本發(fā)明涉及風(fēng)扇扇葉。

背景技術(shù)：

風(fēng)扇(即“風(fēng)扇”)是在旁路渦輪發(fā)動機(jī)的入口處的、由基本上圓錐形的輪轂(“旋轉(zhuǎn)器”)形成的大直徑旋轉(zhuǎn)部件(參見圖1的左側(cè))，徑向延伸的扇葉被附接到所述旋轉(zhuǎn)部件，如在圖2中可看出的。風(fēng)扇壓縮了大量的冷空氣，冷空氣的一部分被注入到壓縮機(jī)中，其余部分形成圍繞發(fā)動機(jī)并且被向后引導(dǎo)以產(chǎn)生推力的圓柱形流。

提高未來渦輪發(fā)動機(jī)效率的一個(gè)發(fā)展軸線是增加它們的稀釋比，即冷流(即，僅穿過風(fēng)扇的流)中的空氣質(zhì)量與熱流(穿過風(fēng)扇、被注入到壓縮機(jī)中并且在燃燒室中被加熱的流)的空氣質(zhì)量之間的比率。

為此，途徑之一是減小輪轂比，即在與輪轂處的氣流的相交叉的位置測得的風(fēng)扇的前緣半徑與在相同的軸向站處在殼體處測得的半徑之間的比率。該途徑因此在相同的風(fēng)扇直徑處包括輪轂直徑的減小，但這目前引起了許多機(jī)械和空氣動力學(xué)問題。

事實(shí)上，風(fēng)扇的工作是通過流體的偏轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的。為了壓縮流體，存在兩種選擇：

-利用扇葉的切向速度；

-使翼面彎曲。

在具有低輪轂比的扇葉上，內(nèi)部氣流(veine)(該內(nèi)部氣流對應(yīng)于注入到壓縮機(jī)中的空氣流)非常接近發(fā)動機(jī)的軸線。扇葉的切向速度較低；因此，這項(xiàng)工作必須通過彎度來完成。然而，3d編織復(fù)合技術(shù)不允許角度的快速變化。如在圖2中可看出的，根部是直線設(shè)計(jì)的(由于與編織的復(fù)合材料有關(guān)的制造問題)，因此利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不可能在內(nèi)部氣流處補(bǔ)償(récupérer)扇葉的翼面。

因此彎曲仍然是有限的。

需要具有新的風(fēng)扇扇葉幾何結(jié)構(gòu)，這將允許最大的效率和性能，而不會使扇葉的生產(chǎn)復(fù)雜化或削弱扇葉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明提出了一種扇葉，該扇葉包括至少一個(gè)柄部以及具有前緣和后緣的葉片，其特征在于，該扇葉對于葉片的在柄部的附近的至少一個(gè)翼面來說具有與沿著翼面的、從葉片的前緣延伸到葉片的后緣的弦的位置有關(guān)的最大彎度，該位置對應(yīng)于至少50％的相對弦長度。

葉片的該特定的幾何形狀使得能夠增大翼面的曲率同時(shí)有助于將直的編織的根部連接到扇葉。

根據(jù)其他有利的和非限制性的特征：

●沿著翼面的弦的、與最大彎度有關(guān)的所述位置對應(yīng)于介于50％和70％之間的相對弦長度；

●沿著翼面的弦的、與最大彎度有關(guān)的所述位置對應(yīng)于介于55％和65％之間的相對弦長度；

●所述最大彎度限定翼面的、從葉片的前緣延伸到葉片的后緣的骨架的點(diǎn)，該點(diǎn)與翼面的所述弦的距離是最大的；

●扇葉由編織的復(fù)合材料制成；

●扇葉進(jìn)一步包括軸向延伸的根部，該根部通過柄部連接到葉片。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于旁路渦輪發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇，該風(fēng)扇包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的扇葉。

根據(jù)其他有利的且非限制性的特征：

●風(fēng)扇包括圓盤，所述扇葉從該圓盤基本徑向延伸；

●扇葉的根部軸向插入到圓盤的袋狀凹部中；

●風(fēng)扇包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的扇葉，該扇葉被有規(guī)律地定位在圓盤的圓周上。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動機(jī)，該渦輪發(fā)動機(jī)包括根據(jù)本發(fā)明的第二方面的風(fēng)扇。

附圖說明

通過閱讀以下優(yōu)選的實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯現(xiàn)。將參照附圖給出該描述，在附圖中：

-在前描述的圖1示出了渦輪發(fā)動機(jī)的一個(gè)示例；

-在前描述的圖2示出了風(fēng)扇；

-圖3a和圖3b示出了風(fēng)扇扇葉；

-圖4和圖5各自將已知的葉片的翼面與根據(jù)本發(fā)明的葉片的翼面進(jìn)行比較。

具體實(shí)施方式

參照圖2、圖3a和圖3b，本發(fā)明的扇葉3是旁路渦輪發(fā)動機(jī)1的風(fēng)扇2的扇葉，該扇葉以已知的方式由葉片30、柄部32和根部31形成，該根部由具有較大厚度的部分形成、具有例如燈泡形狀的截面。柄部32(英文“柄部(shank)”)是確保扇葉3的葉片30與根部31之間的連續(xù)性的部分。該部分位于氣流的下方，因此對于空氣動力學(xué)來說沒有意義，但從機(jī)械的觀點(diǎn)來看是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼘⒊惺芫唧w為與離心力有關(guān)的強(qiáng)應(yīng)力。根部31是直的(所謂的“軸向”)部分，該直的部分通過平移而插入到圓盤4的互補(bǔ)形狀的袋狀凹部40中，該圓盤形成風(fēng)扇2的輪轂。

將會理解的是，葉片30與由風(fēng)扇2壓縮的流體接觸，這與“掩藏”的柄部32不同。柄部為基本平面的，薄的部分沿著根部31的所述軸向方向延伸?？紤]到柄部在扇葉的徑向平面(該平面穿過風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸線)中的縱向截面，柄部具有大致三角形的形狀。

葉片30至少在根部31的附近(更準(zhǔn)確地為在柄部32處)、即在葉片30的基部處具有下文將要描述的特定幾何形狀。

本發(fā)明的風(fēng)扇2是包括平臺的部件的組裝，葉片30從該平臺延伸(該平臺可以是扇葉的、呈從柄部32延伸的兩個(gè)“集成的”半平臺的形式(如在圖2中可看到的)的部分，或者是輪轂4的、扇葉所插入的部分，并且在本實(shí)例中它們是“附接的”)，有利地，該部件有規(guī)律地布置在輪轂4的圓周上。術(shù)語平臺在本文中被廣義地解釋并且通常表示葉片從其徑向延伸、并且具有空氣循環(huán)所抵靠的壁的任何元件?，F(xiàn)在已知的高性能平臺幾何形狀是非軸對稱的。

將會理解的是，本發(fā)明的風(fēng)扇2并不限于任何特定的平臺結(jié)構(gòu)，除了附接的平臺的特定示例，即，將假設(shè)的與圖3b的類型的“沒有平臺”的扇葉3相關(guān)的特定示例，該扇葉如所解釋的包括相對于根部31的其余部分具有減小的厚度的柄部32以及插入圓盤的袋狀凹部中的根部31，以便確保扇葉3的鎖定。

扇葉3優(yōu)選地由編織的復(fù)合材料制成。根部31被編織成平坦的，即，根部軸向延伸。本領(lǐng)域技術(shù)人員可具體在文獻(xiàn)ep1526285中找到這種材料和相關(guān)扇葉制造方法的示例。

如所解釋的，本發(fā)明的扇葉3通過葉片30在平臺處、即在上文所提到的示例中扇葉與柄部32的接合點(diǎn)處的特定幾何形狀來區(qū)分。圖4示出了在葉片30(注意凹-凸翼面)的這個(gè)水平處的、從前緣ba朝向后緣bf延伸的兩個(gè)“截面”的細(xì)節(jié)，一個(gè)截面適于已知幾何形狀，另一個(gè)截面適于本發(fā)明。截面是指葉片30在給定高度處的具體為沿著氣流線的基本橫向的截面。

將會理解的是，葉片30至少在柄部32附近(葉片30的近端端部，即截面高度接近0)但不一定在接近其遠(yuǎn)端端部的上部部分中具有該幾何形狀。有利地，葉片30在其高度的至少5％、有利地在其高度的大約2％之上具有該幾何形狀。

在圖4中應(yīng)當(dāng)注意到“弦”，即連接截面的端部點(diǎn)(ba和bf)的直線。正如隨后將看到的，這個(gè)弦將用作用于定位沿著截面的點(diǎn)的參考系，以表征該幾何形狀。圖4中也看到了一條二等分線，即葉片30的“骨架(skeleton)”(回想起，骨架是將前緣ba連接到后緣bf、從下部表面和從上部表面等距離定位的線)。正交于截面，發(fā)現(xiàn)了上文所提到的葉片30的“高度”。

該截面中的點(diǎn)的位置表示為弦的長度(橫坐標(biāo))的函數(shù)、更準(zhǔn)確地表示“標(biāo)準(zhǔn)化的”弦的長度的函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化的弦即在使葉片2交叉以行進(jìn)從而在弦上獲得該點(diǎn)上的(正交)投影時(shí)被表示為介于0和1之間的長度。換句話說，這對應(yīng)于在正交參考系中具有截面的點(diǎn)的x坐標(biāo)，其中點(diǎn)ba具有坐標(biāo)(0，0)并且點(diǎn)bf具有坐標(biāo)(0，1)。例如，截面中的與標(biāo)準(zhǔn)化的弦長度“0.5”相關(guān)的點(diǎn)在弦的中點(diǎn)上。

在該參考系中，坐標(biāo)y定義從一個(gè)點(diǎn)到弦的距離(該點(diǎn)與其在弦上的投影之間的距離)。對于骨架上的點(diǎn)，這個(gè)距離被稱為彎度。因此，骨架上的、距弦最遠(yuǎn)的點(diǎn)表示最大彎度。因此，圖4示出了已知翼面的最大彎度以及適于本發(fā)明的翼面的最大彎度。在骨架上具有翼面的最大彎度的點(diǎn)通常被指定為(為簡潔起見)最大彎度。

如在該圖中可看出的，本文的創(chuàng)新包括將葉片30的最大彎度(即，在骨架中的具有的最大的翼面彎度的點(diǎn))推遲(deferring)到下游。更準(zhǔn)確地說，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)使最大彎度位于接近弦的40％處時(shí)，葉片30的當(dāng)前幾何形狀使最大彎度位于超過弦的50％、并且具體為超過弦的55％處。

換句話說，最大彎度與沿著翼面的從葉片30的前緣ba朝向葉片的后緣bf延伸的弦的位置相關(guān)，該位置對應(yīng)于至少55％的相對弦長度。有利地，由于彎度在骨架上朝向相對于流在扇葉的下游側(cè)上是最大的，考慮到曲率接近風(fēng)扇的平臺、接近在柄部和扇葉之間的接合處，通過將曲率朝向后緣偏移，使得扇葉的曲率朝向扇葉的下游側(cè)是最大的?？紤]到平臺具體是在下游側(cè)上最靠近圓盤，通過讓所述曲率在柄部和葉片之間的接合處使得輪轂比是有利的。

在扇葉由編織的復(fù)合材料制成的情況下，根據(jù)本發(fā)明的幾何形狀使得能夠沿著流、從在柄部和葉片之間的接合部處開始柔化和分布最靠近旋轉(zhuǎn)軸線的曲線。事實(shí)上，在具有編織的基質(zhì)的復(fù)合材料扇葉的情況下比在金屬扇葉的情況下實(shí)現(xiàn)大的或完整的曲率更為復(fù)雜。

在數(shù)學(xué)中，這表示在正交參考系中，使得ba具有坐標(biāo)(0，0)以及bf具有坐標(biāo)(0，1)，骨架的方程由在區(qū)間[0；1]上限定的函數(shù)f給出，使得f(0)＝f(1)＝0以及f(xmax彎度)≥f(x)。

應(yīng)該指出的是，骨架在彎度方面通常是增加、然后減小的函數(shù)。因此，最大彎度對應(yīng)于骨架的平行于弦的切線，即f′(xmax彎度)＝0。

有利地，最大彎度與對應(yīng)于介于55％至75％之間、甚至介于55％至65％之間的相對弦長度的位置有關(guān)。實(shí)際上，需要指出的是，最好的效果(見下文)在大約60％處獲得。

圖5將“堆疊的”根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有低輪轂比的翼面和適于本發(fā)明的扇葉3的“翼面”進(jìn)行了比較。需要指出的是，最大彎度超過弦的50％的推遲使得能夠限制后緣bf的下部表面偏移，這對于柄部的設(shè)計(jì)是極其不利的。這使得能夠既保留翼面的給出截面的壓縮比的偏轉(zhuǎn)，并且通過柄部32使得根部31與軸向翼面形成令人滿意的接合。更準(zhǔn)確地說，當(dāng)前的幾何形狀使得能夠更好地沿著弦分布曲率。

因此，本解決方案使得能夠在葉片30的幾何形狀的前緣處和后緣處維持骨架角度(以及因此維持壓縮比)，該葉片的幾何形狀對于在軸向翼面處的根部31而言是過于彎曲的。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種風(fēng)扇2，該風(fēng)扇包括圓盤4(旋轉(zhuǎn)器)和一個(gè)或多個(gè)扇葉(有利地是被有規(guī)則地布置)。優(yōu)選地，如所解釋的，每個(gè)扇葉3的根部31通過平移而軸向插入到圓盤4的袋狀凹部40中。

將會理解的是，只有葉片30將從圓盤4的表面并且從由平臺確定的體積突出，柄部32才被布置在平臺的內(nèi)側(cè)上以便不突出并且不與待壓縮的流體接觸。因此，每個(gè)柄部在圓盤4的外側(cè)并且在平臺的、限定氣流的內(nèi)部的內(nèi)側(cè)延伸。

還提出了配備有這種風(fēng)扇2的旁通渦輪發(fā)動機(jī)1。