×
25.08.2017
217.015.a232

Результат интеллектуальной деятельности: ЛОПАСТЬ ДЛЯ ВОЗДУШНОГО ВИНТА ТУРБОМАШИНЫ, В ЧАСТНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРА БЕЗ ОБТЕКАТЕЛЯ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ И ТУРБОМАШИНА

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002606787
Дата охранного документа
10.01.2017
Аннотация: Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям лопастей воздушных винтов. Турбомашина с вентилятором без обтекателя содержит два коаксиальных и противовращающихся воздушных винта (7, 8), имеющих множество лопастей (11А, 11В). Лопасти входного вентилятора (11А) содержат средства (16, 16А, 16В), предназначенные для единичного расположения для осуществления локального возмущения в процессе вращения винта (7), распределения циркуляции вокруг лопастей (11А). Средства возмущения содержат единичное расширение (16, 16А, 16В), выполненное на передней кромке (17) лопасти (11А), при этом положение единичного расширения (16, 16А, 16В) определено его положением по ширине h таким образом, что 0,75Н

Настоящее изобретение касается лопасти для воздушного винта турбомашины, в частности вентилятора без обтекателя, и соответствующих воздушного винта и турбомашины.

Хотя настоящее изобретение главным образом предназначено для турбомашин с вентилятором без обтекателя («open rotor», либо также «unducted fan»), но не ограничивается таким применением.

Известно, что, турбомашина с вентилятором без обтекателя может содержать два внешних коаксиальных воздушных винта противовращения, соответственно входной (передний) и выходной (задний), каждый из которых приводится во вращение турбиной и которые расположены, по существу радиально, снаружи гондолы турбомашины. Каждый винт содержит обычно ступицу, концентричную с продольной осью турбомашины, на которой закреплены лопасти.

Однако аэродинамическое взаимодействие между входным и выходным винтами противовращения с вентилятором без обтекателя вызывает повышенный уровень акустических шумов. Действительно, вращение лопастей входного и выходного винтов противовращения вызывает:

- вихревой след вдоль размаха крыльев на выходе последних;

- концевые завихрения на свободных концах лопастей; и

- завихрения в основаниях лопастей.

Такие аэродинамические возмущения на выходе входного воздушного винта являются источником аэродинамического шума взаимодействия, когда они сталкиваются с выходным воздушным винтом или проходят вблизи него.

В частности, в процессе фаз работы при низких скоростях турбомашины с вентилятором без обтекателя (когда она установлена на летательном аппарата, при рулении, взлете, приземлении и подходе), основная составляющая излучаемого шума происходит в полосах взаимодействия выходного винта, который работает в потоке входного винта, пересекающего возмущенные слои, образованные вихревыми следами и концевыми завихрениями, образованными входным винтом (также образованными входными лопастями). Когда концевое завихрение входных лопастей взаимодействует с лопастями выходного винта (иначе называемыми выходными лопастями), взаимодействие выходная лопасть – концевое завихрение преобладает в акустическом спектре, излучаемом в большинстве направленностей.

Таким образом, для уменьшения нежелательных звуковых излучений таких турбомашин и обеспечения соответствия критериям акустических требований авиационных властей необходимо уменьшить шум, излучаемый при малой скорости при уменьшении взаимодействия выходная лопасть – концевое завихрение.

Обычно наиболее распространенным известным решением, называемым подавлением («clipping»), является уменьшение диаметра выходного воздушного винта таким образом, чтобы заставить проходить концевые завихрения, вызываемые входными лопастями, снаружи выходных лопастей для ограничения взаимодействия последних с концевыми завихрениями. Это обычно влечет за собой увеличение хорды выходных лопастей для удержания желаемой тяги и отношения момента между входным и выходным воздушными винтами. Такое решение может довести до крайности, сильно нагружая концы входных лопастей так, чтобы разгрузить оставшуюся часть каждой из входных лопастей для уменьшения воздействия вихревого следа входного воздушного винта на выходной винт, что также является источником нежелательного шума.

Однако такое решение может быть приемлемым только для изолированной конструкции турбомашины (то есть без внешнего элемента, связанного с ней) и без последствий. При наличии элементов (стойка, фюзеляж) или последствий противодействие и асимметрия потока воздуха за входным воздушным винтом изменяются таким образом, что осуществляемое подавление не предотвращает больше взаимодействия выходных лопастей и концевых завихрений, вызываемых входными лопастями. Значительное уменьшение высоты выходных лопастей (соответствующее значительному подавлению) вызывает увеличение соответствующей хорды выходных лопастей для сохранения тяги, что ухудшает кпд соответствующей турбомашины и, таким образом, не является удовлетворительным.

Задачей настоящего изобретения является устранение этого недостатка и уменьшение, по существу, шума, создаваемого турбомашиной с вентилятором без обтекателя с двумя винтами противовращения путем ослабления взаимодействия выходной лопасти с вихревым следом.

Для достижения этой цели в соответствии с изобретением лопасть воздушного винта турбомашины, в частности, вентилятора без обтекателя, отличается тем, что она содержит единично размещенное средство для локального нарушения распределения циркуляции вокруг лопасти в процессе вращения винта так, чтобы образовать на выходе два основных независимых турбулентных потока, при этом средства для нарушения содержат единичное расширение, образованное на передней кромке лопасти, и характеризуются тем, что единичное расширение определяется его положением по ширине h лопасти таким образом, что 0,75H<h<0,85H, где Н составляет высоту лопасти.

Таким образом, благодаря изобретению изменяют распределение циркуляции вокруг лопасти так, чтобы вызвать два основных турбулентных потока:

- первый естественный турбулентный поток (или концевое завихрение), образующийся на свободном конце лопасти;

- второй отдельный форсированный турбулентный поток (или дополнительный основной турбулентный поток), образующийся вблизи средства нарушения распределения.

Концевые завихрения и дополнительные турбулентные потоки являются вращающимися вместе (то есть они имеют одно и то же направление вращения) и остаются независимыми одни от других до выходного воздушного винта.

Благодаря изобретению реализуют модификацию распределения циркуляции вокруг единичного локального положения и достигают формирования двух вихревых потоков меньшей интенсивности, чем единое обычно наблюдаемое концевое завихрение, которые не объединяются вместе. Кроме того, кпд входного воздушного винта, содержащего лопасти по изобретению, не изменяется по отношению к входному винту, снабженному лопастями, лишенными средств нарушения потока по изобретению.

В соответствии с настоящим изобретением средства нарушения потока содержат единичное расширение, образованное на передней кромке лопасти, что обеспечивает создание противовращающихся концевых завихрений (то есть они имеют инверсное направление вращения потока по отношению к двум вращающимся вместе завихрениям), введенных между двух вращающихся вместе завихрений, что предотвращает их слияние и удерживает независимыми один от другого до лопасти выходного воздушного винта. Следует отметить, что использование дополнительного расширения приводит к быстрому слиянию двух – концевого и дополнительного – завихрений, что является нежелательным.

Предпочтительно единичное расширение определяется:

- его положением по ширине h таким образом, что выражение 0,75Н<h<0,85H, где Н является высотой лопасти,

- и, при необходимости:

- его высотой по ширине d таким образом, что 0,05Н<d<0,2H;

- его шириной хорды l таким образом, что с/16<1<с/8, где с является локальной длиной хорды лопасти в положении ширины лопасти h упомянутого расширения.

В варианте изобретения лопасть может содержать вырез, который выполнен в передней кромке упомянутой лопасти и расположен около упомянутого расширения.

Кроме того, настоящее изобретения касается также воздушного винта для турбомашины с открытым ротором, которая содержит множество лопастей описанного выше типа.

Также настоящее изобретение, кроме того, касается турбомашины, содержащей, по меньшей мере, воздушный винт упомянутого выше типа.

В частности, когда турбомашина имеет вентилятор без обтекателя и содержит два коаксиальных и противовращающихся винта, то, по меньшей мере, входной винт, предпочтительно, выполнен описанным выше образом.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- Фиг.1 схематично изображает вид в продольном разрезе турбомашины с вентилятором без обтекателя, снабженный входными лопастями, выполненными в соответствии с изобретением.

- Фиг.2 схематично изображает в увеличенном масштабе вид спереди входной лопасти по фиг.1.

- Фиг.3–5, подобные фиг.2, представляют три варианта реализации входной лопасти по фиг.2 в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.1 схематично изображена турбомашина 1 с вентилятором без обтекателя, которая содержит с входа на выход в направлении потока газов (обозначенном стрелкой F) внутри турбомашины по продольной оси L-L компрессор 2, кольцевую камеру сгорания 3, турбину высокого давления 4 и две турбины низкого давления 5 и 6, которые являются противовращающимися, то есть вращаются в двух противоположных направлениях вокруг продольной оси L-L.

Каждая из турбин 5 и 6 жестко соединена во вращении с внешним винтом 7, 8, расположенным радиально снаружи гондолы 9 турбомашины 1, при этом гондола 2 является, по существу, цилиндрической и простирается вдоль оси L-L вокруг компрессора 2, камеры сгорания 3 и турбин 4, 5 и 6. Сгоревшие газы, выходящие из турбин, выбрасываются через сопло 10 для увеличения тяги.

Винты 7 и 8 расположены коаксиально один за другим и содержат множество лопастей 11А и 11В, равноугольно распределенных вокруг продольной оси L-L. Лопасти 11А и 11В простираются, по существу, радиально и выполнены с изменяемым углом установки, то есть они могут поворачиваться вокруг продольной оси так, чтобы оптимизировать их угловое положение в зависимости от желаемых условий работы турбомашины 1. Разумеется, как вариант, лопасти могут быть выполнены с фиксированным углом установки.

Каждый входной 7 или выходной 8 воздушный винт содержит вращающуюся ступицу 12, 13, несущую лопасти 11А, 11В, и расположен концентрично продольной оси L-L турбомашины 1 перпендикулярно этой оси.

Входная 11А и выходная 11В лопасти образованы каждая корпусом лопасти 14 и ножкой лопасти 15, установленной с возможностью поворота в соответствующей ступице 12, 13.

В выполнении изобретения по фиг.2 каждая лопасть 11А содержит единичное расширение 16, образованное на передней кромке 17 упомянутой рассматриваемой лопасти 11А.

Кроме того, единичное расширение 16 скругленной формы определяется следующими параметрами:

- его положением по ширине h, которое составляет от 0,75Н до 0,85Н, где Н является высотой входной лопасти 11А;

- его высотой по ширине d, которая составляет от 0,05Н до 0,2Н; и

- его шириной хорды l, которая составляет от с/16 до с/8, где с является длиной локальной хорды лопасти в положении по ширине h упомянутого расширения 16.

Таким образом, единичное расширение позволяет осуществить возмущение распределения циркуляции вокруг входной лопасти 11А, что вызывает образование двух основных противовращающихся турбулентных потоков:

- первого естественного турбулентного потока (или концевого завихрения), образующегося на свободном конце 18 входной лопасти 11А;

- второго отдельного форсированного потока (или главного дополнительного завихрения), образующегося вблизи единичного расширения 16.

Кроме того, единичное расширение 16 вызывает также образование дополнительных противовращающихся завихрений (то есть в направлении, противоположном двум – основному и дополнительному – завихрениям), которые проникают между двумя основными противовращающимися завихрениями, мешая, таким образом, их слиянию.

Другими словами, в процессе вращения входного воздушного винта 7 единичное расширение 16 локально возмущает распределение циркуляции вокруг входной лопасти 11А таким образом, чтобы сформировать два независимых турбулентных потока к выходу до выходного воздушного винта 8.

Кроме того, на фиг.3–5 представлены три варианта выполнения расширения входной лопасти 11А в соответствии с изобретением.

В частности, расширение 16А и 16В на фиг.3 и 4 имеет соответственно треугольную и прямоугольную формы. Соответствующие параметры h, d и l подобны тем же параметрам расширения 16 по фиг.2.

Кроме того, в другом варианте по изобретению, как показано на фиг.5, вырез 19, выполненный в передней кромке 17 входной лопасти 11А, сочленен с расширением 16. Вырез 19 вблизи расширения 16 выполнен между этим расширением и свободным концом 18 входной лопасти 11А. Как вариант, можно представить, что расширение выполнено между вырезом и свободным концом входной лопасти.


ЛОПАСТЬ ДЛЯ ВОЗДУШНОГО ВИНТА ТУРБОМАШИНЫ, В ЧАСТНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРА БЕЗ ОБТЕКАТЕЛЯ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ И ТУРБОМАШИНА
ЛОПАСТЬ ДЛЯ ВОЗДУШНОГО ВИНТА ТУРБОМАШИНЫ, В ЧАСТНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРА БЕЗ ОБТЕКАТЕЛЯ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ И ТУРБОМАШИНА
ЛОПАСТЬ ДЛЯ ВОЗДУШНОГО ВИНТА ТУРБОМАШИНЫ, В ЧАСТНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРА БЕЗ ОБТЕКАТЕЛЯ, И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ И ТУРБОМАШИНА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 301-310 of 928 items.
10.04.2015
№216.013.3c65

Деталь, содержащая подложку со слоем керамического покрытия

Изобретение относится к детали, содержащей подложку, выполненную из электропроводящего материала, и покрытие по меньшей мере на части поверхности подложки, содержащее керамический слой, и может быть использовано при высоких температурах, в частности, в области авиации. Указанный слой покрытия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546949
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.428d

Изоляция окружного выступающего края внешнего корпуса турбомашины относительно соответствующего кольцевого сектора, ступень турбомашины и турбомашина

Ступень турбины содержит колесо ротора, установленное внутри разделенного на сектора кольца, удерживаемого внешним корпусом. Каждый кольцевой сектор содержит задний край, имеющий кольцевую выемку, ограниченную передним кольцевым упором, задним кольцевым упором и донной стенкой. Внешний корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548535
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.42bb

Устройство неразрушающего контроля детали

Изобретение относится к устройствам контроля вихревыми токами для определения дефектов на поверхности или на малой глубине детали, в частности лопасти вентилятора авиационного двигателя. Устройство содержит зонд (20), в котором размещен датчик (21), при этом зонд установлен с возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548581
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.4314

Контур обнаружения положений контакторов в турбомашине

Изобретение относится к турбомашинам. Контур (10) обнаружения индивидуальных положений множества электрических контакторов содержит множество модулей (А, В, С), каждый из которых содержит контактор (А', В', С') с k разными контактными положениями, в каждом из которых он последовательно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548670
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.05.2015
№216.013.4872

Способ изготовления композитной металлической детали с внутренними изготовленными из волокон усиливающими элементами, заготовка для его осуществления и полученная металлическая деталь

Изобретение относится к способу изготовления композитных металлических деталей, заготовке для упомянутой детали и композитной детали и может быть применено для создания деталей, прочных как на растяжение, так и на сжатие, например деталей посадочного шасси воздушного судна. Формируют заготовку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550053
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.4915

Предварительный нагрев свечи зажигания

Способ зажигания газотурбинного двигателя (11) посредством использования свечи (1) зажигания, содержащей первый электрод, второй электрод и полупроводниковый элемент между первым электродом и вторым электродом. Полупроводниковый элемент имеет открытую поверхность. Способ зажигания содержит этап...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550216
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.4923

Турбинная лопатка с обеспыливающим отверстием в основании лопасти

Охлаждаемая турбинная лопатка для турбомашины содержит лопасть, установленную на платформе, которая расположена на ножке. Лопасть является полой с одной или несколькими полостями для циркуляции охлаждающего воздуха. Полость, размещенная вдоль задней кромки, питается охлаждающим воздухом от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550230
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.49fe

Способ изготовления кованой детали с адаптивной шлифовкой

Изобретение относится к изготовлению деталей типа лопатки турбомашины. Прецизионной ковкой получают заготовочную деталь. После операции ковки измеряют геометрические характеристики заготовочной детали и сравнивают их с теоретической моделью, в которой заданы геометрические характеристики...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550449
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.05.2015
№216.013.4cad

Система винтов противоположного вращения для турбомашины летательного аппарата

Система винтов противоположного вращения для турбомашины летательного аппарата содержит свободную силовую турбину, первый и второй винты противоположного вращения и устройство механической трансмиссии. Силовая турбина содержит первый и второй роторы противоположного вращения. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551143
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4d1a

Способ автоматизированного обнаружения попадания, по меньшей мере, одного инородного тела в газотурбинный двигатель

Способ автоматизированного обнаружения попадания, по меньшей мере, одного инородного тела в газотурбинный двигатель, содержащий ротор, согласно которому: измеряют мгновенный режим ротора (R(t)); фильтруют сигнал режима ротора R(t) для разделения его статической составляющей (Rs(t)) от его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551252
Дата охранного документа: 20.05.2015
Showing 301-310 of 667 items.
20.03.2015
№216.013.3296

Установка для погрузочно-разгрузочных операций, выполняемых с модулем двигателя летательного аппарата

Установка для погрузочно-разгрузочных операций, выполняемых с модулем (1), содержит, в частности, тележку (2), верхнюю арматуру (5), образующую поворотный участок, оборудование (12) поддержки модуля и дополнительные устройства крепления (19) оборудования с поворотной частью (5) таким образом,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544425
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3c65

Деталь, содержащая подложку со слоем керамического покрытия

Изобретение относится к детали, содержащей подложку, выполненную из электропроводящего материала, и покрытие по меньшей мере на части поверхности подложки, содержащее керамический слой, и может быть использовано при высоких температурах, в частности, в области авиации. Указанный слой покрытия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546949
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.428d

Изоляция окружного выступающего края внешнего корпуса турбомашины относительно соответствующего кольцевого сектора, ступень турбомашины и турбомашина

Ступень турбины содержит колесо ротора, установленное внутри разделенного на сектора кольца, удерживаемого внешним корпусом. Каждый кольцевой сектор содержит задний край, имеющий кольцевую выемку, ограниченную передним кольцевым упором, задним кольцевым упором и донной стенкой. Внешний корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548535
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.42bb

Устройство неразрушающего контроля детали

Изобретение относится к устройствам контроля вихревыми токами для определения дефектов на поверхности или на малой глубине детали, в частности лопасти вентилятора авиационного двигателя. Устройство содержит зонд (20), в котором размещен датчик (21), при этом зонд установлен с возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548581
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.4314

Контур обнаружения положений контакторов в турбомашине

Изобретение относится к турбомашинам. Контур (10) обнаружения индивидуальных положений множества электрических контакторов содержит множество модулей (А, В, С), каждый из которых содержит контактор (А', В', С') с k разными контактными положениями, в каждом из которых он последовательно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548670
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.05.2015
№216.013.4872

Способ изготовления композитной металлической детали с внутренними изготовленными из волокон усиливающими элементами, заготовка для его осуществления и полученная металлическая деталь

Изобретение относится к способу изготовления композитных металлических деталей, заготовке для упомянутой детали и композитной детали и может быть применено для создания деталей, прочных как на растяжение, так и на сжатие, например деталей посадочного шасси воздушного судна. Формируют заготовку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550053
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.4915

Предварительный нагрев свечи зажигания

Способ зажигания газотурбинного двигателя (11) посредством использования свечи (1) зажигания, содержащей первый электрод, второй электрод и полупроводниковый элемент между первым электродом и вторым электродом. Полупроводниковый элемент имеет открытую поверхность. Способ зажигания содержит этап...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550216
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.4923

Турбинная лопатка с обеспыливающим отверстием в основании лопасти

Охлаждаемая турбинная лопатка для турбомашины содержит лопасть, установленную на платформе, которая расположена на ножке. Лопасть является полой с одной или несколькими полостями для циркуляции охлаждающего воздуха. Полость, размещенная вдоль задней кромки, питается охлаждающим воздухом от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550230
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.49fe

Способ изготовления кованой детали с адаптивной шлифовкой

Изобретение относится к изготовлению деталей типа лопатки турбомашины. Прецизионной ковкой получают заготовочную деталь. После операции ковки измеряют геометрические характеристики заготовочной детали и сравнивают их с теоретической моделью, в которой заданы геометрические характеристики...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550449
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.05.2015
№216.013.4cad

Система винтов противоположного вращения для турбомашины летательного аппарата

Система винтов противоположного вращения для турбомашины летательного аппарата содержит свободную силовую турбину, первый и второй винты противоположного вращения и устройство механической трансмиссии. Силовая турбина содержит первый и второй роторы противоположного вращения. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551143
Дата охранного документа: 20.05.2015
+ добавить свой РИД