Лопатка для винта турбомашины, в частности турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, соответствующие винт и турбомашина

Настоящее изобретение относится к лопатке для винта турбомашины, в частности турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, и к соответствующим винту и турбомашине. Лопатка (11A) для винта турбомашины, в частности для турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, содержащая на своей передней кромке (17) утолщение (16), отличается тем, что она содержит средства регулирования положений утолщения вдоль ее передней кромки. Задачей настоящего изобретения является значительное снижение шума турбовинтовентиляторного двигателя. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к лопатке для винта турбомашины, в частности турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, и к соответствующим винту и турбомашине.

Предшествующий уровень техники

Хотя настоящее изобретение особенно хорошо подходит к турбовинтовентиляторным двигателям безредукторной схемы (по-английски называемым "unducted fan" - незакапотированный вентилятор), однако его применение не ограничено этой областью.

Как известно, турбовинтовентиляторный двигатель безредукторной схемы может содержать два внешних коаксиальных винта, вращающихся в противоположных направлениях, соответственно переднее и заднее (по потоку), каждый из которых приводится во вращение турбиной и расположен по существу радиально снаружи кожуха турбомашины. Каждый винт обычно содержит ступицу, концентрическую продольной оси турбомашины, на которой укреплены лопатки.

Аэродинамическое взаимодействие между передним и задним винтами противоположного вращения в таком турбовинтовентиляторном двигателе безредукторной схемы приводит к очень высоким уровням шума при работе. Действительно, вращение лопаток переднего и заднего винтов противоположного вращения вызывает, наряду с прочим, образование:

- спутных струй вдоль размаха лопаток, за ними;

- главных вихревых потоков на свободном конце лопаток.

Эти аэродинамические возмущения за передним винтом отчасти ответственны за возникновение аэродинамического шума от взаимодействия, когда эти возмущения затрагивают задний винт или проходят вблизи него.

В частности, в фазах работы турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы на низкой скорости (например, когда он установлен на летательном аппарате: при взлете, в фазе набора высоты, при посадке и заходе на посадку) доминирующий вклад в издаваемый шум вносят спектральные линии взаимодействия, связанные с задним винтом, который действует в потоке переднего винта, пересекая вихревые слои, состоящие из спутных струй и главных вихревых потоков, образованных лопатками переднего винта (называемыми также передними лопатками). Когда концевой вихрь передних лопаток взаимодействует с лопатками заднего винта (по-другому называемыми задними лопатками), взаимодействие задней лопатки с концевым вихрем имеет преобладающее влияние на акустический спектр, испускаемый в большинстве направлений.

Поэтому для снижения нежелательных акустических излучений таких турбомашин и, таким образом, для удовлетворения критериям акустической сертификации, налагаемых авиационной администрацией, необходимо снизить шум, издаваемый при низкой скорости, за счет ослабления взаимодействия задней лопатки с концевым вихрем.

Известное в настоящее время и наиболее широко распространенное решение, называемое отсечением (или clipping по-английски), состоит в уменьшении диаметра заднего винта, чтобы заставить главные вихревые потоки, создаваемые передними лопатками, проходить наружу задних лопаток, чтобы уменьшить взаимодействие этих последних с главными вихревыми потоками. Это обычно влечет увеличение хорды задних лопаток, чтобы сохранить желаемую силу тяги и отношение моментов между передним и задним винтом. Такое решение можно довести до крайности, очень сильно нагружая конец передних лопаток, чтобы разгрузить остальную часть каждой передней лопатки, чтобы уменьшить удар спутной струи переднего винта о задний винт, что также является источником нежелательного шума от взаимодействия.

Однако такое решение оказывается применимым только для изолированной конфигурации турбомашины (т.е. без соединенных с ней наружных элементов) и без угла атаки. При наличии элементов (стойка, фюзеляж) или угла атаки сжатие и осевая симметрия течения воздуха за передним винтом изменяются, так что реализованное отсечение больше не допускает взаимодействия задних лопаток и главных вихревых потоков, порождаемых передними лопатками. Более значительное уменьшение высоты задних лопаток (что соответствует значительному отсечению) влечет увеличение хорды, соответствующей задним лопаткам, чтобы сохранить нагрузку, что приводит к ухудшению кпд соответствующей турбомашины и поэтому не может быть удовлетворительным.

Авторы заявки предложили другое решение этой проблемы в более ранней заявке FR 2980818. Это другое решение состоит в снабжении каждой передней лопатки особым утолщением на ее передней кромке, причем это утолщение находится в заданном месте, чтобы локально возмущать, при вращении винта, распределение циркуляции вокруг каждой лопатки таким образом, чтобы образовать два независимых главных вихревых потока ниже по течению:

- первый естественный вихрь (или концевой вихрь), образующийся на свободном конце лопатки;

- второй отдельный наведенный вихрь (или дополнительный главный вихревой поток), возникающий вблизи утолщения.

Концевой и дополнительный вихри являются коротационными (то есть они вращаются в одном направлении) и остаются независимыми друг от друга до заднего винта. В результате получают измененное распределение циркуляции вокруг единственной локальной позиции, что приводит к образованию двух вихрей (более слабой интенсивности, чем единственный концевой вихрь, наблюдающийся согласно уровню техники), которые не сливаются.

Однако авторы заявки установили, что это другое решение нельзя считать полностью удовлетворительным, так как оно эффективно не при всех режимах работы, то есть на разных фазах полета (взлет, крейсерский полет, приземление т.д.). Действительно, скорость вращения переднего винта, скорость движения летательного аппарата, оборудованного этим винтом, и, например, угол установки лопаток этого винта влияют на траекторию вихрей от передних кромок лопаток. В решении, предложенном в предыдущей заявке FR 2980818, положение утолщения каждой лопатки является фиксированным и определяется для единственной фазы полета, предпочтительно взлета, чтобы снизить вредное воздействие шума для живущих вблизи аэропорта.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является устранение недостатков предшествующего уровня техники и, в частности, значительное снижение шума, создаваемого турбовинтовентиляторным двигателем безредукторной схемы с двумя винтами противоположного вращения путем ослабления взаимодействия заднего винта с главными вихревыми потоками, независимо от режима работы.

Раскрытие изобретения

Для решения задачи предложена лопатка для винта турбомашины, в частности, турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, имеющая на своей передней кромке утолщение и отличающаяся тем, что она содержит средства регулирования положения утолщения вдоль ее передней кромки. Предпочтительно, утолщение выполнено так, чтобы возмущать при вращении винта, распределение циркуляции вокруг лопатки, чтобы образовать ниже по течению два независимых главных вихревых потока.

Классически лопатка винта турбомашины содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, которые соединяются вместе спереди посредством передней кромки, а сзади посредством задней кромки. Термины передний и задний относятся к течению газа через винт, причем передняя кромка является ребром атаки газа, а задняя кромка является ребром обтекания газа. Лопатка содержит, наряду с прочим, нижний, или радиально внутренний конец, называемый ножкой, и верхний, или радиально внешний конец, называемый вершиной, причем радиальные ориентации определены относительно оси вращения винта, которая может являться продольной осью турбомашины.

Изобретение является особенно полезным, так как оно позволяет корректировать положение утолщения на передней кромке лопатки, в частности, в зависимости от режимов работы. Таким образом, можно предусмотреть, чтобы утолщение каждой лопатки находилось в первом положении (например, нижнем) при взлете летательного аппарата, содержащего турбомашину, оборудованную лопатками согласно изобретению, чтобы оно находилось во втором положении (например, промежуточном) при крейсерском полете летательного аппарата, и чтобы оно находилось в третьем положении (например, верхнем) при приземлении летательного аппарата, и т.д. Утолщение может принимать по меньшей мере два положения, предпочтительно несколько разных положений вдоль передней кромки лопатки. Естественно, утолщения лопаток одного и того же винта предпочтительно находятся в одинаковом положении в одном режиме работы.

Изобретение особенно хорошо подходит для турбовинтовентиляторных двигателей безредукторной схемы (называемых по-английски "unducted fan"), однако его применимость не ограничена этой областью. Оно может применяться, например, к закапотированному винтовентилятору турбомашины, чтобы ограничить взаимодействия между вихрем, создаваемым этим вентилятором, с аэродинамическими структурами за вентилятором. Изобретение может также применяться к винту турбовинтового двигателя, чтобы ограничить взаимодействия между главными вихревыми потоками, создаваемыми этим винтом, с несущей поверхностью крыла летательного аппарата.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, утолщение находится на конце пальца, который поступательно движется по направляющей в канавке, расположенной вдоль части передней кромки лопатки. Таким образом, средство регулирования является средством скользящего типа, при этом канавка образует направляющую, вдоль которой может поступательно смещаться утолщение.

Предпочтительно, утолщение и часть передней кромки, содержащая канавку, покрыты гибкой мембраной, укрепленной на лопатке. Эта мембрана может быть упруго деформирующейся. Она предназначена для того, чтобы позволить смещать утолщение вдоль передней кромки, сохраняя при этом локально качество аэродинамической поверхности профиля лопатки. Действительно, она обеспечивает неразрывность аэродинамической поверхности между зоной передней кромки, в которой находится утолщение, и остальной частью передней кромки, а также между этой зоной и нижней и верхней поверхностями лопатки. Мембрана предпочтительно является относительно тонкой (например, ее толщина составляет от 1 мм до 5 мм). Она может быть выполнена, например, из полимеров, покрытых слоем, стойким к эрозии.

Авторы изобретения установили, что влияние изобретения на аэродинамические характеристики винта незначительно.

Предпочтительно, лопатка содержит средства поддержания вакуума в объеме, имеющемся между мембраной и передней кромкой лопатки. Это позволяет мембране лучше прилегать к форме утолщения и передней кромки лопатки. Это позволяет по существу сохранить точную форму утолщения независимо от его положения на передней кромке.

Лопатка предпочтительно содержит средства смазки поверхности раздела между утолщением и мембраной. Это позволяет облегчить смещение утолщения на передней кромке лопатки.

Согласно одному варианту осуществления, утолщение соединено с поршнем силового привода управления смещением утолщения вдоль передней кромки. Привод может быть пневматическим или гидравлическим и в таком случае быть соединен с источником текучей среды под давлением, такой как газ (например, воздух) или масло.

Согласно одному варианту осуществления, утолщение соединено с концом по меньшей мере одного троса, противоположный конец которого привязан к вращающемуся валу в целях наматывания троса вокруг указанного вала. Указанный, по меньшей мере один, трос, может направляться по меньшей мере одним шкивом.

Согласно другому варианту осуществления, утолщение содержит ряд элементов из деформирующегося материала типа пьезоэлектрика. Каждый из указанных элементов соединен, независимо друг от друга, со средствами электропитания.

Настоящее изобретение относится также к винту, в частности для турбовинтовентиляторных двигателей безредукторной схемы, отличающемуся тем, что винт содержит множество лопаток вышеописанного типа.

Винт предпочтительно содержит множество лопаток, причем утолщения лопаток соединены со штоком поршня единственного привода управления смещением этих утолщений.

Настоящее изобретение относится также к турбомашине, в частности, турбовинтовентиляторному двигателю безредукторной схемы, отличающейся тем, что она содержит по меньшей мере один винт указанного выше типа.

Турбомашина может содержать датчик, такой как звукоприемник, установленный вблизи винта и предназначенный для передачи информации на компьютер, причем указанный компьютер соединен со средствами привода средств регулирования положений утолщений лопаток.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу уменьшения акустического излучения турбомашины вышеуказанного типа, отличающемуся тем, что положение утолщения вдоль передней кромки каждой лопатки регулируется в зависимости от режимов работы турбомашины, в частности, в зависимости от набора рабочих параметров, включающего, например, скорость вращения винта и угол установки этих лопаток.

Оптимальные положения утолщений лопаток могут быть заданы заранее для нескольких режимов работы. В таком случае для данного режима работы способ может состоять в установке утолщений лопаток в соответствующее, заранее определенное оптимальное положение.

Способ может включать этап обнаружения вихрей, создаваемых винтом, или обнаружения шума, вызванного взаимодействием этих вихрей с поверхностью, находящейся ниже по потоку, и этап регулирования положения утолщений лопаток в зависимости от сигнала (такого как уровень шума), зарегистрированного на предыдущем этапе.

Краткое описание фигур

Приложенные фигуры служат для пояснения изобретения. На фигурах одинаковые позиции обозначают схожие элементы.

Фигура 1 схематически показывает в продольном разрезе турбовинтовентиляторный двигатель безредукторной схемы, оборудованный передними лопатками, согласно варианту осуществления изобретения.

Фигура 2 является схематическим вертикальным видом в увеличении передней лопатки турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, согласно уровню техники.

Фигура 3 является схематическим вертикальным видом в увеличении передней лопатки незакапотированного вентилятора, согласно изобретению.

Фигуры 4 и 5 показывают вариант осуществления передней лопатки с фигуры 3, согласно настоящему изобретению.

Фигура 6 является схематическим видом винта турбомашины, содержащего лопатки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фигура 7 показывает вариант осуществления лопатки согласно изобретению.

Фигуры 8 и 9 показывают другой вариант осуществления лопатки согласно изобретению.

Подробное описание

На фигуре 1 схематически и в качестве неограничивающего примера показан турбовинтовентиляторный двигатель 1 безредукторной схемы, согласно изобретению, который содержит, в от входа к выходу в направлении течения газов (символически отмеченном стрелкой F), внутри турбомашины с продольной осью L-L: компрессор 2, кольцевую камеру сгорания 3, турбину высокого давления 4 и две турбины низкого давления 5 и 6 противоположного вращения, то есть вращающиеся в двух противоположных направлениях вокруг продольной оси L-L.

Каждая из турбин низкого давление 5 и 6 вращается вместе с внешними винтами 7, 8, проходящими радиально снаружи кожуха 9 турбомашины 1, причем кожух 9 является по существу цилиндрическим и простирается по оси L-L вокруг компрессора 2, камеры сгорания 3 и турбин 4, 5 и 6. Газообразные продукты горения, выходящие из турбин, выбрасываются через сопло 10, увеличивая силу тяги.

Винты 7 и 8 расположены соосно друг за другом и содержат множество лопаток 11A и 11B, распределенных вокруг продольной оси L-L через равные углы. Лопатки 11A и 11B проходят по существу радиально и являются лопатками с переменным углом установки, то есть они могут поворачиваться вокруг их продольной оси, чтобы оптимизировать их угловую позицию в зависимости от желаемых режимов работы турбомашины 1. Разумеется, как вариант, лопатки винтов могли бы также иметь фиксированный угол установки.

Каждый передний 7 или задний 8 винт содержит поворотную ступицу 12, 13, поддерживающую лопатки 11A, 11B и расположенные концентрически относительно продольной оси L-L турбомашины 1, перпендикулярно ей.

Каждая из передних 11A и задних 11B лопаток состоит из тела 14 лопатки и ножки 15 лопатки, установленной с возможностью вращения на соответствующую ступицу 12, 13.

Фигура 2 представляет известный уровень техники, какой описан в более ранней заявке FR 2980818. Согласно этому уровню техники, каждая лопатка 11A переднего винта 7 содержит единственное утолщение 16, образованное на передней кромке 17 рассматриваемой лопатки 11A.

Это утолщение 16 имеет закругленную форму и определяется следующими параметрами:

- фиксированное положение в размахе, h, составляющее от 0,75H до 0,85H, где H означает высоту передней лопатки 11A;

- высота в размахе, d, составляющая от 0,05H до 0,2H, и

- ширина в хорде, l, составляющая от c/16 до c/8, где c означает локальную длину хорды лопатки в положении размаха h указанного утолщения 16.

Утолщение 16 позволяет создавать возмущение распределения циркуляции вокруг передней лопатки 11A, в результате чего образуется два вращающихся в одном направлении главных вихревых потока:

- первый естественный вихрь (или концевой вихрь), образующийся на свободном конце 18 передней лопатки 11A;

- второй отдельный наведенный вихрь (или дополнительный главный вихревой поток), возникающий вблизи единственного утолщения 16.

Утолщение 16 влечет также образование вспомогательных вихрей противоположного вращения (то есть вращающихся в направлении, противоположном направлению вращения двух, концевого и дополнительного, вихрей), которые вклиниваются между двумя главными коротационными вихревыми потоками, тем самым препятствуя их слиянию до удара о задний винт 8.

Другими словами, при вращении переднего винта 7 утолщение 16 будет локально возмущать распределение циркуляции вокруг передней лопатки 11A, образуя два независимых главных вихревых потока ниже по течению, которые сохраняются до заднего винта 8.

Это решение позволяет разделить источник звука на два смещенных по фазе источника, что ведет к снижению шума от взаимодействия.

Изобретение, принцип которого схематически показан на фигуре 3, является усовершенствованием этой технологии.

Авторы изобретения установили, что целевая тяга для соответствующего момента полета (представляющая собой силу, необходимую, чтобы привести в движение летательный аппарат, может быть достигнута, в частности, в случае соосных винтов, с помощью различных комбинаций параметров, таких, как скорость вращения винтов и угол установки их лопаток. Каждой комбинации параметров соответствует разное распределение циркуляции вокруг передней лопатки 11A. Таким образом, чтобы действовать как можно более эффективно, необходимо подбирать положение утолщения 16 к рассматриваемому моменту полета. Исследования показали, что положение утолщения 16 является определяющим для получения желаемого эффекта. Действительно, целью этого утолщения 16 является повлиять на образование вихрей у передних кромок лопаток. Однако они зависят, с точки зрения положения и интенсивности, от таких параметров полета, как скорость движения летательного аппарата, скорость вращения винтов и регулировка углов установки лопаток. Действительно, авторы изобретения установили, что траектории вихрей у передних кромок на верхней поверхности лопаток зависит от структуры полета и, следовательно, положение вихрей меняется в зависимости от параметров полета. Таким образом, необходимо, чтобы положение утолщений подбиралось к положению вихрей, чтобы значительно снизить шум от взаимодействия на разных фазах полета.

Предлагаемое решение состоит в утолщении 16, локализованном на передней кромке 17 лопатки 11A, местоположение которого (стрелки 19) вдоль этой передней кромки, то есть вдоль размаха h лопатки, может подбираться к моменту полета (взлет, набор высоты, крейсерский полет, заход на посадку и т.д.). Таким образом, решение отвечает вышеуказанной потребности.

Для этого изобретение предлагает снабдить лопатку 11A средством регулирования положения утолщения 16 вдоль ее передней кромки 17.

Фигуры 3 и 4 показывают один неисключительный вариант осуществления изобретения, в котором средства регулирования являются средствами типа ползуна.

В данном случае утолщение 16 образовано в форме купола и удерживается пальцем 20, который движется по направляющей в канавке, расположенной вдоль части передней кромки 17 лопатки 11A.

Утолщение 16 может быть подведено и сохраняться в любом положении на передней кромке 17 между двумя крайними положениями, соответственно нижним (фигура 3) и верхним (фигура 4). В случае, когда оптимальное положение утолщения 16 может меняться в диапазоне от 0,75H до 0,85H (где H означает высоту передней лопатки 11A) в зависимости от режима работы, крайнее нижнее положение с фигуры 3 находится на уровне 0,75H, а крайнее верхнее положение с фигуры 4 находится на уровне 0,85H.

Утолщение 16 и часть лопатки 11A, находящаяся вокруг канавки, покрыты мембраной 22, предпочтительно гибкой и тонкой, которая способна принимать форму утолщения 16 и передней кромки 17, чтобы обеспечить неразрывность аэродинамической поверхности между утолщением 16 и остальной частью лопатки и ограничить потери нагрузки при работе. Часть мембраны 22, покрывающая утолщение 16, задает горб, который предпочтительно максимально точно воспроизводит форму и размеры утолщения 16. Смещение утолщения 16 вдоль передней кромки 17 влечет деформацию, предпочтительно упругую, мембраны 22. Горб, задаваемый мембраной 22, смещается в таком случае вслед за утолщением 16.

Как схематически показано на чертежах, лопатка 11A предпочтительно снабжена:

- с одной стороны, средствами 23 смазки поверхности раздела 24 между утолщением 16 и мембраной 22, например, путем введения смазочного масла на эту поверхность раздела, чтобы уменьшить силы трения между утолщением 16 и мембраной 22, которые могут препятствовать смещению утолщения,

- и, с другой стороны, средства 25 поддержания вакуума в объеме, заключенном между мембраной 22 и утолщением 16, и предпочтительно также между мембраной и частью лопатки, покрытой мембраной 22. Эти средства 25 представляют собой, например, средства всасывания газа, предназначенные для поддержания разрежения в указанном объеме, чтобы мембрана оставалась прижатой к утолщению и лопатке.

Понятно, что лопатка 11A в показанном примере является по меньшей мере частично полой и содержит по меньшей мере одну внутреннюю полость для размещения вышеуказанных средств 23, 25.

Палец 20 соединен с приводными средствами, которые в показанном примере содержат силовой привод 26 пневматического или гидравлического типа. Привод 26 содержит цилиндр 27, жестко соединенный с лопаткой 11A, и шток 28 поршня, который соединен с пальцем 20. Утолщение 16 смещают из одного положения в другое вдоль передней кромки 17 лопатки 11A путем смещения штока 28 поршня относительно цилиндра 27 привода 26, причем шток 28 поршня может выходить из цилиндра 27 или снова входить в этот цилиндр 27.

Обычно конец штока 28 поршня, противоположный пальцу 20, несет диск 29, разделяющий две внутренние камеры цилиндра 27, соответственно переднюю и заднюю. Каждая камера соединена со средствами подачи текучей среды под давлением (газ, масло и т.д.) и удаления этой среды, чтобы вызвать смещение штока 28 поршня относительно цилиндра 27 и, следовательно, смещение утолщения 16. В данном случае средства подачи и удаления содержат линии 30 для текучей среды, которые предназначены для соединения с насосом 31 и источником 32 среды, предпочтительно находящимся снаружи лопатки.

Насос 31 может приводиться в действие компьютером 33, который таким образом контролирует смещение и положение утолщения 16 лопатки 11A.

Как показано на фигурах 3 и 4, каждая лопатка 11A винта может быть снабжена собственным силовым приводом 26. Как вариант и как показано на фигуре 5, единственный привод 34 позволяет управлять, например, посредством системы тяг и рычагов, смещением утолщений 16 всех лопаток 11A винта 7, которые также являются по меньшей мере частично полыми. Этот привод 34 может быть установлен в кожухе 9 турбомашины 1.

Оптимальное положение утолщения 16 на передней кромке 17 лопатки 11A может: (i) определяться до проектирования с помощью численных расчетов, записанных в систему управления полетом двигателя, и управляться компьютером 33, (ii) или определяться в ходе полета с помощью компьютера 33.

В первом случае (i) оптимальные положения утолщений 26 лопаток 11A, которые в момент t должны быть все одинаковыми, рассчитываются и задаются в зависимости от разных точек полета, чтобы оптимизировать искомую цель, а именно снижение вредного воздействия шума, связанного с взаимодействием главных вихревых потоков, создаваемых лопатками переднего винта 7, с лопатками заднего винта 8. Считается, что каждый момент полета или каждый режим работы задается набором нескольких рабочих параметров, в том числе скоростью вращения винта, скоростью движения летательного аппарата, оборудованного этим винтом, и углом установки лопаток винта. Таким образом, имеется заранее запрограммированное положение для каждого набора параметров. Понятно, таким образом, что компьютер 33 будет управлять смещением утолщений 16 лопаток в зависимости от текущей точки полета.

Другой случай (ii) может состоять в оборудовании турбомашины 1 по меньшей мере одним датчиком 35, таким как датчик давления или звукоприемник. В таком случае компьютер 33 содержит алгоритм автоматического регулирования, позволяющий корректировать положение утолщений 16, чтобы минимизировать звуковой сигнал, воспринимаемый датчиком 35. Датчик 35 предпочтительно размещен вблизи зоны столкновения вихрей, например, на одной из лопаток 11B заднего винта 8, как показано на фигуре 5.

Предшествующее описание относится к турбовинтовентиляторному двигателю безредукторной схемы. Хотя изобретение особенно хорошо подходит для такой турбомашины, оно не ограничено этим приложением и может применяться к другим типам турбомашины, таким как турбовинтовой двигатель или турбомашина с закапотированным вентилятором.

В случае турбовинтового двигателя изобретение может применяться к винту этого турбовинтового двигателя, чтобы ограничить вредное влияние шума, связанного с взаимодействием главных вихревых потоков, создаваемых винтом, с фюзеляжем летательного аппарата и/или с кожухом турбовинтового двигателя. Так, указанный выше датчик 35 может быть установлен на фюзеляж летательного аппарата или на кожух турбовинтового двигателя.

В случае турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы изобретение может применяться к винтовентилятору, чтобы ограничить вредное влияние шума, связанного с взаимодействием главных вихревых потоков, создаваемых этим винтом, с соединительной стойкой турбомашины летательного аппарата. Так, вышеуказанный датчик 35 может устанавливаться на стойке.

Фигура 7 является видом, соответствующим фигуре 3 и показывающим один вариант осуществления изобретения, более точно, вариант осуществления средств регулирования положения утолщения 16 вдоль передней кромки 17 лопатки 11A, которые в данном случае являются средствами типа троса 40.

В данном случае утолщение 16 образовано в форме купола и удерживается пальцем 20, который движется по направляющей в канавке, проходящей вдоль части передней кромки 17 лопатки 11A.

Утолщение 16 может быть подведено и сохраняться в любом положении на передней кромке 17 между двумя крайними положениями, соответственно нижним и верхним. В случае, когда оптимальное положение утолщения 16 может меняться в диапазоне от 0,75H до 0,85H (где H означает высоту передней лопатки 11A) в зависимости от режима работы, крайнее нижнее положение предпочтительно находится на уровне 0,75H, а крайнее верхнее положение предпочтительно находится на уровне 0,85H.

Утолщение 16 и часть лопатки 11A, находящаяся вокруг канавки, покрыты мембраной 22, предпочтительно гибкой и тонкой, которая способна принимать форму утолщения 16 и передней кромки 17, чтобы обеспечить неразрывность аэродинамической поверхности между утолщением 16 и остальной частью лопатки и ограничить потери нагрузки при работе. Часть мембраны 22, покрывающая утолщение 16, задает горб, который предпочтительно максимально точно воспроизводит форму и размеры утолщения 16. Смещение утолщения 16 вдоль передней кромки 17 влечет деформацию, предпочтительно упругую, мембраны 22. Горб, задаваемый мембраной 22, смещается тогда вслед за утолщением 16.

Как схематически показано на чертежах, лопатка 11A снабжена по меньшей мере одним тросом 40, один конец которого прикреплен к пальцу 20, а противоположный конец закреплен на вращающемся валу 42 и способен, с одной стороны, обматываться вокруг вала, когда последний вращается в первом направлении вокруг своей оси вращения, а с другой стороны, разматываться, когда вал вращается во втором, противоположном направлении. В показанном примере обматывание троса 40 вокруг вала 42 влечет смещение в сторону нижнего положения утолщения 16, а разматывание троса влечет смещение в сторону верхнего положения утолщения. Это последнее смещение становится возможным при работе благодаря центробежным силам, которым действуют на утолщение 16 и которые связаны с вращением винта. Действительно, при работе утолщение 16 испытывает перманентное усилие, ориентированное в направлении, противоположном натяжению троса 40.

Следует понимать, что лопатка 11A в показанном примере является по меньшей мере частично полой и содержит по меньшей мере одну внутреннюю полость для размещения троса 40.

В полость лопатки 11A можно установить один или несколько шкивов 44 для направления троса, чтобы облегчить кинематику системы и оптимизировать напряжения, оказываемые на скользящее соединение между утолщением 16 и лопаткой 11A.

Фигуры 8 и 9 являются видами, соответствующими фигуре 3, и показывают другой вариант осуществления изобретения, более точно, вариант осуществления средств регулирования положения утолщения 16 вдоль передней кромки 17 лопатки 11A, которое в данном случае выполнено из деформирующегося материала, например, типа пьезоэлектрика. Такой материал деформируется под действием на него электрического тока.

Утолщение 16 образовано здесь как ряд элементов 46, выполненных из такого материала и расположенных рядом друг с другом вдоль части передней кромки 17 лопатки 11A.

Форма утолщения 16 является изменяемой и может содержать горб в любой позиции на передней кромке 17 между двумя крайними положениями, соответственно нижним и верхним. В случае, когда оптимальное положение утолщения 16 может меняться в диапазоне от 0,75H до 0,85H (где H означает высоту передней лопатки 11A) в зависимости от режима работы, крайнее нижнее положение предпочтительно находится на уровне 0,75H, а крайнее верхнее положение, показанное на фигуре 8, предпочтительно находится на уровне 0,85H (фигура 9 показывает промежуточный участок).

Элементы 46 утолщения 16 покрыты мембраной 22, предпочтительно гибкой и тонкой, которая способна принимать форму утолщения 16 и передней кромки 17, чтобы обеспечить неразрывность аэродинамической поверхности между утолщением 16 и остальной частью лопатки и ограничить потери нагрузки при работе. Часть мембраны 22, покрывающая утолщение 16, задает горб, который предпочтительно максимально точно воспроизводит форму и размеры утолщения 16. Деформации утолщения 16 вдоль передней кромки 17 влекут деформацию, предпочтительно упругую, мембраны 22. Горб, задаваемый мембраной 22, смещается тогда вслед за утолщением 16.

Как схематически изображено на чертежах, лопатка 11A снабжена средствами 48 подачи электрического тока на элементы 46, причем указанные средства 48 соединены с элементами посредством электрических проводов 50. Каждый элемент может снабжаться независимо, чтобы получить желаемую форму утолщения 16.

Следует понимать, что лопатка 11A в показанном примере по меньшей мере частично является полой и содержит по меньшей мере одну внутреннюю полость для укладки проводов 50 и даже средств электропитания 48.

1. Лопатка (11A) для винта (7) турбомашины (1), в частности турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, содержащая на своей передней кромке (17) утолщение (16), отличающаяся тем, что она содержит средства (20, 21) регулирования положения утолщения вдоль ее передней кромки.

2. Лопатка (11A) по п. 1, отличающаяся тем, что утолщение (16) находится на конце пальца (20), который поступательно движется по направляющей в канавке (21), расположенной вдоль части передней кромки (17) лопатки.

3. Лопатка (11A) по п. 2, отличающаяся тем, что утолщение (16) и часть передней кромки (17), содержащая канавку (21), покрыты гибкой мембраной (22), закрепленной на лопатке.

4. Лопатка (11A) по п. 3, отличающаяся тем, что содержит средства (25) поддержания вакуума в объеме, заключенном между мембраной (22) и передней кромкой (17) лопатки.

5. Лопатка (11A) по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что она содержит средства (23) смазки поверхности раздела (24) между утолщением (16) и мембраной (22).

6. Лопатка (11A) по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что утолщение (16) соединено со штоком (28) поршня привода (26, 34), управляющего смещением утолщения вдоль передней кромки (17).

7. Лопатка (11A) по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что утолщение (16) соединено с концом по меньшей мере одного троса (40), противоположный конец которого закреплен на вращающемся валу (42) в целях обматывания троса вокруг указанного вала.

8. Лопатка (11A) по п.7, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один трос направляется по меньшей мере одним шкивом (44).

9. Лопатка (11A) по п. 1, отличающаяся тем, что утолщение (16) содержит ряд элементов (46) из деформирующегося материала типа пьезоэлектрика.

10. Лопатка (11A) по п.9, отличающаяся тем, что каждый из элементов (46) соединен независимо друг от друга со средствами (48) электропитания.

11. Винт (7), в частности, для турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, отличающийся тем, что он содержит множество лопаток (11A) по одному из пп. 1-10.

12. Винт (7) по п. 11, содержащий множество лопаток (11A) по п. 6, отличающийся тем, что утолщения (16) лопаток соединены со штоком поршня единственного управляющего привода (34).

13. Турбомашина (1), в частности турбовинтовентиляторный двигатель безредукторной схемы, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один винт (7) по п. 11 или 12.

14. Турбомашина (1) по п. 13, отличающаяся тем, что она содержит датчик (35), такой как звукоприемник, установленный вблизи винта (7) и предназначенный для передачи информации на компьютер, причем указанный компьютер соединен со средствами (26, 34) привода средств (20, 21) регулирования положений утолщений (16a) лопаток (11A).

15. Способ снижения акустического излучения турбомашины (1) по п. 13 или 14, отличающийся тем, что положение утолщения (16) вдоль передней кромки (17) каждой лопатки (11A) регулируется в зависимости от режимов работы турбомашины, в частности, в зависимости от набора рабочих параметров.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что поскольку оптимальные положения утолщений (16) лопаток (11A) задаются для нескольких режимов работы, для данного режима работы он состоит в установке утолщений лопаток в соответствующее заранее заданное оптимальное положение.

17. Способ по п. 15 или 16, отличающийся тем, что он включает этап обнаружения вихрей, создаваемых винтом (7), или обнаружения шума, вызванного взаимодействием этих вихрей с поверхностью, находящейся ниже по потоку, и этап регулирования положения утолщений (16) лопаток (11A) в зависимости от сигнала, зарегистрированного на предыдущем этапе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций, в том числе и к длинным пустотелым широкохордным лопаткам вентиляторов.

Изобретение относится к детали или узлу газотурбинного двигателя, содержащей лопатки и площадку, от которой отходят лопатки. Согласно изобретению площадка (2) имеет между корытцем первой лопатки и спинкой второй лопатки неосесимметричную поверхность (S), образующую множество ребер (4) по существу треугольного сечения, расположенных на выходе передней кромки каждой из лопаток, при этом каждое ребро (4) связано с положением атаки и с положением схода на поверхности (S), между которыми расположено ребро (4), при этом: положение атаки находится между 5% и 35% относительной длины хорды лопатки, проходящей между передней кромкой и задней кромкой лопатки; чем больше ребро (4) удалено от спинки второй лопатки, тем больше удалено в осевом направлении положение атаки указанного ребра от передней кромки лопаток.

Лопатка газотурбинного двигателя содержит аэродинамический профиль, имеющий внешнюю и внутреннюю поверхности корыта и спинки лопатки, а также первое и второе ребра, проходящие между внутренней поверхностью корыта лопатки и внутренней поверхностью спинки лопатки.

Лопатка газотурбинного двигателя содержит аэродинамический профиль, имеющий внешнюю и внутреннюю поверхности корыта и спинки лопатки, а также первое и второе ребра, проходящие между внутренней поверхностью корыта лопатки и внутренней поверхностью спинки лопатки.

Инструмент для крепления металлического усиления на передней кромке лопатки газотурбинного двигателя содержит держатель лопатки и держатель усиления передней кромки.

Лопасть турбины содержит вытянутый профиль с передней и задней кромками, кромку на первом конце профиля и хвостовик на втором конце профиля, расположенном напротив первого конца.

Широкохордная лопатка вентилятора газотурбинного двигателя состоит из металлической оболочки и несущих силовых элементов, установленных в полости внутри металлической оболочки и демпфирующего материала.

Широкохордная лопатка вентилятора газотурбинного двигателя состоит из металлической оболочки и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов, установленных в полости внутри металлической оболочки и демпфирующего материала.

Изобретение относится к лопатке спрямляющего аппарата газотурбинного двигателя (1). Содержит множество сечений (35) лопатки, наслоенных вдоль радиальной оси Z.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций, в том числе и к длинным пустотелым широкохордным лопаткам вентиляторов.

Лопатка турбины газотурбинного двигателя, имеющего диск турбины с осью, включает перо, имеющее переднюю и заднюю кромки и стороны нагнетания и всасывания, хвостовик лопатки и полку между пером и хвостовиком. Полка включает полку стороны нагнетания и полку стороны всасывания. Полка стороны нагнетания, включающая наклонную поверхность стороны нагнетания и паз для уплотнения на стороне нагнетания, проходящий в полку стороны нагнетания от наклонной поверхности стороны нагнетания и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Паз для уплотнения на стороне нагнетания включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны нагнетания, проходящую вдоль наклонной поверхности стороны нагнетания и наклоненную в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Полка стороны всасывания проходит в направлении, противоположном от полки стороны нагнетания и включает наклонную поверхность стороны всасывания и паз для уплотнения на стороне всасывания, проходящий в полку стороны всасывания от наклонной поверхности стороны всасывания и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Паз для уплотнения на стороне всасывания включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны всасывания, проходящую вдоль наклонной поверхности стороны всасывания, наклоненную в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Другие изобретения группы относятся к дисковым узлам турбины и газотурбинному двигателю, включающим в себя указанную выше лопатку турбины. Группа изобретений позволяет снизить концентрацию напряжений на лопатке турбины за счет обеспечения возможности использования более длинного стержневого уплотнения. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Лопатка турбины газотурбинного двигателя, имеющего диск турбины с осью, включает перо, имеющее переднюю и заднюю кромки и стороны нагнетания и всасывания, хвостовик лопатки и полку между пером и хвостовиком. Полка включает полку стороны нагнетания и полку стороны всасывания. Полка стороны нагнетания, включающая наклонную поверхность стороны нагнетания и паз для уплотнения на стороне нагнетания, проходящий в полку стороны нагнетания от наклонной поверхности стороны нагнетания и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Паз для уплотнения на стороне нагнетания включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны нагнетания, проходящую вдоль наклонной поверхности стороны нагнетания и наклоненную в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Полка стороны всасывания проходит в направлении, противоположном от полки стороны нагнетания и включает наклонную поверхность стороны всасывания и паз для уплотнения на стороне всасывания, проходящий в полку стороны всасывания от наклонной поверхности стороны всасывания и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Паз для уплотнения на стороне всасывания включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны всасывания, проходящую вдоль наклонной поверхности стороны всасывания, наклоненную в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Другие изобретения группы относятся к дисковым узлам турбины и газотурбинному двигателю, включающим в себя указанную выше лопатку турбины. Группа изобретений позволяет снизить концентрацию напряжений на лопатке турбины за счет обеспечения возможности использования более длинного стержневого уплотнения. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к лопатке для винта турбомашины, в частности турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, и к соответствующим винту и турбомашине. Лопатка для винта турбомашины, в частности для турбовинтовентиляторного двигателя безредукторной схемы, содержащая на своей передней кромке утолщение, отличается тем, что она содержит средства регулирования положений утолщения вдоль ее передней кромки. Задачей настоящего изобретения является значительное снижение шума турбовинтовентиляторного двигателя. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх