[发明专利]具有轴向倾斜度的燃气涡轮发动机风扇叶片

说明书

本发明涉及具有轴向倾斜度的燃气涡轮发动机风扇叶片。用于燃气涡轮发动机的风扇叶片布置成使得对于其前缘上的处于叶片翼展的径向外侧40%中并且径向间隔叶片翼展的至少5%的任何两点，两点中的径向外侧的点处于径向内侧的点的轴向前方。给定的风扇叶片的前缘在轮毂处的半径除以风扇叶片的前缘在叶尖处的半径小于或等于0.3。这样的布置结构可导致改进的操作范围。

技术领域

本公开涉及用于燃气涡轮发动机的风扇叶片、包括至少一个这样的风扇叶片的风扇级、以及包括这样的风扇级的燃气涡轮发动机。

背景技术

现代的燃气涡轮航空发动机通常包括风扇，风扇压缩进入的空气并沿着旁通导管引导该空气的至少一部分，空气的其余部分流动通过发动机芯部。风扇必须能够例如在不失速的情况下在一定范围的条件下操作。

现代的大型燃气涡轮发动机设计成比它们的前辈具有更低的单位推力和更高的风扇叶尖载荷。这可通过经由齿轮箱驱动风扇从而降低风扇的旋转速度来实现。从效率的视角看，更低的单位推力和/或更低的旋转速度和/或更高的叶尖载荷会是有益的，但是会提出重大的操作性挑战。

例如，由于巡航和海平面工作线在较低的压力比下分开，具有与海平面静态（SLS）工作线相比充足的失速（和颤振）裕度以及具有可接受的巡航工作线效率的挑战变得更加困难。

因此，现代涡轮风扇式燃气涡轮发动机的设计倾向于减小它们的操作范围。

因此，将会期望的是，能够缩小、增加燃气涡轮发动机的操作范围，例如以减小其对失速的敏感性。

发明内容

根据一方面，提供用于燃气涡轮发动机的风扇级，风扇级限定轴向方向、径向方向和周向方向，风扇级包括从轮毂延伸的多个风扇叶片。各风扇叶片包括翼型部分，该翼型部分具有从根部延伸至叶尖的前缘，根部处的前缘与叶尖处的前缘之间的径向距离限定叶片翼展。对于风扇叶片的前缘上的处于叶片翼展的径向外侧40%中的且径向间隔叶片翼展的至少5%的任何两点，两点中的径向外侧的点处于径向内侧的点的轴向前方。给定的风扇叶片的前缘在轮毂处的半径除以风扇叶片的前缘在叶尖处的半径可小于或等于0.3。给定的风扇叶片的前缘在轮毂处的半径除以风扇叶片的前缘在叶尖处的半径可被称为风扇叶片的或风扇级的轮毂与叶尖比。

术语“轴向前方”可意味着与从叶片的后缘到叶片的前缘的方向的轴向分量相同的轴向方向。风扇级在使用中可绕着轴向方向旋转。术语“风扇级”可仅仅指旋转部件，例如包括轮毂和叶片。替代地，术语“风扇级”还可包括其它的部件，包括非旋转部件，诸如紧接在风扇叶片下游的导叶。

在对“轴向方向”、“径向方向”和“周向方向”作出引用的地方，本领域技术人员将容易理解，这意味着当风扇叶片组装成风扇级的一部分或被设置在燃气涡轮发动机中时的常规方向。沿周向方向查看叶片可意味着在侧面轮廓上和/或在子午平面上查看叶片，和/或查看被投影到由轴向方向与径向方向限定的平面上的叶片。

诸如本文中所描述的和/或要求保护的那些布置结构可降低操作期间（例如在高工作线上）的翼型部的（例如径向外半部中的和/或朝着叶尖的）径向压力梯度。这可提供更大的操作范围和/或降低叶片对失速的趋势。

可选地，对于风扇叶片的前缘上的径向更加靠近于叶尖而非根部并且径向间隔叶片翼展的至少5%的任何两点，两点中的径向外侧的点可处于径向内侧的点的轴向前方。

可选地，对于风扇叶片的前缘上的处于叶片翼展的径向外侧40%中并且半径之差为叶片翼展的至少2%的任何两点，两点中的径向外侧的点可处于径向内侧的点的轴向前方。

可选地，对于风扇叶片的前缘上的径向更加靠近于叶尖而非根部并且半径之差为叶片翼展的至少2%的任何两点，两点中的径向外侧的点可处于径向内侧的点的轴向前方。