用于涡轮发动机的空气流矫直级的制作方法

1.本文涉及一种用于涡轮发动机的空气流矫直级，且更具体地说一种在二次流中定位于风扇的下游的空气流矫直组合件。


背景技术：

2.旁路涡轮发动机包括风扇，风扇的出口流拆分成导向压缩机、燃烧室、接着导向涡轮发动机的涡轮的主流，以及确保推力的主要部分的二次流。
3.为了限制空气动力学损耗且因此改进推力，有必要矫直二次流，使得其尽可能地在轴向方向上流动。
4.为此，涡轮发动机包括矫直组合件，所述矫直组合件包括通常称为ogv(出口导流轮叶的缩略语)的固定轮叶，所述固定轮叶具有前导边缘和后边缘，内弧面和外弧面在前导边缘和后边缘之间延伸从而允许矫直空气流。
5.为了减小涡轮发动机的质量，通常为金属的一些零件正逐步地被由复合材料制成的零件替代。可由复合材料制成的矫直器级的情况尤其如此，因为它们放置于涡轮发动机的冷部分中，即燃烧室的上游或二次流路径中，且因此不会经受显著的热量。
6.以申请人的名义的专利申请wo 2014/076408公开了(如本技术的图1中所表示)用于矫直涡轮发动机的空气流的组合件10，其包括两个同轴的分别径向内部和外部护罩12、14，紧固到径向内部护罩12上的第一端部部分18和径向外部护罩14上的第二端部部分20的定子轮叶16在所述径向内部和外部护罩之间延伸。轮叶16可由复合材料制成，且包括有用部分22，所述有用部分在两个端部部分18、20之间延伸并限定内弧面21和外弧面23来矫直空气流。
7.虽然此组合件允许减轻涡轮发动机，但其仍然有改善的空间。
8.首先，为了减小质量，可进一步减小轮叶的区段，但轮叶在操作中经受的力当前不允许在不使组成轮叶的纤维层不相交的风险增加的情况下减小由复合材料制成的轮叶的区段。其次，现有技术的矫直组合件的效率不是最佳的。实际上，有可能注意到在轮叶与径向内部护罩附接时轮叶的外弧附近形成涡流，这些涡流接着在矫直组合件的出口处的空气流中生成紊流，从而降低涡轮发动机的推进效率。
9.并且，在操作中，矫直组合件经历围绕其轴线的扭转力，所述扭转力施加于内部护罩或外部护罩上，其往往使内部护罩相对于外部护罩旋转。因此，仅仅是轮叶的质量，且更具体地说其区段的减小，无法增加其机械强度。
10.最后，轮叶的径向端到内部和外部护罩的紧固成问题，因为它们借助于大体上垂直于轮叶的基底形成，从而使得在基底与轮叶的接面处形成易碎区域。当轮叶由复合物制成时，以及当在用于将轮叶紧固到内部和外部护罩的轮叶的端部处发生不相交时，也会出现此问题。


技术实现要素：

11.本文涉及一种旁路涡轮发动机，其具有纵向轴线，所述涡轮发动机包括上游风扇轮和下游组合件，所述下游组合件用于矫直来自二次环状流路径的空气流，所述二次环状流路径由径向内部护罩径向朝内以及由径向外部护罩径向朝外界定，轮叶在径向内部和外部护罩之间延伸，且在第一端部部分处紧固到径向内部护罩，并在第二端部部分处紧固到径向外部护罩，所述轮叶包括空气动力学有用部分，所述空气动力学有用部分在所述第一和第二端部部分之间延伸且限定内弧面和外弧面，特征在于，对于每一轮叶，在垂直于纵向轴线的平面中，每一有用部分在周向方向上呈c状形状弯曲。
12.正如本文技术建议中的弯曲有用部分的形成允许减少轮叶根部处涡流的形成，借此促使改进涡轮发动机的效率。此外，有用部分与第一端部部分(即，与径向内端部分)以及与第二端部部分(即，与径向外端部分)的连接可在不在有用部分与第一和第二端部部分之间形成90
°
角的情况下作出。
13.根据另一特征，第一端部部分和第二端部部分不在二次环状流路径内延伸以避免确保矫直轮叶的紧固的这些端部部分影响二次环状流路径中的空气流。为此，涡轮发动机可包括径向内部环形壁元件和径向外部环形壁元件。径向内部环形壁元件和径向外部环形壁元件可附连，且共同限定二次环状流路径。更确切地说，二次环状流路径由径向内部环形壁元件的径向外面和径向外部环形壁元件的径向内面界定。
14.因此，第一端部部分布置于径向内部环形护罩和径向内部环形壁元件之间。因此，第二端部部分布置于径向外部环形护罩和径向外部环形壁元件之间。
15.径向内部环形壁元件和径向外部环形壁元件可拆分成分区。其可包括周向地端对端布置且例如固定到内部和外部环形护罩的若干空气动力学平台。
16.每一空气动力学有用部分使得，在径向方向上，内弧面或外弧面凹状弯曲，且相应地外弧面或内弧面凸状弯曲。
17.从空气动力学视角来看，轮叶提供较大表面积(相比于径向轮叶)，且具有与内部护罩和外部护罩的界面角度接近零，因此损耗不太显著。矫直流所需的轮叶的总数目也不太显著(因为每轮叶的总空气动力学表面积较大)。这可能导致较少轮叶与中间壳体集成，空气动力学损耗减小，且总质量减小。
18.常规地，端部部分包括不相交部，即两个部分在相对周向方向中延伸。根据本文，第一端部部分和第二端部部分可不含任何不相交部，且在其连接到的有用部分的端部的延续部中周向地延伸。换句话说，有用部分的每一端在轮叶的相同第一周向方向中延伸，端部部分使有用部分在此相同第一周向方向中延伸。
19.端部部分可施加于内部或外部护罩上。
20.有用部分的径向内端或外端与内部或外部护罩之间的角度可比90
°
小得多，且例如介于20到30
°
之间，这允许进一步减小现有技术的涡流。
21.在轮叶由例如包含陶瓷纤维的陶瓷基质复合物等复合物制成的情况下，本发明尤其重要，因为避免了可能导致其断裂的纤维中的大角度的形成。
22.第一端部部分可包括用于紧固到内部护罩的板。第二端部部分可包括用于紧固到外部护罩的板。板中的一个和/或两者可包括上游和/或下游径向边缘。
23.每一板可由螺杆穿过以紧固到内部或外部护罩。
24.有用部分可包括：
[0025]-具有第一平均曲率半径的第一部分；
[0026]-具有第二平均曲率半径的第二部分；以及
[0027]-具有第三平均曲率半径的第三部分；
[0028]
第一平均曲率半径和第三平均曲率半径大于第二平均曲率半径。
[0029]
有可能具有以大体上居中的方式径向定位在内部和外部护罩之间的轮叶的有用部分的第二部分。
[0030]
第一平均半径和第二平均半径可相同。
[0031]
第一端部部分和第二端部部分可相对于彼此成角度地偏移。
附图说明
[0032]
[图1]是现有技术的矫直组合件的示意前视图；
[0033]
[图2]是根据本发明的包括矫直组合件的涡轮发动机的简化半剖视图；
[0034]
[图3]是根据本文的矫直器的示意图；
[0035]
[图4]是根据现有技术的轮叶的示意性示图；
[0036]
[图5]是根据本文的轮叶的示意性示图；
[0037]
[图6]示出部分a中的轮叶到内部护罩的连接，以及部分b中的轮叶到外部护罩的连接。
具体实施方式
[0038]
在图2中，示意性地表示涡轮发动机26的半剖视图，其包括如图3中所示出的矫直组合件24，所述矫直组合件既定使得能够矫直从前方检视的涡轮发动机26的二次空气流路径中的空气流。
[0039]
此矫直组合件24分别包括两个同轴的径向内部和外部护罩28、30，轮叶32在其间延伸。有利的是，轮叶32由复合材料制成，以便减小矫直组合件24的质量，同时提供等效或更大的机械强度。
[0040]
如图3中所示，在垂直于纵向轴线的平面中，轮叶32在周向方向上呈c状形状弯曲。
[0041]
更确切地说，如图5中所示出，每一轮叶32包括周向地呈c状形状弯曲的空气动力学有用部分34，此有用部分的径向内端连接到第一端部部分36且其径向外端连接到第二端部部分38。此c状形状允许增加每一轮叶32的空气动力学面积，从而允许考虑减小轮叶32的总数目，借此可能实现矫直器24的质量减小。此外，弯曲的有用部分的使用允许在轮叶与径向内部护罩28附接时显著减少轮叶的外弧附近涡流的形成。轮叶的有用部分或空气动力学有用部分是确保关于空气流的空气动力学功能的部分，且在此情况下所述部分确保矫直来自布置在上游的风扇的空气流。相反，第一端部部分和第二端部部分不确保关于空气流的空气动力学功能。它们不促成空气流的矫直。c状形状使得内弧面凹状弯曲，且外弧面凸状弯曲。应注意，在另一配置中，相反情况也是可能的。尽管如此，在一些条件下，第一配置在减小径向内端和外端处的涡流方面更有利。应注意，c状形状使流率分布在高度上变化，因此取决于配置，使一个配置限制中等高度下轮叶构形上的负载或另一配置增加所述负载且因此限制轮叶的根部和尖端处的负载可能是值得关注的。
[0042]
如图4中所示出，由具有陶瓷基质和纤维的复合物制成的常规径向轮叶40包括端部部分处的不相交部，即两个部分42a、42b在相对周向方向中延伸以便实现轮叶42的空气动力学有用部分44到内部护罩28和外部护罩30的紧固。
[0043]
根据如图5中所示出的轮叶32的实施例，连接到由复合材料制成的轮叶32的空气动力学有用部分34的第一端部部分36和第二端部部分38可不含任何不相交部，且在与其连接到的有用部分34的端部相同的周向方向(箭头a)中周向地延伸。因此，有用部分34的每一端在相同的第一周向方向(箭头a)中延伸，端部部分36、38使有用部分34在此相同的第一周向方向(箭头a)中延伸。
[0044]
在特定实施例中，有用部分34可包括：
[0045]-具有第一平均曲率半径的第一部分34a；
[0046]-具有第二平均曲率半径的第二部分34b；以及
[0047]-具有第三平均曲率半径的第三部分34c；
[0048]
第一平均曲率半径和第三平均曲率半径大于第二平均曲率半径。具有以大体上居中的方式径向定位在内部28和外部30护罩之间的轮叶的有用部分的第二部分34b将是可能的。在图5中所示出的情况下，第一平均曲率半径和第二平均曲率半径相同。
[0049]
第一端部部分36和第二端部部分38可相对于彼此成角度地偏移，如图3和图5中所展示。
[0050]
第一端部部分36和第二端部部分38可大体上平坦，且各自分别施加于内部和外部护罩上。
[0051]
第一端部部分36和第二端部部分38呈板的形式，用于紧固到内部护罩28和外部护罩30，如图6a和6b中所示出。这些板可大体上平坦。在此配置中，以介于20到30
°
之间的角度作出板与有用部分的径向内端或外端的连接。
[0052]
如可在图5中观察到，每一板包括上游和下游径向边沿42，从而使轮叶32能够轴向定位在内部28和外部30护罩上。每一板由螺杆穿过，以紧固到内部28或外部30护罩。
[0053]
在所表示的不同实施例中，可以观察到，第一端部部分和第二端部部分不在二次环状流路径内延伸以避免确保矫直轮叶的紧固的这些端部部分影响二次环状流路径中的空气流。
[0054]
实际上，如图5和6a中所示出，矫直组合件可包括径向内部环形壁元件28l和径向外部环形壁元件30l。径向内部环形壁元件28l和径向外部环形壁元件30l可附连且一起限定空气在其中流动的二次环状流路径。更确切地说，具有高度h的二次环状流路径由径向内部环形壁元件28l的径向外面和径向外部环形壁元件30l的径向内面界定。
[0055]
因此，第一端部部分36布置于径向内部环形护罩28和径向内部环形壁元件28l之间。因此，第二端部部分38布置于径向外部环形护罩30和径向外部环形壁元件30l之间。
[0056]
径向内部环形壁元件28l和径向外部环形壁元件30l可拆分成分区。其可包括周向地端对端布置且例如固定到内部28和外部30环形护罩的若干空气动力学平台。
[0057]
每一环形平台可包括用于紧固在内部28或外部30环形护罩上的上游橫向凸耳和下游橫向凸耳。

技术特征：
1.旁路涡轮发动机(26)，其具有纵向轴线，所述涡轮发动机包括上游风扇轮(36)和下游组合件(24)，所述下游组合件用于矫直来自二次环状流路径的空气流，所述二次环状流路径由径向内部护罩(28)径向朝内以及由径向外部护罩(30)径向朝外界定，轮叶(32)在径向内部和外部护罩(28、30)之间延伸，且在第一端部部分(36)处紧固到所述径向内部护罩(28)，并在第二端部部分(38)处紧固到所述径向外部护罩(30)，所述轮叶(32)包括空气动力学有用部分(34)，所述空气动力学有用部分在第一和第二端部部分(42、44)之间延伸且限定内弧面(48)和外弧面(50)，所述涡轮发动机的特征在于，对于每一轮叶(32)，在垂直于所述纵向轴线的平面中，每一空气动力学有用部分(34)在周向方向上呈c状形状弯曲。2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述c状形状使得所述内弧面(48)凹状弯曲，且所述外弧面(50)凸状弯曲。3.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第一端部部分(36)和所述第二端部部分(38)不含任何不相交部，且在与其连接到的所述空气动力学有用部分(34)的端部相同的方向上周向地延伸。4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第一端部部分(36)包括用于紧固到所述内部护罩(28)的板。5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第二端部部分(38)包括用于紧固到所述外部护罩(30)的板。6.根据权利要求4或5所述的涡轮发动机，其特征在于，所述板由螺杆穿过以紧固到护罩。7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述空气动力学有用部分包括：-具有第一平均曲率半径的第一部分(34a)；-具有第二平均曲率半径的第二部分(34b)；以及-具有第三平均曲率半径的第三部分(34c)；所述第一平均曲率半径和所述第三平均曲率半径大于所述第二平均曲率半径。8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第一平均曲率半径和所述第二平均曲率半径相同。9.根据权利要求1至8中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第一端部部分(36)和所述第二端部部分(38)相对于彼此成角度地偏移。

技术总结
本发明涉及旁路涡轮发动机(26)，其具有纵向轴线，涡轮发动机包括上游风扇轮(36)和下游组合件(24)，下游组合件用于矫直来自二次环状流路径的空气流，二次环状流路径由径向内部护罩(28)径向朝内以及由径向外部护罩(30)径向朝外界定，轮叶(32)在径向内部和外部护罩(28、30)之间延伸，且在第一端部部分(36)处紧固到所述径向内部护罩(28)，并在第二端部部分(38)处紧固到所述径向外部护罩(30)，轮叶(32)包括有用部分(46)，有用部分在所述第一和第二端部部分(36、38)之间延伸且限定内弧面(48)和外弧面(50)。对于每一轮叶(32)，在垂直于纵向轴线的平面中，每一空气动力学有用部分(34)在周向方向上呈C状形状弯曲。方向上呈C状形状弯曲。方向上呈C状形状弯曲。


技术研发人员：克里斯托菲
受保护的技术使用者：赛峰飞机发动机公司
技术研发日：2021.10.20
技术公布日：2023/8/16