CN111108262B - 涡轮机风扇整流器叶片、包括这种叶片的涡轮机组件以及装备有所述叶片或所述组件的涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有纵向轴线(X)的涵道式涡轮机(100)的整流器叶片(1),该叶片(1)包括多个叶片部段(2),该多个叶片部段在根部端部(3)与尖端端部(4)之间沿着堆叠线(L)相对于轴线(X)径向地堆叠,每个叶片部段(2)包括压力面表面(7)与吸力面表面(8),压力面表面和吸力面表面在上游前缘(5)与下游后缘(6)之间轴向延伸并且切向相对。根据本发明,在每个叶片部段(2)的前缘(5)与后缘(6)之间形成有轮廓弦(CA),该轮廓弦的长度在尖端端部(4)与根部端部(3)之间基本上是恒定的,并且堆叠线(L)在或多或少地穿过轴线(X)并穿过堆叠线(L)的平面中具有弯曲部,该弯曲部位于尖端端部(4)附近并且从下游朝向上游定向。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮机领域。本发明涉及涡轮机叶片,并且特别涉及风扇整流器(flow-straightener)叶片。本发明还涉及包括短舱和风扇壳体的组件,该风扇壳体固定到短舱并且该风扇壳体装备有至少一个整流器叶片,并且本发明还涉及涡轮机,该涡轮机装备有这种叶片或这种具有整流器叶片的组件。
背景技术
特别是在上游具有风扇的多流涡轮喷气发动机的自然演变通过降低比推力(该比推力是通过降低风扇压缩比而获得的)来提高推进效率,从而导致涵道比(bypass ratio,BPR)增加,该涵道比是当发动机在国际标准大气中在海平面处静止时,以最大推力计算出的穿过围绕气体发生器的一个或多个叶脉的空气的质量流与穿过气体发生器的空气的质量流的比率。
涵道比的增加会影响涡轮机的直径,该涡轮机的直径受到由于通常将涡轮机整合在飞行器的机翼下方而需要的最小离地间隙的约束。涵道比的增加主要发生在风扇的直径上。风扇被围绕风扇叶片的风扇壳体包围,并通过定子叶片连接到气体发生器,该定子叶片被称为整流器或“出口导向叶片”(Outlet Guide Vanes,缩写为OGV)。这些整流器叶片从气体发生器壳体沿径向布置在风扇叶片的下游,并且用于对由气体发生器产生的气流进行整流。这些叶片必须被布置在与风扇叶片相距一预先确定的最小轴向距离处,以对引起显著噪声的声音交互进行限制。叶片之间的预先确定的轴向距离确定了风扇壳体的长度。另外,风扇壳体的重量、特别是风扇壳体的长度影响涡轮机的阻力。
从US-B1-6554564中已知一种布置在风扇叶片下游的涡轮机整流器叶片。该整流器叶片具有前缘或后缘,该前缘具有(沿着涡轮机的纵向轴线)指向上游的扫掠角,该后缘具有(沿着涡轮机的纵向轴线)指向下游的扫掠角,使得这些整流器叶片的弦从根端到尖端变化。这影响叶片的轴向长度和叶片的质量。这些整流器叶片还可包括这些整流器叶片的主体的一部分,该部分使得前缘和后缘具有指向同一方向(上游或下游)的扫掠角。然而,对于后面的这些整流器叶片的示例,在前缘的两个部段之间或后缘的两个部段之间形成的扫掠角形成钝角或锐角。换句话说,前缘和后缘的扫掠角形成方向的突然变化。因此,前缘或后缘的两个部段之间没有弯曲部。在本文的图8c中示出的整流器叶片的示例示出了下叶片部分,该下叶片部分的俯仰角A与上叶片部分的俯仰角完全相反。这些方向的突然变化的缺点是,这些方向的突然变化增加了涡旋现象,该涡旋现象也会引起噪声。
发明目的
本发明特别地具有以下目的:限制涡轮机短舱的阻力并限制推进组件的质量,同时作用于整流器叶片附近发生的声学现象。
发明内容
根据本发明,这是通过具有纵向轴线的涵道式涡轮机的整流器叶片来实现的,该叶片包括多个叶片部段,该多个叶片部段在根部端部与尖端端部之间沿着堆叠线相对于纵向轴线径向地堆叠,每个叶片部段包括压力面表面和吸力面表面,该压力面表面和吸力面表面在上游前缘与下游后缘之间轴向延伸并且切向相对,在每个叶片部段的前缘与后缘之间形成有轮廓弦,该轮廓弦的长度在尖端端部与根部端部之间基本上是恒定的,并且堆叠线在基本上穿过纵向轴线并穿过堆叠线的平面中具有弯曲部,该弯曲部位于尖端端部附近并且从下游向上游定向。
因此,该解决方案实现了上述目的。特别地,具有该弯曲部的整流器叶片的形状使得能够缩短围绕风扇壳体的短舱的长度,从而有利地减小了阻力,该风扇壳体旨在承载该定子叶片。当叶片尖端被安装在短舱中时,该整流器叶片的形状还减小了朝向叶片尖端的端部产生的噪声。特别地,声音强度随着风扇叶片与整流器叶片之间的接近度而增加。由于所观察到的速度和所涉及的空气动力学负载,位于叶片高度的75%左右处的区域尤其受到这些相互作用的影响。因此,整流器叶片的轮廓使得能够保持距整流器叶片的顶部所需的最小轴向距离。
根据一个特征,堆叠线的弯曲部是连续的和渐进的。这种构型减少了涡流的形成,涡流也会产生噪声。实际上,突然变化会严重影响可在叶片上部形成并且是噪声源的涡流。
根据本发明的特征,弯曲部在根部端部与尖端端部之间位于叶片的高度的50%至95%之间。这种构型使得能够在声音和速度相互作用最大且涉及空气动力学负载的位置起作用。
根据本发明的特征,叶片的在叶片高度的50%至95%之间的形状由以下关系确定:0.1<(L2/L1)50%H<H<95%H<0.5,L2对应于叶片的前缘与穿过叶片的根部端部和尖端端部的线之间的最小距离,L1对应于该同一线与整流器叶片的后缘之间的长度,并且H为叶片的高度。这种构型使得能够一方面限制叶片的根部端部处的最大角度,另一方面限制结构应力。换句话说,整流器叶片的弯曲部被限定在整流器叶片的高度的50%至95%之间。
根据另一特征,叶片具有第一根部部分和第二尖端部分,该第一根部部分的堆叠线沿直线延伸,该第二尖端部分的堆叠线包括弯曲部。因此,该构造仅改变整流器叶片的上部。
作为进一步的特征,沿直线延伸的堆叠线相对于纵向轴线倾斜。
根据另一特征,在弯曲部处,前缘具有凹入部分,并且后缘具有凸出部分。因此,叶片的前缘和后缘的方向基本上平行于堆叠线的方向。
本发明还涉及一种组件,该组件包括沿纵向轴线延伸的涵道式涡轮机短舱和固定到该短舱的风扇壳体,该风扇壳体围绕风扇并且在风扇的下游界定出环形叶脉,空气流在该环形叶脉中流通,风扇壳体包括一环形排的整流器叶片,整流器叶片具有上述特征中的任一特征,整流器叶片在风扇叶片的下游横向地布置在环形叶脉中。这种特征减小了短舱的长度并且降低了短舱上部中的声学标准。特别地,对于给定的风扇直径,观察到大约2EPNdB(英文“Effective Perceived Noise”,或法文“niveau de bruit effectivementpercu”,有效感知噪声,以分贝为单位)的声学增益。
根据本发明的特征,短舱具有基本上沿着纵向轴线的长度,该长度在3000mm至3800mm之间。
根据另一特征,短舱具有基本上沿着纵向轴线的长度,并且风扇具有基本上沿着径向轴线的直径,短舱的长度与风扇的直径的比率在1至3之间。特别地,风扇的直径在风扇叶片尖端的前缘处被测量出。
根据一特征,风扇叶片与整流器叶片之间的相对轴向距离由以下条件确定:(d/C),其中,d是风扇的后缘与整流器叶片的前缘之间的距离,并且C是风扇叶片的轴向弦的长度,其中,堆叠线的弯曲部验证了以下关系:(d/C)50%H<H<95%H>(d/C)100%H,其中,H是整流器叶片在尖端端部与根部端部之间的高度。(d/C)50%H<H<95%H是风扇的后缘与整流器叶片的前缘之间的距离除以风扇叶片的、在整流器叶片的高度的50%至95%之间的轴向弦的长度,并且(d/C)100%H是风扇的后缘与整流器叶片的前缘之间的距离除以风扇叶片的、在整流器叶片的尖端处的轴向弦的长度。特别地,(d/C)100%H对应于整流器叶片与风扇壳体之间的接触处的叶片高度。
本发明还涉及一种组件,该组件包括沿纵向轴线延伸的涵道式涡轮机的短舱和固定到该短舱的风扇壳体,该风扇壳体围绕风扇并且在风扇的下游界定出环形叶脉,空气流在该环形叶脉中流通。短舱包括一环形排的具有上述特征中的任一特征的整流器叶片,整流器叶片在风扇叶片的下游被横向地布置在环形叶脉中,并且整流器叶片的尖端端部的下游端部位于风扇壳体的下游端部的下游。这种特征减小了短舱的长度并且降低了短舱上部中的声学标准。特别地,对于同一给定的风扇直径,观察到大约2EPNdB(英文“EffectivePerceived Noise”,或法文“niveau de bruit effectivement percu”,有效感知噪声,以分贝为单位)的声学增益。
本发明还涉及涡轮机,该涡轮机包括至少一个整流器叶片,该至少一个整流器叶片具有上述特征中的至少一个特征。
附图说明
通过参照所附示意图阅读以下仅作为说明性和非限制性的示例给出的本发明的实施例的详细说明性描述,本发明被将更好地理解,并且本发明的其他目的、细节、特征和优点将更清楚地显现,在所附示意图中:
图1示意性地示出了在气体发生器的上游具有风扇的涡轮机,并且本发明适用于该涡轮机;
图2示意性地示出了从正面看到的根据本发明的涡轮机叶片;
图3示意性地示出了根据本发明的叶片的横截面;
图4和图5是根据本发明的容置有涡轮机风扇的短舱的轴向截面的示意性局部视图;
图6是示出了在涡轮机叶片的后缘处测量的、相对于涡轮机的纵向轴线的角度变化的曲线的示意图;
图7在轴向局部截面中示意性地示出了本发明的另一实施例,在该另一实施例中,短舱包围风扇和至少一个整流器叶片,该整流器叶片包括在尖端处的下游端部,该下游端部在下游紧邻风扇壳体的下游端部;以及
图8是另一曲线示意图,示出了在涡轮机叶片的后缘处测量的角度,特别是在现有技术中的相对于根据本发明的整流器叶片所测量的角度。
具体实施方式
图1示出了本发明适用的飞行器涡轮机100。该涡轮机100在此是沿纵向轴线X延伸的涵道式涡轮机。涵道式涡轮机通常包括外部短舱101,该外部短舱围绕气体发生器102,在该气体发生器的上游安装有风扇103。在本发明中并且以通常的方式,术语“上游”和“下游”是相对于气体在涡轮机100中的流动定义的。术语“上部”和“下部”是相对于与轴线X垂直的径向轴线Z以及相对于距纵向轴线X的距离定义的。横向轴线Y也垂直于纵向轴线X和径向轴线Z。这些轴线X、Y、Z形成标准正交符号。
在该示例中,气体发生器102从上游到下游包括低压压缩机104、高压压缩机105、燃烧室106、高压涡轮107和低压涡轮108。气体发生器102被容置在内部壳体109中。
风扇103在此被遮盖并且也被容置在短舱101中。特别地,涡轮机包括围绕风扇的风扇壳体56。该风扇壳体56上附接有保持壳体50,该保持壳体围绕多个风扇移动叶片51,该多个风扇移动叶片从沿着纵向轴线X安装的风扇轴径向地延伸。风扇壳体56和保持壳体50与短舱101整合为一体,短舱围绕风扇壳体和保持壳体。短舱101通常为圆筒形形状。风扇壳体56位于保持壳体50的下游,以确保对风扇叶片51进行保持。
风扇103压缩进入涡轮机100的空气,该空气被分为在穿过气体发生器102的环形主叶脉V1中流通的热流和在围绕气体发生器102的环形次级叶脉V2中流通的冷流。特别地,主叶脉V1和次级叶脉V2由布置在短舱101与内部壳体109之间的环形叶脉间壳体110间隔开。在运行期间,在主叶脉V1中流通的热流通常在进入燃烧室之前由压缩机级压缩。燃烧能量由驱动压缩机级和风扇的涡轮级回收。在该示例中,风扇通过涡轮机的动力轴经由动力传输机构57旋转,以降低风扇的旋转速度。这种动力传输机构由于风扇的大直径而被部分地设置。风扇的大直径使得能够增加涵道比。动力传输机构57包括减速齿轮,该减速齿轮在此被轴向地布置在附接到风扇的风扇轴与气体发生器102的动力轴之间。在次级叶脉V2中流通的冷空气流F沿着纵向轴线X定向并且有助于提供涡轮机100的推力。
参照图1和图4,每个风扇叶片51具有轴向相对(沿纵向轴线X)的、在上游的前缘52和在下游的后缘53。风扇叶片51各自具有根部54和与保持壳体50相对的尖端55,根部位于毂30中,毂由风扇轴穿过。风扇叶片51的直径DF例如为1700mm至2800mm。直径DF是沿径向轴线Z在风扇叶片51的前缘52和尖端55处测量的。优选地但非限制性地,直径DF介于1900mm至2700mm之间。短舱101的外直径DN例如为2000mm至4000mm。优选地但非限制性地,该外直径DN介于2400mm至3400mm之间。
至少一个定子叶片1或径向固定叶片(被称为风扇整流器叶片或风扇流动导向叶片)被布置在次级叶脉V2中。整流器叶片也以首字母缩写OGV(Outlet Guide Vane,出口导向叶片)而被公知,因此对由风扇103产生的冷流进行校直。在本发明中,术语“固定叶片”或“定子叶片”是指不围绕涡轮机100的轴线X旋转的叶片。换句话说,该整流器叶片与涡轮机100的移动叶片或转子叶片不同并且相反。在本示例中,多个整流器叶片1在风扇短舱101中基本被横向地布置在横向于纵向轴线X的平面内。短舱101于是围绕整流器叶片。为了对风扇103的流进行校直,在周向上分配十个至五十个整流器叶片1,以形成整流器级。这些整流器叶片1被布置在风扇103的下游。在该示例中,这些整流器叶片被附接到风扇壳体56。这些整流器叶片围绕涡轮机的轴线X均匀地分布。
参照图2和图3,每个整流器叶片1包括多个横向叶片部段2,该多个横向叶片部段2在径向方向(平行于径向轴线Z)上在根部端部3与尖端端部4之间沿着堆叠线L堆叠。堆叠线L穿过每个横向叶片部段2的重心。每个叶片部段包括压力面表面7和吸力面表面8,该压力面表面和吸力面表面基本上沿轴向方向在位于上游的前缘5与位于下游的后缘6之间延伸。压力面表面7和吸力面表面8沿切线方向(平行于轴线Y)彼此相对。在后缘6与前缘5之间延伸有轮廓弦CA。叶片部段2包括弯曲的横向轮廓。轮廓弦CA在根部端部3与尖端端部4之间具有基本恒定的轴向长度。换句话说,轮廓弦在根部端部处的长度基本上等于轮廓弦在尖端端部处的长度。
形成叶片的叶片部段2的堆叠线L在叶片的尖端端部4附近具有弯曲部。整流器叶片1在此大致为回飞镖形状。如图2所示,弯曲部从下游向上游(径向向外)定向。特别地,前缘5和后缘6跟随堆叠线L的弯曲部行进。也就是说,在叶片1的上部中,前缘5和后缘6的方向基本上平行于堆叠线L的弯曲部的方向。如图2所示,弯曲部是连续的和渐进的。也就是说,没有方向的突然变化。堆叠线L的弯曲部在穿过纵向轴线X的垂直平面中定向。因此,堆叠线L被限定在该平面中。弯曲部也朝向尖端端部4定位。该弯曲部位于在叶片的根部端部3与尖端端部4之间截取的、叶片1的高度H的50%至95%之间,如稍后在说明书中描述的。
每个整流器叶片1附接到内部壳体110,并且风扇壳体56附接到短舱101。整流器叶片1提供了结构功能,该结构功能提供了负载承受能力。参照图4,在该示例中,根部端部3连接到内部壳体110,而尖端端部4连接到风扇壳体56。在叶片1的弯曲部处,前缘5是凹入的,而后缘6是凸出的。因此,可以观察到堆叠线L的轴向偏转(或变形)。特别地,叶片1具有第一部分,该第一部分具有基本上直的堆叠线L。该所谓的直的堆叠线位于叶片1的下部。该下部在包含纵向轴线X的平面中相对于轴线X具有下游倾角。该倾角在堆叠线L与轴线X之间形成介于105°至145°之间的角度α(堆叠线朝下游定向)。
类似地,根据图4,后缘6的第一部分沿着一直线延伸,该直线与纵向轴线形成角度β1。该角度β1介于90°至120°之间,其中,后缘6面向下游。该角度β1沿纵向轴线从上游到下游变化。叶片1还具有第二部分,在该第二部分中,堆叠线L具有弯曲部或拐弯部。在叶片1的第二部分上,后缘6也具有弯曲部或拐弯部。特别地,后缘6在叶片1的上部中的弯曲部由角度β1确定,该角度形成在与后缘6相切的直线T与纵向轴线X之间。在该示例中,角度β1在叶片1的上部中发生变化。后缘的具有弯曲部的上部在从叶片的根部端部开始的、叶片1的高度H的50%至95%之间。后缘6的弯曲部的角度β1在75°至90°之间,后缘向上游定向并且不包括90°的值。换句话说,纵向轴线与后缘6之间的角度β1在叶片高度的0至50%之间基本恒定。然后,角度β1在叶片1的高度的50%至95%之间变化。因此,可以理解,没有直角并且因此后缘的方向没有突然变化。这种构型使得能够一方面减小空间需求,另一方面使预先确定的最小轴向距离d保持接近于传统整流器叶片的最初预先确定的最小轴向距离。最小轴向距离是在风扇叶片51的后缘53与整流器叶片的前缘5之间测量的。此外,弯曲形状避免了使在叶片附近引起噪声的涡旋现象加剧。
图6和图8的曲线中绘制了后缘6相对于纵向轴线的角度β1与现有技术的整流器叶片后缘角度的比对。在该图中,现有技术的叶片的后缘角度的值介于90°至120°之间并且沿叶片高度是恒定的(OGV10和OGV12),或者该角度的值在介于90°至120°之间并且在叶片高度的50%至95%之间变化(OGV11),或者该角度的值介于0°至90°之间并且沿叶片高度是恒定的(OGV13)。图8所示的整流器叶片OGV14对应于现有技术文献US-B1-6554564的叶片,该叶片在叶片高度的中间部具有扫掠角。角度的值在从根部端部开始的叶片高度的前50%上是恒定的,并且在从叶片的中间部到尖端端部的叶片高度的后50%上也恒定但完全相反。可以看到,由于方向的突然变化,两条直线有中断。相反地,本发明的整流器叶片的角度的值在90°至120°之间、在叶片高度的0至50%之间是恒定的,并且该角度的值在75°至90°之间、在叶片高度的50%至95%之间变化。表示叶片1的角度变化的线是连续的。换句话说,表示角度变化的线的连续性没有中断。
特别地,必须对根据本发明的整流器叶片的后缘处的角度变化的至少两个范围进行区分。根据用P表示的数学表达式,P是属于该曲线的点,表示整流器叶片1的高度H、特别是高度H的50%至95%:
-叶片1的第一域是:高度=[5%;P],其中β1的值大于或等于90°,并且
-叶片1的第二域是:高度=[P;95%],其中β1的值严格地小于90°。
因此,在图4中可以看到,整流器叶片1的尖端端部4在紧固区域中连接到风扇壳体56,该紧固区域位于虚线所示的现有技术的整流器叶片AR的紧固区域的更上游。换句话说,本发明的叶片的尖端端部4由于弯曲部而向上游偏转。该偏转和/或弯曲部使得能够缩短短舱101的基本上沿着纵向轴线X的长度。在此,短舱具有在形成进气***缘的上游端部20与形成喷嘴边缘的下游端部21之间截取的、介于3000mm至3800mm之间的长度LN。优选但非限制性地,长度LN介于3100mm至3500mm之间。与没有本发明的标准涡轮机短舱(如图4中的虚线所示)相比,减小短舱长度的增益例如在5%至15%之间。
更精确地,对于相同的给定风扇直径,根据本发明的叶片1的布置使得能够减小短舱101的长度而不会加重声学干扰。长度的增益使得能够减小涡轮机的空气动力学阻力和/或在获得等效阻力的情况下减小对隔音板的较大表面的整合,如在本发明中稍后描述。声学增益约为2EPNdB(英文“Effective Perceived Noise”,或法文“niveau de bruiteffectivement percu”,有效感知噪声,以分贝为单位)。
与没有本发明的涡轮机相比,对于相同的给定风扇直径,并且在声学国际标准范围内,短舱长度与风扇直径的比率(LN/DF)可以在-5%至-15%之间,这意味着与没有本发明的涡轮机相比,短舱的长度减少了-5%至-15%。特别地,LN/DF比率例如在1至3之间。优选地但非限制性地,该比率在2.1至2.8之间。
风扇叶片与整流器叶片之间的相对最小轴向距离由关系d/C确定。d是风扇的后缘53与整流器叶片1的前缘5之间的预先确定的最小轴向距离,并且C是风扇的轴向弦的长度。风扇弦长度C是在风扇叶片的前缘52与后缘53之间测量的。
该解决方案还可能导致出现以下情况:
H对应于整流器叶片1的在叶片1的根部端部与尖端端部之间截取的外半径。换句话说,在叶片高度H的50%至95%之间,风扇103与整流器叶片1之间的相对最小轴向距离大于在叶片的尖端端部(即整流器叶片1的高度H的100%)处测量的相对最小轴向距离。
根据本发明的另一特征,可以实现以下两个条件:
参数α对应于效率因子。被认为大于1.1的参数α被定义为用于确保本发明的有效性的条件。参数Ω是表征条件Ω<3以限制短舱的长度并保持期望的性能优势的参数。特别地,风扇叶片与整流器叶片之间的距离d被认为是高度H的函数(d(H)),叶片1的高度百分比为0%H(在叶片1的根部端部处)和100%H(在叶片1的尖端端部)。对于在叶片高度的50%至95%之间的每个距离d,叶片高度大于在叶片1的尖端端部(100%H)处的距离d:d(r[50%-95%]>d(100%)。这使得整流器叶片能够在叶片1的根部端部和尖端端部处更靠近风扇叶片,而不会在叶片高度的50%至95%的部分(该部分的空气声学现象最严重)上影响距叶片1的距离。换句话说,风扇尾流的传播距离及其耗散被最大化和优化。
由于不缩短短舱在叶片之后的长度(在叶片1的尖端端部与短舱的下游端21之间),因此可以考虑对短舱进行声学处理。这种声学处理可以包括布置隔音板以进一步减少噪声。有利地但非限制性地,这种隔音板在整流器叶片1的下游被安置在短舱101的内表面上。
按照图5所示的实施例,叶片1的形状具有以下关系:
L2对应于整流器叶片1的前缘5与在前缘5处截取的、穿过叶片根部端部和尖端端部的线A之间的最小距离。L1对应于该同一直线A与整流器叶片的后缘6之间的长度。下界限(0.1)和上界限(0.5)被确定,以限制整堆叠线L在整流器叶片1的根部端部3处的最大倾斜角度,同时限制堆叠线的弯曲部。结果是曲线形状限制了结构应力(整流器叶片的柔韧性)。这对于不是很结构化的整流器叶片来说是特别有利的(这不会对发动机的悬挂产生影响)。
按照图7所示的又一实施例,叶片1具有与图4和图5所示的特征相同的特征。在以下描述中,通过相同的附图标记指代上文描述的元件。短舱包围叶片1和风扇。如可看到的那样,叶片1的尖端端部的下游端部位于风扇壳体的下游端部的下游,以减小涡轮机的质量。短舱由比风扇壳体更轻的材料制成。因此,本发明试图限制风扇壳体的延伸,以用短舱代替风扇壳体。短舱设备(例如反推装置)可被整合在更上游的位置,特别是被整合在更靠近风扇的位置,这减少了短舱和涡轮机的轴向延伸。尖端端部4的下游端部与短舱101相对地定位。
Claims (11)
1.具有纵向轴线的涵道式涡轮机(100)的整流器叶片(1),所述整流器叶片(1)包括多个叶片部段(2),所述多个叶片部段在根部端部(3)与尖端端部(4)之间沿着堆叠线(L)相对于所述纵向轴线径向地堆叠,每个叶片部段(2)包括压力面表面(7)和吸力面表面(8),所述压力面表面和所述吸力面表面在位于上游的前缘(5)与位于下游的后缘(6)之间轴向延伸并且切向相对,
在每个叶片部段(2)的所述前缘(5)与所述后缘(6)之间形成有轮廓弦,所述轮廓弦的长度在所述尖端端部(4)与所述根部端部(3)之间是恒定的,并且所述堆叠线(L)在穿过所述纵向轴线并穿过所述堆叠线(L)的平面中具有弯曲部,所述弯曲部位于所述尖端端部(4)附近并从下游向上游定向,
其特征在于,所述整流器叶片的在所述整流器叶片的高度的50%至95%之间的形状由以下关系确定:0.1<(L2/L1)50%H<H<95%H<0.5,其中,L2对应于所述整流器叶片的前缘与穿过所述整流器叶片的根部端部和尖端端部的线之间的最小距离,L1对应于所述穿过所述整流器叶片的根部端部和尖端端部的线与所述整流器叶片的后缘(6)之间的长度,并且H是所述整流器叶片的在所述尖端端部(4)与所述根部端部(3)之间的高度。
2.根据权利要求1所述的整流器叶片(1),其特征在于,所述堆叠线(L)的弯曲部是连续且渐进的。
3.根据权利要求1或2所述的整流器叶片(1),其特征在于,所述弯曲部在所述根部端部(3)与所述尖端端部(4)之间位于所述整流器叶片(1)的高度的50%至95%之间。
4.根据权利要求1或2所述的整流器叶片(1),其特征在于,所述整流器叶片具有第一根部部分和第二尖端部分,所述第一根部部分的堆叠线(L)沿直线延伸,所述第二尖端部分的堆叠线(L)包括所述弯曲部。
5.根据权利要求1或2所述的整流器叶片(1),其特征在于,在所述弯曲部处,所述前缘(5)具有凹入部分,并且所述后缘(6)具有凸出部分。
6.根据权利要求中1所述的整流器叶片,其特征在于,所述前缘和所述后缘的方向是弯曲的并且平行于所述堆叠线的弯曲部。
7.根据权利要求中1所述的整流器叶片,其特征在于,所述后缘具有第二部分,所述第二部分的弯曲部由角度β1确定,所述角度β1形成在与所述后缘相切的直线和所述纵向轴线之间,所述角度β1在所述整流器叶片的上部并且在从所述整流器叶片的根部端部开始的所述整流器叶片的高度H的75%至90%之间变化。
8.一种组件,所述组件包括涵道式涡轮机的沿纵向轴线延伸的短舱(101)和被固定到所述短舱的风扇壳体(56),所述风扇壳体(56)围绕风扇(103)并在所述风扇(103)的下游限定出环形叶脉(55),空气在所述环形叶脉中流通,所述风扇包括风扇叶片,其特征在于,所述风扇壳体(56)包括一环形排的根据权利要求1至7中任一项所述的整流器叶片(1),每个整流器叶片在所述风扇叶片(51)的下游横向于所述纵向轴线被布置在所述环形叶脉中。
9.根据权利要求8所述的组件,其特征在于,所述短舱(101)具有沿着所述纵向轴线的长度,并且所述风扇(103)具有沿着径向轴线的直径,所述短舱的长度与所述风扇的直径的比率在1至3之间。
10.根据权利要求8或9所述的组件,其特征在于,风扇叶片(51)与整流器叶片(1)之间的相对轴向距离由以下条件确定:
d/C,其中,d是所述风扇的后缘(53)与所述整流器叶片(1)的前缘(5)之间的预先确定的最小轴向距离,并且C是所述风扇叶片(51)的轴向弦的长度,并且所述堆叠线(L)的弯曲部由以下关系确定:(d/C)50%H<H<95%H>(d/C)100%H。
11.涵道式涡轮机(100),其特征在于,所述涵道式涡轮机包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的整流器叶片,或根据权利要求8至10中任一项所述的组件。
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US6554564B1 (en) * | 2001-11-14 | 2003-04-29 | United Technologies Corporation | Reduced noise fan exit guide vane configuration for turbofan engines |
GB0622405D0 (en) * | 2006-11-10 | 2006-12-20 | Rolls Royce Plc | A turbine engine mounting arrangement |
WO2008123846A1 (en) * | 2007-04-03 | 2008-10-16 | Carrier Corporation | Outlet guide vanes for axial flow fans |
DE102008055824B4 (de) * | 2007-11-09 | 2016-08-11 | Alstom Technology Ltd. | Dampfturbine |
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GB201202790D0 (en) | 2012-02-20 | 2012-04-04 | Rolls Royce Plc | An aircraft propulsion system |
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