DE102005021058A1 - Aircraft bypass gas turbine engine trailing edge geometry alters trailing edge gas either side of a base angle - Google Patents

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Abstract

An aircraft gas turbine has a low-pressure stage with a rotating blade disc in front of a disc set of fixed vanes. Each blade has a leading edge and a trailing edge. The flow deflection angle at the trailing edge periodically increases and decreases with respect to a base angle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a gas turbine, in particular an aircraft engine, according to the preamble of claim 1.

An Flugtriebwerke werden zunehmend höhere Anforderungen gestellt den durch dieselben abgestrahlten Fluglärm zu reduzieren. Untersuchungen haben gezeigt, dass vor allem die Niederdruckturbinen von Gasturbinenflugtriebwerken in erheblichem Umfang zum Fluglärm beitragen. Bislang sind keine Flugtriebwerke bekannt, bei welchen der von den Niederdruckturbinen abgestrahlte Fluglärm effektiv und mit einfachen Mitteln reduziert werden kann.At Aeroengines are increasingly demanding to reduce the aircraft noise radiated by the same. Have investigations showed that especially the low-pressure turbines of gas turbine aircraft engines to a considerable extent to aircraft noise contribute. So far, no aircraft engines are known in which the aircraft noise emitted by the low-pressure turbines effectively and can be reduced with simple means.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Gasturbine, insbesondere ein neuartiges Flugtriebwerk, zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel gas turbine, in particular a novel aircraft engine, to accomplish.

Dieses Problem wird durch eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind Strömungsaustrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln von mindestens einer in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufe der Niederdruckturbine derart konturiert, dass sich über deren radiale Erstreckung Abströmwinkel bzw. Austrittswinkel periodisch vergrößern und/oder verkleinern.This Problem is a gas turbine, in particular an aircraft engine, according to claim 1 solved. According to the invention, flow outlet edges the blades and / or vanes of at least one in the flow direction preferably seen rear stage of the low-pressure turbine such contoured that over the radial extent of the discharge angle or periodically increase and / or reduce the exit angle.

Dieses Problem wird weiterhin durch eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, gemäß Anspruch 6 gelöst. Erfindungsgemäß sind die Laufschaufeln und/oder die Leitschaufeln von mindestens einer in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufe der Niederdruckturbine derart konturiert, dass sich die radiale Umlenkarbeit an denselben über die radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert.This Problem is further by a gas turbine, in particular an aircraft engine, according to claim 6 solved. According to the invention Blades and / or the vanes of at least one in flow direction preferably seen rear stage of the low-pressure turbine such contours that the radial deflecting work on the same over the radial extent periodically increased and / or reduced.

Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Niederdruckturbine einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, kann der von der Niederdruckturbine abgestrahlte Lärm effektiv reduziert werden. Die Lösung ist konstruktiv einfach und kann daher relativ kostengünstig umgesetzt werden. Strömungsverluste werden nicht nennenswert erhöht, so dass der Wirkungsgrad der Gasturbine nahezu unverändert bleibt.With the design of the invention the low-pressure turbine of a gas turbine, in particular an aircraft engine, The noise radiated by the low-pressure turbine can be effective be reduced. The solution is structurally simple and can therefore be implemented relatively inexpensively become. flow losses are not significantly increased, so that the efficiency of the gas turbine remains virtually unchanged.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. An embodiment of the invention is without limitation to be closer to the drawing explained. Showing:

1 ein Diagramm, welches die bei aus dem Stand der Technik bekannten Gasturbinen entstehende radiale Umlenkarbeit an Schaufeln einer Niederdruckturbine zeigt; und 1 a diagram showing the resulting in the gas turbines known from the prior art radial deflection work on blades of a low-pressure turbine; and

2 ein Diagramm, welches die bei einer erfindungsgemäßen Gasturbine entstehende radiale Umlenkarbeit an Schaufeln einer Niederdruckturbine zeigt. 2 a diagram showing the resulting radial deflection work on blades of a low-pressure turbine in a gas turbine according to the invention.

Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 in größerem Detail beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG 1 and 2 described in more detail.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinenflugtriebwerk, wobei ein Gasturbinenflugtriebwerk üblicherweise einen Niederdruckverdichter, einen Hochdruckverdichter, eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine sowie eine Niederdruckturbine umfasst. Weiterhin sind Gasturbinenflugtriebwerke bekannt, die zusätzlich über einen Mitteldruckverdichter sowie eine Mitteldruckturbine verfügen. Der von solchen Gasturbinenflugtriebwerken abgestrahlte Fluglärm wird in erster Linie durch die Niederdruckturbine bestimmt. Niederdruckturbinen verfügen üblicherweise über mehrere Stufen, wobei jede der Stufen von einem rotierenden Laufschaufelkranz aus mehreren Laufschaufeln und einem feststehenden Leitschaufelkranz aus mehreren Leitschaufeln gebildet wird. Die Laufschaufeln sind einem Rotor zugeordnet und rotieren zusammen mit dem Rotor gegenüber einem feststehenden Gehäuse sowie den ebenfalls feststehenden Leitschaufeln.The The present invention relates to a gas turbine aircraft engine, a gas turbine aircraft engine usually having a low pressure compressor, a high pressure compressor, a combustion chamber, a high pressure turbine and a low pressure turbine. Furthermore, gas turbine aircraft engines known, in addition to a Medium-pressure compressor and a medium-pressure turbine have. Of the aircraft noise emitted by such gas turbine aircraft engines primarily determined by the low-pressure turbine. Low-pressure turbines usually have several Stages, each of the stages of a rotating blade ring several blades and a fixed vane ring is formed of a plurality of vanes. The blades are assigned to a rotor and rotate together with the rotor opposite to a fixed housing and the likewise fixed vanes.

Zur Reduzierung des von solchen Niederdruckturbinen abgestrahlten Lärms wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die rotierenden Laufschaufeln und/oder die feststehenden Leitschaufeln von in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufen der Niederdruckturbine derart zu konturieren, dass sich die radiale Umlenkarbeit an denselben über die radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert. Hierdurch wird eine radial inhomogene Verteilung der Umlenkarbeit im Bereich der Niederdruckturbine realisiert, wodurch eine Ausmischung von Strömungsnachläufen gefördert wird. Sogenannte Nachlaufdellen in der Strömung können so minimiert werden, wodurch letztendlich die Lärmabstrahlung reduziert werden kann.to Reduction of the emitted from such low-pressure turbines noise is proposed in the sense of the present invention, the rotating Blades and / or the fixed vanes of the flow direction preferably seen rear stages of the low-pressure turbine such to contour that the radial deflecting work on the same about the radial extent periodically increased and / or reduced. This results in a radially inhomogeneous distribution of deflection work realized in the field of low-pressure turbine, creating a blending is promoted by Strömungsnachläufen. So-called wake dips in the flow can be minimized, which ultimately the noise emission can be reduced.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden zumindest die Strömungsaustrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln von in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufen der Niederdruckturbine derart konturiert, dass sich über deren radiale Erstreckung Abströmwinkel bzw. Austrittswinkel im Bereich der Strömungsaustrittskanten periodisch vergrößern und/oder verkleinern. Die Abströmwinkel bzw. Austrittswinkel der Strömungsaustrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln sind dabei ausgehend von einer Basiskontur über die radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert.For the purposes of the present invention, at least the flow outlet edges of the rotor blades and / or the guide vanes are preferably contoured in the flow direction, preferably at the rear stages of the low-pressure turbine, in such a way that, over the radial extent thereof, the outlet angle or outlet angle in the region of the flow outlet periodically increase and / or reduce the exit edges. The outflow angle or exit angle of the flow outlet edges of the rotor blades and / or the guide vanes are periodically enlarged and / or reduced starting from a base contour over the radial extent.

Zusätzlich können auch Strömungseintrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln von in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufen der Niederdruckturbine derart konturiert sein, dass sich über deren radiale Erstreckung Anströmwinkel bzw. Eintrittswinkel periodisch vergrößern und/oder verkleinern. Die Anströmwinkel bzw. Eintrittswinkel der Strömungseintrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln sind dann ausgehend von einer Basiskontur über die radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert.In addition, you can also Flow inlet edge the blades and / or the vanes of the flow direction preferably seen rear stages of the low-pressure turbine such be contoured that over their radial extent angle of attack or incidence angle increase periodically and / or reduce. The angle of attack or entry angle of the flow inlet edges the blades and / or vanes are then outgoing from a basic contour over the radial extent periodically increased and / or reduced.

Eine derartige Konturierung der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln führt letztendlich zu gewellten Strömungsaustrittskanten sowie gegebenenfalls gewellten Strömungseintrittskanten an den Laufschaufeln und/oder Leitschaufeln.A Such contouring of the blades and / or vanes ultimately leads to wavy flow outlet edges and optionally corrugated flow entry edges on the blades and / or vanes.

1 zeigt ein Diagramm, welches die radiale Verteilung der Umlenkarbeit bei aus dem Stand der Technik bekannten Schaufeln einer Niederdruckturbine visualisiert. Auf der horizontal verlaufenden Achse des Diagramms der 1 ist die relative Umlenkarbeit, und auf der vertikal verlaufenden Achse der 1 ist die radiale Erstreckung der Schaufeln aufgetragen. 1 shows a diagram that visualizes the radial distribution of the deflection work in known from the prior art blades of a low-pressure turbine. On the horizontal axis of the diagram of the 1 is the relative deflection work, and on the vertical axis of the 1 the radial extent of the blades is plotted.

Die Kurve 10 des Diagramms der 1 zeigt eine bei aus dem Stand der Technik bekannten, feststehenden Leitschaufeln übliche radiale Verteilung der Umlenkarbeit, die über die gesamte radiale Erstreckung konstant ist. Kurven 11 und 12 hingegen zeigen bei aus dem Stand der Technik bekannten, rotierenden Laufschaufeln übliche radiale Verteilungen der Umlenkarbeit, wobei sich gemäß Kurve 11 die Umlenkarbeit ausgehend von einem nabennahen Bereich kontinuierlich vergrößert, und wobei sich bei der Kurve 12 die radiale Umlenkarbeit ausgehend von einem nabennahen Bereich zuerst vergrößert und dann wiederum nach radial außen hin verkleinert.The curve 10 of the diagram of 1 shows a known in the prior art, fixed vanes usual radial distribution of the deflection work, which is constant over the entire radial extent. curves 11 and 12 on the other hand, in rotating rotating blades known from the prior art, the usual radial distributions of the deflection work are shown, and according to the curve 11 the deflection work increases continuously starting from a region close to the hub, and wherein at the curve 12 the radial deflection work, starting from a near-the-hub region, is first enlarged and then, in turn, reduced radially outward.

Ausgehend von diesen radialen Verteilungen der Umlenkarbeit an aus dem Stand der Technik bekannten Leitschaufeln sowie Laufschaufeln von Niederdruckturbinen wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, wie bereits erwähnt, vorgeschlagen, die radiale Verteilung der Umlenkarbeit durch entsprechende Konturierung der Laufschaufeln bzw. Leitschaufeln über die radiale Erstreckung derselben periodisch zu vergrößern und/oder zu verkleinern.outgoing from these radial distributions of the deflection work on from the state known in the art vanes and blades of low-pressure turbines is proposed in the sense of the present invention, as already mentioned, the radial distribution of the deflection work by appropriate contouring the blades or vanes over the radial extent periodically enlarge it and / or to downsize.

So zeigt 2 ein Diagramm, in welchem die radiale Verteilung der Umlenkarbeit bei erfindungsgemäß konturierten Laufschaufeln sowie Leitschaufeln dargestellt ist. Auf der horizontal verlaufenden Achse ist dabei wiederum die relative Umlenkarbeit und auf der vertikal verlaufenden Achse die radiale Erstreckung der Schaufeln aufgetragen. Den Kurven 13, 14 und 15 der 2 kann entnommen werden, dass sich über die radiale Erstreckung der Schaufeln die Umlenkarbeit mehrfach periodisch vergrößert bzw. verkleinert. Dabei sind gemäß 2 unterschiedliche periodische Verläufe denkbar, die sich aus der Überlagerung der in 1 dargestellten Verläufe mit sinusförmigen bzw. kosinusförmigen Oszillationen ergeben.So shows 2 a diagram in which the radial distribution of the deflection work in accordance with the invention contoured blades and vanes is shown. The relative deflection work is again plotted on the horizontal axis and the radial extent of the blades is plotted on the vertical axis. The curves 13 . 14 and 15 of the 2 It can be seen that the deflecting work is increased or reduced several times periodically over the radial extent of the blades. Here are according to 2 different periodic courses conceivable, resulting from the superposition of in 1 result in curves with sinusoidal or cosinusoidal oscillations.

Wie bereits erwähnt, werden vorzugsweise die Laufschaufeln und/oder die Leitschaufeln der in Strömungsrichtung gesehen hinteren Stufen der Niederdruckturbine auf die oben beschriebene Art und Weise konturiert. Alternativ oder auch zusätzlich ist es ebenso möglich, die Laufschaufeln und/oder die Leitschaufeln von in Strömungsrichtung gesehen vorderen Stufen der Niederdruckturbine auf die oben beschriebene Art und Weise zu konturieren. Auch hierdurch ist eine Minimierung der Lärmabstrahlung der Niederdruckturbine möglich.As already mentioned, are preferably the blades and / or the vanes in the flow direction seen rear stages of the low-pressure turbine on the above described Contoured way. Alternatively or in addition it is just as possible the blades and / or the guide vanes in the flow direction seen front stages of the low-pressure turbine on the above Contouring way. This, too, is a minimization the noise emission of Low pressure turbine possible.

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KurveCurve
1111
KurveCurve
1212
KurveCurve
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KurveCurve
1515
KurveCurve

Claims (7)

Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit einer Niederdruckturbine, wobei die Niederdruckturbine rotierende Laufschaufeln und feststehende Leitschaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Strömungsaustrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln von mindestens einer in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufe der Niederdruckturbine derart konturiert sind, dass sich über deren radiale Erstreckung Abströmwinkel bzw. Austrittswinkel periodisch vergrößern und/oder verkleinern.Gas turbine, in particular aircraft engine, with a low-pressure turbine, wherein the low-pressure turbine has rotating blades and stationary vanes, characterized in that flow outlet edges of the blades and / or the guide vanes are contoured by at least one downstream of the low-pressure turbine seen in the flow direction such that over the Radial extent Periodically increase and / or reduce the outflow angle or exit angle. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmwinkel bzw. Austrittswinkel der Strömungsaustrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln ausgehend von einer Basiskontur über die radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert sind.Gas turbine according to claim 1, characterized in that that the outflow angle or exit angle of the flow outlet edges the blades and / or vanes starting from a Basic contour over the radial extent is periodically increased and / or reduced. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch Strömungseintrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln von in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufen der Niederdruckturbine derart konturiert sind, dass sich über deren radiale Erstreckung Anströmwinkel bzw. Eintrittswinkel periodisch vergrößern und/oder verkleinern.Gas turbine according to claim 1 or 2, characterized in that also flow inlet edges of the blades and / or the guide vanes of in Seen flow direction preferably rear stages of the low-pressure turbine are contoured so that over the radial extent angle of incidence or inlet angle increase periodically and / or reduce. Gasturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmwinkel bzw. Eintrittswinkel der Strömungseintrittskanten der Laufschaufeln und/oder der Leitschaufeln ausgehend von einer Basiskontur über die radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert sind.Gas turbine according to claim 3, characterized that the angle of attack or entry angle of the flow inlet edges the blades and / or vanes starting from a Basic contour over the radial extent is periodically increased and / or reduced. Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsaustrittskanten und gegebenenfalls die Strömungseintrittskanten derart konturiert sind, dass sich die radiale Umlenkarbeit an den Laufschaufeln und/oder den Leitschaufeln über deren radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert.Gas turbine according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the flow outlet edges and optionally the flow entry edges are contoured such that the radial deflecting work on the Blades and / or the vanes over the radial extent periodically increased and / or reduced. Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit einer Niederdruckturbine, wobei die Niederdruckturbine rotierende Laufschaufeln und feststehende Leitschaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln und/oder die Leitschaufeln von mindestens einer in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise hinteren Stufe der Niederdruckturbine derart konturiert sind, dass sich die radiale Umlenkarbeit an denselben über die radiale Erstreckung periodisch vergrößert und/oder verkleinert.Gas turbine, in particular aircraft engine, with a Low-pressure turbine, the low-pressure turbine rotating blades and fixed vanes, characterized that the blades and / or vanes of at least one in the flow direction preferably seen rear stage of the low-pressure turbine such are contoured that the radial deflecting work on the same on the radial extent periodically increased and / or reduced. Gasturbine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.Gas turbine according to claim 6, characterized by, Characteristics according to one or more of claims 1 to 5.
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