RU2784237C2 - Gas turbine engine with coaxial screws - Google Patents
Gas turbine engine with coaxial screws Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784237C2 RU2784237C2 RU2021101968A RU2021101968A RU2784237C2 RU 2784237 C2 RU2784237 C2 RU 2784237C2 RU 2021101968 A RU2021101968 A RU 2021101968A RU 2021101968 A RU2021101968 A RU 2021101968A RU 2784237 C2 RU2784237 C2 RU 2784237C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- air
- gas turbine
- turbine engine
- holes
- Prior art date
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 26
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение относится к газотурбинному двигателю с коаксиальными винтами, такими как капотированные или не капотированные винты (на английском языке “open rotor” или “unducted fan”).The present invention relates to a gas turbine engine with coaxial propellers, such as shrouded or non-shrouded propellers (in English "open rotor" or "unducted fan").
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Предшествующий уровень техники представлен, в частности, документами ЕР-А1-2090765, FR-A2-2866931 и US-A-2156133.The prior art is represented in particular by EP-A1-2090765, FR-A2-2866931 and US-A-2156133.
В настоящее время в области двигателей для гражданской авиации все больше проявляется тенденция к уменьшению удельного расхода (CS), к снижению шума и выбросов NOx. Одно из технических решений, принятое конструкторами двигателей, состоит в увеличении степени двухконтурности между первичным потоком и вторичным потоком. Для этого предусмотрены различные архитектуры, такие как двигатели “UHBR” на английском языке (Ultra High Bypass Ratio) и двигатели со сдвоенными винтами (“CROR” от Counter Rotating Open-Rotor на английском языке или “USF” от Unducted Single Fan на английском языке), в качестве возможной замены современным газотурбинным двигателям для полетов средней дальности.Currently, in the field of engines for civil aviation, there is an increasing tendency to reduce specific consumption (CS), to reduce noise and NOx emissions. One of the technical solutions adopted by the engine designers is to increase the bypass ratio between the primary flow and the secondary flow. Various architectures are provided for this, such as “UHBR” motors in English (Ultra High Bypass Ratio) and twin propeller motors (“CROR” from Counter Rotating Open-Rotor in English or “USF” from Unducted Single Fan in English ), as a possible replacement for modern gas turbine engines for medium-range flights.
В случае газотурбинного двигателя типа open rotor гондолу, направляющую вторичный поток для производства основной тяги на классическом газотурбинном двигателя, убирают. В этом случае движущая система включает в себя входной винт, который увлекает поток, и выходной винт, неподвижный для двигателя “USF” и вращающийся для двигателя “CROR”, при этом выходной винт позволяет спрямлять поток. Тяговый КПД двигателя повышается за счет рекуперации энергии при вращении. Диаметр винтов двигателя тоже значительно увеличивают, чтобы обеспечивать всасывание большого количества воздуха и повышение тягового КПД. Однако в отсутствие гондолы основным недостатком этой архитектуры open rotor является шумовое воздействие и, в частности, шум, создаваемый винтами при различных взаимодействиях между винтами и компонентами, связанными с установкой двигателя на самолете.In the case of an open rotor gas turbine engine, the nacelle that directs the secondary flow to produce the main thrust on a classic gas turbine engine is removed. In this case, the propulsion system includes an inlet screw that entrains the flow, and an outlet screw that is stationary for the USF motor and rotates for the CROR motor, while the outlet screw allows the flow to be straightened. The traction efficiency of the engine is increased by energy recovery during rotation. The diameter of the engine propellers is also significantly increased in order to ensure the suction of a large amount of air and increase traction efficiency. However, in the absence of a nacelle, the main disadvantage of this open rotor architecture is the noise impact and, in particular, the noise generated by the propellers during the various interactions between the propellers and components associated with the installation of the engine on the aircraft.
Основной источник шума связан с взаимодействием завихрения, производимого входным винтом, с выходным винтом. Вершинное завихрение происходит при слиянии завихрения на конце лопасти с завихрением передней кромки, которое развивается, начиная от центральной выпуклости спинки входной лопасти.The main source of noise is associated with the interaction of the turbulence produced by the input screw with the output screw. The apex swirl occurs when the swirl at the end of the blade merges with the swirl of the leading edge, which develops starting from the central convexity of the back of the inlet blade.
Решение, предназначенное для устранения этого шума и называемое “clipping”, состоит в уменьшении наружного диаметра выходного винта таким образом, чтобы завихрения, создаваемые входным винтом, проходили снаружи выходного винта, в частности, снаружи цилиндра, образуемого выходным винтом во время вращения, и не взаимодействовали с последним. Однако это решение не является вполне удовлетворительным, так как оно приводит к снижению тяги, производимой выходным винтом, и, следовательно, к ухудшению характеристик газотурбинного двигателя. Можно было бы увеличить нагрузку выходного винта, чтобы компенсировать уменьшение его диаметра, но этот винт станет в таком случае более сложным в механическом выполнении и будет производить больше собственного шума.The solution to eliminate this noise, called "clipping", is to reduce the outer diameter of the outlet screw so that the turbulence generated by the input screw passes outside the outlet screw, in particular, outside the cylinder formed by the outlet screw during rotation, and does not interact with the latter. However, this solution is not entirely satisfactory, as it leads to a decrease in the thrust produced by the output screw and, consequently, to a deterioration in the performance of the gas turbine engine. It would be possible to increase the load on the output screw to compensate for the reduction in its diameter, but this screw would then become more mechanically difficult and produce more noise of its own.
Изобретение призвано предложить простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.The invention aims to offer a simple, effective and economical solution to this problem.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Объектом изобретения является газотурбинный двигатель с продольной осью, содержащий два коаксиальных наружных винта, соответственно входной и выходной.The object of the invention is a gas turbine engine with a longitudinal axis, containing two coaxial external screws, respectively, the input and output.
В заявленном газотурбинном двигателе по меньшей мере некоторые из лопастей входного винта содержат по меньшей мере один внутренний воздуховод для циркуляции воздуха, сообщающийся, с одной стороны, с воздухозаборными отверстиями для отбора воздуха в граничных слоях лопастей и сообщающийся, с другой стороны, на своем радиально наружном конце с выходными воздушными отверстиями, выходящими на уровне входов отверстий на спинки лопастей, при этом воздухозаборные отверстия расположены радиально в зоне, составляющей от 10% до 45% радиального размера лопастей и измеренной над и начиная от радиальной высоты лопастей, на которой касательная передней кромки является ортогональной к продольной оси, при этом входы воздухозаборных отверстий находятся в зоне, составляющей от 0% до 30%, предпочтительно от 10% до 30% локальной хорды лопастей и измеренной на высоте упомянутых входов и начиная от передних кромок лопастей.In the claimed gas turbine engine, at least some of the inlet propeller blades contain at least one internal air duct for air circulation, which communicates, on the one hand, with air sampling openings for air sampling in the boundary layers of the blades and, on the other hand, communicates on its radially outer at the end with air outlets extending at the level of the openings of the holes on the backs of the blades, while the air intake holes are located radially in a zone constituting from 10% to 45% of the radial size of the blades and measured above and starting from the radial height of the blades, at which the tangent of the leading edge is orthogonal to the longitudinal axis, while the inlets of the air sampling holes are in the zone of from 0% to 30%, preferably from 10% to 30% of the local chord of the blades and measured at the height of said inlets and starting from the leading edges of the blades.
Таким образом, особое расположение входов воздухозаборных отверстий позволяет уменьшить источник интенсивного завихрения, которое развивается на уровне входного винта, отклоняя его, прежде чем оно не соединится с завихрением в вершине лопастей.Thus, the particular arrangement of the inlets of the air intakes makes it possible to reduce the source of intense swirl that develops at the level of the inlet propeller by deflecting it before it joins the swirl at the tip of the blades.
Воздухозаборные отверстия находятся радиально снизу выходных воздушных отверстий и соединены с последними через по существу радиальные воздуховоды, выполненные внутри лопастей. Воздуховоды могут иметь другое расположение, например, могут проходить в виде зигзага внутри лопастей. Таким образом, воздухозаборные отверстия находятся на радиусах или на радиальных расстояниях от оси двигателя, меньших, чем радиальные расстояния выходных отверстий, поэтому между входом и выходом внутренних воздуховодов лопастей создается достаточная разность давления. Во время работы центробежные силы и разности давления между зонами отбора и выходом воздуха являются достаточными, чтобы направлять отбираемый воздух через воздуховоды лопастей до выходных отверстий. Воздух, выходящий из этих отверстий, удаляется наружу лопастей входного винта и позволяет разрушить слияние завихрений слабой интенсивности, создаваемых этим винтом.The air intake openings are located radially below the air outlet openings and are connected to the latter through essentially radial air ducts made inside the blades. The ducts may have other arrangements, for example they may zigzag through the blades. The air intakes are thus at radii or radial distances from the motor axis smaller than the radial distances of the outlets, so that a sufficient pressure difference is created between the inlet and outlet of the internal air ducts of the blades. During operation, centrifugal forces and pressure differences between the bleed areas and the air outlet are sufficient to direct the bleed air through the vane ducts to the outlets. The air escaping from these holes is expelled outside the inlet propeller blades and allows the fusion of the low intensity vortices created by the inlet propeller to be broken.
Таким образом, изобретение не требует уменьшения размеров входного и выходного винтов, которые могут иметь по существу одинаковый наружный диаметр.Thus, the invention does not require downsizing of the input and output screws, which may have substantially the same outside diameter.
Отбор воздуха происходит на спинках лопастей, где завихрения в граничных слоях являются наибольшими. В варианте воздухозаборные отверстия могут выходить на корытца лопастей и даже одновременно на корытца и на спинки лопастей. Давление воздуха на корытцах лопастей выше, чем на их спинках. Однако, как правило, граничные слои на корытцах являются более безвредными. Следовательно, отбор воздуха на корытцах лопастей не всегда является обязательным.Air is taken off at the backs of the blades, where the turbulences in the boundary layers are greatest. In a variant, the air intake openings can extend onto the troughs of the blades and even simultaneously onto the troughs and backs of the blades. The air pressure on the troughs of the blades is higher than on their backs. However, as a rule, the boundary layers on the troughs are more harmless. Therefore, air sampling at the troughs of the blades is not always necessary.
Предпочтительно входы воздухозаборных отверстий расположены только в упомянутых зонах Н1 и L1 лопастей входного винта.Preferably, the inlets of the air sampling holes are located only in said areas H1 and L1 of the inlet propeller blades.
Упомянутый по меньшей мере один внутренний воздуховод циркуляции воздуха может быть по существу радиальным.Said at least one internal air circulation duct may be substantially radial.
Воздухозаборные отверстия могут иметь удлиненное или вытянутое сечение.Air intake openings can have an elongated or elongated section.
Выходные воздушные отверстия могут выходить наружу лопастей на уровне выходов отверстий, при этом упомянутые выходы отверстий находятся в зоне, составляющей от 0% до 60% (предпочтительно от 0% до 15%) локальной хорды лопастей и измеренной на высоте упомянутых выходов и начиная от передних кромок лопастей, то есть в зоне, где давление ниже, чем во входном отверстии. Выходные воздушные отверстия могут выходить наружу лопастей на уровне выходов отверстий, при этом упомянутые выходы радиально находятся в зоне Н3, составляющей от 85% до 100% радиального размера лопастей и измеренной от ножек лопастей.The air outlets may extend outside the blades at the level of the outlets of the holes, while said outlets of the holes are in the zone constituting from 0% to 60% (preferably from 0% to 15%) of the local chord of the blades and measured at the height of the said outlets and starting from the front edges of the blades, that is, in the area where the pressure is lower than in the inlet. Air outlets may extend outside the blades at the level of the outlets of the holes, while said outlets are located radially in the zone H3, which is from 85% to 100% of the radial size of the blades and measured from the legs of the blades.
Предпочтительно упомянутые выходные отверстия находятся только в упомянутой зоне Н3 радиального размера лопастей.Preferably, said outlets are located only in said region H3 of the radial dimension of the blades.
Предпочтительно выходные воздушные отверстия открыты на спинках лопастей.Preferably, the air outlets are open on the backs of the blades.
Выходные воздушные отверстия могут быть ориентированы в сторону вершины лопастей таким образом, чтобы в осевом разрезе угол между радиальной осью лопастей и направлением выхода воздуха составлял от 0° до 90°.The outlet air holes can be oriented towards the top of the blades so that in the axial section the angle between the radial axis of the blades and the direction of the air outlet is from 0° to 90°.
Выходные воздушные отверстия могут быть ориентированы в сторону спинки лопастей таким образом, чтобы в радиальном разрезе угол между радиальной осью лопастей и направлением выхода воздуха составлял от 0° до 90°.The outlet air holes can be oriented towards the back of the blades so that in the radial section the angle between the radial axis of the blades and the direction of the air outlet is from 0° to 90°.
Входной и выходной винты могут иметь по существу одинаковый наружный диаметр.The input and output screws may have substantially the same outside diameter.
Входной и выходной винты могут быть не капотированными и могут быть винтами противоположного вращения.The input and output propellers may be non-hooded and may be counter-rotating propellers.
Входной и выходной винты могут быть капотированными и могут не быть винтами противоположного вращения.The input and output propellers may or may not be hooded propellers.
ОПИСАНИЕ ФИГУРDESCRIPTION OF FIGURES
Изобретение и его другие детали, признаки и преимущества будут более понятны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:The invention and its other details, features and advantages will be better understood from the following description, presented by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 - схематичный вид в осевом разрезе газотурбинного двигателя с не капотированными винтами.Fig. 1 is a schematic axial sectional view of a gas turbine engine with unhooded propellers.
Фиг. 2 - частичный схематичный вид в перспективе входного винта известного газотурбинного двигателя с не капотированными винтами.Fig. 2 is a partial schematic perspective view of the input propeller of a prior art gas turbine engine with unhooded propellers.
Фиг. 3 - схематичный вид известного газотурбинного двигателя с не капотированными винтами.Fig. 3 is a schematic view of a conventional gas turbine engine with unhooded propellers.
Фиг. 4 - схематичный вид в осевом разрезе лопасти входного винта заявленного газотурбинного двигателя с не капотированными винтами.Fig. 4 is a schematic axial sectional view of the inlet propeller blade of the claimed gas turbine engine with unhooded propellers.
Фиг. 5 - вид в разрезе по линии А-А фиг. 4.Fig. 5 is a sectional view along line A-A of FIG. four.
Фиг. 6 - схематичный вид лопасти входного винта турбины со стороны передней кромки без контура и с контуром отбора воздуха в соответствии с изобретением.Fig. 6 is a schematic view of a turbine inlet propeller blade from the leading edge without a contour and with an air bleed circuit in accordance with the invention.
Фиг. 7 - схематичный вид лопасти входного винта турбины со стороны спинки без контура и с контуром отбора воздуха в соответствии с изобретением.Fig. 7 is a schematic view of a turbine inlet propeller blade from the back without a circuit and with an air bleed circuit in accordance with the invention.
Фиг. 8 - схематичный осевой вид лопасти, представленный для понимания изобретения.Fig. 8 is a schematic axial view of a blade provided for understanding the invention.
Фиг. 9 - график, показывающий значение изгиба вдоль радиальной оси лопасти.Fig. 9 is a graph showing the amount of deflection along the radial axis of the blade.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
На фиг. 1 показан газотурбинный двигатель 10 с не капотированными винтами (на английском языке “open rotor” или “unducted fan”), который содержит от входа к выходу по направлению потока газов внутри газотурбинного двигателя компрессор 12, кольцевую камеру 14 сгорания, входную турбину 16 высокого давления и две выходные турбины 18, 20 низкого давления, которые является турбинами противоположного вращения, то есть вращаются в противоположных направлениях вокруг продольной оси Х газотурбинного двигателя.In FIG. 1 shows a
Каждая из выходных турбин 18, 20 соединена во вращении с наружным винтом 22, 24, который расположен радиально снаружи гондолы 26 газотурбинного двигателя, причем эта гондола 26 является по существу цилиндрической и расположена вдоль ось Х вокруг компрессора 12, камеры 14 сгорания и турбин 16, 18 и 20.Each of the
Воздушный поток 29, поступающий в компрессор 12, сжимается, затем смешивается с топливом и сгорает в камере 14 сгорания, после чего газообразные продукты сгорания проходят в турбины, приводя во вращение винты 22, 24, которые обеспечивают основную часть тяги, создаваемой газотурбинным двигателем. Газообразные продукты сгорания (стрелки 31) выходят из турбин и затем удаляются через сопло 30, увеличивая эту тягу.The
Винты 22, 24 расположены коаксиально один за другим. Как известно, каждый из этих винтов 22, 24 содержит множество лопастей, равномерно распределенных вокруг оси Х газотурбинного двигателя, при этом каждая лопасть расположена по существу радиально и содержит входную переднюю кромку, выходную заднюю кромку, радиально внутренний конец, образующий ножку лопасти, и радиально наружный конец, образующий вершину лопасти.The
Входной винт 22 имеет по существу такой же диаметр, что и выходной винт 24, поэтому эти винты создают во время работы одинаковую тягу, и весь воздушный поток, проходящий между лопастями входного винта, проходит также между лопастями выходного винта.The
На фиг. 2 представлен частичный схематичный вид в перспективе входного винта 22 известного газотурбинного двигателя, а также показано изменение линий потока на лопасти этого винта. Линии 32, 34, 36 потока проходят между лопастями винта и более или менее следуют профилю этих лопастей, начиная от передних кромок 38 до задних кромок 40 этих лопастей.In FIG. 2 is a partial schematic perspective view of the
Линии 32 потока, проходящие по радиально внутренним концевым частям лопастей, являются по существу параллельными между собой. С другой стороны, линии 34, 36 потока, проходящие по радиально наружным концевым частям, стремятся приблизиться друг к другу, причем это явление становится все более интенсивным по мере приближения к вершинам 42 лопастей. Линии 36 потока, которые проходят на уровне вершин лопастей, закручиваются друг на друге и образуют завихрения 44, которые попадают на лопасти выходного винта 24 (фиг. 3), результатом чего становится очень сильное шумовое воздействие.The
Задачей изобретения является уменьшение в источнике интенсивности завихрения, которое формируется на уровне линий 34 потока лопастей входного винта 22, посредством всасывания этого завихрения, прежде чем оно соединится с вершинным завихрением, образуемым линиями 36 потока. Задачей изобретения является также уменьшение интенсивности вершинного завихрения.The object of the invention is to reduce the intensity of the swirl at the source, which is formed at the level of the
В рамках изобретения предложено выполнить в лопастях входного винта 22 всасывающие или воздухозаборные отверстия для отбора воздуха в граничных слоях лопастей в центральных зонах спинок, близких к передним кромкам 38, при этом отбираемый воздух затем удаляется наружу входного винта 22, разрушая структуру завихрений 42 меньшей интенсивности, которые формируются в вершинах лопастей.In the framework of the invention, it is proposed to perform suction or air intake holes in the blades of the
Как показано на фиг. 4 и 5, лопасти входного винта 122 содержат по меньшей мере один внутренний воздуховод 150 для циркуляции воздуха, который сообщается, с одной стороны, с воздухозаборными отверстиями 152, проходящими через боковые стенки лопастей и выходящими на спинки 156 этих лопастей, и, с другой стороны, с отверстиями 158 выхода отбираемого воздуха, которые открыты вблизи вершин 142 лопастей. Воздухозаборные отверстия 152 позволяют засасывать завихрение, как только оно начинает формироваться, в частности, от 50% до 60% радиального размера (размаха) Н2 лопастей. Таким образом, завихрение, создаваемое лопастями входного винта 122, будет иметь меньшую энергию и меньший диаметр, и, следовательно, сечение завихрения, действующего на лопасть выходного винта, будет уменьшено. Это позволяет значительно снизить шум взаимодействия.As shown in FIG. 4 and 5, the
Чтобы все воздухозаборные отверстия 152 были активными, то есть чтобы они хорошо всасывали завихрение, необходимо присутствие положительной разности давления между входом отверстий 152 и местом, где они открываются. Для этого каждое воздухозаборное отверстие 152 выполнено в виде канала, соединенного с внутренним воздуховодом 150, который проходит внутрь лопасти и выходит вблизи ее вершины 142, например, вблизи передней кромки, и на спинку 156, где давление ниже, чем на уровне входов 152а отверстий 152.In order for all
Решением для выполнения систем «воздухозаборные отверстия 152 - воздуховод 150» является использование так называемых расходных волокон. Они представляют собой тканые трехмерные волокна, как правило, карбоновые волокна, скрепленные между собой смолой, которые затем растворяются химическим путем для выполнения упомянутых наборов. Можно также предусмотреть выполнение лопастей 148 посредством тканья вокруг трубок небольшого диаметра из материала, подобного материалу расходных волокон, чтобы растворять их тем же химическим способом. Диаметр D этих элементов рассчитывают в зависимости от силы всасывания, необходимой для уменьшения интенсивности завихрения на передней кромке.The solution for the implementation of systems "air intake holes 152 -
Внутренние воздуховоды 150, например, в количество одного на каждую лопасть, имеют удлиненную форму в радиальном направлении и проходят по существу параллельно радиальной форме лопастей 148.The
Входы 152а воздухозаборных отверстий 152 радиально находятся в зоне Н1, составляющей от 10% до 40% высоты Н2 лопасти, то есть от 0,1 Н2 до 0,45 Н2 (фиг. 7 и 9), и измеренной над нулем изгиба. Ноль изгиба определяют как радиальную высоту лопасти, на которой касательная передней кромки является радиальной, то есть параллельной относительно продольной оси Х газотурбинного двигателя. Выходы выходных воздушных отверстий 158 предпочтительно находятся в зоне Н3, составляющей от 85% до 100% высоты лопасти и измеренной от ножки лопасти.The
Для повышения эффективности всасывания следует соблюдать оптимальную разность давления. Для этого входы 152а воздухозаборных отверстий 152 предпочтительно находятся в осевом направлении в зоне L1, составляющей от 0% до 30% и, в частности, от 10% до 30% локальной хорды L2, и измеренной от передней кромки 138. Под локальной хордой следует понимать хорду, измеренную на радиальной высоте рассматриваемого входа 152а. Таким образом, для данной высоты входа 152а отверстия хорда L2 является наиболее коротким путем/прямой, которая соединяет переднюю кромку 138 с задней кромкой 140. Точно так же, выходы выходных воздушных отверстий 158 предпочтительно находятся в осевом направлении в зоне, составляющей от 0% до 60% (предпочтительно от 0% до 15%) локальной хорды и измеренной от передней кромки. 0% зоны соответствует выходам выходных воздушных отверстий 158, находящимся на передней кромке.In order to increase the suction efficiency, the optimum differential pressure must be maintained. To this end, the
Предпочтительно воздухозаборные отверстия 152а находятся только в зоне Н1 и L1 лопасти 148, а выходные воздушные отверстия 158 находятся только в зоне Н3, чтобы эффективно уменьшать завихрения передней кромки входной лопасти, прежде чем они не соединятся с завихрением в вершине выходной лопасти.Preferably, the
Завихрение передней кромки формируется на уровне передней кромки 138, как указывает его название, и стремится отдалиться от нее по мере перемещения по высоте лопасти. Задачей является всасывание/уменьшение энергии этого завихрения и перемещение потока к верхней части лопасти с направлением, которое следует изгибу лопасти.The leading edge swirl is formed at the level of the
Удаление потока должно также способствовать уменьшению интенсивности завихрения в вершине лопасти и радиальное удаление его положения с противодействием направлению его потока. Как показано на фиг. 6 и 7, в конфигурации 1 (без контура отбора воздуха) и в конфигурации 2 (с контуром отбора воздуха) завихрение 144 на конце лопасти обладает меньшей энергией в конфигурации 2, чем завихрение 44 в конфигурации 1, и, следовательно, создает меньше потерь, что позволяет повысить КПД газотурбинного двигателя. Кроме того, интенсивность завихрения 144 меньше в конфигурации 2, и завихрение 144 радиально удалено в конфигурации 2, что позволяет избегать воздействия завихрения 144 на выходную лопасть. Это позволяет отказаться от увеличения радиуса выходной лопасти и получить выигрыш в производительности или уменьшить шум взаимодействия между входным винтом и выходным винтом.The removal of the flow should also help to reduce the intensity of the swirl at the tip of the blade and the radial removal of its position against the direction of its flow. As shown in FIG. 6 and 7, in configuration 1 (no bleed) and configuration 2 (with bleed),
Угол α1, α2 удаления воздуха в вершине лопасти предпочтительно ориентирован к задней кромке 140 лопасти 148, а также направлен вверх лопасти 148. Направление удаления воздуха показано стрелками 160 (фиг. 6 и 7).The air removal angle α 1 , α 2 at the tip of the blade is preferably oriented towards the trailing
Таким образом, этот угол α1, α2 удаления воздуха относительно продольной оси Х газотурбинного двигателя или, эквивалентно, относительно радиальной оси Y составляет от 0° до 90°. Как показано на фиг. 7, угол α2 удаления примерно равен 50° относительно продольной оси Х. Как показано на фиг. 6, удаление воздуха предпочтительно происходит со стороны спинки 156. Угол α1 между радиальной осью Y лопасти и направлением удаления воздуха может составлять от 0° до 90°. На фиг. 6 он равен примерно 40°.Thus, this bleed angle α 1 , α 2 with respect to the longitudinal axis X of the gas turbine engine, or equivalently with respect to the radial axis Y, is between 0° and 90°. As shown in FIG. 7, the offset angle α 2 is about 50° with respect to the longitudinal axis X. As shown in FIG. 6, the venting preferably takes place on the side of the back 156. The angle α 1 between the radial axis Y of the blade and the direction of venting can be between 0° and 90°. In FIG. 6 it is approximately 40°.
Таким образом, изобретение обеспечивает ряд преимуществ:Thus, the invention provides a number of advantages:
- уменьшение шума взаимодействия завихрения передней кромки: акустический выигрыш,- noise reduction of the leading edge vortex interaction: acoustic gain,
- уменьшение шума взаимодействия завихрения конца лопасти: акустический выигрыш,- noise reduction of the interaction of the swirl of the end of the blade: acoustic gain,
- уменьшение потерь от завихрения конца лопасти: выигрыш в производительности газотурбинного двигателя.- reduction of losses from the swirl of the end of the blade: a gain in the performance of a gas turbine engine.
Заявленная система уменьшает граничный слой, который образуется на половине размаха на спинке входной лопасти, за счет выполнения всасывающих отверстий в зоне от 10% до 40% высоты лопасти над нулем изгиба и вблизи передней кромки от 10% до 30% хорды. Это позволяет уменьшить завихрение в его источнике на уровне центральной выпуклости лопасти. Выходные воздушные отверстия предпочтительно открыты на спинке входных лопастей вблизи передних кромок и вершин лопастей, что позволяет уменьшить интенсивность вершинного завихрения как можно ближе к месту, где оно образуется.The claimed system reduces the boundary layer, which is formed at half the span on the back of the inlet blade, by making suction holes in the area from 10% to 40% of the blade height above zero bend and near the leading edge from 10% to 30% of the chord. This makes it possible to reduce the swirl at its source at the level of the central convexity of the blade. Air outlets are preferably open on the back of the inlet blades near the leading edges and tips of the blades, which makes it possible to reduce the intensity of the tip swirl as close as possible to the place where it is formed.
Изобретение дает следующие преимущества:The invention provides the following advantages:
- уменьшение энергии вершинного завихрения, благодаря отверстиям, которые открыты как можно ближе к месту, где образуются вершинные завихрения, на уровне передней кромки входной лопасти,- reducing the energy of the vertex vortex, thanks to the holes that are open as close as possible to the place where the vertex vortices are formed, at the level of the leading edge of the inlet blade,
- уменьшение срыва потока на спинке входной лопасти, благодаря выполненным в лопасти всасывающим отверстиям,- reduction of flow separation on the back of the inlet blade, thanks to the suction holes made in the blade,
- снижение шума взаимодействия на точках низкой скорости за счет уменьшения завихрения, которое образуется на уровне центральной выпуклости лопасти, благодаря всасыванию граничного слоя на спинке на этом размахе лопасти. Интенсивность вершинного завихрения уменьшается также за счет обдува в вершине лопасти.- reduction of interaction noise at low speed points by reducing the turbulence that is formed at the level of the central convexity of the blade, due to the suction of the boundary layer on the back at this blade span. The intensity of the tip swirl also decreases due to airflow at the tip of the blade.
В представленном описании входной и выходной винты газотурбинного двигателя являются не капотированными и с противоположным вращением в газотурбинном двигателе. Однако изобретение не ограничивается этой конфигурацией и относится также к газотурбинным двигателям, содержащим капотированные входной и выходной винты как противоположного вращения, так и не противоположного вращения.In the present description, the inlet and outlet propellers of a gas turbine engine are non-hooded and counter-rotating in a gas turbine engine. However, the invention is not limited to this configuration and also applies to gas turbine engines containing both counter-rotating and non-contra-rotating capped input and output propellers.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1857285 | 2018-08-03 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021101968A RU2021101968A (en) | 2022-09-05 |
RU2784237C2 true RU2784237C2 (en) | 2022-11-23 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2156133A (en) * | 1936-06-16 | 1939-04-25 | Theodore H Troller | Propeller |
EP2090765A2 (en) * | 2008-02-13 | 2009-08-19 | United Technologies Corporation | Cooled pusher propeller system and method of directing an exhaust flow from a propulsion system |
GB2474448A (en) * | 2009-10-14 | 2011-04-20 | Rolls Royce Plc | A cooling system for an open rotor gas turbine engine |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2156133A (en) * | 1936-06-16 | 1939-04-25 | Theodore H Troller | Propeller |
EP2090765A2 (en) * | 2008-02-13 | 2009-08-19 | United Technologies Corporation | Cooled pusher propeller system and method of directing an exhaust flow from a propulsion system |
US8210798B2 (en) * | 2008-02-13 | 2012-07-03 | United Technologies Corporation | Cooled pusher propeller system |
GB2474448A (en) * | 2009-10-14 | 2011-04-20 | Rolls Royce Plc | A cooling system for an open rotor gas turbine engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9249666B2 (en) | Airfoils for wake desensitization and method for fabricating same | |
JP5092143B2 (en) | High bypass ratio turbofan jet engine | |
RU2589574C2 (en) | Bypass turbojet engine | |
CN112664280A (en) | Gas turbine engine outlet guide vane assembly | |
US11913405B2 (en) | Turbine engine with a flow splitter having a profile with inclined serrations | |
EP2492484A2 (en) | Propfan engine | |
US20100054913A1 (en) | Turbomachine with unducted propellers | |
US11131205B2 (en) | Inter-turbine ducts with flow control mechanisms | |
US9387923B2 (en) | Gas turbine engine | |
US10107104B2 (en) | Airfoils for reducing secondary flow losses in gas turbine engines | |
RU2645180C2 (en) | Propeller blade for turbo-machine | |
EP2554793B1 (en) | Inter-turbine ducts with guide vanes of a gas turbine engine | |
JP6194960B2 (en) | Axial turbomachine blade structure and gas turbine engine | |
US20140060001A1 (en) | Gas turbine engine with shortened mid section | |
US20210270137A1 (en) | Turbine engine with airfoil having high acceleration and low blade turning | |
US10519976B2 (en) | Fluid diodes with ridges to control boundary layer in axial compressor stator vane | |
EP3354848B1 (en) | Inter-turbine ducts with multiple splitter blades | |
RU2784237C2 (en) | Gas turbine engine with coaxial screws | |
CN112512920B (en) | Turbine with coaxial propeller | |
CN111075760A (en) | Fluid wing | |
EP3124779B1 (en) | Bypass duct fairing for low bypass ratio turbofan engine and turbofan engine therewith |