风扇叶片及航空发动机的风扇的制作方法

1.本实用新型涉及一种风扇叶片，还涉及一种包括该风扇叶片的航空发动机的风扇。


背景技术：

2.一直以来，风扇部件是大涵道比商用涡扇发动机关键部件之一，作为航空发动机的增压部件之一，对于发动机的推力、耗油率、重量等指标有着决定性影响。以涵道比10量级的涡扇发动机为例，风扇部件提供了约75％的起飞推力和68％的巡航推力。风扇部件的重量在发动机中占有较大比重，约占发动机的18％，且风扇部件的重量直接影响风扇轴、包容机匣等部件的重量。
3.风扇气动性能对大涵道比涡扇发动机的耗油率有重要的影响，巡航状态下，风扇效率降低1％，推力降低约0.68％，耗油率增加0.67％以上。而风扇中，风扇叶片是组成风扇部件的重要零件。风扇叶片的性能对于风扇的性能的影响至关重要。
4.因此，为满足日益苛刻的民机经济性、安全性、可靠性、环保性等要求，需要提供一种风扇叶片，可以进一步提高风扇叶片及其所在航空发动机的风扇的运行效率。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种风扇叶片，可以提高运行效率。
6.本实用新型提供一种风扇叶片，所述风扇叶片在叶片型面上包括流动失稳区域，所述流动失稳区域包括流动转捩位置、激波发生位置和流动分离区域，所述风扇叶片设置有由多个吸气孔限定的吸气区，所述吸气区沿弦向设置于所述风扇叶片的前缘和所述流动失稳区域之间。
7.在一个实施方式中，所述叶片型面是所述风扇叶片的吸力面。
8.在一个实施方式中，所述风扇叶片中设置有内部通道，所述吸气孔抽吸的气体经由所述内部通道导入风扇盘腔。
9.在一个实施方式中，所述风扇叶片为空心叶片，所述吸气孔连通所述空心叶片的内部空腔。
10.在一个实施方式中，所述多个吸气孔呈阵列布置。
11.在一个实施方式中，所述吸气区的弦向尺寸小于所述吸气区的展向尺寸。
12.在一个实施方式中，所述吸气区沿弦向的中心线位于所述前缘和流动稳定边界之间的中心线之后，所述流动稳定边界在弦向上将稳定流动区域和所述流动失稳区域界限开。
13.在一个实施方式中，所述吸气孔的直径在0.5-5mm。
14.本实用新型还提供一种航空发动机的风扇，包括上述风扇叶片。
15.在一个实施方式中，所述风扇还包括风扇盘腔，所述风扇盘腔中设置有吸气设备，用于从所述风扇叶片的吸气孔抽吸。
16.上述风扇叶片中，考虑了流动转捩、激波发生和流动分离这三种流动现象，并且在包含这三种区域的流动失稳区域之前设置吸气孔，通过抽吸的方式可以吸除风扇叶片及风扇壁面附近的低能流体，可以降低风扇叶片的流动损失，从而提高风扇叶片及风扇的运行效率。
17.上述航空发动机的风扇中，包括有上述风扇叶片，因而可以提高运行效率。此外，通过在风扇盘腔中设置吸气设备，充分利用风扇内部的空间，结构紧凑，还可以避免对风扇叶片的性能产生不利影响。
附图说明
18.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
19.图1是示例性风扇叶片的示意图。
20.图2是示例性风扇叶片的另一示意图，其中示出有吸气区。
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。
22.例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。
23.需要理解，文中使用“第一”、“第二”等词语来限定特征，仅仅是为了便于对相应特征进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
24.根据本发明的示例性风扇叶片10如图1和图2所示，其中，图1未示出吸气区1，而图2示出了吸气区1。
25.为了方便描述，图1中示出了风扇叶片10的前缘l1和尾缘t1，前缘l1和尾缘t1也即风扇叶片10的前边缘和后边缘。图1和图2还示出了风扇叶片10的弦向x0和叶高方向或者展向h0，弦向x0也即从风扇叶片10的前缘l1指向尾缘t1或者从尾缘t1指向前缘l1的方向，展向h0也即从风扇叶片10的叶根指向叶顶的方向。在风扇中，风扇叶片10的弦向x0与风扇的轴向较为接近，风扇叶片10的展向h0与风扇的径向较为接近。
26.需要理解，文中提及的两个方向“接近”等并不需要满足数学意义上严格的角度要求，而是这两个方向在彼此之上投影至少具有分量，而“沿着”、“沿”某一方向或者“在某一方向上”意指在该方向上至少有分量，优选地，与该方向的夹角在45
°
以内，更优选地，夹角在20
°
以内。
27.风扇叶片10在叶片型面11上包括流动失稳区域s2。流动失稳区域s2包括流动转捩位置a1、激波发生位置a2和流动分离区域a3。
28.图1中还示出了风扇叶片10的稳定流动区域s1。与流动失稳区域s1形成对比的，稳定流动区域s1也即转捩、激波及分离均未发生的区域。图1中还示出了将稳定流动区域s1和流动失稳区域s2界限开的流动稳定边界l0。流动稳定边界l0可以定义成流动转捩位置a1、激波发生位置a2和流动分离区域a3中位于最前侧的部分的边界。
29.需要理解，图1以及图2均仅作为示例，并非按照等比例的条件绘制，不应该以此认为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。例如，图1中，流动转捩位置a1、激波发生位置a2仅是示意性地以一条曲线示出，实际情况下，流动转捩位置a1或是激波发生位置a2均可能包含零散分布的多个位置，每个位置可能可以表示为曲线，也可能是直线，也可能是具有面积的片区。又例如，流动分离区域a3示意性地以一椭圆形区域示出，实际情况下，流动分离区域a3是非规则形状的片区，还可能包含零散分布的多个片区。
30.本发明提供的风扇叶片10设置有由多个吸气孔2限定的吸气区1。吸气区1沿弦向x0设置于风扇叶片10的前缘l1和流动失稳区域s2之间。换言之，由多个吸气孔2限定的吸气区1沿弦向x0设置于风扇叶片10的前缘l1和流动稳定边界l0之间。需要理解，文中的“多个”意指两个以上，包括两个、三个、四个、五个、一百个、一千个等。
31.本发明还提供一种航空发动机的风扇。该风扇可以包括风扇叶片10。
32.上述风扇叶片10以及包括风扇叶片10的风扇中，通过在流动失稳区域s2之前设置吸气孔2进行抽吸，可以吸除风扇叶片及风扇壁面附近的低能流体，从而提升风扇叶片及风扇的效率。
33.叶片型面11可以包括风扇叶片10的压力面和吸力面。在图示实施方式中，前述叶片型面11可以是风扇叶片10的吸力面。也即，吸气区1及其吸气孔2设置于风扇叶片10的吸力面。
34.在一个实施方式中，风扇叶片10中可以设置有内部通道(未示出)，吸气孔2抽吸的气体可以经由该内部通道导入风扇盘腔。这样，从吸气孔2抽吸的气体可以通向风扇叶片10的内部。例如，若风扇叶片10为实心风扇叶片，可以专门设计内部空腔，以供吸气孔2吸气时导流，吸出气体经过导流可以最终进入风扇盘腔。
35.在一个实施方式中，对于包括风扇叶片10的风扇，风扇还包括风扇盘腔，该风扇盘腔中可以设置有吸气设备，用于从风扇叶片10的吸气孔2抽吸。吸气设备可以提供不同的吸气量。
36.可以理解，文中使用特定词语来描述本实用新型的实施方式，如“一个实施方式”、“另一实施方式”和/或“一些实施方式”意指与本实用新型至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“另一实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本实用新型的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
37.在一个实施方式中，风扇叶片10可以为空心叶片，吸气孔2可以连通(作为风扇叶片10的)该空心叶片的内部空腔。也即，风扇叶片10若为空心风扇叶片，吸取气体可以通向空心风扇叶片的内部，可以借用其内部空腔导出吸气孔2抽吸的气流。
38.图示实施方式中，多个吸气孔2可以呈阵列布置。如图2所示，多个吸气孔2呈矩形
阵列。吸气孔2的直径可以在0.5-5mm。需要理解，文中的数值范围均包含端点值，例如，此处的“0.5-5mm”意指，吸气孔2的直径可以是0.5mm与5mm之间的任一数值，也可以是0.5mm或者5mm。而且，吸气区1的多个吸气孔2的直径可以彼此相同，也可以彼此不同。
39.图2示出的实施方式中，吸气区1的弦向尺寸(也即，沿弦向x0的尺寸)可以小于吸气区1的展向尺寸(也即，沿展向h0的尺寸)。图中，吸气区1可以大体为矩形区域，长边大体为短边的10倍以上。吸气区1的展向尺寸大体占风扇叶片10在该处的对应展向尺寸(也即，叶高)的70％以上，并且吸气区1在展向h0的两端与风扇叶片10的叶顶或叶根均相隔一定距离。吸气区1的弦向尺寸大体占风扇叶片10的稳定流动区域s1在对应位置的弦向尺寸的40％以内，并且，吸气区1在弦向x0的两端与风扇叶片10的前缘l1或流动稳定边界l0均相隔一定距离。
40.图示实施方式中，吸气区1沿弦向x0的中心线c1可以位于前缘l1和流动稳定边界l0之间的中心线之后。如前所述，流动稳定边界l0在弦向x0上将稳定流动区域s1和流动失稳区域s2界限开。图中，流动稳定边界l0大体沿着展向h0从叶根一直延伸到叶顶。换言之，由多个吸气孔2限定的吸气区1可以大体布置在相对于流动稳定边界l0与叶片前缘l1的中间位置靠后的位置。
41.下面将示例性地描述上述风扇叶片10的实际设计制作过程。
42.首先，可以对基准风扇叶片开展旋转试验台测试，获取风扇叶片在各个工作状态下的表面(特别是吸力面)流动转捩位置a1、激波发生位置a2以及流动分离区域a3。
43.然后，可以将前面测得的三种流动现象在风扇叶片的全叶展进行标记，获取转捩、激波及分离区域未发生的稳定流动区域s1，获取流动稳定边界l0，如图1所示。流动稳定边界l0也即稳定流动区域s1的后边界，或者，流动失稳区域s2的前边界。
44.再然后，在流动稳定边界l0与叶片前缘l1的中间位置靠后布置吸气孔2。可以呈阵列布置。
45.最后，可以加工多组风扇叶片10，改变吸气孔2的直径以及布置形式，采用吸气设备提供不同吸气量，在风扇旋转试验台测试不同方案对风扇性能的影响，以获得最佳吸气方案。
46.通过上述方法获得的风扇叶片10，用于航空发动机的风扇时，风扇运行效率可以提高约0.5％。
47.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。