JP5454083B2 - Compressor for jet engine and jet engine - Google Patents
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Description
本発明は、ジェットエンジンにおける筒状のエンジンケース内に形成された環状のコア流路内に取り入れた空気を圧縮するジェットエンジン用圧縮機等に関する。 The present invention relates to a compressor for a jet engine that compresses air taken in an annular core flow path formed in a cylindrical engine case in a jet engine.
従来技術に係るジェットエンジン用圧縮機について図9及び図10を参照して説明する。なお、図中、「F」は、前方向(上流方向)、「R」は、後方向(下流方向)を指している。 A conventional jet engine compressor will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. In the figure, “F” indicates the forward direction (upstream direction), and “R” indicates the backward direction (downstream direction).
図9に示すように、従来技術に係るジェットエンジン用圧縮機101は、筒状の圧縮機ケース103を具備しており、この圧縮機ケース103は、ジェットエンジンにおける筒状のエンジンケース105の一部を構成するものである。また、圧縮機ケース103内には、複数段(最終段のみ図示)の圧縮機ロータ107が軸方向(圧縮機ケース103の軸方向)に沿って回転可能に設けられており、各段の圧縮機ロータ107は、軸心(圧縮機ケース103の軸心)周りに回転可能なディスク109、及びこのディスク109の外周面に等間隔に設けられかつエンジンケース105内に形成されたコア流路111に位置する複数(1つのみ図示)の動翼113を備えている。更に、圧縮機ケース103内には、複数段(最終段のみ図示)の圧縮機ステータ115が軸方向に沿って複数段の圧縮機ロータ107と交互に設けられており、各段の圧縮機ステータ115は、周方向に等間隔に配設されかつコア流路111に位置する複数(1つのみ図示)の静翼117を備えている。
As shown in FIG. 9, a
最終段の圧縮機ステータ115とジェットエンジンにおける燃焼器119の間には、圧縮空気(圧縮した空気)を減速させて燃焼器119へ送り出す環状のディフューザ121が形成されており、このディフューザ121は、コア流路111の一部を構成するものである。また、ディフューザ121内には、圧縮機ケース103を支持する複数のストラット123が周方向に間隔を置いて設けられている。
Between the
従って、ジェットエンジン用圧縮機101の駆動によって複数段の圧縮機ロータ107を回転させることにより、複数段の圧縮機ロータ107と複数段の圧縮機ステータ115の協働によりコア流路111内に取り入れた空気を圧縮することができる。そして、ディフューザ121によって前記圧縮空気を減速させて燃焼器119へ送り出す。
Therefore, the
ところで、近年、ジェットエンジンの軽量化を図るために種々の開発がなされており、その一環として、図10に示すようなストラット123を省略したジェットエンジン用圧縮機125も開発されている。具体的には、最終段の圧縮機ステータ115の複数の静翼(最終段の静翼)117に圧縮機ケース103を支持する機能(ストラットとしての機能)を持たせるように、最終段の圧縮機ステータ115の各静翼(最終段の各静翼)117は、他の段の圧縮機ステータ117の各静翼(他の段の各静翼)117に比べて、肉厚が厚くかつコード長が長くなっている。これにより、ストラット123を具備した従来技術に係るジェットエンジン用圧縮機101に比べて、最終段の圧縮機ステータ115の入口からディフューザ121の出口までの長さを短くして、換言すれば、ジェットエンジンの軸長を短くして、ジェットエンジンの軽量化を図ることができる。
By the way, in recent years, various developments have been made in order to reduce the weight of the jet engine, and as a part thereof, a jet engine compressor 125 in which the
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献1及び特許文献2に示すものがある。
In addition, there exist some which are shown to patent
しかしながら、ストラットを省略した従来技術に係るジェットエンジン用圧縮機125は、最終段の圧縮機ステータ117の入口からディフューザ121の出口までの長さを短くして、ジェットエンジンの軽量化を図ることができるものの、最終段の圧縮機ステータ117の入口からディフューザ121の出口までの長さを短くした分だけ、最終段の圧縮機ステータ117の入口からディフューザの出口までの間で前記圧縮空気を急減速させる必要がある。そのため、図11(a)(b)に示すように、最終段の静翼117の翼面近傍及びディフューザ121の壁面近傍に前記圧縮空気の流れの剥離によるエネルギー損失の大きい領域(エネルギー損失の非常に大きい領域を含む)が生じて、ジェットエンジン用圧縮機125の圧縮効率の低下を招くと共に、ディフューザ121の壁面近傍におけるエネルギー損失の大きな領域(低エネルギー流体)の存在によって前記圧縮空気の流れの方向が燃焼器119の要求する方向に対して変化してしまい、燃焼器119の燃焼効率の低下を招くという問題がある。なお、図11(a)(b)におけるエネルギー損失の大きい領域は、3次元定常粘性CFD(Computational Fluid Dynamics)解析により求めたものである。
However, the jet engine compressor 125 according to the related art, in which the struts are omitted, can reduce the length of the jet engine by reducing the length from the inlet of the final
そこで、本発明は、前述の課題を解決することができる、新規な構成のジェットエンジン用圧縮機等を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a jet engine compressor having a novel configuration that can solve the above-described problems.
本発明の発明者は、前述の課題を解決するために、試行錯誤を繰り返した結果、図2に示すように、コア流路の径方向内側の壁面(ハブ側の壁面)における最終段の圧縮機ステータの静翼(最終段の静翼)の前縁側から後縁側の間の部位(所定の部位、より具体的には、最終段の静翼の前縁から後縁にかけての部位)が適正な変曲点を基準として凹形状の第1曲面から凸形状の第2曲面に遷移させた場合に、コア流路の径方向内側の壁面における所定の部位が直線である場合(図10に示すような場合)の解析結果(図11(a)(b)参照)に比べて、図3(a)(b)に示すように、静翼の翼面及びディフューザの壁面におけるエネルギー損失の大きな領域を縮小することができるという、新規な知見を得ることができ、本発明を完成するに至った。これは、コア流路における最終段の圧縮機ステータの入口付近での圧縮空気の減速を大きくすることにより、結果的に、コア流路における最終段の圧縮機ステータの出口付近での圧縮空気の減速を緩やかにさせたことによるものと考えられる。ここで、適正な変曲点とは、最終段の圧縮機ステータの静翼の前縁から70〜85%コード長、好ましくは、75〜80%コード長だけ離れた点である。なお、図3(a)(b)におけるエネルギー損失の大きい領域は、3次元定常粘性CFD解析により求めたものである。 As a result of repeating trial and error in order to solve the above-mentioned problems, the inventor of the present invention, as shown in FIG. 2, compresses the final stage on the radially inner wall surface (wall surface on the hub side) of the core channel. The part between the leading edge side and the trailing edge side of the stator blade (final stage stationary blade) of the machine stator (predetermined part, more specifically, the part from the leading edge to the trailing edge of the final stage stationary blade) is appropriate When a predetermined part on the radially inner wall surface of the core channel is a straight line when the concave first curved surface is changed to a convex second curved surface with reference to an inflection point (shown in FIG. 10) 3 (a) and (b), as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the energy loss region on the blade surface of the stationary blade and the wall surface of the diffuser is large. New knowledge that it can be reduced, and the present invention is completed. It led to. This increases the deceleration of the compressed air near the inlet of the final stage compressor stator in the core flow path, resulting in the compressed air near the outlet of the final stage compressor stator in the core flow path. This is thought to be due to slow deceleration. Here, the appropriate inflection point is a point that is 70 to 85% cord length, preferably 75 to 80% cord length away from the leading edge of the stator blade of the final stage compressor stator. In addition, the area | region with large energy loss in Fig.3 (a) (b) is calculated | required by the three-dimensional steady viscosity CFD analysis.
本発明の第1の特徴は、ジェットエンジンにおける筒状のエンジンケース内に形成された環状のコア流路内に取り入れた空気を圧縮するジェットエンジン用圧縮機において、前記エンジンケースの一部を構成する筒状の圧縮機ケースと、前記圧縮機ケース内に軸方向(前記圧縮機ケースの軸方向)に沿って回転可能に設けられ、軸心(前記圧縮機ケースの軸心)周りに回転可能なディスク、及び前記ディスクの外周面に等間隔に一体的に設けられかつ前記コア流路内に位置する複数の動翼を備えた複数段の圧縮機ロータと、前記圧縮機ケース内に軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられ、周方向に等間隔に配設されかつ前記コア流路内に位置する複数の静翼を備えた複数段の圧縮機ステータと、を具備し、最終段の前記圧縮機ステータの各静翼が前記圧縮機ケースを支持する機能(ストラットとしての機能)を持つように、最終段の前記圧縮機ステータにおける各静翼は、他の段の前記圧縮機ステータの各静翼に比べて、コード長が長くなっており、最終段の前記圧縮機ステータと前記ジェットエンジンにおける燃焼器の間に、前記コア流路の一部を構成しかつ圧縮空気を減速させて前記燃焼器へ送り出す環状のディフューザが形成されてあって、前記コア流路の径方向内側の壁面(ハブ側の壁面)における最終段の前記圧縮機ステータの前記静翼の前縁から後縁にかけての部位(所定の部位)は、凹形状の第1曲面から凸形状の第2曲面に遷移しており、前記第1曲面から前記第2曲面に遷移する変曲点は、最終段の前記圧縮機ステータの前記静翼の前縁から70〜85%コード長だけ離れた点であることを要旨とする。 A first feature of the present invention is a jet engine compressor that compresses air taken into an annular core flow path formed in a cylindrical engine case of a jet engine, and constitutes a part of the engine case A cylindrical compressor case that is configured to be rotatable along an axial direction (axial direction of the compressor case) in the compressor case and rotatable about an axis (axial center of the compressor case) And a plurality of compressor rotors provided with a plurality of rotor blades integrally provided at equal intervals on the outer peripheral surface of the disk and positioned in the core flow path, and an axial direction in the compressor case A plurality of compressor stators provided alternately with a plurality of compressor rotors along the circumferential direction, arranged at equal intervals in the circumferential direction and provided with a plurality of stationary blades located in the core flow path, And the pressure in the final stage Each stator blade in the compressor stator at the final stage has each stator blade of the compressor stator at the other stage so that each stator blade of the machine stator has a function of supporting the compressor case (function as a strut). The cord length is longer than that of the blades, and a part of the core flow path is formed between the compressor stator at the final stage and the combustor in the jet engine, and the compressed air is decelerated and the combustion is performed. An annular diffuser that is fed to the compressor is formed, and a portion from the leading edge to the trailing edge of the stator blade of the compressor stator at the final stage on the radially inner wall surface (hub-side wall surface) of the core channel The (predetermined part) transitions from the concave first curved surface to the convex second curved surface, and the inflection point transitioning from the first curved surface to the second curved surface is the compressor stator at the final stage. From the leading edge of the stationary blade And summarized in that a point at a distance of 0 to 85% chord length.
第1の特徴によると、前記ジェットエンジン用圧縮機の駆動によって複数段の前記圧縮機ロータを回転させることにより、複数段の前記圧縮機ロータと複数段の前記圧縮機ステータの協働により前記コア流路内に取り入れた空気を圧縮することができる。そして、前記ディフューザによって前記圧縮空気を減速させて前記燃焼器へ送り出す。 According to the first feature, the core is formed by the cooperation of a plurality of stages of the compressor rotor and a plurality of stages of the compressor stator by rotating the plurality of stages of the compressor rotor by driving the jet engine compressor. The air taken into the flow path can be compressed. Then, the compressed air is decelerated by the diffuser and sent to the combustor.
また、最終段の前記圧縮機ステータの各静翼に前記圧縮機ケースを支持する機能を持たせるようにしているため、前記ジェットエンジン用圧縮機からストラットを省略することができる。これにより、前記ストラットを具備したジェットエンジン用圧縮機(図9参照)に比べて、最終段の前記圧縮機ステータの入口から前記ディフューザの出口までの長さを短くして、換言すれば、前記ジェットエンジンの軸長を短くして、前記ジェットエンジンの軽量化を図ることができる。 Further, since each stator blade of the compressor stator at the final stage has a function of supporting the compressor case, struts can be omitted from the jet engine compressor. Thereby, compared with the compressor for jet engines equipped with the strut (see FIG. 9), the length from the compressor stator inlet of the final stage to the outlet of the diffuser is shortened, in other words, It is possible to reduce the weight of the jet engine by shortening the axial length of the jet engine.
そして、前記コア流路の径方向内側の壁面における所定の部位が凹形状の前記第1曲面から凸形状の前記第2曲面に遷移しており、前記第1曲面から前記第2曲面に遷移する変曲点が最終段の前記圧縮機ステータの前記静翼の前縁から70〜85%コード長だけ離れた点であるため、前述の新規な知見を適用すると、前記コア流路の径方向内側の壁面における所定の部位が直線である場合に比べて、前記静翼の翼面及び前記ディフューザの壁面におけるエネルギー損失の大きな領域を縮小することができる。 And the predetermined site | part in the wall surface of the radial inside of the said core flow path has changed from the said 1st curved surface of concave shape to the said 2nd curved surface of convex shape, and changes from the said 1st curved surface to the said 2nd curved surface Since the inflection point is a point that is 70 to 85% cord length away from the leading edge of the stationary blade of the compressor stator at the final stage, applying the above-described novel knowledge, the radially inner side of the core channel Compared with the case where the predetermined part of the wall surface of the slab is a straight line, it is possible to reduce the region of large energy loss on the blade surface of the stationary blade and the wall surface of the diffuser.
本発明の第2の特徴は、ジェットエンジンにおいて、第1の特徴からなるジェットエンジン用圧縮機を具備したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, a jet engine includes the jet engine compressor having the first characteristic.
第2の特徴によると、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。 According to the 2nd characteristic, there exists an effect | action similar to the effect | action by a 1st characteristic.
本発明によれば、前記ジェットエンジンの軸長を短くして、前記ジェットエンジンの軽量化を図った上で、前記コア流路の径方向内側の壁面における所定の部位が直線である場合に比べて、前記静翼の翼面及び前記ディフューザの壁面におけるエネルギー損失の大きな領域を縮小することができるため、前記ジェットエンジン用圧縮機の圧縮効率を向上させると共に、前記圧縮空気の流れの方向の前記燃焼器の要求する方向に対する変化を抑えて、前記燃焼器の燃焼効率を高めることができる。 According to the present invention, the axial length of the jet engine is shortened to reduce the weight of the jet engine, and compared with a case where a predetermined portion on the radially inner wall surface of the core channel is a straight line. Thus, it is possible to reduce a region of large energy loss on the blade surface of the stationary blade and the wall surface of the diffuser, so that the compression efficiency of the compressor for the jet engine is improved and the direction of the flow of the compressed air is increased. A change in the direction required by the combustor can be suppressed, and the combustion efficiency of the combustor can be increased.
本発明の実施形態について図1から図8を参照して説明する。なお、図中、「F」は、前方向(上流方向)、「R」は、後方向(下流方向)を指している。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, “F” indicates the forward direction (upstream direction), and “R” indicates the backward direction (downstream direction).
図4に示すように、本発明の実施の形態に係るジェットエンジン1は、航空機に搭載されるエンジンであって、筒状のエンジンケース3をベースとして具備しており、このエンジンケース3には、筒状のカウル5が囲むように設けられている。また、エンジンケース3内には、環状のコア流路(主流路)7が形成されており、カウル5とエンジンケース3の間には、環状のバイパス流路9が形成されている。
As shown in FIG. 4, the
エンジンケース3の前部には、コア流路7及びバイパス流路9に空気を取入れるファン(ファンロータ)11が回転可能に設けられている。そして、エンジンケース3内におけるファン11の後側には、主流路7内に取り入れた空気を低圧圧縮する低圧圧縮機13が設けられている。また、低圧圧縮機13は、エンジンケース3内に軸方向(エンジンケース3の軸方向)に沿って回転可能に設けられた複数段の低圧圧縮機ロータ15、及びエンジンケース3内に軸方向に沿って複数段の低圧圧縮機ロータ15と交互に設けられた複数段の低圧圧縮機ステータ17を備えている。
A fan (fan rotor) 11 for taking air into the core flow path 7 and the
エンジンケース3内における低圧圧縮機13の後方側には、低圧圧縮された圧縮空気を高圧圧縮する高圧圧縮機19が設けられている。また、高圧圧縮機19は、エンジンケース3内に軸方向に沿って回転可能に設けられた複数段の高圧圧縮機ロータ21、及びエンジンケース3内に軸方向に沿って複数段の高圧圧縮機ロータ21に交互に設けられた複数段の高圧圧縮機ステータ23を備えている。なお、高圧圧縮機19の構成の詳細については、後述する。
A high-
エンジンケース3内における高圧圧縮機19の後側には、圧縮空気中で燃料を燃焼させる環状の燃焼器25が設けられている。また、燃焼器25は、周方向に配設されかつ燃料を噴射する複数(1つのみ図示)の噴射ノズル27を備えている。
An
エンジンケース3内における燃焼器25の後側には、高圧タービン29が設けられており、この高圧タービン29は、燃焼器25からの燃焼ガスの膨張によって駆動すると共に高圧圧縮機19を連動して駆動させるものである。また、高圧タービン29は、エンジンケース3内に軸方向に沿って回転可能に設けられた複数段(2段)の高圧タービンロータ31、及びエンジンケース3内に軸方向に沿って複数段の高圧タービンロータ31の間に挟まれるように設けられた高圧タービンステータ33を備えている。ここで、複数段の高圧タービンロータ31は、複数段の高圧圧縮機ロータ21に一体的に連結してある。
A high-
エンジンケース3内における高圧タービン29の後方側には、低圧タービン35が設けられており、この低圧タービン35は、燃焼ガスの膨張によって駆動する共に低圧圧縮機13及びファン11を連動して駆動させるものである。また、低圧タービン35は、エンジンケース3内に軸方向に沿って回転可能に設けられた複数段の低圧タービンロータ37、及びエンジンケース3内に軸方向に沿って複数段の低圧タービンロータ37と交互に設けられた複数段の低圧タービンステータ39を備えている。ここで、複数段の低圧タービンロータ37は、複数段の低圧圧縮機ロータ15及びファン11に一体的に連結してある。
A low-
続いて、ジェットエンジン1の一般的な動作について説明する。
Next, a general operation of the
適宜のスタータ装置(図示省略)の作動によって高圧圧縮機19を駆動して、複数段の高圧圧縮機ロータ21を回転させる。これにより、ジェットエンジン1の稼働を開始することができる。
The high-
ジェットエンジン1の稼動開始後に、燃焼器25によって圧縮空気の中で燃料を燃焼させることにより、燃焼ガスの膨張によって高圧タービン29及び低圧タービン35を駆動させて、複数段の高圧タービンロータ31及び複数段の低圧タービンロータ37を回転させる。また、高圧タービン29によって高圧圧縮機19を連動して駆動させて、複数段の高圧圧縮機ロータ21を回転させると共に、低圧タービン35によって低圧圧縮機13及びファン11を連動して駆動させて、複数段の低圧圧縮機ロータ15及びファン11を回転させる。これにより、ファン11によって空気をコア流路7及びバイパス流路9に取り入れて、低圧圧縮機13によってコア流路7に取り入れた空気を低圧圧縮し、更に、高圧圧縮機19によって低圧圧縮された圧縮空気を高圧圧縮することができる。
After the operation of the
前述のような一連の動作(ファン11の駆動、低圧圧縮機13の駆動、高圧圧縮機19の駆動、燃焼器25による燃焼、高圧タービン29の駆動、低圧タービン35の駆動)が連続して行われることにより、ジェットエンジン1を適切に稼働させることができ、コア流路7から噴射される燃焼ガス及びバイパス流路9から噴射される空気によって推進力を得ることができる。
A series of operations as described above (drive of the
続いて、本発明の実施形態の要部である高圧圧縮機(ジェットエンジン用高圧圧縮機)19の詳細について説明する。 Next, details of the high-pressure compressor (high-pressure compressor for jet engine) 19 that is a main part of the embodiment of the present invention will be described.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る高圧圧縮機19は、筒状の高圧圧縮機ケース41を具備しており、この高圧圧縮機ケース41は、エンジンケース3の一部を構成するものである。また、高圧圧縮機ケース41内には、前述のように、複数段(図1には最終段のみ図示)の高圧圧縮機ロータ21が軸方向(高圧圧縮機ケース41の軸方向)に沿って設けられており、各段の高圧圧縮機ロータ21は、軸心(高圧圧縮機ケース41の軸心)周りに回転可能なディスク43、及びこのディスク43の外周面に等間隔に設けられかつコア流路7に位置する複数の動翼45を備えている。
As shown in FIG. 1, the high-
高圧圧縮機ケース41内には、前述のように、複数段(図1には最終段のみ図示)の高圧圧縮機ステータ23が軸方向に沿って複数段の高圧圧縮機ロータ21と交互に設けられており、各段の高圧圧縮機ステータ23は、周方向に等間隔に配設されかつコア流路7に位置する複数(図1には1つのみ図示)の静翼47を備えている。そして、最終段の高圧圧縮機ステータ23の各静翼(最終段の各静翼)47が高圧圧縮機ケース41を支持する機能(ストラットとしての機能)を持つように、最終段の高圧圧縮機ステータ23における各静翼47は、他の段の高圧圧縮機ステータ23の各静翼(他の段の各静翼)47に比べて、コード長が長くなっている。なお、最終段の高圧圧縮機ステータ23における各静翼47は、他の段の各静翼47に比べて、肉厚が厚くなっていることが望ましい。
In the high-
最終段の高圧圧縮機ステータ23と燃焼器25の間には、圧縮空気を減速させて燃焼器25へ送り出す環状のディフューザ49が形成されており、このディフューザ49は、コア流路7の一部を構成するものである。
An
そして、コア流路7の径方向内側の壁面(ハブ側の壁面)における最終段の高圧圧縮機ステータ23の静翼47の前縁から後縁にかけての部位(所定の部位)は、凹形状の第1曲面FRから凸形状の第2曲面SRに遷移している。また、第1曲面FRから第2曲面SRに遷移する変曲点IPは、最終段の高圧圧縮機ステータ23の静翼47の前縁から70〜85%コード長、好ましくは、75〜80%コード長だけ離れた点である。ここで、変曲点IPを最終段の高圧圧縮機ステータ23の静翼47の前縁から70%コード長以上離れるようにしたのは、70%コード長未満しか離れていないとすると、コア流路7における最終段の高圧圧縮機ステータ23の入口付近での圧縮空気の減速を大きくすることが困難になるからである。一方、変曲点IPを最終段の高圧圧縮機ステータ23の静翼47の前縁から85%コード長を超えて離れないようにしたのは、85%コード長を超えて離れると、コア流路7における最終段の高圧圧縮機ステータ23の出口付近での圧縮空気の減速を緩やかにさせることが困難になるからである。なお、所定の部位は、静翼47の前縁から後縁にかけての部位に限られるものでなく、静翼47の前縁側と後縁側の間の部位であれば構わない。
A portion (predetermined portion) from the front edge to the rear edge of the
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
前述のように、高圧圧縮機19の駆動によって複数段の高圧圧縮機ロータ21を回転させることにより、複数段の高圧圧縮機ロータ21と複数段の高圧圧縮機ステータ23の協働によりコア流路7内に取り入れた空気を高圧圧縮することができる。そして、ディフューザ49によって圧縮空気を減速させて燃焼器25へ送り出す。
As described above, by rotating the multi-stage high-
また、最終段の高圧圧縮機ステータ23の各静翼47に高圧圧縮機ケース41を支持する機能を持たせるようにしているため、高圧圧縮機19からストラットを省略することができる。これにより、ストラットを具備したジェットエンジン用圧縮機(図9参照)に比べて、最終段の高圧圧縮機ステータ23の入口からディフューザ49の出口までの長さを短くして、換言すれば、ジェットエンジン1の軸長を短くして、ジェットエンジン1の軽量化を図ることができる。
In addition, since each
そして、コア流路7の径方向内側の壁面における所定の部位が凹形状の第1曲面FRから凸形状の第2曲面SRに遷移しており、第1曲面FRから第2曲面SRに遷移する変曲点IPが最終段の高圧圧縮機ステータ23の静翼47の前縁から70〜85%コード長だけ離れた点であるため、前述の新規な知見を適用した解析結果(図3(a)(b)参照)と、コア流路7の径方向内側の壁面における所定の部位が直線である場合(図10参照)の解析結果(図11(a)(b)参照)とから、静翼47の翼面及びディフューザ49の壁面におけるエネルギー損失の大きな領域(エネルギー損失の非常に大きな領域を含む)を縮小することが判明した。
And the predetermined site | part in the wall surface inside radial direction of the core flow path 7 has changed from the 1st curved surface FR to the convex 2nd curved surface SR from the concave 1st curved surface FR, and changes from the 1st curved surface FR to the 2nd curved surface SR. Since the inflection point IP is a point separated by 70 to 85% code length from the leading edge of the
従って、本発明の実施形態によれば、ジェットエンジン1の軸長を短くして、ジェットエンジン1の軽量化を図った上で、コア流路7の径方向内側の壁面における所定の部位が直線である場合に比べて、静翼47の翼面及びディフューザ49の壁面におけるエネルギー損失の大きな領域を縮小することができるため、高圧圧縮機19の圧縮効率を向上させると共に、圧縮空気の流れの方向の燃焼器25の要求する方向に対する変化を抑えて、燃焼器25の燃焼効率を高めることができる。
Therefore, according to the embodiment of the present invention, the axial length of the
(変形例1)
本発明の実施形態の変形例1について図5及び図6(a)(b)を参照して説明する。
(Modification 1)
A first modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6A and 6B.
図5に示すように、ディフューザ49の流路中心PCに沿う方向に対応して、具体的には、ディフューザ49の流路中心PCが下流側に向かって高圧圧縮機ケース41の軸心から徐々に遠ざかるようになっていることに対応して、最終段の高圧圧縮機ステータ23の静翼(最終段の静翼)47の前縁は、ハブ側(基端側)がチップ側(先端側)よりも下流側に位置するようにスイープさせている。
As shown in FIG. 5, corresponding to the direction along the channel center PC of the
ここで、最終段の静翼47の前縁のハブ側の入射角θhは、9°であって、最終段の静翼47の前縁のチップ側の入射角θtは、15°である。また、最終段の静翼47の前縁のハブ側から60%スパン長までの部位は、直線状になっており、最終段の静翼47の前縁の60%スパン長からチップ側までの部位は、二次曲線状になっている。
Here, the incident angle θh on the hub side of the leading edge of the final stage
本発明の実施形態の変形例1によると、ディフューザ49の流路中心PCに沿う方向に対応して最終段の静翼47の前縁をスイープさせているため、最終段の静翼47の前縁をスイープさせない場合(図1に示す場合)の解析結果(図3(a)(b)参照)に比べて、図6(a)(b)に示すように、ディフューザ49の壁面におけるエネルギー損失の大きな領域(エネルギー損失の非常に大きな領域を含む)をより縮小することができることが判明した。なお、図6(a)(b)におけるエネルギー損失の大きい領域は、3次元定常粘性CFD解析にをより求めたものである。
According to the first modification of the embodiment of the present invention, since in correspondence with the direction along the channel center PC of the
従って、本発明の実施形態の変形例1によれば、前述の本発明の実施形態の効果をより高めることができる。 Therefore, according to the first modification of the embodiment of the present invention, the effect of the above-described embodiment of the present invention can be further enhanced.
なお、ディフューザ49の流路中心PCが下流側に向かって高圧圧縮機ケース41の軸心に徐々に近づくようになっている場合には、最終段の静翼47の前縁をハブ側がチップ側よりも上流側に位置するようにスイープさせることが望ましい。
When the flow path center PC of the
(変形例2)
本発明の実施形態の変形例2について図7及び図8(a)(b)を参照して説明する。
(Modification 2)
A second modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8A and 8B.
図7に示すように、本発明の実施形態の変形例1と同様に、最終段の静翼47の前縁をスイープさせた上で、ディフューザ49の流路中心PCに沿う方向に対応して、具体的には、ディフューザ49の流路中心PCが下流側に向かって高圧圧縮機ケース41の軸心から徐々に遠ざかるようになっていることに対応して、最終段の静翼47のキャンバ角は、中央スパン側からチップ側にかけて徐々に小さくなっている。なお、最終段の静翼47のキャンバ角は、(入口スワール角θg)−(出口スワール角θe)によって決定されるものである。
As shown in FIG. 7, similarly to the first modification of the embodiment of the present invention, the leading edge of the
本発明の実施形態の変形例2によると、ディフューザ49の流路中心PCに沿う方向に対応して最終段の静翼47の前縁をスイープさせた上で、ディフューザ49の流路中心PCに沿う方向に対応して、最終段の静翼47のキャンバ角を中央スパン側からチップ側にかけて徐々に小さくなるようにしているため、最終段の静翼47の前縁をスイープさせない場合(図1に示す場合)の解析結果(図3(a)(b)参照)に比べて、図8(a)(b)に示すように、ディフューザ49の壁面におけるエネルギー損失の大きな領域(エネルギー損失の非常に大きな領域を含む)をより一層縮小することができることが判明した。なお、図8(a)(b)におけるエネルギー損失の大きい領域は、3次元定常粘性CFD解析により求めたものである。
According to the second modification of the embodiment of the present invention, after in response to the direction along the channel center PC of the
従って、本発明の実施形態の変形例2によれば、前述の本発明の実施形態の効果をより一層高めることができる。 Therefore, according to the second modification of the embodiment of the present invention, the effect of the above-described embodiment of the present invention can be further enhanced.
なお、ディフューザ49の流路中心PCが下流側に向かって高圧圧縮機ケース41の軸心に徐々に近づくようになっている場合には、最終段の静翼47のキャンバ角を中央スパン側からハブ側にかけて徐々に小さくなるようすることが望ましい。
When the flow path center PC of the
また、ディフューザ49の流路中心PCに沿う方向に対応して最終段の静翼47の前縁をスイープさせないで、ディフューザ49の流路中心PCに沿う方向に対応して、最終段の静翼47のキャンバ角を中央スパン側からチップ側にかけて徐々に小さくなるようにした場合にも、図示は省略するが、図8(a)(b)に示すような解析結果と同様の解析結果を得ることが判明した。
Also, not by sweeping the front edge of the channel center vane of the last stage in response to the direction along the
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, It can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
1 ジェットエンジン
3 エンジンケース
5 カウル
7 コア流路
7 主流路
9 バイパス流路
11 ファン
13 低圧圧縮機
19 高圧圧縮機
21 高圧圧縮機ロータ
23 高圧圧縮機ステータ
25 燃焼器
29 高圧タービン
35 低圧タービン
41 高圧圧縮機ケース
43 ディスク
45 動翼
47 静翼
49 ディフューザ
FR 第1曲面
SR 第2曲面
IP 変曲点
PC 流路中心
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記エンジンケースの一部を構成する筒状の圧縮機ケースと、
前記圧縮機ケース内に軸方向に沿って回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なディスク、及び前記ディスクの外周面に等間隔に一体的に設けられかつ前記コア流路内に位置する複数の動翼を備えた複数段の圧縮機ロータと、
前記圧縮機ケース内に軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられ、周方向に等間隔に配設されかつ前記コア流路内に位置する複数の静翼を備えた複数段の圧縮機ステータと、を具備し、
最終段の前記圧縮機ステータの各静翼が前記圧縮機ケースを支持する機能を持つように、最終段の前記圧縮機ステータにおける各静翼は、他の段の前記圧縮機ステータの各静翼に比べて、コード長が長くなっており、最終段の前記圧縮機ステータと前記ジェットエンジンにおける燃焼器の間に、前記コア流路の一部を構成しかつ圧縮空気を減速させて前記燃焼器へ送り出す環状のディフューザが形成されてあって、
前記コア流路の径方向内側の壁面における最終段の前記圧縮機ステータの前記静翼の前縁側と後縁側の間の部位は、凹形状の第1曲面から凸形状の第2曲面に遷移しており、前記第1曲面から前記第2曲面に遷移する変曲点は、最終段の前記圧縮機ステータの前記静翼の前縁から70〜85%コード長だけ離れた点であることを特徴とするジェットエンジン用圧縮機。 In a compressor for a jet engine that compresses air taken in an annular core flow path formed in a cylindrical engine case in a jet engine,
A cylindrical compressor case constituting a part of the engine case;
It is provided in the compressor case so as to be rotatable along the axial direction, and is provided integrally at equal intervals on the outer peripheral surface of the disk, which is rotatable around the axis, and located in the core flow path. A multi-stage compressor rotor with a plurality of rotor blades;
A plurality of compressor blades provided alternately with a plurality of stages of compressor rotors along the axial direction in the compressor case, and provided with a plurality of stationary blades disposed at equal intervals in the circumferential direction and positioned in the core flow path A compressor stator of a stage,
Each stator blade in the compressor stator at the final stage is each stator blade of the compressor stator at the other stage so that each stator blade of the compressor stator at the final stage has a function of supporting the compressor case. Compared to the above, the length of the cord is longer, and a part of the core flow path is formed between the compressor stator at the final stage and the combustor in the jet engine, and the compressed air is decelerated to reduce the combustor. An annular diffuser is formed
A portion between the leading edge side and the trailing edge side of the stationary blade of the compressor stator at the final stage on the radially inner wall surface of the core channel transitions from a concave first curved surface to a convex second curved surface. The inflection point at which the first curved surface transitions to the second curved surface is a point separated by 70 to 85% code length from the leading edge of the stationary blade of the compressor stator at the final stage. Compressor for jet engine.
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