專利名稱：一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪葉型，屬于葉輪機械離心壓氣機葉輪技術領域。
背景技術：
近年來，微小型無人機、靶機、巡航導彈以及各類輕型微型飛行器，在現代軍事領域得到了廣泛的運用和快速發(fā)展，國內外針對微型渦輪發(fā)動機的研制工作受到越來越多的重視，并且已經發(fā)展成為一個新的研究領域。微小型渦輪發(fā)動機具有重量輕、功率大、推重比高、能量密度大等優(yōu)點，在軍用和民用領域有著廣闊的應用前景。離心壓氣機特性平緩，單級壓比較高，加工工藝較好，被主要應用于微型渦輪發(fā)動機中。對微小型渦輪發(fā)動機的研究趨勢是進一步提高推重比的同時降低燃油消耗率，作為其關鍵部件，設計得到高性能的微小型離心壓氣機將直接影響著微型渦輪發(fā)動機的性能?？煽?、完善的離心葉輪設計，對離心壓氣機的性能產生重大的影響，并直接關系到發(fā)動機的整機性能。高轉速、高壓比、進口跨音等工作要求，同時要保證得到較好的工作效率，增加了離心葉輪的設計難度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于設計一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，采用幾何成型方法，得到一微小型離心葉輪，該離心葉輪為帶導風輪、后彎、開式葉輪，葉輪葉型采用三次Bezier函數進行參數化定義。經過計算流體動力學(即CFD)數值計算以及試驗測試，驗證該葉輪性能較好，葉輪效率達到79.3％。
本發(fā)明為一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，其技術方案為該離心葉輪為帶導風輪、后彎、開式葉輪。該葉輪由7片大葉片和7片分流葉片組成，導風輪(圖中未示)和葉輪為一體。葉輪進口輪轂半徑為9.5mm，進口葉尖半徑為31.5mm，葉輪出口半徑為43.7mm，葉輪出口寬度為6.5mm，鈍尾緣，出口后彎角為7°。本發(fā)明采用三次Bezier函數定義離心葉輪在同軸的不同半徑的截面上的葉型曲線。
一個n次Bezier通常可以表示為 其中Q(t)為曲線上任一點的坐標，pi(0≤i≤n)為曲線控制點的相應作標值，Bin(t)為波恩斯坦(即Bernstein)多項式，由以下關系式給出 利用三次Bezier函數確定一條曲線只需要四個控制點，其中兩個是端點，另外兩個控制端點的斜率。三次Bezier函數可以表示為 Q(t)＝(1-t)3P1+3t(1-t)2P2+3t2(1-t)P3+t3P4 其中Q是曲線上一個點的三維坐標中的某一個，Pi是相應四個控制點的坐標，參數t的變化范圍是
。
葉盆和葉背分別選擇三個截面，得到三條曲線，圖1是大葉片的葉型截面示意圖，葉型曲線分別描述如下 大葉片I截面上得到的型線以及葉型如圖2 葉盆 P1＝(19.9，3.0)，P2＝(6.119，8.595) P3＝(5.686，18.791)，P4＝(4.58，24.52) 葉背 P1＝(2.05，23.81)，P2＝(3.861，15.927) P3＝(4.492，7.65)，P4＝(17.27，3.0) 大葉片II截面上得到的型線以及葉型如圖3 葉盆 P1＝(17.78，7.96)，P2＝(5.91，14.67) P3＝(4.71，22.48)，P4＝(4.34，33.28) 葉背 P1＝(1.2，33.08)，P2＝(6.1084，1.773) P3＝(6.02，12.218)，P4＝(17.78，7.22) 大葉片III截面上得到的型線及葉型如圖4 葉盆 P1＝(3.62，29.41)，P2＝(3.42，30.6) P3＝(2.306，35.552)，P4＝(1.87，37.44) 葉背 P1＝(0.37，37.44)，P2＝(1.432，34.02) P3＝(1.693，33.205)，P4＝(2.92，29.36) 圖5是分流葉片的葉型截面示意圖，葉型曲線分別描述如下 分流葉片I截面上得到的型線及葉型如圖6 葉盆 P1＝(-1.15，14.0)，P2＝(-1.622，16.573) P3＝(-2.615，21.283)，P4＝(-3.05，24.03) 葉背 P1＝(-4.67，24.56)，P2＝(-4.085，21.171) P3＝(-3.3，18.6)，P4＝(-2.15，14.0) 分流葉片II截面上得到的型線及葉型如圖7 葉盆 P1＝(-3.85，14.0)，P2＝(-7.005，21.772) P3＝(-7.21，22.662)，P4＝(-8.88，33.91) 葉背 P1＝(-10.76，34.26)，P2＝(-6.979，20.114) P3＝(-9.754，27.045)，P4＝(-4.82，14.0) 分流葉片III截面上得到的型線及葉型如圖8 葉盆 P1＝(-12.3，27.76)，P2＝(-12.54，29.172) P3＝(-13.44，34.2)，P4＝(-14.15，37.25) 葉背 P1＝(-15.8，37.38)，P2＝(-15.55，36.604) P3＝(-14.59，33.04)，P4＝(-12.78，27.92) 這樣，通過葉輪型面在不同半徑截面上的曲線，就可以得到整個葉輪的型面。
本發(fā)明一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，其優(yōu)點及功效在于 1、設計方法簡單，直接確定制造截面上的葉型數據，方便加工； 2、本葉輪在高轉速(112000r/min)下工作，葉輪效率達到79.3％，壓氣機整級壓比達到4，效率達到70％。


圖1所示為大葉片葉型截面示意圖 圖2所示為大葉片I截面上的葉型 圖3所示為大葉片II截面上的葉型 圖4所示為大葉片III截面上的葉型 圖5所示為分流葉片葉型截面示意圖 圖6所示為分流葉片I截面上的葉型 圖7所示為分流葉片II截面上的葉型 圖8所示為分流葉片III截面上的葉型 圖9所示為離心葉輪三維實體右視圖 圖中具體標號為 1、葉盆2、葉背3、大葉片4、小葉片 具體實施例方式 本發(fā)明為一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，其技術方案為該離心葉輪為帶導風輪、后彎、開式葉輪。該葉輪由7片大葉片和7片分流葉片組成，導風輪(圖中未示)和葉輪為一體。葉輪進口輪轂半徑為9.5mm，進口葉尖半徑為31.5mm，葉輪出口半徑為43.7mm，葉輪出口寬度為6.5mm，鈍尾緣，出口后彎角為7°。本發(fā)明采用三次Bezier函數定義離心葉輪在同軸的不同半徑的截面上的葉型曲線。
一個n次Bezier通?？梢员硎緸? 其中Q(t)為曲線上任一點的坐標，pi(0≤i≤n)為曲線控制點的相應作標值，Bin(t)為波恩斯坦(即Bernstein)多項式，由以下關系式給出 利用三次Bezier函數確定一條曲線只需要四個控制點，其中兩個是端點，另外兩個控制端點的斜率。三次Bezier函數可以表示為 Q(t)＝(1-t)3P1+3t(1-t)2P2+3t2(1-t)P3+t3P4 其中Q是曲線上一個點的三維坐標中的某一個，Pi是相應四個控制點的坐標，參數t的變化范圍是
。
葉盆和葉背分別選擇三個截面，得到三條曲線，圖1是大葉片的葉型截面示意圖，葉型曲線分別描述如下 大葉片I截面上得到的型線以及葉型如圖2 葉盆 P1＝(19.9，3.0)，P2＝(6.119，8.595) P3＝(5.686，18.791)，P4＝(4.58，24.52) 葉背 P1＝(2.05，23.81)，P2＝(3.861，15.927) P3＝(4.492，7.65)，P4＝(17.27，3.0) 大葉片II截面上得到的型線以及葉型如圖3 葉盆 P1＝(17.78，7.96)，P2＝(5.91，14.67) P3＝(4.71，22.48)，P4＝(4.34，33.28) 葉背 P1＝(1.2，33.08)，P2＝(6.1084，1.773) P3＝(6.02，12.218)，P4＝(17.78，7.22) 大葉片III截面上得到的型線及葉型如圖4 葉盆 P1＝(3.62，29.41)，P2＝(3.42，30.6) P3＝(2.306，35.552)，P4＝(1.87，37.44) 葉背 P1＝(0.37，37.44)，P2＝(1.432，34.02) P3＝(1.693，33.205)，P4＝(2.92，29.36) 圖5是分流葉片的葉型截面示意圖，葉型曲線分別描述如下分流葉片I截面上得到的型線及葉型如圖6 葉盆 P1＝(-1.15，14.0)，P2＝(-1.622，16.573) P3＝(-2.615，21.283)，P4＝(-3.05，24.03) 葉背 P1＝(-4.67，24.56)，P2＝(-4.085，21.171) P3＝(-3.3，18.6)，P4＝(-2.15，14.0) 分流葉片II截面上得到的型線及葉型如圖7 葉盆 P1＝(-3.85，14.0)，P2＝(-7.005，21.772) P3＝(-7.21，22.662)，P4＝(-8.88，33.91) 葉背 P1＝(-10.76，34.26)，P2＝(-6.979，20.114) P3＝(-9.754，27.045)，P4＝(-4.82，14.0) 分流葉片III截面上得到的型線及葉型如圖8 葉盆 P1＝(-12.3，27.76)，P2＝(-12.54，29.172) P3＝(-13.44，34.2)，P4＝(-14.15，37.25) 葉背 P1＝(-15.8，37.38)，P2＝(-15.55，36.604) P3＝(-14.59，33.04)，P4＝(-12.78，27.92) 這樣，通過葉輪型面在不同半徑截面上的曲線，就可以得到整個葉輪的型面。
綜上，根據上述大葉片和小葉片各個截面葉型的控制點，應用Bezier曲線方程生成葉型幾何，然后分別將大葉片和小葉片按照各個截面的順序積疊生成三維葉片。
權利要求
1.一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，其特征在于該離心葉輪為帶導風輪、后彎、開式葉輪；該葉輪由7片大葉片和7片分流葉片組成，導風輪和葉輪為一體；葉輪進口輪轂半徑為9.5mm，進口葉尖半徑為31.5mm，葉輪出口半徑為43.7mm，葉輪出口寬度為6.5mm，鈍尾緣，出口后彎角為7°；該離心葉輪采用三次Bezier函數定義離心葉輪在同軸的不同半徑的截面上的葉型曲線。
2.根據權利要求1所述的一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，其特征在于該離心葉輪適用于設計轉速為112000r/min左右的高轉速微小型噴氣發(fā)動機或燃氣輪機。
3.根據權利要求1所述的一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，其特征在于該離心葉輪大葉片和小葉片各個截面葉型分別由Bezier函數按照指定控制點進行描述。
全文摘要
本發(fā)明一種適用于高轉速條件下工作的離心葉輪，該離心葉輪為帶導風輪、后彎、開式葉輪；該葉輪由7片大葉片和7片分流葉片組成，導風輪和葉輪為一體；葉輪進口輪轂半徑為9.5mm，進口葉尖半徑為31.5mm，葉輪出口半徑為43.7mm，葉輪出口寬度為6.5mm，鈍尾緣，出口后彎角為7°；該離心葉輪采用三次Bezier函數定義離心葉輪在同軸的不同半徑的截面上的葉型曲線。
文檔編號F04D29/30GK101149061SQ20071011970
公開日2008年3月26日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權日2007年7月30日
發(fā)明者桂幸民, 孫曉峰, 殷明霞, 金東海 申請人:北京航空航天大學