JPH09256997A - 軸流圧縮機の動翼 - Google Patents

軸流圧縮機の動翼

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JPH09256997A
JPH09256997A JP6884696A JP6884696A JPH09256997A JP H09256997 A JPH09256997 A JP H09256997A JP 6884696 A JP6884696 A JP 6884696A JP 6884696 A JP6884696 A JP 6884696A JP H09256997 A JPH09256997 A JP H09256997A
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JP
Japan
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moving blade
blade
concave surface
leading edge
distance
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JP6884696A
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English (en)
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Ikuhisa Mizuta
郁久 水田
Kaoru Chiba
薫 千葉
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SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
Original Assignee
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動翼の回転域における衝撃波前後の急減速を
低減し、境界層の剥離現象を防止して高性能化を図る。 【解決手段】 圧縮流路12に配される動翼10におい
て、動翼の背面10Bの略中央部分に凹面20が形成さ
れる構成を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸流圧縮機の動翼
に係り、特に超音速流れでの衝撃波強さを減衰させて圧
縮効率を高める技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は、航空機に使用されるガスタービ
ンエンジン(ターボファンエンジン)の構造例を示すも
のである。図中符号1は空気取入口、2はファン・低圧
圧縮機、3はファン空気排出ダクト、4は高圧圧縮機、
5は燃焼室、6は高圧タービン、6aはタービン軸、7
は低圧タービン、8は排気ダクト、9はディスク、10
は動翼、11はケーシングである。
【0003】このようなガスタービンエンジンにおける
ファン・低圧圧縮機2及び高圧圧縮機4等の軸流圧縮機
の部分では、ディスク9によって図8に矢印で示すよう
に、動翼10が回転させられることにより、空気を圧縮
して後方に送り出すようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】両圧縮機2,4のディ
スク9とケーシング11との間(圧縮流路)に送り込ま
れる空気流が動翼10の回転域に超音速で流入する場合
には、図8に矢印で示す回転に基づいて、動翼10の回
転前方向が正圧面10Aとなり動翼10の回転後方向が
負圧面10Bとなるが、空気流の流入速度が超音速を越
える場合における各動翼10の近傍の静圧分布を求める
と、図9に示すようになる。各動翼10の翼列におい
て、動翼10の前縁部10aとその隣の動翼10の負圧
面(背面)10Bとの間の等圧線が密になった部分に、
負圧面10Bに対してほぼ垂直状態の衝撃波が発生し、
衝撃波により流れが急減速して空気が圧縮される。しか
し、ガスタービンエンジンの圧縮機やその他の軸流圧縮
機にあっては、翼列内に強い衝撃波が発生した場合に
は、圧力損失が大きくなり、また、衝撃波前後の急減速
により、動翼10の負圧面10Bで境界層の剥離現象を
誘発して、圧縮効率を低下させる原因となるという課題
が残されている。
【0005】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、動翼の回転域における衝撃波前後の急減速を低
減し、境界層の剥離現象を防止して高性能化を図ること
を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】圧縮流路に配される動翼
であって、動翼の背面の略中央部分に凹面が形成され
る。この際、動翼の前縁部から凹面の前端までの距離X
aは、動翼のコード長Cに対して、 0.3<(Xa/C)<0.6 の範囲に設定され、かつ、動翼の前縁部から凹面の後端
までの距離Xbは、動翼のコード長Cに対して、 0.3<(Xb/C)<0.8 の範囲に設定され、しかも、動翼の前縁部から凹面の前
端までの距離Xaと、動翼の前縁部から凹面の後端まで
の距離Xbは、 Xa<Xb の関係にあるように設定される。また、凹面の底部の翼
厚tは、動翼の最大肉厚部Tmaxに対して、 0.5<(t/Tmax)<0.9 の範囲に設定されるのが望ましい。
【0007】
【作用】空気流の流入マッハ数が1付近及び1よりも大
きくなる場合にあって、動翼の背面に凹面が形成されて
いると、隣合う動翼の前縁部と背面との間に、二つの衝
撃波が発生する。これらの衝撃波の部分で、空気流が減
速させられることによる圧縮が行なわれ、衝撃波が一つ
である場合と比較して、空気流の速度変化が緩やかにな
る。また、空気流の減速が緩やかになることに基づい
て、動翼における背面の剥離現象の発生が抑制されると
ともに、動翼の範囲の大部分において圧力損失が小さく
なる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る軸流圧縮機の
動翼を、ガスタービンエンジンの圧縮機に適用した場合
の実施の形態について、図1ないし図6に基づいて説明
する。
【0009】図1に示すように、動翼10の横断面形状
は、前縁部10aと後縁部10bとを結ぶ腹面(正圧
面)10A及び背面(負圧面)10Bの横断曲線の組み
合わせにより設定されるが、背面10Bには略中央部分
に凹面20が形成される。
【0010】該凹面20の横断面形状にあっては、図1
に示すように、大きい曲率半径を持つように円弧状に形
成される。そして、その底部20cの翼厚tは、動翼の
最大肉厚部Tmaxに対して下記の関係を有するように
設定される。 0.5<(t/Tmax)<0.9 ここで、底部20cの翼厚tと動翼の最大肉厚部10c
の翼厚Tmaxと比を0.5以下に設定すると、凹面2
0を形成した箇所の強度が所定より低下する点で好まし
くなく、また、逆に0.9以上に設定すると、衝撃波を
誘発する凹面20の本来の機能が損なわれてしまう点で
好ましくない。
【0011】前記凹面20は、動翼の前縁部10aから
該凹面の前端20aまでの距離Xaは、動翼のコード長
Cに対して、例えば下記の関係を有するように設定され
る。 0.3<(Xa/C)<0.6 ここで、動翼の前縁部10aから凹面20の前端20a
までの距離Xaと動翼のコード長Cとの比を0.3以下
にすると、凹面20が動翼の前縁部10aに偏りすぎる
こととなり、衝撃波を誘発させるべき箇所である、動翼
の略中央部分からはずれてしまうので好ましくない。ま
た、逆に0.6以上に設定しても、同様に衝撃波を誘発
させるべき箇所からはずれてしまうので好ましくない。
また、凹面20は、動翼の前縁部10aから該凹面の後
端20bまでの距離Xbは、動翼のコード長Cに対し
て、例えば下記の関係を有するように設定される。 0.3<(Xb/C)<0.8 ここで、動翼の前縁部10aから凹面20の後端20b
までの距離Xbと動翼のコード長Cとの比を0.3以下
にすると、凹面20が動翼の前縁部10aに寄りすぎる
こととなり、衝撃波を誘発させるべき箇所からはずれて
しまうので好ましくない。また、逆に0.8以上に設定
しても、同様に衝撃波を誘発させるべき箇所からはずれ
てしまうので好ましくない。さらに、凹面20は、動翼
の前縁部10aから凹面20の前端20aまでの距離X
aと、動翼の前縁部10aから凹面20の後端20bま
での距離Xbは、下記の関係を有するように設定され
る。 Xa<Xb
【0012】また、凹面20にあっては、図4に示すよ
うに、ディスク(ハブ)9とケーシング11との間の圧
縮流路12を流れる空気流の流入マッハ数が1付近及び
1よりも大きくなる範囲に形成され、動翼10の頂部
(チップ)10dの近傍を含むように設定される。例え
ば図4に示すように、翼高さのiの範囲で流入マッハ数
が1付近及び1よりも大きい場合、iの範囲で凹面20
を形成することが有効となる。
【0013】図5は、翼高さ:hの95%スパン位置
(スパン横断面位置)における実施の形態の動翼の圧力
分布を示すものである。ただし、下記の条件により求め
た。 流入マッハ数=1.4 スパン横断面位置の高さ=158mm コード長:C=105mm Xa=52.00mm Xb=78.50mm Yの軸方向投影寸法:B=:27.6mm 最大肉厚部の厚さ=3.8mm 凹面底部の翼厚=2.7mm 回転域Aの範囲=38mm 図8例(凹面20のない基本形)に基づく図9例と比較
すると、図5例では、隣合う動翼10において、前縁部
10aと背面10Bとの間に、第1衝撃波及び第2衝撃
波の二つの衝撃波が発生しており、かつ、図9例では衝
撃波が背面10Bに対して垂直状態であるが、図5例で
は衝撃波が背面10Bに対して傾斜状態となっている。
【0014】図6は、上述条件の実施の形態び基本形に
おける動翼の高さ(スパン)と損失係数との関係の解析
例を示している。これらを比較すると、破線で示す基本
型と実線で示す実施の形態では、スパン50%以上の範
囲で破線と実線との差が大きくなっていることが明らか
であり、この差分だけ本形態の方が改良されて、損失係
数が小さくなっており、つまり、空気圧縮時の損失発生
が減少している。
【0015】
【発明の効果】本発明に係る軸流圧縮機の動翼によれ
ば、以下のような効果を奏する。 (1) 動翼の背面の略中央位置に凹面を形成すること
により、翼列内に強い衝撃波が発生することを防止し
て、圧力損失を小さくすることができる。 (2) 動翼の前縁部から凹面の前端までの距離が、コ
ード長に対して、 0.3<(Xa/C)<0.6 の範囲に設定され、動翼の前縁部から凹面の後端までの
距離がコード長に対して、 0.3<(Xb/C)<0.8 の範囲に設定され、しかも、動翼の前縁部から凹面の前
端までの距離と、動翼の前縁部から凹面の後端までの距
離が、 Xa<Xb となるように設定されていることにより、動翼の回転域
における衝撃波前後の急減速を回避し、背面における境
界層の剥離現象を防止して、圧縮効率向上による高性能
化を図ることができる。 (3) 凹面の底部の翼厚が、動翼の最大肉厚部に対し
て、 0.5<(t/Tmax)<0.9 の範囲に設定されていることにより、空気流の速度変化
を緩やかに変化させて、無理のない円滑な圧縮を行な
い、圧縮機の構成材に対する過度な衝撃の付与を抑制す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る軸流圧縮機の動翼の実施の形態を
示す横断面図である。
【図2】図1における凹面の底部の拡大図である。
【図3】図1における凹面の寸法を示す横断面図であ
る。
【図4】図1の動翼における凹面の形成範囲を示す正面
図である。
【図5】図1の動翼に生じる衝撃波及び圧力分布図であ
る。
【図6】図1例及び基本形の動翼における高さ(スパ
ン)と損失係数との関係曲線図である。
【図7】ガスタービンエンジンの構造例を示す正断面図
である。
【図8】図7例における基本形の動翼の横断面図であ
る。
【図9】図8例の動翼に生じる衝撃波及び圧力分布図で
ある。
【符号の説明】
2 ファン・低圧圧縮機 4 高圧圧縮機 9 ディスク(ハブ) 10 動翼 10A 腹面(正圧面) 10B 背面(負圧面) 10a 前縁部 10b 後縁部 10c 最大肉厚部 10d 頂部(チップ) 11 ケーシング 12 圧縮流路 20 凹面 20a 前端 20b 後端 20c 底部 C コード長
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 薫 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会 社先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞 穂分室内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮流路(12)に配される動翼(1
    0)であって、動翼の背面(10B)の略中央部分に凹
    面(20)が形成されることを特徴とする軸流圧縮機の
    動翼。
  2. 【請求項2】 動翼の前縁部(10a)から凹面(2
    0)の前端(20a)までの距離(Xa)は、動翼のコ
    ード長(C)に対して、 0.3<(Xa/C)<0.6 の範囲に設定され、かつ、 動翼の前縁部から凹面の後端(20b)までの距離(X
    b)は、動翼のコード長(C)に対して、 0.3<(Xb/C)<0.8 の範囲に設定され、 しかも、動翼の前縁部から凹面の前端までの距離(X
    a)と、動翼の前縁部から凹面の後端までの距離(X
    b)が、 Xa<Xb の関係にあることを特徴とする請求項1記載の軸流圧縮
    機の動翼。
  3. 【請求項3】 凹面の底部の翼厚(t)は、動翼の最大
    肉厚部(Tmax)に対して、 0.5<(t/Tmax)<0.9 の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の軸流圧縮機の動翼。
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