可变定子导叶底切扣状体的制作方法

本发明涉及航空器燃气涡轮发动机，且尤其地涉及可变定子导叶扣状体(button)。

背景技术：

已知可变定子导叶(vsv)使用在航空器燃气涡轮发动机低压和高压压缩机和风扇中以及使用在一些涡轮设计中。非旋转或静止的定子导叶典型地放置在风扇、压缩机以及涡轮的转子叶片的下游或上游。

由于轴流式hpc在典型的运行循环上所经历的大范围的运行条件，压缩机的旋转速度和流动速率也大范围地变化。这导致了进入定子导叶的绝对流动角度(flowangle)的大的改变。为了在不遭遇高损耗或流动分离的情况下允许导叶适应流动角度的这些改变，可变定子导叶的周向排构造成使得导叶可绕其径向的(或近似径向的)轴线旋转。

大体上，可变定子导叶(vsv)具有通过其旋转轴线的主轴，所述主轴穿透罩壳，允许在使用促动机构的情况下使导叶旋转。在流动路径处，典型地存在围绕与导叶一起旋转的主轴的扣状体的材料。然而，该扣状体的尺寸通常由vsv的节距方向的间隔所限制，导致了在端壁处的导叶弦长的一部分，在该处间隙存在于流动路径和导叶之间。

由于在导叶的压力侧和吸力侧之间存在大的压力梯度，泄漏流被驱动越过该间隙，导致了在端壁处的减少的流体转向和更高的损耗。该泄漏流也引起了在邻近的转子叶片处的流不均匀性(即尾流)，其可激励这些叶片，引起在转子叶片中的潜在的损害振动。因此可期望减少该间隙的弦向的长度和伴随的泄漏流。为此，vsv扣状体已经设计成覆盖vsv翼型件的内和外直径端部。对该端部的覆盖是可期望的，因为其最小化了由于在导叶和流动通路的壁之间的端壁间隙处的泄漏流而引起的端壁损耗。

传统的vsv扣状体典型地具有等于或稍微小于在导叶的相应位置处在导叶之间的螺距方面的间隔的直径。这是因为更大的扣状体将相互重叠，使得物理上不可能将导叶组件安装在一起。在一些情形中，设计人员已经规定了在扣状体的侧边上的平切或弓切以允许使用更大扣状体直径，由此获得更大的端壁覆盖。然而，这些配置典型地导致了在扣状体之间的大的空腔并且在导叶前缘附近通常具有大的流动路径间隙，导致了不期望的损耗和大的尾流。带有高度倾斜的内流动路径的高压压缩机hpc的vsv具有扣状体，内扣状体的上表面的最大直径由在扣状体的底部处的干涉所限制。这限制了圆柱形的扣状体的尺寸。

因而，高度期望提供最小化端壁泄漏且在大范围的导叶角度设定上运行的扣状体。

技术实现要素：

可变定子导叶包括安装至围绕旋转轴线定中心的双锥形的扣状体的翼型件，该扣状体具有支撑翼型件且围绕旋转轴线的圆柱形部分，并且扣状体底切(undercut)延伸远离圆柱形部分延且关于旋转轴线从圆柱形部分的圆周径向向内延伸。扣状体底切可包括圆锥形部分，该圆锥形部分延伸远离圆柱形部分且围绕圆锥体的回转轴线，该圆锥体的回转轴线可关于旋转轴线倾斜且可与旋转轴线相交。

翼型件可包括翼型件悬突部，该翼型件悬突部径向向外延伸超过扣状体的圆形的后缘。

可变定子导叶包括布置在绕旋转轴线定中心的间隔开的外扣状体和内扣状体之间的翼型件，具有支撑翼型件且围绕旋转轴线的圆柱形部分的内扣状体，和延伸远离圆柱形部分且关于旋转轴线从圆柱形部分的圆周径向向内延伸的扣状体底切。

外主轴和内主轴可分别延伸远离外扣状体以及翼型件和延伸远离内扣状体以及翼型件。翼型件可从在内扣状体上的翼型件的基底延伸并且在翼型件和内扣状体之间的倒角(fillet)可围绕基底和翼型件延伸。

燃气涡轮发动机可变导叶组件包括可变定子导叶的至少一个圆形排，可变定子导叶包括布置在围绕旋转轴线定中心的间隔开的外扣状体和内扣状体之间的翼型件，具有支撑翼型件且围绕旋转轴线的圆柱形部分的内扣状体，和延伸远离圆柱形部分且关于旋转轴线从圆柱形部分的圆周径向向内延伸的扣状体底切。

内扣状体可能够旋转地布置在内环中的内圆形凹口中并且在内环中的连接凹口可周向地连接内圆形凹口中的邻近的内圆形凹口。

实施方案1.一种可变定子导叶，包含：

翼型件，该翼型件安装至围绕旋转轴线定中心的扣状体，

所述扣状体，所述扣状体具有支撑所述翼型件且围绕所述旋转轴线的圆柱形部分，以及

扣状体底切，该扣状体底切延伸远离所述圆柱形部分且关于所述旋转轴线从所述圆柱形部分的圆周径向向内延伸。

实施方案2.根据实施方案1所述的可变定子导叶，此外包含所述扣状体底切，所述扣状体底切包括延伸远离所述圆柱形部分并且围绕圆锥体的回转轴线的圆锥形部分。

实施方案3.根据实施方案2所述的可变定子导叶，此外包含所述圆锥体的回转轴线，所述圆锥体的回转轴线关于所述旋转轴线倾斜。

实施方案4.根据实施方案3所述的可变定子导叶，此外包含所述圆锥体的回转轴线，所述圆锥体的回转轴线与所述旋转轴线相交。

实施方案5.根据实施方案1所述的可变定子导叶，此外包含翼型件，所述翼型件包括径向向外延伸超过所述扣状体的圆形的后缘的翼型件悬突部。

实施方案6.一种可变定子导叶，包含：

翼型件，该翼型件布置在围绕旋转轴线定中心的间隔开的外扣状体和内扣状体之间，

所述内扣状体，所述内扣状体具有支撑所述翼型件且围绕所述旋转轴线的圆柱形部分，以及

扣状体底切，该扣状体底切延伸远离所述圆柱形部分且关于所述旋转轴线从所述圆柱形部分的圆周径向向内延伸。

实施方案7.根据实施方案6所述的可变定子导叶，此外包含所述扣状体底切，所述扣状体底切包括延伸远离所述圆柱形部分且围绕圆锥体的回转轴线的圆锥形部分。

实施方案8.根据实施方案7所述的可变定子导叶，此外包含所述圆锥体的回转轴线，所述圆锥体的回转轴线关于所述旋转轴线倾斜且所述圆锥体的回转轴线与所述旋转轴线相交。

实施方案9.根据实施方案8所述的可变定子导叶，此外包含：

所述翼型件，所述翼型件包括径向向外延伸超过所述扣状体的圆形的后缘的翼型件悬突部，

外主轴，该外主轴延伸远离所述外扣状体和所述翼型件，以及

内主轴，该内主轴延伸远离所述内扣状体和所述翼型件。

实施方案10.根据实施方案9所述的可变定子导叶，此外包含从在所述内扣状体上的所述翼型件的基底延伸的所述翼型件以及在所述翼型件和所述内扣状体之间围绕所述基底和所述翼型件延伸的倒角。

实施方案11.一种燃气涡轮发动机可变导叶组件，包含：

可变定子导叶的至少一个圆形排，

所述可变定子导叶，所述可变定子导叶包括布置在围绕旋转轴线定中心的间隔开的外扣状体和内扣状体之间的翼型件，

所述内扣状体，所述内扣状体具有支撑所述翼型件且围绕所述旋转轴线的圆柱形部分，以及

扣状体底切，该扣状体底切延伸远离所述圆柱形部分且关于所述旋转轴线从所述圆柱形部分的圆周径向向内延伸。

实施方案12.根据实施方案11所述的组件，此外包含所述扣状体底切，所述扣状体底切包括延伸远离所述圆柱形部分且围绕所述可变定子导叶的圆锥体的回转轴线的圆锥形部分，所述可变定子导叶包括在间隔开的外扣状体和内扣状体之间布置的翼型件。

实施方案13.根据实施方案11所述的组件，此外包含可旋转地布置在内环中的内圆形凹口中的所述内扣状体和在所述内环中的周向地连接所述内圆形凹口中的邻近的内圆形凹口的连接凹口。

实施方案14.根据实施方案13所述的组件，此外包含所述扣状体底切，所述扣状体底切包括延伸远离所述圆柱形部分且围绕所述可变定子导叶的圆锥体的回转轴线的圆锥形部分，所述可变定子导叶包括在间隔开的外扣状体和内扣状体之间布置的翼型件。

实施方案15.根据实施方案14所述的组件，此外包含所述圆锥体的回转轴线，所述圆锥体的回转轴线关于所述旋转轴线倾斜。

实施方案16.根据实施方案15所述的组件，此外包含所述圆锥体的回转轴线，所述圆锥体的回转轴线与所述旋转轴线相交。

实施方案17.根据实施方案15所述的组件，此外包含：

所述翼型件，所述翼型件包括径向向外延伸超过所述内扣状体的圆形的后缘的翼型件悬突部，

延伸远离所述外扣状体和所述翼型件的外主轴，以及

延伸远离所述内扣状体和所述翼型件的内主轴。

实施方案18.根据实施方案17所述的组件，此外包含所述内主轴，所述内主轴通过在所述内环中的内开口布置。

实施方案19.根据实施方案17所述的组件，此外包含从在所述内扣状体上的所述翼型件的基底延伸的所述翼型件以及在所述翼型件和所述内扣状体之间围绕所述基底和所述翼型件延伸的倒角。

实施方案20.根据实施方案18所述的组件，此外包含所述外主轴，所述外主轴穿过在支撑所述可变定子导叶的罩壳中的外开口布置。

附图说明

图1是带有具有底切扣状体的可变定子导叶的燃气涡轮发动机高压压缩机的一部分的截面视图。

图2是在图1中示出的带有底切扣状体的压缩机可变定子导叶中的一个的透视图。

图3是在图2中示出的底切扣状体的放大透视图。

图4是两个邻近的在图3中示出的底切扣状体的透视图。

图5是在图3中示出的在底切扣状体的任一侧上的内环中的扣状体凹口的示意透视图。

图6是在图5中示出的内环中的邻近的扣状体凹口中的两个邻近的底切扣状体的从上往下观察的示意透视图。

图7是在图6中示出的内环中的邻近的扣状体凹口中的两个邻近的底切扣状体的从后往前观察的示意透视图。

图8是在图2中示出的带有底切扣状体的两个邻近的压缩机可变定子导叶的从后往前观察的示意透视图。

参考标号列表

10高压压缩机

11第一排

12轴向中心轴线

13第二排/圆形排

15可变定子导叶

16可旋转的叶片

17第一排

18第二排

20旋转轴线

31翼型件

32外扣状体

33内扣状体/双锥形扣状体

34外主轴

35内主轴

36外套筒(trunnion)

37内套筒

38根部

42外圆形凹口

43内圆形凹口

46基底

48顶端

50扣状体底切

51倒角

52圆形前缘

53圆形后缘

56可变定子导叶组件

62压缩机罩壳

70圆柱形部分

72圆锥形部分

74圆锥体的回转轴线

78外开口

79内开口

80杠杆臂

81内环

82促动环

88周向邻近的vsv对

92延伸部

96翼型件悬突部

98对

100扣状体间隔

102第一个

104第二个

106中间一个

110邻近的对

112连接凹口

c圆周

r半径

u上游

di直径

le前缘

te后缘

ps压力侧

ss吸力侧。

具体实施方式

在图1中示出了围绕纵向或轴向中心轴线12的示例性的涡轮风扇燃气涡轮发动机高压压缩机10的一部分。可变定子导叶15(vsv)的圆形的第一排11和第二排13布置在压缩机10中并且被用于优化流动通过压缩机10的气体进入可旋转的叶片16的第一排17和第二排18的方向。尽管本文中公开的vsv的示例性的实施例是用于高压压缩机，vsv也可使用在其他的压缩机区段中以及使用在燃气涡轮发动机的风扇和涡轮区段中。外压缩机罩壳62支撑包括可变定子导叶15的可变定子导叶组件56。

参考图2-3，每个可变定子导叶组件56包括多个可变定子导叶15。每个可变定子导叶15可围绕旋转轴线20枢转或旋转。每个可变的定子导叶15具有布置在间隔开的外扣状体32和内扣状体33之间的翼型件31。外主轴34从外扣状体32向外延伸并且内主轴35从内扣状体33向内延伸。外主轴34和内主轴35分别可旋转地支撑在外套筒36和内套筒37中，如在图1中示出的那样。

参考图1，外主轴34可旋转地布置通过外套筒36，该外套筒继而安装在罩壳62中的外开口78中。内主轴35可旋转地支撑通过内套筒37，该内套筒继而安装在内环81中的内开口79或孔中且穿过内环81中的内开口79或孔，该内环在罩壳62的径向内部间隔开。杠杆臂80自外主轴34延伸并且联结至促动环82以用于旋转或枢转并设定可变定子导叶15的流动角度。

参考图1和2，外扣状体32和内扣状体33分别可旋转地布置在罩壳62中的外圆形凹口42和内环81中的内圆形凹口43中。每个翼型件31具有在翼型件后缘te的上游u的翼型件前缘le和压力侧ps与吸力侧ss。后缘te向下游延伸超过外扣状体32和内扣状体33。每个翼型件31从在内扣状体33上的基底46向外延伸到在外扣状体32上的顶端48。基底46通过根部38连接至内扣状体33。根部38围绕基底46和翼型件31延伸。在内扣状体33和翼型件31之间的倒角51围绕基底46和翼型件31延伸。参考图2，外扣状体32和内扣状体33每个在翼型件前缘le和后缘te的附近具有圆形前缘52和后缘53并且圆形的前缘52在圆形的后缘53的上游。

参考图2和3，内扣状体33是双锥形的具有支撑翼型件31的圆柱形部分70，并且以扣状体半径r围绕旋转轴线20。扣状体底切50关于旋转轴线20径向地延伸远离圆柱形部分70并且如在本文中示出的那样可不围绕旋转轴线20对称。扣状体底切50关于旋转轴线20从圆柱形部分70的圆周c向内延伸。本文中示出的扣状体底切50的示例性的实施例是延伸远离圆柱形部分70的圆锥形部分72并且围绕圆锥体的回转轴线74。如在本文中的底切扣状体的示例性的实施例中示出的那样，圆锥体的回转轴线74关于旋转轴线20倾斜并可与旋转轴线20相交。

扣状体底切50允许了用于内扣状体33的圆柱形部分70的更大直径di(见图6)的使用。更大直径的扣状体允许了翼型件悬突部96的减少，该翼型件悬突部是离开内扣状体33的圆形后缘53的未支撑的vsv翼型件31的量。翼型件悬突部96的减少增加了翼型件31硬度并且减少了对于在内扣状体33区域中的局部高的模态应力的可能性。通过利用扣状体底切50增大内扣状体33保持了在流动路径表面处的圆柱形几何形状，因此通过不引入任何附加的间隙或台阶保持航空需要的流动路径形状。

更大的扣状体将允许更小的倒角和根部厚度的使用，因此允许了在设计翼型件方面的更多灵活性以在空气动力方面更接近由空气动力设计人员所期望的形状。这提供了更好的空气动力效率。高度倾斜的流动路径创造了条件，在该条件下圆柱形扣状体形状迫使了在扣状体之间的更多的分离并且底切有助于减少该分离。

图4示出了在图8中示出的周向邻近的vsv88对的周向邻近的内扣状体33对98。图4还示出了在周向邻近的内扣状体33对98之间的扣状体间隔100。邻近的内扣状体33中的第一个102的扣状体底切50通过间隔100与邻近的内扣状体33中的第二个104的圆柱形部分70分离。在没有扣状体底切50的情况下，第一个102的圆柱形部分70将如在图4中通过虚线虚构圆柱形延伸部92与邻近的内扣状体33的第二个104的圆柱形部分70干涉。

在图5和6中示出了在内环81中的三个邻近的内部的圆形凹口43。内扣状体33中的一个示出在三个邻近的内部的圆形凹口43中的中间一个106中。邻近的内部的圆形凹口43的每邻近的两个或对110通过在图5和6中示出的连接凹口112周向地连接。这允许了周向邻近的内扣状体33对98如图6和7中示出的那样可旋转地布置在内环81中的邻近的凹口43对110中。这也允许了带有更大的圆周c的更大的扣状体，因为周向邻近的内扣状体33对98的圆柱形部分70的圆周c可重叠并在该对98的圆柱形部分70之间仍然保持空隙(通过间隔100示出)。邻近的内扣状体33中的第一个102的扣状体底切50通过间隔100与邻近的内扣状体33中的第二个104的圆柱形部分70分离。

虽然已经在本文中描述了视为本发明的优选的和示例性的实施例，从本文的教导对于本领域的技术人员来说本发明的其他改型应是显而易见的，并且因此期望所有这样的落入到本发明的真实精神和范围内的改进方案在所附权利要求中被保护。因而，由美国的专利证书保护的是如在下面的权利要求中所限定的和区分的本发明。