Лопатка вентилятора турбореактивного двоконтурного двигуна

Лопатка вентилятора турбореактивного двоконтурного двигуна, що містить замок, перо, відрізняється тим, що має в кореневій частині наплив на передній кромці. Запропонований винахід має відношення до компресоробудування та авіаційного моторобудування і може бути використаний для розширення діапазону стійкої роботи та підвищення напірності вентиляторів турбореактивних двоконтурних двигунів (ТРДД). Відомі лопатки вентиляторних ступеней, які мають передкрилки [1], та вентиляторні лопатки для ТРДД з високим сіупенем двоконтурності, які мають роздвоєний профільний переріз в кореневій частині [2]. Зазначені лопатки застосовують для розширення діапазону стійкої роботи вентиляторів Крім того, розширення діапазону беззривних режимів забезпечується використанчям поворотних робочих лопаток вентилятора [3] Але ТРДД з поворотними робочими лопатками вентилятора конструктивно складний через необхідність застосування механізму повороту лопаток і редуктора між турбіною вентилятора та вентилятором, колова швидкість якого обмежена за умовами міцності. Найбільш близькою до винаходу за технічною суттю та за резальтатом, що досягається при його використанні, є лопатка вентилятора з передкрилками [1], яка обрана в якості прототипу. До недоліків прототипу слід віднести складність забезпечення достатньої міцності та жорсткості конструкції при попаданні сторонніх предметів у двигун Недоліком прототипу також є зменшення ККД ступені в периферійній частині, де відносні швидкості надзвукові, а наявність геометрично незмінної системи з двох передніх кромок (лопатки та передкрилку) не дозволяє створити стійку систему косих стрибків ущільнення. Технічна задача винаходу полягає в збільшенні запасу газодинамічної стійкості і напіриості вентиляторів ТРДД високого ступеня двоконтурності. В основу винаходу покладено завдання створити лопатку вентилятора ТРДД, в якій нове виконання передньої кромки (з напливом у кореневій частині) дозволило б забезпечити збільшення площі кореневого перерізу лопатки і утворити вихор, а отже, область низького статичного тиску, яка сприяє місцевому розгону потоку і затягує відрив примежового шару до більших кутів атаки, і за рахунок цього збільшуються міцність та запас стійкої роботи ступені вентилятора Поставлене завдання вирішується тим, що лопатка вентилятора ТРДД містить замок та перо, яке згідно з винаходом, має наплив на передній кромці На фіг. 1 схематично зображена ступень вентилятора сучасного ТРДД, в якій використана лопатка пропонованої конструкції На фіг. 2 зображено загальний вигляд лопатки вентилятора, що заявляється. Лопатка, що заявляється, містить замок 1, наплив 2 та перо 3. Розміри напливу визначаються, виходячи з умови утворення найбільш стійкого до руйнування вихоря, що стікає з передньої кромки напливу. Радіальний розмір напливу гн обирається, виходячи з умови г„ < Гсэ, де Гсз - радіус, що визначає початок зони надзвукового обтікання лопатки, а також таким чином, щоб забезпечити вихід вихорю, що утворюється, у зовнішній контур двигуна вище розділювача потоків 4, радіус якого гр. О 00 со ю со оГ 35380 Кут стріловидності напливу % змінюється від значення, близького до нуля біля втулки, до значення, близького до 90° в точці зламу передньої кромки, виходячи з того, що при х =90° досягається найменше співвідношення швидкості обертання частинок у вихорі та осьової складової швидкості повітря, а отже, і найбільша стійкість вихорю до руйнування [4] Робота пропонованої лопатки вентилятора ТРДД як відомо із теорії авіаційних двигунів [5], при суттєвому (на 15. .20%) зменшенні частоти обертання ротора вентилятора (а відповідно і колової швидкості потоку), відносно розрахункових значень, спостерігається відносно більше зменшення осьової складової швидкості потоку Внаслідок цього відбувається збільшення кута між вектором відносної швидкості потоку і хордою лопатки При зростанні цього кута до критичних значень починається відрив потоку від випуклої поверхні профілю лопатки і перехід ступені вентилятора на неприпустимий нестійкий (зривний) режим роботи Причому, у випадку лопаток вентилятора, що мають відносно велику довжину, зрив потоку починається переважно в периферійній частині лопатки [5]. При обертанні пропонованої лопатки вентилятора з кутовою швидкістю (о (фіг 2) виникає різниця тисків повітря на увігнутій і випуклій частині не тільки пера 3, але і напливу 2. Внаслідок цього перепаду тиску на відносно низькому напливі 2 починається перетікання повітря з зони підвищеного тиску (на увігнутій поверхні профілю), до зони пониженого тиску (на випуклій поверхні профілю). Таке перетікання повітря утворює вихор, тобто спіралеподібний рух повітря, показаний на фіг. 2. Швидкість руху повітря у вихорі збільшується, а його тиск - відповідно знижується. Завдяки наявності цього вихору до зони пониженого тиску на випуклій поверхні пера лопатки надходить додаткова частина повітря, що збільшує місцеву осьову швидкість руху потоку на випуклій поверхні пера лопатки, віддаляючи таким чином початок відриву потоку від випуклої поверхні пера лопатки до більш низьких значень кутової швидкості о), а значить і до більш низьких значень частоти обертання, тобто затягуючи зрив потоку і підвищуючи запас газодинамічної стійкості лопатки вентилятора Збільшення міцності і жорсткості пропонованої лопатки відбувається завдяки тому, що наплив 2 збільшує площу тільки прикореневого перерізу лопатки, де колові швидкості, а значить і відцентрові сили, невеликі. Разом з тим, збільшення площі прикореневого перерізу лопатки з напли вом обумовлює зменшення механічних напружень і деформації лопатки при дії відцентрових І газодинамічних навантажень. Запобігання негативного впливу вихорю, що створюється внаслідок наявності напливу, на роботу і вібраційний стан лопаток внутрішнього контуру, які встановлюються за вентилятором, забезпечується завдяки тому, що радіальний розмір напливу Ги (див Фіг. 1) перевищує радіус гр розділювача потоків 4 Внаслідок цього вихор, що відривається від лопатки вентилятора ТРДД з напливом, буде відводитись у зовнішній контур ТРДД, не викликаючи вібрації деталей компресора високого тиску На відміну від прототипу, в заявленій конструкції лопатки вентилятора ТРДД не буде також спостерігатись зниження ККД при роботі вентилятора при високих значеннях частоти обертання, тобто при надзвуковій відносній швидкості потоку. Пояснюється це тим, що в місці переходу від напливу 2 до пера 1 у цьому випадку буде утворюватись додатковий косий стрибок ущільнення. А утворення додаткових косих стрибків ущільнення, як показано в [5, стор. 93-96), сприяє підвищенню ККД процесу стискування повітря при надзвуковому обтіканні лопатки. Дія напливу проявляється таким чином: за рахунок перетікання повітря через кромку напливу з області підвищеного тиску в область зменшеного тиску утворюється вихор і, отже, область низького статичного тиску, яка сприяє місцевому розгону потоку, що віддаляє відрив примежового шару до більших кутів атаки Джерела інформації, які взяті до уваги при експертизі: 1. lavur M.M., Murthy K.S., Каг S. The introduction of leading edge slats to improve the offdesign performers of axial flow fans //Int. Conf. Fan Des. And Appl., Guildford, Sept., 1982. Cranfield. 1982. - P. 281-295 (прототип). 2. Пат. 2106193 Великобритания, МКИ F01D5/14. Turbomachine rotor blade /Snell Leonard Stanley (Великобритания); Rolls-Royce Ltd. - NB 8128947; Заявл. 14.09.82; Опубл. 07.04.83; НКИ FIV. 3. Пономарев Б.А. Настоящее и будущее авиационных двигателей. - М.: Воениздат, 1982. С. 197-199. 4. Чжен П.К. Отрывные течения: Пер. с а н т . - М.: Мир, 1973, том второй. - С. 207-211. 5. Нечаев ЮН., Федоров P.M. Теория авиационных двигателей. Часть 1. М.: "Машиностроение", 1977, С. 93-96 та с. 133-137. 35380 Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 &^§І