渦輪機(jī)的螺旋槳葉片的制作方法
【專利說明】渦輪機(jī)的螺旋槳葉片
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳葉片，還涉及一種包括多個(gè)這種葉片的無涵螺旋槳，以及涉及一種具有這種螺旋槳的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0002]這種類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括兩個(gè)被安裝以在共同軸線上對(duì)轉(zhuǎn)的外螺旋槳，分別為上游螺旋槳和下游螺旋槳，這兩個(gè)螺旋槳由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)并在該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)艙外側(cè)基本上徑向地延伸。
[0003]具有兩個(gè)無涵對(duì)轉(zhuǎn)的螺旋槳的這類渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)與當(dāng)今的旁路渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比存在減少燃料消耗的很大潛力。然而，在共同軸線上具有快速對(duì)轉(zhuǎn)和無涵螺旋槳的這些裝置存在相對(duì)較高的聲發(fā)射的缺點(diǎn)。
[0004]導(dǎo)致這種聲發(fā)射的一個(gè)主要因素在于該對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳之間的相互作用，并且特別地在葉片頂端的撞擊下，在與位于下游的第二螺旋槳的葉片相對(duì)的推進(jìn)流體的流動(dòng)方向中被帶走來自該第一螺旋槳的渦流。
[0005]為了彌補(bǔ)該缺點(diǎn)，已經(jīng)提議減少該第二螺旋槳的徑向尺寸，使得由第一螺旋槳的葉片所產(chǎn)生的渦流在位于下游的第二螺旋槳的葉片頂端外側(cè)徑向地穿過。該解決方案導(dǎo)致不希望的推進(jìn)效率的降低。
[0006]在文獻(xiàn)FR 2 935 349中提出的另一解決方案中，氣流噴射到第一螺旋槳的葉片中并從葉片頂端排出，以削弱由該第一螺旋槳產(chǎn)生的渦流。在如文獻(xiàn)EP 2 287 072中所述的另一解決方案中，從葉片頂端排出的氣體產(chǎn)生與第一渦流共旋轉(zhuǎn)、并適用于通過摩擦使第一渦流不穩(wěn)定的第二渦流。
[0007]在以本申請(qǐng)人名義的文獻(xiàn)FR 11/53315中，提出建議以改變前緣相對(duì)于徑向方向的傾角，使得該角度穿過在該葉片頂部中的局部最大值。該葉片前緣的特定形狀用于產(chǎn)生在與葉片頂端渦輪的相同方向中旋轉(zhuǎn)的第二渦流。第二渦流在該葉片的吸力側(cè)表面上在下游方向中以及徑向地向外傳播，然后它與葉片頂端形成的渦流相互作用。在這兩個(gè)渦流之間的摩擦耗散了它們的能量并使它們不穩(wěn)定，從而用于減少聲發(fā)射，該聲發(fā)射在起飛時(shí)由于螺旋槳的高速旋轉(zhuǎn)而特別地大。
[0008]然而，不斷地產(chǎn)生第二渦流，并且它在所有飛行階段中降低了這兩個(gè)對(duì)轉(zhuǎn)的螺旋槳的氣體動(dòng)力學(xué)推進(jìn)性能，特別地在巡航速度下。
[0009]最后，以本申請(qǐng)人名義的文獻(xiàn)WO 2012/080669公開了在渦輪葉片的吸力側(cè)表面形成凹部，以減少在渦輪葉片頂端和外殼之間形成的渦流。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)目的是限制由于形成渦流的噪聲危害同時(shí)，在其整個(gè)工作范圍上提高螺旋槳葉片的推進(jìn)效率。
[0011]為此，本發(fā)明提供了一種用于安裝在螺旋槳上的葉片，所述葉片在從葉片根部到葉片頂端的高度方向中徑向地延伸并具有前緣和后緣，以及壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面，所述葉片的特征在于，沿所述前緣，在與其上安裝有葉片的螺旋槳的徑向方向相對(duì)應(yīng)的葉片的徑向方向和所述前緣的切線之間的角度穿過一個(gè)位于所述葉片高度的60%到80%的范圍內(nèi)的局部最大值Zmax，以及其中，所述葉片的吸力側(cè)表面包括一個(gè)凹陷表面的凹部，所述凹陷表面的凹部從所述前緣到所述后緣軸向地延伸并位于所述葉片的局部最大值Zmax和所述葉片頂端之間所述葉片的高度上，以在徑向方向上形成所述葉片的反向曲率。
[0012]位于所述葉片高度的60%到80%的范圍內(nèi)的前緣傾斜度用于致使形成除在葉片頂端產(chǎn)生的第一渦流的第二渦流。所述第二渦流通常相對(duì)于第一渦流共旋轉(zhuǎn)并在所述葉片的吸力側(cè)表面上形成，在所述葉片的吸力側(cè)表面內(nèi)的凹陷凹部中被引導(dǎo)。在葉片中結(jié)合所述凹陷凹部使得在飛機(jī)的低行進(jìn)速度下，如在大致0.2馬赫下起飛時(shí)，可以引導(dǎo)第二渦流到所述葉片的下游。不同于現(xiàn)有技術(shù)，第二渦流與第一渦流在所述葉片下游相互作用，從而導(dǎo)致第一和第二渦流之間更好的相互作用，以及因此能減少接近地面發(fā)出的噪聲損害。
[0013]在如大約0.7馬赫的巡航速度下，氣體流線在所述葉片的吸力側(cè)表面上基本平行，這意味著在所述吸力側(cè)表面上沒有產(chǎn)生二次渦流。這意味著在巡航速度下提高了螺旋槳的推進(jìn)效率。
[0014]本發(fā)明因此可以結(jié)合在葉片高速旋轉(zhuǎn)同時(shí)降低噪聲危害以及在巡航速度下實(shí)現(xiàn)良好的推進(jìn)效率的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]有利地，上述局部最大值位于所述葉片高度的70%左右。
[0016]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述凹部具有在沿所述葉片的高度測量的寬度，所述寬度位于所述葉片高度的15%到20%的范圍中。
[0017]所述凹部的底部有利地位于所述葉片高度的75%到90%的范圍中。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一特征，所述凹部具有沿切線方向測量的深度，所述深度從所述前緣朝所述后緣增加，從而能朝所述第一渦流更好地引導(dǎo)所述第二渦流，以及在所述葉片下游提高它們之間的相互作用。
[0019]本發(fā)明還提供了一種具有多個(gè)上述類型葉片的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的無涵螺旋槳，所述葉片規(guī)則地分布在所述螺旋槳的軸線周圍。
[0020]本發(fā)明還提供了一種諸如飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有至少一個(gè)上述類型的無涵螺旋槳。
[0021]在閱讀經(jīng)由非限制性示例以及參考附圖進(jìn)行的以下描述后，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征顯而易見，其中:
[0022].圖1是具有無涵螺旋槳的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的圖解軸向截面視圖；
[0023].圖2A是沿朝該葉片的壓力側(cè)表面的方向觀察的本發(fā)明葉片的圖解透視圖；
[0024].圖2B是從前緣觀察的本發(fā)明葉片的圖解透視圖；
[0025].圖2C為從后緣觀察的本發(fā)明葉片的圖解透視圖；
[0026].圖2D為接近葉片頂端的本發(fā)明葉片的一部分的圖解徑向截面視圖；
[0027].圖3為示出兩個(gè)渦流的形成以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔玫膱D解視圖；
[0028].圖4是從上游到下游觀察的圖解視圖，示出了由本發(fā)明的葉片所產(chǎn)生的兩個(gè)渦流之間的相互作用；
[0029].圖5示出了在巡航階段過程中在葉片的吸力側(cè)表面上的氣體流線；
[0030].圖6是示出了在巡航條件下操作時(shí)，氣體的入射角沿該葉片高度相對(duì)于該葉片的弦如何變化以及在該葉片前緣被測量的圖表；
[0031].圖7是示出了在對(duì)應(yīng)于起飛的條件下操作時(shí)，氣體的入射角沿該葉片高度相對(duì)于該葉片的弦如何變化以及在該葉片前緣被測量的圖表；以及
[0032].圖8為示出了在巡航條件下升阻比沿葉片的高度如何變化的圖表。
[0033]最初參考圖1，它示出了一種具有無涵螺旋槳的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，也稱為開式轉(zhuǎn)子或無涵風(fēng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在通過該發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流方向中從上游到下游包括:壓氣機(jī)12，環(huán)形燃燒室14、高壓渦輪16，以及兩個(gè)對(duì)轉(zhuǎn)的低壓渦輪機(jī)18和20，即繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸線X在兩個(gè)相反方向中旋轉(zhuǎn)。
[0034]這些下游渦輪機(jī)18和20的每個(gè)都驅(qū)動(dòng)從渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)艙26徑向向外突出的外螺旋槳22或24的旋轉(zhuǎn)，該機(jī)艙26基本為圓柱形并沿壓氣機(jī)12、燃燒室14和渦輪機(jī)16、18和20的軸線X延伸。
[0035]滲透到該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流28被壓縮，然后與燃料混合并在燃燒室14中燃燒，該燃燒氣體然后穿過渦輪機(jī)以驅(qū)動(dòng)螺旋槳22和24旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)螺旋槳提供了通過渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生推力的大部分。離開渦輪機(jī)的燃燒氣體通過噴嘴32 (箭頭30)被排出，以增加推力。
[0036]螺旋槳22和24 —前一后布置在共同的軸線上并且它們每個(gè)都包括多個(gè)規(guī)則地分布在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線X周圍的