叶片和叶片两面角的制作方法
【专利说明】
[0001] 说明书
技术领域 [0002] 和现有技术
[0003] 本发明涉及一种能够在航空器发动机中使用的类型的涡轮机压气机的叶片（或 桨叶）结构。
[0004] 这种压气机包括串联的连续级。每个级包括移动叶轮（转子），或移动叶栅，以及 叶片定子（整流器）。
[0005] 每个移动叶栅本身包括圆盘，其上固定有叶片（或鳍状物）并在定子的一部分前 面旋转。通过使其相对于发动机轴偏离，它可以吸收和加速空气流。其后的整流器对该流 体在轴线中整流并通过将其一部分速度转换成压力而使其减速。
[0006] 图1概略性地示出了一个横截面，其示出了这种压气机的一部分。在该图中，整流 器的移动叶片10和叶片20被确定。后者与箍22、26结为一体。标记27示出用于紧固整 体到压气机外壳的凸缘。
[0007] 每个移动叶片10被定位在由叶根18延伸的内平台13上，叶根本身整合在转子25 的壳体上。需要注意的是，这些部件也可以作为单块生产，这一套被称为整体叶片盘。
[0008] 绕轴线AA'实施转子的旋转。
[0009] 为了设计这种高压（HP)压气机的叶片10、20,进行了研究，为了改进叶栅的气动 性能，同时仍提供一定的机械强度。
[0010] 特别地关注到切口的堆积。切向堆积法对应于根据垂直于叶片的主径向方向的平 面，相对于该叶片的主径向轴线，该叶片的每个剖面的重心位置。
[0011] 该叶栅切口的堆积在该类型的研究中是很重要的参数。该变量从空气动力学角度 以及从机械角度的确起作用。因此寻求最佳的堆积法表示在任何高压压气机叶栅的设计中 的大量工作。
[0012] 存在优化每个叶栅的气动性能的问题，该叶栅特别地由栗裕度和输出所限定。在 这种优化中，也期望提供或维持每个叶片的机械强度。
【发明内容】
[0013] 本发明首先提出了一种在其表面的每个点由掠角和两面角限定的压气机叶片，该 压气机叶片包括：
[0014] -叶根，
[0015] -叶尖，在所述叶根和所述叶尖之间沿垂直于所述压气机的旋转轴线的被称为径 向轴线的轴线测量的距离，称为径向高度〇1)，
[0016] -在所述叶根和所述叶尖之间的区域，其第一部分具有严格正的前缘两面角，以 及其第二部分具有严格负的前缘两面角。
[0017] 最大角区域位于沿所述径向轴线在r = 0. 25h或0. 3h或0. 5h以及r = 0. 65h或 0. 7h之间。
[0018] -种根据本发明的叶片的形式，并且特别地诸如以上的最大角区域的选择可以改 进所述压气机的可操作性，而不施加机械约束和/或过度消耗。气动性能（栗裕度，输出） 能够这样被优化，而不降低所述叶片的机械强度。
[0019] 所述前缘两面角在所述叶尖是严格负的，并且在所述叶根是严格正的或严格负 的。
[0020] 如果位于所述叶片的叶根附近的区域具有严格负的两面角，在所述叶根的角例如 最多等于_1〇°或等于和-15°。
[0021] 根据一个实施方式，具有严格正的两面角的第一部分形成一个间隔，或最多在所 述叶片的叶根和沿所述径向轴线位于r = 0. 85h的位置之间延伸，所述两面角例如在所述 叶尖是负的。
[0022] 具有严格正的两面角的所述第一部分能够形成一个间隔：
[0023] -沿所述径向轴线，最多在r = 0.1 h和r = 0. 85h之间延伸，所述两面角例如在 所述叶根是负的，
[0024] 一和/或沿所述径向轴线测量的长度至少等于0. 4h或0.1 h和在0. 60h之间。
[0025] 优选地，在所述叶片叶根测量的所述两面角和在所述叶片叶尖测量的所述两面角 之间的差小于10°。
[0026] 诸如以上的叶片能够：
[0027] -是移动的，其叶根旨在被固定到所述压气机的转子的圆盘，或所述叶片为整体 叶片式盘的一部分，
[0028] -或是固定的，为固定定子的一部分或可变正时定子的一部分。
[0029] 本发明还涉及一种在航空中使用的类型的发动机，其包括设置有固定叶片和移动 叶片的压气机，一个或多个为以上所述的类型的叶片。
[0030] 附图简要说明
[0031] 图1是设置有其固定叶片和移动叶片的压气机的剖面的示意图。
[0032] 图2A是带有堆积的三直角系统（X，Y，Z)的定位的叶片的示意图。
[0033] 图2B和2C是带有堆积的叶片的截面图，示出了用于理解本发明的不同角。
[0034] 图3示出了根据本发明叶片的两面角变化的各种示例。
[0035] 图4示出了根据该叶片高度的掠角的变化。
[0036] 图5A-5C示出了根据本发明所生产的叶片的视图。
[0037] 图6示出了在根据本发明的叶片的两面角变化和不实施本发明教导的两面角变 化之间的比较；
[0038] 图7示出了在域Pi-D中的等规律（isoregime)曲线。
[0039] 优选实施方式的详细描述
[0040] 对于每个叶片，系统XYZ诸如在图2A中图解性地限定：X轴是在下游方向被定位 的机器轴线，并且它平行于旋转轴线AA'（参见图1)。
[0041] Z轴垂直于X并且限定了从叶片的叶根（z = 0)到叶片顶部（z = h)的高度z。
[0042] Y轴是切向的，垂直于X和Z。
[0043] 从那里开始，限定了与所考虑的叶片相连的另一系统或局部柱面系统（X、R、u)，其 中：
[0044] X仍是在下游定位的机器轴线，
[0045] R是径向轴线，被限定为Z，它垂直于X并限定了相对于叶片叶根的高度，也称为堆 积轴线，
[0046] u是对于SHAR类型（向后顺时针方向）的发动机从叶片的内弧面朝相邻叶片的外 弧面被定向的方位轴，或对于SHAV类型的发动机（向前顺时针方向）在相反方向中被定向 的方位轴；它垂直于X和R。在图2A所示叶片的特定情况下，笛卡尔系统（X、Y、Z)和局部 柱面系统（X、R、u)是混在一起的。
[0047] 可以以不同方式限定切口的堆积（需要记住的是，这是根据平行于（X，u)和垂 直于叶片的主径向方向R的平面，相对于叶片的主径向轴线，该叶片的每个剖面的重心位 置）：
[0048] -通过沿X轴和y轴的切口重心的位置Xs、Ys，
[0049] -或者通过如上例如在勒罗伊· H ·史密斯（Leroy H. Smith)等的文章"轴 流式祸轮机中的掠角和两面角效应（Sweep and dihedral effects in axial-flow turbomachinery) "，9月，63, ASME，中描述的掠角和两面角。
[0050] 在这里选定最后的定义。从而掠角和两面角如在以上提到的勒罗伊· H ·史密斯 等的文章中所限定。在本文中所限定的角a、r、u是以上所限定的角X、R、u。
[0051] 这些角度量了流动和叶片分别在径向和轴向平面中以及在轴向和正切于机器的 旋转方向的平面中的投影之间的方向之差。
[0052] 如果流动是纯粹轴向的，其为大约在机器进口的情况，掠角表示叶片在轴向方向 的倾斜，以及两面角表示叶片在切向方向的倾斜。掠角的负号表示上游倾斜，以及正号表示 下游倾斜；并且两面角的负号表示朝内弧面倾斜，以及正号表示朝外弧面倾斜。使用向外的 径向方向限定了该倾斜。
[0053] 掠角和两面角因此与叶片表面的每个点相关联。
[0054] 图2B和2C从该文章中复制了图4。它们分别示出了横截面视图：
[0055] -在移动叶栅（图2B)的平面R、u (都垂直于轴线AA'），
[0056] -在叶片（图2C)的平面R、X中（其包含轴线AA'）。
[0057] 在这些附图中，已经添加了标记11，其表示掠角和两面角的一个可能曲线研究。在 图2C中，可以找到分别表示最靠近叶根的叶片部分和叶片叶尖的标记13和15。在该图中， 也可以看到所示出的叶片的前缘17和后缘19。标记30表示流线，轴对称流表面（在发动 机轴周围）从其开始生成。
[0058] 此外，在图2B中可以看到角η，在平面[R;u]中在曲线11的每一个点与轴线R - 起形成该角η。可以认为，该角就是在曲线11上的每个点与曲线11相切的线与轴线R - 起形成的角。
[0059] 角度μ (图2C)表示在平面[X ;R]中在曲线11上的每一点（或其切线）与轴线 R-起形成的角。在此可以认为，掠角和两面角为在所考虑的叶片前缘的掠角和两面角。在 这种情况下，曲线11在桨叶的前缘后面，并且因此与前缘17混在一起。最后，Vx、VR、Vu表 示相对于所考虑的叶片排，轴对称流的速度矢量在轴线X、R、u上的投影。
[0060] 也限定了以下：
[0061] tan β = Vu/Vx
[0062] 以及：
[0063]
[0064] 通过跟随以上的记号，并且根据在L. Η.史密斯的文章的教导，掠角λ由以下所限 定：
[0065]
[0066] 并且两面角V由以下限定：
[0067]
[0068] 应联系图3描述根据本发明的叶片的实施方式。
[0069] 该图示出了各种曲线，其提供了根据沿轴线R的位置，如以上所限定的前缘两面 角变化的示例，诸如轴线R也如以上限定。
[0070] 根据这些图，可以看到的是，两面角的变化限定了一种被称为"球茎形"的形状，其 包括两面角具有严格正值的一部分以及两面角有严格负值的一部分（其本身可包括两个 子部分）。
[0071] 在图3中，可以沿y轴（轴线R)区分以下：
[0072] -第一部分，其中，两面角是严格负的；对于所示出的曲线I一IV的每一个，这在 纵坐标的R轴线上对应于两个区域，一个靠近叶片的叶根，另一个靠近叶片叶尖，
[0073] -第二部分，其中两面角是严格正的；对于所示出的每一曲线，这在纵坐标的轴线 R上对应于单个区域（或单个间隔），该单个区域位于从叶片叶根和从叶片叶尖的一定距 离。
[0074] 更准确地，在图3所示示例的情况下：
[0075] -曲线I具有严格正的两面角的区域（或间隔），其根据轴线R在大约0. 35h和 0. 72h之间延伸，
[0076] -曲线II具有严格正的两面角的区域（或间隔），其根据轴线R在大约0. 15h和 0. 47h之间延伸，
[0077] -曲线III具有严格正的两面角的区域（或间隔），其根据轴R线在大约0. 17h和 0. 70h之间延伸，
[0078] -曲线IV具有严格正的