[发明专利]移动的涡轮机叶片

说明书

发明的领域

本说明书涉及涡轮发动机转子叶片，并且更特别地涉及用于航空涡轮发动机，诸如飞机涡轮喷气发动机的压气机的叶片。

背景技术描述

飞机涡轮喷气发动机从气流方向的上游到下游常规地包括：风扇；一个或多个压气机级，例如，低压压气机和高压压气机；燃烧室；一个或多个涡轮机级，例如，高压涡轮机和低压涡轮机；以及排气喷嘴。压气机或每个压气机包括一个或多个转子叶片级，后者移动经过一个或多个静子叶片级(称为导向叶片)。转子叶片有规律地设置在由涡轮发动机的转子所驱动的圆盘的周边。转子叶片通过它们的根部固定于转子，并且每个转子叶片包括从其根部到叶片的自由端(或顶端)径向地延伸的翼型。

在本说明书中，术语“轴向方向”指对应于涡轮发动机的转子的旋转轴线的方向。术语“涡轮发动机轴线”指该旋转轴线。径向方向是垂直于涡轮发动机轴线和相交所述轴线的方向。该方向对应于转子的半径。最后，术语“切向方向”用于指垂直于涡轮发动机轴线和径向方向的方向，并且不相交涡轮发动机轴线。

叶片翼型可以定义为沿着称为堆叠线的线，彼此相互堆叠其上的一系列平面的轮廓或翼型剖面，从(连接叶片根部的)翼型的近端开始，并且走到翼型的远端(对应于叶片的顶端)以及互连翼型剖面的重心。叶片的形状可以通过应用于每个翼型剖面的扭转作为沿着翼型高度的其位置的函数，以及通过给予堆叠线的形状，通过翼型的低(近端)部分和高(或远端)部分之间翼型轮廓中的变化来限定。

当通过这种方式定义叶片翼型时，每个翼型剖面径向地定位在一定高度。定向高度轴线远离中心，以致于从翼型的低或近端部分朝向高或远端部分行进时，高度增加。由此，每个翼型剖面的平面在一定的径向高度。而且，每个翼型剖面的位置可以由其扫描角和其二面角定位。当分别地投影到径向和轴向平面上以及投影到与发动机的旋转方向是轴向和切向的平面上，这些角测量流和翼型剖面之间的方向差异。使用图1和图2中所示的符号，这些角可以表示为下面的方程式，其中λ指扫描角，ν指二面角，tanβ＝Vu/Va，并且Vr、Vu和Va是在流的径向、切向和轴向方向上的分量：

如果流是纯轴向的，其或多或少是叶片的真正上游，扫描角表示在轴向方向上叶片的倾斜角，并且二面角表示在切向方向上叶片的倾斜角。扫描角的负号表示上游的倾斜角，并且正号表示下游倾斜角；二面角的负号表示朝向压力侧的倾斜角，并且正号表示朝向吸力侧的倾斜角。从向外径向方向定义倾斜角。

涡轮发动机叶片的设计，并且更特别地压气机叶片的设计需要满足各种多学科的标准。特别地在叶片受到机械应力最严重的高速转动时，需要在效率方面最佳化叶片的翼型，同时具有良好的机械强度。压气机叶片的设计也必须符合喘振裕度标准。

发明概述

本说明书提供了涡轮发动机转子叶片，并且更特别地涡轮发动机压气机叶片，叶片包括在径向方向上堆叠的平面翼型剖面所限定的翼型，每个翼型剖面径向地定位在高度H，其中高度H表示为翼型总高度的百分数，并且由其扫描角λ和其二面角ν所定位。扫描角λ作为高度H的函数而变化，以致于扫描角λ在高度HλM达到最大值，数值HλM位于5％到40％的范围，并且扫描角λ从0％到HλM递增。二面角ν作为高度H的函数而变化，以致于对于位于0％到数值Hν1范围的高度H，二面角ν是高度H的递减函数，数值Hν1位于10％到40％的范围。

扫描角λ和二面角ν的上述变化关系限定了翼型的低(或近端)部分中翼型的堆叠线的特定的形状。这种特定的形状可以改进翼型的航空力学性能，即，增加作业线上翼型的效率，同时显著地减小翼型的低部分中动力学应力。而且，通过该翼型形状，喘振裕度可以降低为很少或根本没有。

除非相反的说明，在本说明书中，严格地使用形容词上部(的)、底部(的)、正数(的)、负数(的)、增加/递增/增大(的)、减少/递减/减小(的)、凸(的)和凹(的)，以致于递增(或递减)函数不是恒定的，并且凸(或凹)函数不是线性的。

在一些实施方式中，每个翼型剖面具有在翼型剖面平面中限定的弦C。弦C作为高度H的函数而变化，以致于弦C是高度H的连续递增函数；对于位于数值HC1和HC2之间的高度H，弦C是高度H的凸函数，数值HC1位于0％到30％的范围，并且数值HC2位于40％到70％的范围；并且连接横坐标数值HC1和纵坐标数值C(HC1)的点到横坐标数值HC2和纵坐标数值C(HC2)的点的直线具有位于0.85到3.70范围的斜率。