[发明专利]压缩机翼型部件

说明书

提供一种用于燃气涡轮发动机的压缩机的翼型部件。在使用中，所述翼型部件在限定所述压缩机的气体环形区的径向内端壁与径向外端壁之间延伸。所述翼型部件具有前边缘、后边缘、受压面和抽吸表面，由此横向于径向方向贯穿所述翼型部件的连续横截面提供相应翼型区段。所述翼型部件的外部形状由所述翼型区段在通过每个翼型区段公共的参考点的叠加轴上的叠加限定。所述翼型部件具有由所述叠加轴突出到垂直于发动机轴的平面上从而以与周向方向5°到25°的角度与所述端壁中的第一端壁相交而产生的倾斜，因此所述受压面面向所述第一端壁。随着沿所述叠加轴与所述第一端壁的距离增大，所述叠加轴经历拐点，因此所述受压面具有邻近于所述第一端壁的凸面形状。

本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机的压缩机的翼型部件。

燃气涡轮发动机的每个翼型部件（即转子叶片或定子轮叶）具有前边缘、后边缘、受压面和抽吸表面，由此横向于径向方向贯穿此类翼型部件的横截面提供相应翼型区段。通常翼型部件的前边缘和后边缘不是直线。

翼型部件的几何特征可以由翼型区段的叠加限定。例如，翼型部件的“倾斜”和“扫动”参考通过每个翼型区段的公共点（所述公共点可以是翼型区段的前边缘、后边缘或质心）的叠加轴的轨迹来限定。“倾斜”是相对于叠加轴在端壁处的位置，叠加轴在周向方向上（原点是涡轮轴）随着与端壁的距离渐远的位移。类似地，“扫动”是叠加轴相对于其在端壁处的位置随着与端壁的距离渐远的上游或下游位移。翼型区段的“弦”是连接所述区段处的前边缘和后边缘的直线，并且翼型区段的“弦长”是所述线的长度。

图1示意性地示出了从燃气涡轮发动机压缩机的翼型部件的受压面侧面看的视图，所述部件的前边缘在左边且后边缘在右边。叠置在受压面上的是所述表面上的横向压力梯度的等值线，其中P是静压且n是在受压面上定向相距底部端壁的距离（由此在具有平行端壁的轴向压缩机中，是，其中r是径向方向）。图1中还示出在受压面的所选矩形部分上的流线，以及所述部分的边界层的n和s方向上的速度分量（s是在垂直于n的方向上在受压面上的距离）。

边界层的低动量层有可能在横向方向上流出自由流方向的平面，这种流动的速率受压力梯度控制。在图1中，此横向流动的强度由翼型部件的受压面上的箭头的相对大小指示。

的强度可以受翼型部件的翼型区段的叠加控制。更大的倾斜或扫动会增大并且驱动更多的横向边界层流动。

因此，ASME论文GT2015-43322解释说，增大的会减小翼型部件的拐角流区域的流线曲率。通过防止或延迟开角分离的开始，这种减小又减少损失并提高稳定性。此效应在图2中示出，图2示出了邻近于(a)具有6°倾斜的翼型部件和(b)具有34°倾斜的翼型部件的受压面上的端壁的计算流体动力学（CFD）流线。

然而，增大的还增加跨中区域的流线收缩。这种收缩降低叶片边界层，增加型面损失，并触发后边缘分离的开始。此效应在图3中示出，图3示出了(a)具有6°倾斜的翼型部件和(b)具有34°倾斜的翼型部件的受压面上跨中区域处的CFD流线。

图4示出了常规的“圆形”、“抛物线”和“末端叠加”的倾斜或扫动叠加轴型面。此类叠加轴型面驱动边界层朝向跨中区域的横向流动，如由图4的型面上叠置的箭头示意性地示出。具体来说，当应用抛物线或圆形型面时，朝向整个跨度上的中间驱动此流动。横向流动的幅度与叠加型面的梯度成正比。

因此，有可能将拐角流的性能与跨中区域的性能交换，而末端叠加尤其能实现这两个流动区域的一些分离。然而，最初存在于跨中区域的流动问题无法通过常规叠加来改进。

在第一方面，本发明提供一种用于燃气涡轮发动机的压缩机的翼型部件，在使用中，所述翼型部件在限定压缩机的气体环形区的径向内端壁与径向外端壁之间延伸；