具有高颤振裕度的有最大翘曲定律的涡轮机叶片制造技术

本发明专利技术涉及一种涡轮机转子叶片，该涡轮机转子叶片包括在叶片根部和叶片头部之间沿轴线堆叠的多个叶片截面，叶片根部和叶片头部在叶片根部和叶片尖端之间限定出叶片的高度，每个叶片截面包括弦和最大翘曲，最大翘曲由垂直于弦线并且连接弦线的一点和翘曲线的一点的段的最大长度限定，翘曲线由在截面内的所有与拱背和拱腹等距离的点形成，并验证了：在叶片中间高度处最大翘曲与弦之间的比以及在叶片头部处最大翘曲与弦之间的比介于叶片根部处最大翘曲与弦之间的比的25％至40％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高颤振裕度的有最大翘曲定律的涡轮机叶片
本专利技术涉及涡轮机叶片领域，更具体地涉及涡轮机转子叶片领域。本专利技术特别地旨在用于涡轮喷气发动机或涡轮机内的风扇。
技术介绍
涡轮机包括至少一个叶片装置，例如风扇，该叶片装置包括多个叶片，该多个叶片围绕中心轴线径向地布置，例如围绕盘径向地布置。这种类型的叶片装置形成转子(当该叶片装置是可移动的叶片装置或带有叶片的盘)或定子。叶片可以被认为是相对于连续的环的突出部。两个相邻的叶片和环限定了气流通道。每个叶片相对于中心轴线的近侧端部通常被称为叶片根部。特别地，叶根在此被认为是叶片的位于环上的部分。远侧端部通常被称为叶片尖端。叶片根部与叶片尖端之间的距离称为叶片高度。在叶片根部和叶片尖端之间，叶片理论上可以由垂直于径向轴线Z的截面或空气动力学剖面的堆叠来表示。对于生产来说，叶片是复杂部件，因为这同时涉及叶片装置和涡轮机的空气动力学方面、机械方面和声学方面。叶片和叶片装置的设计必须同时考虑空气动力学性能、机械阻力、以及质量、噪音和成本的降低。设计必须保证叶片和叶片所附接的盘的最短寿命。设计必须保证叶片装置的最小振动抗力(即足够的抗振性)或可接受的振动水平以确保机械抗力。叶片装置必须能够抵抗异物吸入以及抵抗叶片的丢失，即叶片装置能够抵抗叶片部分或全部脱离盘的情况。在设计叶片和叶片装置期间，必须考虑到颤振现象。颤振是由于空气相对于叶片结构和叶片装置结构的相对运动而产生的空气动力学耦合。颤振是一种自维持现象，固体结构的改变会改变流体的流动，而流体的流动的改变会在固体结构上产生力。颤振可以迅速放大并导致风扇的叶片破裂，甚至损坏发动机。颤振与结构设计强烈相关，因此一旦在风扇运行中检测到颤振现象，就难以消除甚至限制颤振现象。因此，仍有可能禁止某些运行区以限制与颤振有关的风险，但这必然会降低风扇可以运行所处的飞行条件。文献US2018/0100399A1提出了一种在考虑颤振现象的同时对涡轮转子叶片进行造型的方法。因此，需要如下叶片和叶片装置：其中，出现颤振的运行区尽可能远离标称运行区，即需要具有最大可能的颤振裕度的叶片和叶片装置。
技术实现思路
本专利技术的总体目的是减轻现有技术的叶片和风扇的缺点。特别地，本专利技术的目的是提出一种用于增加颤振裕度的解决方案。还有另一个目的是提出一种用于在不增加叶片质量的情况下增加颤振裕度的解决方案。在本专利技术的范围内，通过包括前缘、后缘、受压侧和吸入侧的涡轮机转子叶片来实现该目的，其中：-在叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的25％至40％，-在叶片尖端处的最大翘曲与弦之间的比介于在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的25％至40％。有利地，这种类型的装置由单独采取或组合采用的以下不同特征来完成：-在叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的30％至35％之间，并且优选地达到在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的大约三分之一，-在叶片尖端处的最大翘曲与弦之间的所述比介于在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的30％至35％之间，并且优选地达到在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的大约三分之一，-在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比介于10％至20％之间，并且优选地介于14％至17％之间，-在叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于4％至7％之间，优选地介于4.7％至5.7％之间，-叶片的每个截面的最大翘曲与弦之间的比根据高度的变化介于以下两者之间：-第一函数，该第一函数由以下两者限定ο第一线段，第一线段由在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的等于14％的比和在叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的等于4.7％的比限定，以及ο第二线段，第二线段由在叶片中间高度处的最大翘曲与弦之间的等于4.7％的比和在叶片尖端处的最大翘曲与弦之间的等于4.7％的比限定，以及-第二函数，该第二函数由以下两者限定ο第三线段，第三线段由在叶片根部处的最大翘曲与弦之间的等于17％的比和在叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的等于5.7％的比限定，以及ο第四线段，第四线段由在叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间等于5.7％的比和在叶片尖端处的最大翘曲与弦之间的等于5.7％的比限定。-最大翘曲与弦之间的比根据高度的变化是由两条线段限定的函数，这两条线段一方面在叶片根部与中间高度之间，另一方面在中间高度与叶片尖端之间，-叶片的截面的最大翘曲与弦之间的所述比随着截面的高度从叶片根部增加到叶片中间高度而减小，然后最大翘曲与弦之间的比在叶片中间高度和叶片尖端之间保持为准恒定值，本专利技术还涉及一种涡轮机风扇，该涡轮机风扇包括多个如上文所述的转子叶片。本专利技术还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括该类型的风扇。附图说明通过以下仅是说明性和非限制性的，并且必须参照附图来阅读的描述，本专利技术的其它特征和优点也将被展现，在附图中：图1是涡轮机的示意性纵向截面。图2是涡轮机风扇转子的示意性透视图。图3是图2的转子的细节的示意性透视图。图4示意性地示出了叶片的截面。图5是示出了根据本专利技术的最大翘曲与叶片弦之比在叶片根部和叶片尖端之间的演变的图。图6示意性地示出了与本专利技术实施例一致的风扇的运行线和根据现有技术的风扇的运行线。具体实施方式涡轮机-总体介绍参照图1，示意性地示出了涡轮机，更具体地是轴向流动的双流涡轮喷气发动机1。所示的涡轮喷气发动机1包括风扇2、低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7。风扇2和低压压缩机3通过第一传动轴9连接到低压涡轮7，而高压压缩机4和高压涡轮6通过第二传动轴10连接。在运行期间，由低压压缩机3和高压压缩机4压缩的空气流供给燃烧室5中的燃烧，燃烧气体的膨胀驱动高压涡轮机6和低压涡轮机7。因此，涡轮机6、7通过轴9和10驱动风扇2和压缩机3、4。由风扇2推动的空气和燃烧气体在涡轮喷气发动机1上施加反作用推力并通过涡轮喷气发动机在运载装置或例如为飞机的机器(未示出)上施加反作用推力，燃烧气体穿过涡轮机6、7下游的推进喷嘴(未示出)离开涡轮喷气发动机1。涡轮喷气发动机1的每个压缩机3、4和每个涡轮6、7包括多个级，每个级由固定的叶片装置或定子以及旋转的叶片装置或转子形成。参照图2，示意性地示出了涡轮机风扇转子11。转子11包括多个叶片12，该多个叶片12围绕转子11的旋转轴线A径向地布置，该旋转轴线基本平行于穿过涡轮喷气发动机1的工作流体的大致流动方向。叶片12可由与转子的其余部分不同的部分组成，并通过现有技术中公知的附接装置(例如销钉紧固件或采油树状的附接件)施加到转子上。参照图3，提供了图2的转子的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮机转子叶片，所述涡轮机转子叶片包括在叶片根部和叶片尖端之间沿轴线Z堆叠的多个叶片截面，所述叶片根部和所述叶片尖端在所述叶片根部和所述叶片尖端之间限定出所述叶片的高度，每个叶片截面包括前缘(21)、后缘(22)、受压侧(19)和吸入侧(18)、弦(25)以及最大翘曲(28)，所述弦由弦线的长度限定，所述弦线是连接所述前缘(1)和所述后缘(2)的段，所述最大翘曲由垂直于所述弦线并且连接所述弦线的一点和翘曲线的一点的段的最大长度限定，所述翘曲线由在所述截面内的所有与所述吸入侧(18)和所述受压侧(19)等距离的点形成，其特征在于：/n-在所述叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的25％至40％，/n-在叶片尖端处的最大翘曲与弦之间的比介于在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的25％至40％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181211 FR 18727001.一种涡轮机转子叶片，所述涡轮机转子叶片包括在叶片根部和叶片尖端之间沿轴线Z堆叠的多个叶片截面，所述叶片根部和所述叶片尖端在所述叶片根部和所述叶片尖端之间限定出所述叶片的高度，每个叶片截面包括前缘(21)、后缘(22)、受压侧(19)和吸入侧(18)、弦(25)以及最大翘曲(28)，所述弦由弦线的长度限定，所述弦线是连接所述前缘(1)和所述后缘(2)的段，所述最大翘曲由垂直于所述弦线并且连接所述弦线的一点和翘曲线的一点的段的最大长度限定，所述翘曲线由在所述截面内的所有与所述吸入侧(18)和所述受压侧(19)等距离的点形成，其特征在于：
-在所述叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的25％至40％，
-在叶片尖端处的最大翘曲与弦之间的比介于在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的25％至40％。


2.根据权利要求1所述的涡轮机转子叶片，其中，在所述叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的30％至35％之间，并且优选地达到在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的大约三分之一。


3.根据权利要求1或2所述的涡轮机转子叶片，其中，在叶片尖端处的最大翘曲与弦之间的比介于在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的30％至35％之间，并且优选地达到在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比的大约三分之一。


4.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机转子叶片，其中，在所述叶片根部处的最大翘曲与弦之间的比介于10％至20％之间，并且优选地介于14％至17％之间。


5.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机转子叶片，其中，在所述叶片的中间高度处的最大翘曲与弦之间的比介于4％至7％之间，优选地介于4.7％至5.7％之间。


6.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆·帕斯卡·让查尔斯·贡德雷，尼古拉斯·皮埃尔·阿兰·埃德姆·德卡克雷瓦门尼尔，迈克尔·卡瓦雷克，萨迪姆·迪尤登，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR