燃气涡轮发动机制造技术

提供一种燃气涡轮发动机10，其中风扇具有风扇叶片139，其中相对于所述风扇13的被覆盖的通道的弯度分布允许所述燃气涡轮发动机与常规发动机相比以改进的效率操作，同时保持可接受的颤振余量。

Gas Turbine Engine

A gas turbine engine 10 is provided, in which the fan has a fan blade 139, in which the curvature distribution of the covered passage relative to the fan 13 allows the gas turbine engine to operate with improved efficiency compared with the conventional engine while maintaining an acceptable flutter margin.

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机本公开涉及燃气涡轮发动机。本公开的方面涉及燃气涡轮发动机的风扇叶片的弯度分布。现代燃气涡轮航空发动机通常包括风扇，其压缩进入的空气并沿旁通管道引导所述空气的至少一部分，剩余的空气流动通过发动机核心。期望优化发动机的整体效率，以便最小化燃料燃烧（或比燃料消耗量）。然而，在设计发动机以具有最佳效率时，本专利技术人已经理解发动机性能的其它方面可能受到损害。一个这类的方面可为风扇可操作性，例如风扇叶片颤振余量和/或风扇失速余量。颤振可以表征为自激振动。当在叶片排中的机翼（如燃气涡轮发动机风扇中的风扇叶片）振动时，它们在叶片排自身上产生不稳定的空气动力。在大多数情况下，这些不稳定的空气动力导致叶片排对周围空气起作用，并且振动幅度衰减。然而，在某些操作条件下（例如某些旋转速度和/或推力和/或其组合），周围空气可对风扇自身起作用。如果通过空气完成的作用超过作用（例如通过机械阻尼），那么振动将增大。此不稳定性被称为颤振。颤振是不期望的，因为它可在发动机中产生大的应力。因此，期望提供一种具有改进的整体性能的发动机，例如高整体效率与颤振和/或失速的低敏感性组合。根据一个方面，提供一种用于飞机的燃气涡轮发动机，包含：发动机核心，包含涡轮、压缩机和将涡轮连接到压缩机的芯轴；位于发动机核心上游的风扇，风扇包括多个风扇叶片；和齿轮箱，其接收来自芯轴的输入并且将驱动输出到风扇，以便以比芯轴更低的旋转速度驱动风扇，其中：对于通过风扇叶片的给定横截面，每个风扇叶片具有由其压力表面和其吸力表面之间的中点限定的弧线，和被覆盖的通道，被定义为在后缘和穿过在最靠近相邻风扇叶片的前缘的吸力表面上的点和所述相邻风扇叶片的前缘的线之间的横截面的部分；在巡航条件下，通过叶片的每个横截面（例如每个横截面的前缘）经历入口相对马赫数M1rel；和对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.9（任选地0.8）的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化满足：|α2–α1|≥9；和/或对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.75的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化满足：|α2–α1|≥10；和/或对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.8的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化满足：|α2–α1|≥33-(M1rel*30)；和/或没有通过每个风扇叶片的横截面在巡航下的M1rel的值大于1.15，例如大于1.2，例如大于1.25。本文提到的任何角度的单位是度。入口相对马赫数可通过以下确定（或使用以下定义）：在巡航下燃气涡轮发动机的正向速度（其可在基本轴向方向上）和在巡航下在由风扇旋转引起的给定横截面的前缘半径处的线性叶片速度（其可在燃气涡轮发动机的基本上圆周方向上）的向量和。对于通过风扇叶片的给定横截面，每个风扇叶片可具有：真实弦（C）定义为沿着风扇叶片的前缘（136）和后缘（138）之间的弧线的距离；覆盖的通道长度（P），被定义为沿在覆盖的通道中的弧线的距离；和覆盖的通道百分比，被定义为呈所述真实弦（C）的百分比的所述覆盖的通道长度（P）。任选地，对于通过其中覆盖的通道百分比在40%和70%之间的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化可满足：和/或对于通过其中覆盖的通道百分比大于60%（例如大于50%）的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化满足：任选地，对于通过其中覆盖的通道百分比在40%和70%之间的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化可满足：任选地，对于通过其中覆盖的通道百分比在35%和80%之间的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化可满足：任选地，对于通过其中覆盖的通道百分比在35%和80%之间的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化可满足：根据一个方面，提供一种用于飞机的燃气涡轮发动机，包含：发动机核心，包含涡轮、压缩机和将涡轮连接到压缩机的芯轴；位于发动机核心上游的风扇，风扇包含多个风扇叶片；和齿轮箱，其接收来自芯轴的输入并且将驱动输出到风扇，以便以比芯轴更低的旋转速度驱动风扇，其中：对于通过风扇叶片的给定横截面，每个风扇叶片具有：由其压力表面和其吸力表面之间的中点限定的弧线，其中真实弦被定义为沿在风扇叶片的前缘和后缘之间的弧线的距离；被覆盖的通道，被定义为在后缘和穿过在最靠近相邻风扇叶片的前缘的吸力表面上的点和所述相邻风扇叶片的前缘的线之间的横截面的部分；覆盖的通道长度，被定义为沿在覆盖通道中的弧线的距离；和覆盖的通道百分比，被定义为呈真实弦的百分比的覆盖的通道长度（P），其中：对于通过其中覆盖的通道百分比在40%和70%之间的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化满足：和/或对于通过其中覆盖的通道百分比大于60%（例如大于50%）的每个风扇叶片的所有横截面，在前缘（α1）和对应于覆盖的通道的起点的在弧线上的点（α2）之间的弧线角度的变化满足：弧线角度的绝对变化是重要的，因此始终使用差的大小（│α2－α1│），使得针对其测量角度的在横截面中的参考线不重要。通常，当弧线从前缘行进到后缘时，弧线可变得与轴向方向更加对齐。然而，应了解，并非所有横截面都需要如此。仅作为实例，对于一些（但不是所有）叶片，在轮轴处或朝向轮轴，弧线可穿过轴向方向，使得弧线的前缘和弧线的后缘指向远离轴向方向的不同方向。覆盖的通道可被称为吸力表面覆盖的通道，因为它是由从吸力表面到通过相邻叶片的等效横截面的前缘绘制的线限定的叶片的一部分（相邻的叶片为邻接所讨论的叶片的吸力表面的相邻叶片）。等效横截面可被定义为在相同百分比跨度下的相邻（或邻接）叶片的横截面。远离吸力表面指向相邻叶片的前缘的线可包括在燃气涡轮发动机的圆周方向的分量，以与相邻叶片的等效横截面相交。当从径向方向观察时，所述线可看起来为直线（参见在图3和4中的线J作为实例，下文更详细地讨论）。提及通过叶片的横截面可意指通过在由以下限定的平面中的叶片的截面：穿过在前缘上的点（所述点在从前缘根部沿前缘的跨度的给定百分比处）和在前缘上的所述点处与圆周相切的方向上的点的线；和在从后缘根部沿后缘的相同百分比处的在后缘上的点。径向跨度m可截取从在0%跨度位置处的根部延伸到在100%跨度位置处的尖端。根部可为叶片的径向最里面的气体洗涤部分。尖端可为叶片的径向最外面的气体洗涤部分。在其它公开中，叶片的此径向最里面的气洗部分可被称为轮轴。与常规的设计相比，本文描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机和/或风扇叶片（例如具有本文描述和/或要求保护的弯度分布）可提供改进的可操作性（例如，在对颤振和/或失速的敏感性方面）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞机的燃气涡轮发动机（10），其包含：发动机核心（24），所述发动机核心包含涡轮（19）、压缩机（15）和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴（32）；位于所述发动机核心上游的风扇（13），所述风扇包含多个风扇叶片（130）；以及齿轮箱（14），其接收来自所述芯轴的输入并且将驱动输出到所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度驱动所述风扇，其中：对于通过风扇叶片的给定横截面，每个风扇叶片具有由在其压力表面（139）与其吸力表面（137）之间的中点限定的弧线，以及被覆盖的通道，所述被覆盖的通道被定义为在所述后缘与穿过在最靠近相邻风扇叶片的前缘的所述吸力表面上的点（K）和所述相邻风扇叶片的所述前缘的线（J）之间的所述横截面的部分；在巡航条件下，通过所述叶片的每个横截面经历入口相对马赫数M1rel；且对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.9的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述被覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的角度的变化满足：|α2 – α1| ≥ 9；和/或对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.75的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述被覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的角度的变化满足：|α2 – α1| ≥ 10；和/或对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.8的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述被覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的角度的变化满足：|α2 – α1| ≥ 33‑(M1rel*30)。...

【技术特征摘要】
2017.11.24 GB 1719539.71.一种用于飞机的燃气涡轮发动机（10），其包含：发动机核心（24），所述发动机核心包含涡轮（19）、压缩机（15）和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴（32）；位于所述发动机核心上游的风扇（13），所述风扇包含多个风扇叶片（130）；以及齿轮箱（14），其接收来自所述芯轴的输入并且将驱动输出到所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度驱动所述风扇，其中：对于通过风扇叶片的给定横截面，每个风扇叶片具有由在其压力表面（139）与其吸力表面（137）之间的中点限定的弧线，以及被覆盖的通道，所述被覆盖的通道被定义为在所述后缘与穿过在最靠近相邻风扇叶片的前缘的所述吸力表面上的点（K）和所述相邻风扇叶片的所述前缘的线（J）之间的所述横截面的部分；在巡航条件下，通过所述叶片的每个横截面经历入口相对马赫数M1rel；且对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.9的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述被覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的角度的变化满足：|α2–α1|≥9；和/或对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.75的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述被覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的角度的变化满足：|α2–α1|≥10；和/或对于通过其中在巡航下M1rel的值小于0.8的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述被覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的角度的变化满足：|α2–α1|≥33-(M1rel*30)。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中没有通过每个风扇叶片的横截面在巡航下的M1rel值大于1.15。3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中对于通过所述风扇叶片的给定横截面，每个风扇叶片具有：真实弦（C），被定义为沿在风扇叶片的前缘（136）与后缘（138）之间的所述弧线的距离；被覆盖的通道长度（P），被定义为沿在所述被覆盖的通道中的所述弧线的距离；以及被覆盖的通道百分比，被定义为作为所述真实弦（C）的百分比的所述被覆盖的通道长度（P），且其中：对于通过其中所述被覆盖的通道百分比在40％与70％之间的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的角度的变化满足：。4.根据权利要求3所述的用于飞机的燃气涡轮发动机，其中对于通过其中所述被覆盖的通道百分比在40％与70％之间的每个风扇叶片的所有横截面，在所述前缘（α1）与对应于所述被覆盖的通道的起点的在所述弧线上的所述点（α2）之间的所述弧线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：BR费尔普斯，SMM巴拉龙，MJ威尔逊，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB