JP2003227302A - 伴流混合促進翼 - Google Patents
伴流混合促進翼Info
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- JP2003227302A JP2003227302A JP2002026586A JP2002026586A JP2003227302A JP 2003227302 A JP2003227302 A JP 2003227302A JP 2002026586 A JP2002026586 A JP 2002026586A JP 2002026586 A JP2002026586 A JP 2002026586A JP 2003227302 A JP2003227302 A JP 2003227302A
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- mixing
- blades
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 伴流により生じる騒音と振動を低減し、かつ
エンジン全体の軸方向長さも短縮することができる伴流
混合促進翼を提供する。 【解決手段】 軸方向に隣接して複数の翼列を有する軸
流流体機械を構成する翼１０であって、後縁１０ｂから
の流出角が、基準の流出角に対して、半径方向の位置に
応じて周方向に交互に増減し、これにより二次流れ１１
の作用で伴流の混合が促進されるように、後縁部が形成
されている。
エンジン全体の軸方向長さも短縮することができる伴流
混合促進翼を提供する。 【解決手段】 軸方向に隣接して複数の翼列を有する軸
流流体機械を構成する翼１０であって、後縁１０ｂから
の流出角が、基準の流出角に対して、半径方向の位置に
応じて周方向に交互に増減し、これにより二次流れ１１
の作用で伴流の混合が促進されるように、後縁部が形成
されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、伴流の混合を促進し騒
音を低減する伴流混合促進翼に関する。
音を低減する伴流混合促進翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３（Ａ）は、ジェットエンジンのファ
ン、圧縮機、タービン等、翼列を有する流体機械におけ
る翼下流側の速度分布を模式的に示している。この図に
示すように翼１の下流側には、翼間を通過した主流２よ
りも速度の遅い伴流３（ｗａｋｅ又は後流とも呼ぶ）が
存在する。この伴流３は、一般的に翼１の直後では幅は
狭いが最大欠損速度が大きく、下流に進むに従って幅が
広がり最大欠損速度が小さくなる傾向を有する。
ン、圧縮機、タービン等、翼列を有する流体機械におけ
る翼下流側の速度分布を模式的に示している。この図に
示すように翼１の下流側には、翼間を通過した主流２よ
りも速度の遅い伴流３（ｗａｋｅ又は後流とも呼ぶ）が
存在する。この伴流３は、一般的に翼１の直後では幅は
狭いが最大欠損速度が大きく、下流に進むに従って幅が
広がり最大欠損速度が小さくなる傾向を有する。
【０００３】動翼列の下流側に静翼列がある軸流のファ
ン、圧縮機、タービン等では、上述した伴流の存在によ
り、図３（Ｂ）に模式的に示す騒音が発生する。この騒
音は、翼列を構成する翼枚数と回転速度できまる周波数
の高い「キ−ン」というジェットエンジン特有の耳障り
な高周波音である。
ン、圧縮機、タービン等では、上述した伴流の存在によ
り、図３（Ｂ）に模式的に示す騒音が発生する。この騒
音は、翼列を構成する翼枚数と回転速度できまる周波数
の高い「キ−ン」というジェットエンジン特有の耳障り
な高周波音である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】伴流により生じる上述
した高周波音は、動翼相対系主流速度と回転速度の合成
ベクトルと、動翼相対系伴流速度と回転速度の合成ベク
トルとが、速度ベクトルの大きさと向きが異なるため、
動静翼と干渉した時に翼面上に音源となる大きな圧力変
動が発生することで、生じるものと考えられている。
した高周波音は、動翼相対系主流速度と回転速度の合成
ベクトルと、動翼相対系伴流速度と回転速度の合成ベク
トルとが、速度ベクトルの大きさと向きが異なるため、
動静翼と干渉した時に翼面上に音源となる大きな圧力変
動が発生することで、生じるものと考えられている。
【０００５】図４は、動翼１の下流側に発生した伴流３
が下流に位置する静翼４と干渉する様子を、コンピュー
タシミュレーションで解析した結果である。この図にお
いて、（Ａ）は動翼と静翼の間隔Ｌが短い場合、（Ｂ）
はこの間隔Ｌが長い場合である。この図から明らかなよ
うに、間隔Ｌが短い場合、伴流３の幅は狭く最大欠損速
度が大きく、逆に間隔Ｌが長い場合、伴流３の幅は広く
最大欠損速度が小さくなる。
が下流に位置する静翼４と干渉する様子を、コンピュー
タシミュレーションで解析した結果である。この図にお
いて、（Ａ）は動翼と静翼の間隔Ｌが短い場合、（Ｂ）
はこの間隔Ｌが長い場合である。この図から明らかなよ
うに、間隔Ｌが短い場合、伴流３の幅は狭く最大欠損速
度が大きく、逆に間隔Ｌが長い場合、伴流３の幅は広く
最大欠損速度が小さくなる。
【０００６】上述したように、流体機械において翼列か
ら放出される伴流と下流に位置する翼列との干渉は、騒
音・翼振動といった流体機械の特性に悪影響を及ぼす。
そのため、従来、例えば航空エンジンの動静翼干渉音を
低減させるために、動静翼間の間隔を広くとり動翼伴流
の減衰を進めることで低騒音化を図っていた。
ら放出される伴流と下流に位置する翼列との干渉は、騒
音・翼振動といった流体機械の特性に悪影響を及ぼす。
そのため、従来、例えば航空エンジンの動静翼干渉音を
低減させるために、動静翼間の間隔を広くとり動翼伴流
の減衰を進めることで低騒音化を図っていた。
【０００７】しかし、航空エンジンの場合、従来技術で
はファンの動翼と静翼の間隔Ｌを動翼のコード長の例え
ば１５０％から２００％程度にする必要があり、その
分、エンジン全体の軸方向長さが長くなってしまい、エ
ンジン重量の増加を招くことになっていた。
はファンの動翼と静翼の間隔Ｌを動翼のコード長の例え
ば１５０％から２００％程度にする必要があり、その
分、エンジン全体の軸方向長さが長くなってしまい、エ
ンジン重量の増加を招くことになっていた。
【０００８】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明は、伴流により
生じる騒音と振動を低減し、かつエンジン全体の軸方向
長さも短縮することができる伴流混合促進翼を提供する
ことにある。
案されたものである。すなわち、本発明は、伴流により
生じる騒音と振動を低減し、かつエンジン全体の軸方向
長さも短縮することができる伴流混合促進翼を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、軸方向
に隣接して複数の翼列を有する軸流流体機械を構成する
翼（１０）であって、後縁（１０ｂ）からの流出角が、
基準の流出角に対して、半径方向の位置に応じて周方向
に交互に増減し、これにより二次流れ（１１）の作用で
伴流の混合が促進されるように、後縁部が形成されてい
る、ことを特徴とする伴流混合促進翼が提供される。
に隣接して複数の翼列を有する軸流流体機械を構成する
翼（１０）であって、後縁（１０ｂ）からの流出角が、
基準の流出角に対して、半径方向の位置に応じて周方向
に交互に増減し、これにより二次流れ（１１）の作用で
伴流の混合が促進されるように、後縁部が形成されてい
る、ことを特徴とする伴流混合促進翼が提供される。
【００１０】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
後縁（１０ｂ）は、半径方向の位置に応じて滑らかな波
形に形成されている。また、前記軸流流体機械は、ファ
ン、圧縮機、又はタービンである。
後縁（１０ｂ）は、半径方向の位置に応じて滑らかな波
形に形成されている。また、前記軸流流体機械は、ファ
ン、圧縮機、又はタービンである。
【００１１】上記本発明の構成によれば、後縁（１０
ｂ）からの流出角が、基準の流出角に対して、半径方向
の位置に応じて周方向に交互に増減するように、後縁部
が形成されているので、翼通過時に主流に生じる二次流
れを増大し、翼列伴流の混合を積極的に促進して、動静
翼間隔を広げたのと同じ効果を得ることができる。従っ
て、動静翼間隔を広げることなく短い動静翼間隔で、伴
流により生じる騒音と振動を低減し、かつエンジン全体
の軸方向長さも短縮することができる。
ｂ）からの流出角が、基準の流出角に対して、半径方向
の位置に応じて周方向に交互に増減するように、後縁部
が形成されているので、翼通過時に主流に生じる二次流
れを増大し、翼列伴流の混合を積極的に促進して、動静
翼間隔を広げたのと同じ効果を得ることができる。従っ
て、動静翼間隔を広げることなく短い動静翼間隔で、伴
流により生じる騒音と振動を低減し、かつエンジン全体
の軸方向長さも短縮することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。
【００１３】図１は、本発明による伴流混合促進翼の模
式的斜視図である。本発明の伴流混合促進翼１０は、軸
方向に隣接して複数の翼列を有する軸流流体機械を構成
するための翼である。この軸流流体機械は、ファン、圧
縮機、又はタービンであり、伴流混合促進翼１０は、上
流側に位置する翼列、好ましくは動翼列を構成する。
式的斜視図である。本発明の伴流混合促進翼１０は、軸
方向に隣接して複数の翼列を有する軸流流体機械を構成
するための翼である。この軸流流体機械は、ファン、圧
縮機、又はタービンであり、伴流混合促進翼１０は、上
流側に位置する翼列、好ましくは動翼列を構成する。
【００１４】図１に示すように、本発明の伴流混合促進
翼１０の後縁１０ｂは、半径方向の位置に応じて滑らか
な波形に形成されている。なお１０ａは前縁である。
翼１０の後縁１０ｂは、半径方向の位置に応じて滑らか
な波形に形成されている。なお１０ａは前縁である。
【００１５】すなわち、この例では、翼の末端側から先
端側に向かう半径方向の位置ｘに対して、後縁１０ｂの
周方向位置ｙが例えばサイン又はコサインに変化してお
り、後縁１０ｂからの流出角が、基準の流出角に対し
て、半径方向の位置に応じて周方向に交互に増減するよ
うに構成されている。これに伴い、後縁１０ｂの近傍の
後縁部も同様に、周方向に交互に滑らかに増減するのが
よい。
端側に向かう半径方向の位置ｘに対して、後縁１０ｂの
周方向位置ｙが例えばサイン又はコサインに変化してお
り、後縁１０ｂからの流出角が、基準の流出角に対し
て、半径方向の位置に応じて周方向に交互に増減するよ
うに構成されている。これに伴い、後縁１０ｂの近傍の
後縁部も同様に、周方向に交互に滑らかに増減するのが
よい。
【００１６】なお、周方向に交互に増減する半径方向の
ピッチは、図１のように一定でもよく、或いは半径方向
位置に応じて変化させてもよい。また、後縁１０ｂから
の流出角の増減に対応させて、図１のように、後縁１０
ｂの近傍の後縁部のみの翼形状を変化させてもよく、あ
るいは翼のスタッキングを半径方向の位置に応じて変化
させてもよい。
ピッチは、図１のように一定でもよく、或いは半径方向
位置に応じて変化させてもよい。また、後縁１０ｂから
の流出角の増減に対応させて、図１のように、後縁１０
ｂの近傍の後縁部のみの翼形状を変化させてもよく、あ
るいは翼のスタッキングを半径方向の位置に応じて変化
させてもよい。
【００１７】図２は、翼列により生じる二次流れの比較
図であり、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明の場合であ
る。図２（Ａ）に示すように、翼１の下流側には伴流３
が形成され、翼１で構成される翼列の下流側には、主流
に直交して隣接する翼間で循環する翼間二次流れ５と、
伴流の背側と腹側との間を小さく循環する伴流渦６（後
流渦）が形成される。本発明では、この翼間二次流れ５
と伴流渦６の両方を含めて二次流れ１１と呼ぶ。
図であり、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明の場合であ
る。図２（Ａ）に示すように、翼１の下流側には伴流３
が形成され、翼１で構成される翼列の下流側には、主流
に直交して隣接する翼間で循環する翼間二次流れ５と、
伴流の背側と腹側との間を小さく循環する伴流渦６（後
流渦）が形成される。本発明では、この翼間二次流れ５
と伴流渦６の両方を含めて二次流れ１１と呼ぶ。
【００１８】図２（Ｂ）に示すように、本発明の伴流混
合促進翼１０では、後縁１０ｂからの流出角が、基準の
流出角に対して、半径方向の位置に応じて周方向に交互
に増減するように、後縁部が形成されているので、翼通
過時に主流に生じる二次流れ１１、局所的には伴流渦６
の作用、大域的には翼間二次流れ５の作用を利用し、翼
列伴流の混合を積極的に促進して、動静翼間隔を広げた
のと同じ効果を得ることができる。たとえば、航空エン
ジンの場合、従来技術ではファンの動翼と静翼の間隔Ｌ
を動翼のコード長の例えば１５０％から２００％程度に
する必要があったが、本発明により同程度の騒音レベル
において動翼と静翼の間隔Ｌを動翼のコード長の例えば
１００％程度にすることができる。従って、動静翼間隔
を広げることなく短い動静翼間隔で、伴流により生じる
騒音と振動を低減し、かつエンジン全体の軸方向長さも
短縮することができる。
合促進翼１０では、後縁１０ｂからの流出角が、基準の
流出角に対して、半径方向の位置に応じて周方向に交互
に増減するように、後縁部が形成されているので、翼通
過時に主流に生じる二次流れ１１、局所的には伴流渦６
の作用、大域的には翼間二次流れ５の作用を利用し、翼
列伴流の混合を積極的に促進して、動静翼間隔を広げた
のと同じ効果を得ることができる。たとえば、航空エン
ジンの場合、従来技術ではファンの動翼と静翼の間隔Ｌ
を動翼のコード長の例えば１５０％から２００％程度に
する必要があったが、本発明により同程度の騒音レベル
において動翼と静翼の間隔Ｌを動翼のコード長の例えば
１００％程度にすることができる。従って、動静翼間隔
を広げることなく短い動静翼間隔で、伴流により生じる
騒音と振動を低減し、かつエンジン全体の軸方向長さも
短縮することができる。
【００１９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。例えば、本発明は、ファンに限定さ
れず軸流の圧縮機及びタービンにも適用できる。また、
ジェットエンジンに限定されず翼列を有するすべての流
体機械に適用することができる。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。例えば、本発明は、ファンに限定さ
れず軸流の圧縮機及びタービンにも適用できる。また、
ジェットエンジンに限定されず翼列を有するすべての流
体機械に適用することができる。
【００２０】
【発明の効果】上述したように、本発明の伴流混合促進
翼は、伴流により生じる騒音と振動を低減し、かつエン
ジン全体の軸方向長さも短縮することができる等の優れ
た効果を有する。
翼は、伴流により生じる騒音と振動を低減し、かつエン
ジン全体の軸方向長さも短縮することができる等の優れ
た効果を有する。
【図１】本発明による伴流混合促進翼の模式的斜視図で
ある。
ある。
【図２】翼列により生じる二次流れの比較図である。
【図３】翼下流側の速度分布（Ａ）と騒音特性（Ｂ）の
説明図である。
説明図である。
【図４】動翼下流側に発生した伴流と静翼との干渉を示
すシミュレーション結果である。
すシミュレーション結果である。
１ 翼（動翼）、２ 主流、３ 伴流（ｗａｋｅ又は後
流）、４ 静翼、５ 翼間二次流れ、６ 伴流渦（後流
渦）、１０ 翼（伴流混合促進翼）、１０ａ 前縁、１
０ｂ 後縁、１１ 二次流れ
流）、４ 静翼、５ 翼間二次流れ、６ 伴流渦（後流
渦）、１０ 翼（伴流混合促進翼）、１０ａ 前縁、１
０ｂ 後縁、１１ 二次流れ
Claims (3)
- 【請求項１】 軸方向に隣接して複数の翼列を有する軸
流流体機械を構成する翼（１０）であって、 後縁（１０ｂ）からの流出角が、基準の流出角に対し
て、半径方向の位置に応じて周方向に交互に増減し、こ
れにより二次流れ（１１）の作用で伴流の混合が促進さ
れるように、後縁部が形成されている、ことを特徴とす
る伴流混合促進翼。 - 【請求項２】 前記後縁（１０ｂ）は、半径方向の位置
に応じて滑らかな波形に形成されている、ことを特徴と
する請求項１に記載の伴流混合促進翼。 - 【請求項３】 前記軸流流体機械は、ファン、圧縮機、
又はタービンである、ことを特徴とする請求項１に記載
の伴流混合促進翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002026586A JP2003227302A (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | 伴流混合促進翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002026586A JP2003227302A (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | 伴流混合促進翼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003227302A true JP2003227302A (ja) | 2003-08-15 |
Family
ID=27748373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002026586A Pending JP2003227302A (ja) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | 伴流混合促進翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003227302A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2002
- 2002-02-04 JP JP2002026586A patent/JP2003227302A/ja active Pending
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080107 |