葉片(虛線)；以及
[0034]圖9示出對于總體高度的具有位于數(shù)值z’l和z’2之間的無量綱坐標z’的區(qū)段、扭彎耦合參數(shù)如何根據(jù)沿著葉片的高度偏離目標扭彎耦合參數(shù)，即針對本發(fā)明的葉片(實線)又針對兩個其他葉片(虛線)。
【具體實施方式】
[0035]圖2示出圖1中示意地示出的渦輪發(fā)動機的環(huán)形組輸出引導葉片30的一部分。該環(huán)形組包括多個葉片34，這些葉片經(jīng)由它們的根部34A通過環(huán)形件32緊固于殼體28，并且經(jīng)由它們的梢端34B緊固于殼體10(在該附圖中未示出)。根部和梢端分別是葉片的徑向內(nèi)端和徑向外端，葉片的空氣動力學型面(翼型)在該徑向內(nèi)端和徑向外端之間延伸。
[0036]圖2示出X、Y、Z正交參考坐標系，其中，軸線X是平行于渦輪發(fā)動機的主軸線A的縱向軸線，且該主軸線是渦輪機的轉(zhuǎn)動軸線，軸線Y是切向軸線，而軸線Z是限定葉片的高度方向的徑向軸線。
[0037]每個葉片均具有前緣BA和尾緣BF并且還具有抽吸側(cè)表面FE和壓力側(cè)表面FI，且該前緣和尾緣沿著軸線X隔開。
[0038]例如在圖3中可以觀察到，每個葉片34均由多個葉片部段35構(gòu)成，這些葉片部段從根部34A至梢端34B沿著軸線Z堆疊。
[0039]圖4的部段構(gòu)成常數(shù)Z處平面中的其中一個部段。在該部段中，可以觀察到葉片的翼弦C，該翼弦是在前緣BA和尾緣BF之間延伸的直線段。按照慣例，沿著該區(qū)段的行進沿著從前緣朝向尾緣行進的方向。在圖4中，該葉片的厚度E標記在該部段的中間區(qū)域中。按照慣例，該厚度E是在壓力側(cè)表面FI和抽吸側(cè)表面FE之間、位于由葉片的骨架S的點P所限定的葉片區(qū)段的位置處并且垂直于該骨架的距離，其中，該骨架是在壓力側(cè)表面FI和抽吸側(cè)表面FE之間的中間線。因此，該厚度E在偏離前緣BA距離D的位置處測得。因此，限定為翼弦C的長度的百分比的最大厚度的位置由100XD/C所限定。
[0040]應理解的是，圖2至4設(shè)置成便于理解引導葉片以及一組葉片的總體結(jié)構(gòu)。這些附圖并非必然示出對于本發(fā)明特定的、尤其是與前緣的位置以及與最大厚度的位置相關(guān)聯(lián)的尺寸標準。
[0041]圖5中示出的實線曲線是前緣的跡線，即該曲線示出該葉片的前緣的X位置沿著其高度(Z方向)如何變化。該曲線利用由x/Ht給出的沿著X軸線的坐標X ’和由z/Ht給出的坐標z ’繪制，即考慮前緣BA沿著X軸線的點的坐標^并且相對于葉片的總體高度Ht無量綱地表示，而該坐標z ’即考慮前緣沿著軸線Z的點的坐標z并且相對于高度Ht無量綱地表示。原點處的坐標、即z = 0或者z’=0由葉片的根部、即在環(huán)狀件32的外周緣的水平處所限定。總體高度Ht從葉片的根部至梢端測得。原點處的坐標、S卩x’=0限定為前緣在點z’ = l處、即在最大高度的點處的坐標X’。坐標X’隨著沿著圖2中軸線X朝向尾緣行進而增大。
[0042 ]可以觀察到的是，葉片在其整個底部區(qū)域上向前突出。確切地說，坐標X ’在葉片的高