JP4664890B2 - 遷音速翼及び軸流回転機 - Google Patents

Description

本発明は、遷音速又は超音速の流れ領域で作動する遷音速翼、及びこの遷音速翼を備えるタービンなどの軸流回転機に関するもので、特に、３次元形状となる遷音速翼、及びこの遷音速翼を備える軸流回転機に関する。

ガスタービンや航空用ファンエンジンや航空用ジェットエンジンなどの軸流回転機において、翼列に発生する損失は大きく分類すると、翼型形状そのものに起因するプロファイル損失と翼列間を流れる流体に起因する二次損失とに分けられる。二次損失を低減させる翼として、前縁部の高い位置を低い位置より軸方向に前方に配置させて、翼面に発生する固体壁境界層における二次流れを抑制する動翼が提案されている（特許文献１参照）。尚、本明細書において、軸方向とは、翼が周囲に設置されるロータの軸方向を表し、径方向は、このロータの径方向を表す。又、プロファイル損失に対しては、３次元構造の翼を構成することによって、その損失の低減が図られている。

又、動翼として、遷音速又は超音速の差動流体が流入して作動する遷音速翼が設けられているものがある。この遷音速翼が設けられた、遷音速又は超音速の差動流体で作動する軸流回転機では、差動流体の圧縮性に伴う衝撃波が発生し、上述のプロファイル損失及び二次損失となる種々の損失が生じる。即ち、衝撃波そのものによる損失、衝撃波と固体壁境界層との干渉による損失、及び、衝撃波とチップクリアランス（翼先端とケーシングとの間隙）との干渉による損失が発生する。

そして、これらの衝撃波による損失それぞれの影響は、図１５の翼面静圧分布に示すように、翼１００のチップ（翼先端）１０１側で強い衝撃波が生じるため、図１６に示す周方向（翼の高さ方向）の効率分布に示すように、チップ側での効率が低くなる。更に、図１７に示すように、衝撃波の一種である離脱衝撃波１１０により減速した流れが、翼１００の前縁１０２に対して、そのインシデンス（入流角と翼の前縁の角度との差）が大きくなる。このインシデンスが大きくなると、圧力損失が大きくなって、その分、軸流回転機における効率が低下することとなる。

このような衝撃波による様々な損失に対して、特許文献１における動翼では、特に、衝撃波と固体壁境界層との干渉による損失を抑制するために、翼の径方向衝撃波と固体壁境界層との干渉点の位置が、径方向の高さが高い位置ほど、軸方向の上流側となるように設計されている。即ち、動翼断面における前縁部が、径方向の高さが高い位置ほど軸方向の上流側になるように、全体として上流側に前傾した形とされる。これにより、固体壁境界層の二次流れを抑制し、衝撃波との干渉前での境界層の肥大を避けるとともに剥離を防ぎ、その損失を低減することができる。
特開平７−２２４７９４号公報

上述したように、特許文献１の動翼では、上流側に前傾姿勢となるように構成することで、上述したように、チップ漏れ流れによる二次流れと衝撃波との干渉が緩和され、チップ側の損失低下は認められる。これにより、チップ側に流れを寄せるものとなり、チップ側の効率を良好なものとすることができるが、逆に、ハブ（根本）側の境界層が厚くなって流れが不安定なものとなり、ハブ側の効率が悪化してしまう。

このような問題を鑑みて、本発明は、チップ側の衝撃波による効率の低下を抑制するとともに、ハブ側の境界層の肥大をさけて剥離を防ぐことのできる遷音速翼及び軸流回転機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の遷音速翼は、回転軸との接続位置側のハブと、前記回転軸の径方向となる高さ方向の中心位置であるミーンと、前記高さ方向において前記回転軸から最も離れた位置の先端であるチップと、流入する作動流体の上流側に位置する前縁と、前記作動流体の下流側に位置する後縁と、を備え、遷音速以上の前記作動流体による流れ領域で作動する遷音速翼であって、前記前縁と前記後縁とを結ぶ第１方向に平行に、前記翼の高さ方向の各断面プロファイルを連続的に遷移させ、前記チップ側の前記断面プロファイルと前記ミーン及び前記ハブの間の前記断面プロファイルとを、前記第１方向における上流側に突出させて、Ｓ字形状とし、前記チップ側の前記断面プロファイルの前記第１方向における遷移量が、前記ミーン及び前記ハブの間の前記断面プロファイルの前記第１方向における遷移量より大きいことを特徴とする。

即ち、前記第１方向において前記チップ側が上流側に傾いたフォワードスイープ形状と、前記第１方向において前記ミーン及び前記ハブの間の部分が上流側に突出したバックワードスイープ形状とを組み合わせたＳ字形状であり、前記チップ側が最も上流側に突出した形状とされる。

このとき、前記第１方向に垂直となる第２方向に対しても、前記翼の高さ方向の各断面プロファイルを連続的に遷移させるものとしても構わない。即ち、前記第２方向において前記チップ側が上流側に傾いたフォワードリーン形状を更に組み合わせた形状としても構わないし、前記第２方向において前記ミーン及び前記ハブの間の部分が上流側に突出したバックワードリーン形状を更に組み合わせた形状としても構わない。

又、前記翼の高さ方向の各断面プロファイルにおける前記第１方向と前記回転軸の軸方向との交差角が連続的に変化するようにした三次元翼形状としても構わない。

本発明の軸流回転機は、中心に位置するとともに回転する回転軸と、前記回転軸の外周方向及び軸方向それぞれにおいて等間隔で前記回転軸の外周表面に設置された複数の動翼と、前記回転軸及び動翼を覆う車室と、該車室の内周表面に前記動翼と前記回転軸の軸方向に交互になって配置される複数の静翼と、を備える軸流回転機であって、前記複数の動翼の一部として、上述のいずれかの遷音速翼を備えることを特徴とする。

本発明によると、チップ側とハブ及びミーンの間の部分とを上流側に突出させたＳ字形状とすることで、ハブ側の境界層を薄くして、ハブ側における剥離耐力を強化するとともに、チップ側の境界層を厚くして、チップ漏れ損失を低減することができる。更に、チップ側が上流側に突出した形状であるため、衝撃波を弱めることができ、衝撃波による各種損失を抑制することができる。これらの損失の低減により、翼の回転エネルギーを効率よく流体に伝達することができる。又、ハブでの剥離を低減することで、ストールマージン（失速余裕）を増加させることができる。

（軸流回転機）
まず、遷音速翼を動翼として使用する軸流回転機について、以下に説明する。尚、以下では、この軸流回転機として、ガスタービンの圧縮機を例に挙げて説明する。図１に、ガスタービンの概略構成図を示す。

図１に示すように、ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された空気と燃料が供給されて燃焼動作を行う燃焼器２と、燃焼器２からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン３と、を備える。この圧縮機１、燃焼器２、及びタービン３はそれぞれ、車室４で覆われ、又、燃焼器２が、圧縮機１とタービン３とを１軸とするロータ５の外周に等間隔で複数配置される。

このガスタービンにおいて、圧縮機１で圧縮された空気が、車室４内を通じて燃焼器２やロータ５に供給される。そして、燃焼器２に供給された圧縮空気は、燃焼器２に供給される燃料の燃焼に使用される。又、タービン３側の車室４内及びロータ５内に供給された圧縮空気は、燃焼器２からの燃焼ガスにより高温に曝される車室４に固定された静翼３１とロータ５に固定された動翼３２とを冷却するために使用される。この静翼３１及び動翼３２が、ロータ５の軸方向に交互に配列される。

そして、燃焼器２における燃焼動作によって発生する燃焼ガスがタービン３に供給されて、燃焼ガスが動翼３２に吹き付けられるとともに静翼３１で整流されることで、タービン３が回転駆動する。タービン３の回転駆動がロータ５を介して圧縮機１に伝えられることで、圧縮機１が回転駆動する。これにより、圧縮機１において、ロータ５に固定された動翼１２が回転することで、車室４に固定された静翼１１と動翼１２とにより形成される空間を流れる空気が圧縮される。この静翼１１及び動翼１２が、ロータ５の軸方向に交互に配列される。

この図１に示すようなガスタービンにおいて、圧縮機１は、その流入速度が遷音速、即ち、動翼に流入する作動流体（空気）中にマッハ数が１を越す超音速の部分が発生する速度以上となる作動流体（空気）で作動される遷音速又は超音速圧縮機とされる。そして、この遷音速又は超音速圧縮機とされる圧縮機１において、その動翼１２として、遷音速翼が使用される。

以下において、本発明における遷音速翼について説明する。尚、以下の説明において、図１に示すガスタービンにおけるロータ５の軸方向において、作動流体（空気）の流入する側を「上流側」、作動流体（空気）が流出する側を「下流側」とする。又、図１に示すガスタービンにおけるロータ５の径方向、即ち、遷音速翼の高さ方向を、「スパン方向」とする。又、ロータ５の軸方向の作動流体の流れに対して平行な面を「子午線面」とし、ロータ５の径方向に垂直な遷音速翼の断面の形状を「断面プロファイル」とする。

そして、遷音速翼において、断面プロファイルをスパン方向に堆積することを、「スタッキング」と呼ぶ。又、図２に示す遷音速翼１２の断面プロファイルにおいて、作動流体（空気）が流入する側の先端を「前縁」（図２の符号１２１）とし、作動流体（空気）が流出する側の先端を「後縁」（図２の符号１２２）とし、この前縁と後縁を接続する直線のロータ５軸に対する傾き方向を「スタッガ方向」（図２の矢印Ｓ）とする。そして、ロータ５の軸方向の上流側に面した面を「背面」（図２の符号１２６）とし、ロータ５の軸方向の下流側に面した面を「腹面」（図２の符号１２７）とする。

更に、図３に示す遷音速翼１２のスパン方向断面において、ロータ５に接続される部分（遷音速翼１２の高さ方向８０〜１００％位置）を「ハブ」（図３の符号１２３）とし、車室４に近接する先端部分（遷音速翼１２の高さ方向０〜２０％位置）を「チップ」（図３の符号１２４）とし、翼の高さの中央位置（遷音速翼１２の高さ方向５０％近傍位置）を「ミーン」（図３の符号１２５）とする。尚、遷音速翼１２の高さ方向の位置をパーセント表示としたが、このパーセント表示は、ロータ５の径方向（遷音速翼１２の高さ方向に相当）の各位置を、遷音速翼１２の高さの相対位置として表すものである。そして、ロータ５の外周表面から最も離れた先端を０％とし、ロータ５の外周表面における接続位置を１００％としている。

又、遷音速翼１２の断面プロファイルにおいて、図４（ａ）に示すように、スタッガ方向（矢印Ｓ）に平行に遷移させるとき、その遷移させる方向（矢印Ｐ）を「スイープ方向」とし、又、図４（ｂ）に示すように、スタッガ方向に垂直に遷移させるとき、その遷移させる方向（矢印Ｑ）を「リーン方向」とする。

（本発明における遷音速翼の基本構成）
本発明における遷音速翼の基本構成について、図面を参照して説明する。本基本構成においては、スパン方向に対する遷音速翼の各断面プロファイルによる重心位置がスイープ方向に連続的に変化させられる。図５に、スパン方向におけるハブ１２３からチップ１２４に向かって、スイープ方向に連続的に変化させた３種類の遷音速翼１２ａ〜１２ｃの構成を示す。

図５（ａ）に示す遷音速翼１２ａは、ハブ１２３からチップ１２４に向かって、各断面プロファイルの重心Ｇをスパン方向に平行となるようにした構成とする。即ち、ロータ５径方向に向かって、各断面プロファイルの重心Ｇが一致した構成とし、この図５（ａ）に示す構成を基準とする。この遷音速翼１２ａのような形状を、以下において、「基準形状」と呼ぶ。

そして、図５（ｂ）に示す遷音速翼１２ｂは、ハブ１２３からチップ１２４に向かって、各断面プロファイルの重心Ｇをスイープ方向に対して下流側から上流側に連続的に遷移した構成とする。即ち、図５（ａ）の遷音速翼１２ａと比べて、ロータ５の径方向に対して上流側（前縁１２１側）に前傾した構成とする。この遷音速翼１２ｂのような形状を、以下において、「フォワードスイープ形状」と呼ぶ。

又、図５（ｃ）に示す遷音速翼１２ｃは、チップ１２４からハブ１２３に向かって、各断面プロファイルの重心Ｇをスイープ方向に対して下流側から上流側に連続的に遷移した構成とする。即ち、図５（ａ）の遷音速翼１２ａと比べて、ロータ５の径方向に対して下流側（後縁１２２側）に後傾し、ハブ１２３側が上流側（前縁１２１側）に突起した構成とする。この遷音速翼１２ｃのような形状を、以下において、「バックワードスイープ形状」と呼ぶ。

この図５（ａ）〜（ｃ）の遷音速翼１２ａ〜１２ｃそれぞれに対して、スパン方向の軸流速度（前縁１２１に流入する作動流体の速度）分布が図６の曲線Ｘ１〜Ｚ１それぞれで示す分布形状となる。このスパン方向の軸流速度分布について、図５（ａ）の基準形状の遷音速翼１２ａと図５（ｂ）のフォワードスイープ形状の遷音速翼１２ｂとを比較したとき、遷音速翼１２ａに対する曲線Ｘ１に比べて、遷音速翼１２ｂに対する曲線Ｙ１では、チップ１２４側での軸流速度が速くなり、逆に、ハブ１２３側での軸流速度が遅くなっている。一方、図５（ａ）の基準形状の遷音速翼１２ａと図５（ｃ）のバックワードスイープ形状の遷音速翼１２ｃとを比較したとき、遷音速翼１２ａに対する曲線Ｘ１に比べて、遷音速翼１２ｃに対する曲線Ｚ１では、チップ１２４側での軸流速度が遅くなり、逆に、ハブ１２３側での軸流速度が速くなっている。

この図６の曲線Ｘ１〜Ｚ１の結果より、図５（ｂ）の遷音速翼１２ｂに示すように、チップ１２４側を前傾させたフォワードスイープ形状とすることにより、チップ１２４側に作動流体（空気）の流れが寄ることとなる。一方、図５（ｃ）の遷音速翼１２ｃに示すように、チップ１２４側を後傾させたバックワードスイープ形状とすることにより、ハブ１２３側に作動流体（空気）の流れが寄ることとなる。

又、図５（ａ）〜（ｃ）の遷音速翼１２ａ〜１２ｃそれぞれに対して、スパン方向の効率（遷音速翼を回転させる動力が作動流体に伝達されるエネルギー効率）分布が図７の曲線Ｘ２〜Ｚ２それぞれで示す分布形状となる。このスパン方向の効率分布について、図５（ａ）の基準形状の遷音速翼１２ａと図５（ｂ）のフォワードスイープ形状の遷音速翼１２ｂとを比較したとき、遷音速翼１２ａに対する曲線Ｘ２に比べて、遷音速翼１２ｂに対する曲線Ｙ２では、チップ１２４側での効率が高くなる反面、ハブ１２３側での効率が低くなっている。一方、図５（ａ）の基準形状の遷音速翼１２ａと図５（ｃ）のバックワードスイープ形状の遷音速翼１２ｃとを比較したとき、遷音速翼１２ａに対する曲線Ｘ２に比べて、遷音速翼１２ｃに対する曲線Ｚ２では、チップ１２４側での効率が悪くなるものの、チップ１２４近傍以外の部分での効率を維持又は向上している。

この図７の曲線Ｘ２〜Ｚ２の結果より、図５（ｂ）の遷音速翼１２ｂに示すように、チップ１２４側を前傾させたフォワードスイープ形状とすることにより、スパン方向の翼高さの７０％以上となるチップ１２４側において、前縁１２１における背面１２６及び腹面１２７それぞれの静圧の圧力差が小さくなる。一方、図５（ｃ）の遷音速翼１２ｃに示すように、チップ１２４側を後傾させたバックワードスイープ形状とすることにより、スパン方向の翼高さの７０％以下となるハブ１２３側において、前縁１２１における背面１２６及び腹面１２７それぞれの静圧の圧力差が小さくなる。

又、図５（ｂ）のようなフォワードスイープ形状とすることにより、図８に示すロータ５の周方向に並ぶ複数の遷音速翼１２ｂのチップ１２４側における断面プロファイルのように、チップ１２４側では、前端１２１に衝突する衝撃波８０により、背面１２６及び腹面１２７それぞれに斜め衝撃波８０ａ，８０ｂが生じる。そして、チップ１２４側において、腹面１２７側に生じる斜め衝撃波８０ｂにより作動流体（空気）の流れが減速して、隣接する遷音速翼１２ｂ間に生じる垂直衝撃波８１が弱まる。

これらのことより、図５（ｂ）のようなフォワードスイープ形状とすることで、チップ１２４側において、作動流体（空気）の流れを寄せ、前縁１２１でのマッチングを良好とするとともに、更に、衝撃波を弱めることができる。これにより、チップ１２４側において、衝撃波そのものによる損失、衝撃波と固体壁境界層との干渉による損失、及び、衝撃波とチップクリアランスとの干渉による損失を低減することができる。

一方、図５（ｃ）のようなバックワードスイープ形状とすることで、ハブ１２３側に作動流体（空気）の流れを寄せ、チップ１２４以外の前縁１２１でのマッチングを良好とする。尚、「マッチングが良好である」とは、翼メタル角に対して、作動流体の翼に対する流入角度が適当な値となり、翼で生じる損失が最小もしくはそれに近い状態となることを示す。これにより、ハブ１２３側での固体壁境界層を薄くして、剥離耐力を強化することができる。よって、ハブ１２３側での衝撃波と固体壁境界層との干渉による損失を低減することができる。

このように、スパン方向にスタッキングする断面プロファイルをスイープ方向に調整することで、衝撃波下流の三次元圧力場を制御し、前縁１２１での軸流速度プロファイルを変更することができる。これにより、インシデンス角をわせ、プロファイル損失を低減することができるとともに、後縁１２２に流れを寄せて、境界層の発達を抑制することができる。そのため、遷音速翼となる動翼１２に対する静翼１１の車室４側のハブでの剥離を低減し、ストールマージン（失速余裕）を増加させることができる。又、上述したように、遷音速翼となる動翼１２のスパン方向の各位値に対して、衝撃波に基づく各種損失を抑制し、その効率を高くするように、調整することができる。

以下では、このようにスイープ方向に調整された断面プロファイルをスパン方向にスタッキングして得られる遷音速翼の実施形態について、説明する。

＜第１の実施形態＞
上述の基本構造に基づいてスパン方向の各断面プロファイルがスイープ方向に調整されて構成される遷音速翼の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態の遷音速翼の構成を示す概略斜視図である。又、図１０は、ハブからチップまでのスパン方向に対する各断面プロファイルのスイープ方向における遷移を示す図である。

本実施形態の遷音速翼１２ｘは、図９に示すように、図５（ｂ）の遷音速翼１２ｂのフォワードスイープ形状と、図５（ｃ）の遷音速翼１２ｃのバックワードスイープ形状とを組み合わせた形状とする。即ち、図９に示す遷音速翼１２ｘは、図５（ｂ）の遷音速翼１２ｂのフォワードスイープ形状と同様、チップ１２４側における断面プロファイルがスイープ方向の上流側に突起した形状となる。そして、図５（ｃ）の遷音速翼１２ｃのバックワードスイープ形状と同様、ハブ１２３とミーン１２５との間の部分における断面プロファイルがスイープ方向の上流側に突起した形状となる。

このように、図９に示す遷音速翼１２ｘは、各断面プロファイルがスイープ方向に位置調整された構成とされることで、スパン方向に対してＳ字形状となる。このスパン方向に対して連続させて変化させるスイープ方向の位置調整量について、図１０に示す。この図１０に示すように、図９に示す遷音速翼１２ｘは、チップ１２４（スパン方向１００％の位置）におけるスイープ方向上流側への突起部分９０が、ハブ１２３とミーン１２５との間の部分（スパン方向２０％〜５０％の位置）におけるスイープ方向上流側への突起部分９１よりも、スイープ方向の上流側に突起するように形成されることで、Ｓ字形状とされる。

このように、フォワードスイープ形状とバックワードスイープ形状とを組み合わせたＳ字形状とすることで、ハブ１２３側の境界層を薄くして、ハブ１２３側における剥離耐力を強化するとともに、チップ１２４側の境界層を厚くして、チップ漏れ損失を低減することができる。

更に、この遷音速翼１２ｘは、プロファイル損失の低減を図る三次元的な翼形状とするために、スパン方向に対して、各断面プロファイルのスタッガ方向が変更される。この各段面プロファイルのスタッガ方向の変更について、遷音速翼のチップ側からみた上面図を図１１に示す。尚、図１１では、図１１（ｂ）に、本実施形態の遷音速翼１２ｘの上面図を示すとともに、より理解を簡単とするために、図１１（ａ）に、スイープ方向の変位のない基準形状の遷音速翼１２ａに示して、遷音速翼１２ｘと対比させる。又、より理解を容易にするために、図１２（ａ），（ｂ）それぞれに、遷音速翼１２ａ，１２ｘそれぞれにおけるハブ１２３、ミーン１２５、及びチップ１２４での断面プロファイルを示す。

図１１及び図１２に示すように、遷音速翼１２ａ，１２ｘともに、チップ１２４側がロータ５の軸方向に対して垂直に近い角度となるようにスタッガ方向が決められ、ハブ１２３側がロータ５の軸方向に対して平行に近い角度となるようにスタッガ方向が決められる。そして、ハブ１２３からチップ１２４に向かって、そのスタッガ方向が連続的に変化するように、各断面プロファイルのスタッガ方向が設定される。即ち、遷音速翼１２ａ，１２ｘともに、ミーン１２５でのスタッガ方向のロータ５の軸方向に対する角度が、チップ１２４及びハブ１２３それぞれでのスタッガ方向のロータ５の軸方向に対する角度の中間値となる。

＜第２の実施形態＞
上述の基本構造に基づいてスパン方向の各断面プロファイルがスイープ方向に調整されて構成される遷音速翼の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、第１の実施形態の遷音速翼のように、スパン方向の各断面プロファイルがスイープ方向に調整された構成に対して、リーン方向にも断面プロファイルの位置を変化させてスタッキングした構成とする。

即ち、本実施形態の遷音速翼１２ｙは、第１の実施形態の遷音速翼１２ｘと同様、図１０に示すように、スイープ方向に対して、ハブからチップまでのスパン方向に対する各断面プロファイルが遷移され、チップ１２４側がフォワードスイープ形状とされるとともに、ハブ１２３側がバックワードスイープ形状とされている。それに加えて、ハブからチップまでのスパン方向に対する各断面プロファイルが、リーン方向に対しても遷移されるようにして構成される。

このリーン方向に断面プロファイルの位置を変化させた遷音速翼について、図１３を参照して簡単に説明する。図１３に、スパン方向におけるハブ１２３からチップ１２４に向かって、リーン方向に連続的に変化させた３種類の遷音速翼１２ａ，１２ｄ，１２ｅの構成を示す。尚、図１３（ａ）の遷音速翼１２ａは、図５（ａ）と同様の「基準形状」の遷音速翼である。

図１３（ｂ）に示す遷音速翼１２ｄは、ハブ１２３からチップ１２４に向かって、各断面プロファイルの重心Ｇをリーン方向に対して下流側（腹面１２７側）から上流側（背面１２６側）に連続的に遷移した構成とする。即ち、図１３（ａ）の遷音速翼１２ａと比べて、ロータ５の径方向に対して上流側（前縁１２１側）に前傾した構成とする。この遷音速翼１２ｄのような形状を、以下において、「フォワードリーン形状」と呼ぶ。

又、図１３（ｃ）に示す遷音速翼１２ｅは、チップ１２４からハブ１２３に向かって、各断面プロファイルの重心Ｇをリーン方向に対して下流側（腹面１２７側）から上流側（背面１２６側）に連続的に遷移した構成とする。即ち、図１３（ａ）の遷音速翼１２ａと比べて、ロータ５の径方向に対して下流側（後縁１２２側）に後傾し、ハブ１２３側が上流側（前縁１２１側）に突起した構成とする。この遷音速翼１２ｅのような形状を、以下において、「バックワードリーン形状」と呼ぶ。

よって、本実施形態の遷音速翼１２ｙでは、第１の実施形態と同様、図５（ｂ）の遷音速翼１２ｂのフォワードスイープ形状と、図５（ｃ）の遷音速翼１２ｃのバックワードスイープ形状とを組み合わせたＳ字形状に対して、更に、図１３（ｂ）の遷音速翼１２ｄのフォワードリーン形状、又は、図１３（ｃ）の遷音速翼１２ｅのバックワードリーン形状を組み合わせた形状とする。これにより、第１の実施形態の遷音速翼１２ｘと比べて、軸流速度プロファイルやマッチングの調整の自由度が大きくなるため、空力性能を向上させることができる。

又、図１４に、フォワードリーン形状を組み合わせた場合において、ハブからチップまでのスパン方向に対する各断面プロファイルのリーン方向における遷移状態を示す。この図１４に示すように、フォワードスイープ形状とバックワードスイープ形状によるＳ字形状にフォワードリーン形状を組み合わせる場合、例えば、リーン方向の上流側（背面１２６側）への遷移量が、ハブ１２３からチップ１２４にむかって緩やかに増加し、遷移量の変化率がハブ１２３側で大きく、チップ１２４側で小さくなるように設定される。

本発明は、遷音速又は超音速の作動流体雰囲気内で利用される遷音速翼に適用可能である。又、本発明は、この遷音速翼を動翼として備える軸流回転機に適用可能である。更に、この軸流回転機として、ガスタービン、航空用ファンエンジン、航空用ジェットエンジンなどの圧縮機に適用することができる。

は、ガスタービンの概略構成図である。 は、遷音速翼の断面プロファイルを示す図である。 は、遷音速翼の構成を示すスパン方向の断面図である。 は、遷音速翼の断面プロファイルの重心の遷移方向を説明するための図である。 は、本発明の遷音速翼における基本構成を説明するための図である。 は、図５（ａ）〜（ｃ）の遷音速翼それぞれに対するスパン方向の軸流速度分布を示す図である。 は、図５（ａ）〜（ｃ）の遷音速翼それぞれに対するスパン方向の効率分布を示す図である。 は、ロータの周方向に並ぶ図５（ｂ）に示す遷音速翼に対する衝撃波の状態を示す図である。 は、第１の実施形態の遷音速翼の構成を示す概略斜視図である。 は、図９の遷音速翼において、スパン方向に対する各断面プロファイルのスイープ方向における遷移を示す図である。 は、基準形状となる遷音速翼及び図９の遷音速翼それぞれのチップ側からみた上面図である。 は、基準形状となる遷音速翼及び図９の遷音速翼それぞれにおける、ハブ、ミーン、及びチップそれぞれでの断面プロファイルを示す図である。 は、リーン方向に断面プロファイルの位置を変化させた遷音速翼の構成を示す図である。 は、第２の実施形態の遷音速翼において、スパン方向に対する各断面プロファイルのリーン方向における遷移を示す図である。 は、従来の翼における翼面静圧分布を示す図である。 は、従来の翼におけるスパン方向の効率分布を示す図である。 は、ロータの周方向に並ぶ従来の翼に対する衝撃波の状態を示す図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ タービン
４ 車室
５ ロータ
１１，３１ 静翼
１２，３２ 動翼
１２ａ〜１２ｅ，１２ｘ，１２ｙ 遷音速翼
１２１ 前縁
１２２ 後縁
１２３ ハブ
１２４ チップ
１２５ ミーン
１２６ 背面
１２７ 腹面

Claims (4)

1. 回転軸との接続位置側のハブと、前記回転軸の径方向となる高さ方向の中心位置であるミーンと、前記高さ方向において前記回転軸から最も離れた位置の先端であるチップと、流入する作動流体の上流側に位置する前縁と、前記作動流体の下流側に位置する後縁と、を備え、遷音速以上の前記作動流体による流れ領域で作動する遷音速翼であって、
   前記前縁と前記後縁とを結ぶ第１方向に平行に、前記翼の高さ方向の各断面プロファイルを連続的に遷移させ、
   前記チップ側の前記断面プロファイルと前記ミーン及び前記ハブの間の前記断面プロファイルとを、前記第１方向における上流側に突出させて、Ｓ字形状とし、
   前記チップ側の前記断面プロファイルの前記第１方向における遷移量が、前記ミーン及び前記ハブの間の前記断面プロファイルの前記第１方向における遷移量より大きいことを特徴とする遷音速翼。
2. 前記第１方向に垂直となる第２方向に対しても、前記翼の高さ方向の各断面プロファイルを連続的に遷移させることを特徴とする請求項１に記載の遷音速翼。
3. 前記翼の高さ方向の各断面プロファイルにおける前記第１方向と前記回転軸の軸方向との交差角が連続的に変化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遷音速翼。
4. 中心に位置するとともに回転する回転軸と、前記回転軸の外周方向及び軸方向それぞれにおいて等間隔で前記回転軸の外周表面に設置された複数の動翼と、前記回転軸及び動翼を覆う車室と、該車室の内周表面に前記動翼と前記回転軸の軸方向に交互になって配置される複数の静翼と、を備える軸流回転機であって、
   前記複数の動翼の一部として、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の遷音速翼を備えることを特徴とする軸流回転機。