JP5481263B2 - Wings - Google Patents
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Description
本発明は、所定の流体中に晒される翼に関するものである。 The present invention relates to a blade exposed to a predetermined fluid.
航空機エンジン等の軸流流体装置は、軸方向に配列される動翼列と静翼列とを備えている。動翼列は複数の動翼によって構成されており、静翼列は複数の静翼によって構成されている。
このような航空機エンジンにおいては、動翼列を回転することによって、動翼の下流側に、周囲に対して流れの遅い速度欠損領域が生じる。この速度欠損領域における流れは、一般的に後流(伴流またはwakeとも呼ばれる)と呼ばれており、動翼の直後においては幅が狭くかつ速度欠損が強く、動翼から離れるにしたがって幅が広がりかつ速度欠損が弱くなる。
An axial fluid device such as an aircraft engine includes a moving blade row and a stationary blade row arranged in the axial direction. The moving blade row is constituted by a plurality of moving blades, and the stationary blade row is constituted by a plurality of stationary blades.
In such an aircraft engine, by rotating the moving blade row, a velocity deficient region having a slow flow with respect to the surroundings is generated on the downstream side of the moving blade. The flow in the velocity deficit region is generally called a wake (also called wake or wake), and has a narrow width and a strong velocity deficit immediately after the moving blade, and the width increases as the distance from the moving blade increases. Spread and weaken velocity deficits.
このような速度欠損領域は騒音や振動の原因となる。そこで、特許文献1には、簡易な構造で速度欠損の回復を図る発明が提案されている。
具体的には、特許文献1に係る発明は、正圧面から負圧面あるいは後縁部に導通される流体流路を翼の内部に形成し、当該流体流路を介して正圧面側の流体を速度欠損領域に供給することによって速度欠損を弱めて速度欠損の回復を図っている。
Such a speed deficit region causes noise and vibration. Therefore,
Specifically, in the invention according to
しかしながら、特許文献1に示された発明は、複雑な構造を備えることなく速度欠損の回復が図れる点で有用であるものの、流体流路から噴射される流体の流速が遅く、十分に速度欠損の回復を図ることが難しい。
However, although the invention disclosed in
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、従来よりも速度欠損の回復率を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the recovery rate of velocity deficits as compared with the prior art.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.
第1の発明は、流体中に晒される翼であって、前縁部に形成された導入孔から上記流体を取り込む取り込み手段と、取り込んだ上記流体を後縁部に形成された導出孔から噴出して速度欠損領域に供給する速度欠損回復手段とを備えるという構成を採用する。 A first aspect of the present invention is a blade exposed to a fluid, and includes a take-in means for taking in the fluid from an introduction hole formed in a front edge portion, and a jet of the taken-in fluid from a lead-out hole formed in a rear edge portion. Then, a configuration in which a speed deficiency recovery unit that supplies the speed deficit region is provided is adopted.
第2の発明は、上記第1の発明において、取り込んだ上記流体を加速させる加速手段を備えるという構成を採用する。 According to a second invention, in the first invention, a configuration is provided in which acceleration means for accelerating the fluid taken in is provided.
第3の発明は、上記第2の発明において、上記導出孔が上記導入孔に対して絞られているという構成を採用する。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the lead-out hole is narrowed with respect to the introduction hole.
第4の発明は、上記第2または第3の発明において、上記導入孔は、翼高さ方向の幅が翼厚み方向の幅の8倍とされた矩形状の開口であり、上記導出孔が円形状の開口であるという構成を採用する。 In a fourth aspect based on the second or third aspect, the introduction hole is a rectangular opening whose width in the blade height direction is eight times the width in the blade thickness direction. The configuration is a circular opening.
本発明によれば、前縁部より取り込まれた流体が後縁部の速度欠損領域に噴出される。この結果、正圧面から負圧面あるいは後縁部に導通される流体流路を有する場合よりも流体の吹出し量(噴出量)が多くなり、速度欠損の回復率を向上させることが可能となる。
また、加速手段及び速度欠損回復手段によって、速度欠損領域に供給される流体が加速される。このため、速度欠損領域に供給される流体の流速が速くなり、従来よりも速度欠損領域の流速を全体的に速めることが可能となる。この結果、速度欠損が従来よりも回復する。
したがって、本発明によれば、従来よりも速度欠損の回復率を向上させることが可能となる。
According to the present invention, the fluid taken in from the front edge is ejected to the velocity deficient region at the rear edge. As a result, the amount of fluid ejection (amount of ejection) is greater than when a fluid flow path is provided from the positive pressure surface to the negative pressure surface or the trailing edge, and the recovery rate of velocity deficiency can be improved.
Further, the fluid supplied to the velocity defect region is accelerated by the acceleration means and the velocity defect recovery means. For this reason, the flow velocity of the fluid supplied to the velocity deficient region is increased, and the flow velocity in the velocity deficient region can be increased overall as compared with the conventional method. As a result, the speed deficit is recovered more than before.
Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the recovery rate of the speed deficit than before.
以下、図面を参照して、本発明に係る翼及びターボファンエンジンの一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a wing and a turbofan engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
図1は、本実施形態の翼1の概略構成を示す斜視図である。
この図に示すように、本実施形態の翼1は、外気等の流体に晒されるファン動翼等として用いられるものであり、外気を通気するためのバイパス流路2(加速手段及び速度欠損回復手段)を備えている。
そして、本実施形態の翼1は、翼高さが127mmで翼弦長が20mmの形状を有している。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
As shown in this figure, the
And the wing |
バイパス流路2は、翼1周囲の外気を取り込んで翼1の後縁部1bの下流側に形成される速度欠損領域に供給するものであり、図1に示すように、導入孔2aと、導出孔2bと、内部流路2cとを備えている。
なお、このバイパス流路2は、図1に示すように、翼1の翼高さ方向に複数設けられている。
The bypass flow path 2 takes outside air around the
As shown in FIG. 1, a plurality of bypass flow paths 2 are provided in the blade height direction of the
導入孔2aは、前縁部1a側におけるバイパス流路2の開口端であり、前縁部1aに形成されている。
また、前縁部1aの近傍の領域は、翼1の上流側から供給される外気が前縁部1aに衝突すると共に翼1の腹面側と背面側とに分岐する領域であるため、外気の流速が遅い領域(すなわち、よどみ領域)となっている。つまり、導入孔2aは、前縁部1aに形成されることによって、よどみ領域に臨んで形成されている。
そして、本実施形態の翼1において導入孔2aは、翼1の後縁部1bと前縁部1aとを結ぶ方向を翼弦方向、翼1のハブ部1cとチップ部1dとを結ぶ方向を翼高さ方向、翼の負圧面から正圧面を結ぶ方向を翼厚み方向(図1参照)とした場合に、翼高さ方向の幅が16mmで翼厚み方向の幅が2mmの矩形状とされている。なお、当該数値は一例であり、導入孔2aは、翼高さ方向の幅が翼厚み方向の幅の8倍である矩形状の開口であることによって効率的に外気を取り込み可能となる。
The
In addition, the area in the vicinity of the leading
In the
導出孔2bは、後縁部1b側におけるバイパス流路2の開口端であり、後縁部1bに形成されている。
そして、本実施形態の翼1において導出孔2bは、直径2mmの円形状とされている。つまり、本実施形態の翼1において導出孔2bは、導入孔2aよりも断面積(流路面積)が狭い。すなわち本実施形態の翼1において導出孔2bは、導入孔2aよりも絞られている。なお、当該数値は一例である。導出孔2bの直径を変更することも可能である。
The lead-out
And in the wing |
内部流路2cは、導入孔2aと導出孔2bとを接続する流路であり、翼1の内部に翼弦長方向に延在して形成されている。
そして、内部流路2cは、導入孔2aに接続されると共に当該導入孔2aと同じ断面形状(すなわち翼高さ方向の幅が16mmで翼厚み方向の幅が2mmの矩形状)を有する前縁部側内部流路2c1と、導出孔2bに接続されると共に当該導出孔2bと同じ断面形状(すなわち直径2mmの円形状)を有する後縁部側内部流路2c2とによって形成されている。
The
The
このような構成を有する本実施形態の翼1においては、翼1が取り付けられたディスクの回転に伴って回転され、これによって翼1が外気流れ中に晒されると、外気の動圧によって、導入孔2aから外気がバイパス流路2に取り込まれる。そしてバイパス流路2に取り込まれた外気は、内部流路2cを通過して導出孔2bから噴出される。
ここで、本実施形態の翼1においては、導出孔2bが、導入孔2aに対して絞られている。このため、導入孔2aからバイパス流路2に取り込まれた外気は、流路面積の狭い導出孔2bを通過することによって、後縁部1bの周囲の外気流れの速度と同程度にあるいは近づくように加速されて噴出される。
そして、加速されて噴出された外気は、翼1が回転されることによって後縁部1bの下流側に形成される速度欠損領域に供給される。
In the
Here, in the
The outside air that has been accelerated and ejected is supplied to a velocity deficit region that is formed on the downstream side of the
このような速度欠損領域に、後縁部1bの周囲の外気流れの速度と同程度にあるいは近づくように加速された外気が供給されると、速度欠損領域での外気の流速が速められ、速度欠損が回復する。
このとき、導出孔2bを絞る位置と導出孔2b1との距離が離れていると、外気を加速する効果が十分得られない。例えば、導出孔2b1と導出孔2bを絞る位置との距離は、導出孔2b1の径の10倍以下が望ましい。
When the outside air accelerated so as to approach or approach the speed of the outside air flow around the
At this time, if the distance between the position where the
以上のように、本実施形態の翼1は、前縁部1aに形成される導入孔2aから外気を取り込むと共に、取り込んだ外気を加速させて後縁部1bに形成される導出孔2bから噴出して速度欠損領域に供給するバイパス流路2を備える。
このような本実施形態の翼1によれば、バイパス流路2によって、速度欠損領域に供給される外気が加速される。このため、速度欠損領域に供給される外気の流速が速くなり、従来よりも速度欠損領域の流速を全体的に速めることが可能となる。この結果、速度欠損が従来よりも回復する。
したがって、本実施形態の翼1によれば、従来よりも速度欠損の回復率を向上させることが可能となる。
As described above, the
According to the
Therefore, according to the
また、本実施形態の翼1によれば、導出孔2bが導入孔2aに対して絞られることによって、バイパス流路2における外気の加速が行われる。このため、複雑な機構を設けることなくバイパス流路2において外気を加速させることが可能となる。
Further, according to the
(シミュレーション結果)
次に、本実施形態の翼1を用いたシミュレーション結果について説明する。
なお、上記実施形態の翼1を用いたシミュレーション結果に加え、図2に示すように、導入孔2a1と導出孔2b1とが共に直径が2mmの円形状とされた翼100を用いたシミュレーションも実施した。
(simulation result)
Next, the simulation result using the wing |
In addition to the simulation results using the
図3は、図2に示す翼100を用いたシミュレーションによって得られた外気の流速分布を模式的に示した図であり、(a)が従来の翼を翼高さ方向から見た図であり、(b)が上記実施形態の翼1を翼高さ方向から見た図である。
一方、図4は、図2に示す翼100を用いたシミュレーションによって得られた外気の流速分布を模式的に示した図であり、(a)が図2に示す翼100を翼厚み方向から見た図であり、(b)が上記実施形態の翼1を翼厚み方向から見た図である。
なお、図3及び4においては、各箇所における外気の流れ方向を矢印の向きによって示し、各箇所における流速を矢印の長さによって示している。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow velocity distribution of the outside air obtained by the simulation using the
On the other hand, FIG. 4 is a diagram schematically showing the flow velocity distribution of the outside air obtained by the simulation using the
3 and 4, the flow direction of the outside air at each location is indicated by the direction of the arrow, and the flow velocity at each location is indicated by the length of the arrow.
そして、図3(a)及び図4(a)に示すように図2に示す翼100においては導出孔2bから噴出される外気の流速が導出孔2bから噴出される前の外気の流速に対して大きく変化しておらず、外気が加速されていないことが分かる。
一方で、図3(b)及び図4(b)に示すように、上記実施形態の翼1においては、導出孔2bから噴出される外気の流速が導出孔2bから噴出される前の外気の流速に対して大きく変化し、外気が加速されていることが分かる。
As shown in FIGS. 3A and 4A, in the
On the other hand, as shown in FIGS. 3 (b) and 4 (b), in the
なお、図4(b)においては、翼の内壁面が直角に折れ曲がっているために、渦流が発生している。この渦流は、例えば、翼の内壁面を滑らかな曲面とすることによって容易に解消することができる。 In FIG. 4B, since the inner wall surface of the blade is bent at a right angle, a vortex is generated. This vortex can be easily eliminated, for example, by making the inner wall surface of the blade a smooth curved surface.
図5は、上記シミュレーション結果から求めた、速度欠損回復率と、噴出速度比(噴出速度/周囲速度)と、流量と、揚力係数とを従来の翼に対する比として示すグラフである。
この図に示すように、図2に示す翼100は、噴出速度比が小さく(すなわち導出孔2b1から噴出される外気の流速が翼1に対して遅い)、速度欠損回復率が小さい。しかしながら、後述するように噴出率(噴出流量)の増加が確認され、速度欠損回復率が向上することが分かった。
一方、上記実施形態の翼1は、噴出速度比が大きく(すなわち導出孔2bから噴出される外気の流速が相対的に速い)、速度欠損回復率が大きい。
このようなシミュレーションによっても、特に、導出孔2bが後縁部1bに形成されている場合に、従来よりも速度欠損の回復率を向上させることが確認された。
FIG. 5 is a graph showing the velocity deficiency recovery rate, the ejection velocity ratio (ejection velocity / ambient velocity), the flow rate, and the lift coefficient, which are obtained from the simulation results, as ratios to the conventional blade.
As shown in this figure, the
On the other hand, the
Also by such simulation, it was confirmed that the recovery rate of velocity deficiency was improved as compared with the conventional case, particularly when the lead-out
また、上記シミュレーションとは別に、上記実施形態の翼1と、特許文献1に記載の導入孔2aが腹面に形成された翼とを比較するシミュレーションを行った。
この結果、上記実施形態の翼1における導出孔2bからの噴出率(周囲流量に対する噴出量)が0.9%で揚力係数が0.31であったのに対して、導入孔2aが腹面に形成された翼における噴出率が0.52%で、揚力係数が0.3であった。
この結果から、導入孔2aは、前縁部1aに形成することが好ましいことが分かった。
In addition to the above simulation, a simulation was performed to compare the
As a result, the injection rate from the lead-out
From this result, it was found that the
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、翼1をファン動翼として用いる例について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の翼をタービン動翼や圧縮機動翼に用いることも可能である。
For example, in the above embodiment, the example in which the
However, the present invention is not limited to this, and the blades of the present invention can be used for turbine blades and compressor blades.
また、上記実施形態においては、本発明における流体が外気(空気)である例について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明における流体が水蒸気や液体であっても良い。
Moreover, in the said embodiment, the example in which the fluid in this invention is external air (air) was demonstrated.
However, the present invention is not limited to this, and the fluid in the present invention may be water vapor or liquid.
1……翼、1a……前縁部、1b……後縁部、2……バイパス流路(取り込み手段、加速手段及び速度欠損回復手段)、2a……導入孔、2b……導出孔、2c……内部流路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前縁部に形成された導入孔から前記流体を取り込む取り込み手段と、
取り込んだ前記流体を後縁部に形成された導出孔から噴出して速度欠損領域に供給する速度欠損回復手段と、
取り込んだ前記流体を加速させる加速手段と
を備えることを特徴とする翼。 A wing that is exposed to fluid,
An intake means for taking in the fluid from an introduction hole formed in the front edge;
Velocity deficiency recovery means for ejecting the taken-in fluid from the outlet hole formed in the rear edge and supplying the fluid to the velocity deficiency region ;
And an accelerating means for accelerating the taken-in fluid .
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