用于涡轮机风机的叶片,尤其用于无导管风机类型的涡轮机风机的叶片、相应的风机和相应的涡轮机

摘要

用于涡轮机风机的叶片，尤其用于无导管风机类型的涡轮机风机的叶片、相应的叶片和相应的涡轮机。依据本发明，该叶片(11A)包括在单个位置处布置的装置(16)，因此在风机(7)旋转时它们局部地干扰叶片(11A)周围的流动的分布以便在下游形成两个独立的主漩涡。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机风机的叶片，尤其用于无导管风机类型的涡轮 机风机的叶片、相应的风机和相应的涡轮机。

背景技术

尽管本发明特别适合于具有无导管风机（也描述为“开放转子”）的涡轮机， 然而其用途并不限于这样的应用。

如所知，具有无导管风机的涡轮机可以包括分别在上游（前）和下游（后） 的两个同轴且对转的外风机，它们均由涡轮机轮流地驱动并且它们在涡轮机机 舱外侧基本径向地延伸。每个风机一般包括与涡轮机的纵向轴同心的旋翼叶 毂，其中叶片固定到它。

然而，这样的具有无导管风机的涡轮机的上游和下游对转风机之间的气动 作用产生高的操作声级别。在实践中，上游和下游对转风机的叶片的旋转引起 了下面各项的形成：

-在其下游，沿着叶片的跨度的伴流（wake）；

-在叶片自由端处的边界漩涡；以及

-叶片基部处的湍流。

当气动扰动撞击下游风机或者在其附近经过时上游风机下游的这些气动 扰动是气动作用噪声的来源。

特别地，在具有无导管风机的涡轮机低速操作阶段期间（诸如，当把它安 装在航空器上时，当滑行、起飞、着陆以及进场时），辐射噪声的主要贡献源 自与下游风机相关联的一系列相互作用，通过穿过由伴流构成的漩涡面和由上 游风机的叶片（也称为上游叶片）形成的边界漩涡，该下游风机正在来自上游 风机的气流中运行。当来自上游叶片的边界漩涡与下游风机的叶片（否则，称 为下游叶片）相互作用时，下游叶片-边界漩涡的相互作用支配大多数方向性 的辐射声谱。

同样，为了减小来自这样的涡轮机的非期望声发射并且因而满足由航空当 局强制的声认证标准，有必要通过减小下游叶片-边界漩涡的相互作用来低速 地减小辐射噪声。

当前，最广泛使用的已知解决方案——称为削波（clipping）—包括减小下 游风机的直径，以便使由上游叶片生成的边界漩涡在下游叶片外侧通过，从而 限制了后者与边界漩涡的相互作用。这通常需要增加下游叶片的翼弦以维持上 游和下游风机之间的期望拉力（traction）和变矩比。通过非常强烈地使上游叶 片的端部增加载荷可以推行这样的解决方案至极限，以便减小上游叶片中每一 个叶片的其余部分的载荷，从而减小来自上游风机的伴流的冲击，其也是非期 望相互作用噪声之源。

然而，这样的解决方案证明仅对于涡轮机的隔离且无关联配置（也就是说， 其中没有外部元件链接到它）是可接受的。在存在元件（支柱，机身）或者关 联的情况下，上游风机后面的气流的收缩和轴对称被修改，因此不再产生的削 波防止了下游叶片和由上游叶片生成边界漩涡的相互作用。下游叶片高度的显 著减小（对应于显著的削波）需要增加与下游叶片相关联的翼弦以便保持载荷， 其劣化了相关联的涡轮机的效率并且因此不是满意的。

发明内容

本发明的目的是弥补此缺点，并且特别是通过消弱下游叶片-边界漩涡的 相互作用基本上减小了由具有无导管风机（双对转风机）的涡轮机辐射的噪声。

为此，依据本发明，一种用于涡轮机风机的叶片，尤其是无导管风机类型 的涡轮机风机的叶片显著在于它包括在单个位置处布置的装置，以便在风机旋 转时局部地干扰叶片周围的流动的分布，从而在下游形成两个独立的主漩涡， 该干扰装置包括形成在叶片前缘上的单凸起，其特征在于，该单凸起由其跨度 位置h限定以使得0.75H<h<0.85H,H是叶片的高度。

因而，通过本发明，叶片周围的流动的分布得以修改以便引起两个主漩涡：

-在上游叶片自由端形成的第一自然漩涡（或者边界漩涡）；

-在扰动装置附近产生的不同的第二强制漩涡（或者补充漩涡）。

边迹和辅助漩涡是同转的（也就是说它们呈现出相同的旋转方向）并且就 下游风机而言与彼此保持独立。借助本发明，在单个局部位置周围产生该流动 的分布的修改，并且该结果是两个漩涡的形成-在强度方面比当前观测到的单 个边界漩涡弱-它们未融合在一起。此外，通过与配备有没有本发明的扰动装 置的叶片的上游风机的比较，包括遵照本发明的叶片的上游风机的性能级别未 被修改。

依据本发明，该干扰装置包括形成在叶片前缘上的单凸起，其使得能够产 生同转的边界和补充漩涡，伴随着插入在这两个同转漩涡（也就是说，它们展 示出与这两个同转漩涡中的那个相反的旋转方向）之间的对转辅助漩涡的形 成，这防止了它们融合并且就下游风机叶片而言保持它们与彼此独立。应当注 意，补充凸起的添加导致了这两个边界和补充漩涡的快速融合，这是不期望的。

有利地，单凸起由下面限定：

-其跨度位置h以使得0.75H<h<0.85H,H是叶片(11A)的高度，

-以及，任选地，由：

-其跨高d，使得0.05H<d<0.2H；

-其翼弦宽度l，使得c/16<l<c/8，其中，c是在所述凸起16的跨度位置h处 叶片的局部翼弦的长度。

在遵照本发明的变体中，叶片可以包括凹口，其形成在所述叶片的前缘中 并且其与所述凸起相邻。

而且，本发明还涉及一种尤其用于具有无导管风机的涡轮机的风机，其包 括属于上面所描述类型的多个叶片。

此外，本发明还涉及一种涡轮机，其包括至少一个前面提及类型的风机。

特别地，当该涡轮机属于无导管风机类型的且包括两个同轴且对转的风机 时，有利地，至少上游风机属于上面详细描述的类型。

附图说明

附图中的各图将给出关于如何可以产生本发明的良好理解。在这些图中， 同样的附图标记指示类似的元件。

图1是依据遵照本发明的实施例的、装配有上游叶片的具有无导管风机的 涡轮机的纵向横截面示意图。

图2是图1的上游叶片的正视图的扩大示意图。

图3至5，其类似于图2，表示遵照本发明的图2的上游叶片的三个变体实施 例。

具体实施方式

图1示意性地示出了遵照本发明的具有无导管风机1的涡轮机，从上游至下 游在纵向轴L-L涡轮机内部的气体流动方向上（由箭头F表示），其包括：压缩 机2、圆环形燃烧腔3、高压涡轮4和对转的两个低压涡轮5和6，也就是说这两 个低压涡轮5和6关于纵向轴L-L在两个相反的方向上旋转。

低压涡轮5和6中的每一个转动地固定至在涡轮机1的机舱9外侧径向延伸 的外部风机7、8，该机舱9为基本圆柱形且沿着轴L-L并围绕着压缩机2、燃烧 腔3和涡轮4、5和6延伸。从涡轮出来的燃烧气体通过喷嘴10被排出以增加推力。

风机7和8一个在另一个后面地同轴地布置且包括关于纵向轴L-L等角度地 分布的多个叶片11A和11B。叶片11A和11B基本径向延伸并且属于具有可变设 置的类型，也就是说，它们可以关于它们的纵向轴旋转以便依据涡轮机1的期 望操作条件优化它们的角位置。显然地，作为变体，风机的叶片也可以属于固 定设置的。

每个上游7或下游8风机包括旋转旋翼叶毂12、13,所述旋翼叶毂12、13支 撑叶片11A、11B并且与涡轮机1的纵向轴LL同心地布置，与其成直角。

上游11A和下游11B叶片均由叶片主体14和叶片根部15形成，且均被安装 成在对应旋翼叶毂12、13上旋转。

在遵照本发明的图2的实施例中，上游风机7的每个叶片11A均包括形成在 所涉及的所述叶片11A的前缘17上的单凸起16。

此外，圆形形状的单凸起16通过下面参数予以有利地限定：

-其跨度位置h，其处于0.75H和0.85H之间，其中，H是上游叶片11A的高 度；

-其跨高d，其处于0.05H和0.2H之间；以及

-其翼弦宽度l，其处于c/16和c/8之间，其中，c是在所述凸起16的跨度位 置h处叶片的局部翼弦的长度。

因而，单凸起使得能够干扰上游叶片11A周围的流动的分布，这引起了两 个同转的主漩涡；

-在上游叶片11A自由端18形成的第一自然漩涡（或者边界漩涡）；

-在单凸起16附近产生的不同的第二强制漩涡（或者补充漩涡）。

此外，单凸起16还促使对转辅助漩涡的形成（也就是说与这两个边界和补 充漩涡相反的方向），其插入在这两个同转的主漩涡之间，因而防止了它们融 合。

换句话说，在上游风机7转动时，单凸起16局部地干扰了上游叶片11A周围 的流动的分布，以便在下游形成两个独立的主漩涡，就下游风机8而言其维持 独立。

然而，图3至5示出了遵照本发明的上游叶片11A的凸起的三个变体实施例。

特别地，图3和4的凸起16A和16B分别属于三角形和矩形形状。相关联的 参数h,d和l类似于图2的凸起16的那些参数。

此外，在遵照本发明的另一变体中，如图5中所示，在上游叶片11A的前缘 17中形成的凹口19与凸起16相关联。与凸起16相邻的凹口19布置在凸起和上游 叶片11A的自由端18之间。作为变体，会可能的是设想把凸起布置在凹口和上 游叶片的自由端之间。