專利名稱：一種軸流風(fēng)扇葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸流風(fēng)扇葉輪，屬于葉輪機(jī)械軸流壓氣機(jī)葉輪技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高速風(fēng)扇/壓氣機(jī)測(cè)試?yán)щy，運(yùn)行費(fèi)用高，試驗(yàn)研究難度較 大；另一方面，雖然低速風(fēng)扇與之在壓縮性、級(jí)負(fù)荷等方面存在著較大區(qū)別，但是相關(guān)試驗(yàn) 研究結(jié)論具有通用性，而且實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，測(cè)試相對(duì)容易，便于開(kāi)展豐富詳 細(xì)的試驗(yàn)研究，為測(cè)試技術(shù)的研究、理論模型的發(fā)展和新技術(shù)的探索提供了一個(gè)有利的基 礎(chǔ)平臺(tái)。此外，低速風(fēng)扇的相關(guān)研究很容易轉(zhuǎn)化為工業(yè)用風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展的成果，具有一定的 實(shí)用價(jià)值。一般低速風(fēng)機(jī)的負(fù)荷系數(shù)為0. 1-0. 2，而現(xiàn)代先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的負(fù)荷系數(shù)在 0.3以上。本文設(shè)計(jì)的低速風(fēng)扇的試驗(yàn)研究成果希望應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，負(fù)荷系數(shù)取值較 高，達(dá)到了 0. 258。另外，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中葉片展弦比在0. 6-2. 5范圍內(nèi)，因此本發(fā)明風(fēng)扇 為小展弦比設(shè)計(jì)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子展弦比約為1. 18，靜子展弦比約為1.40。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種軸流風(fēng)扇葉輪，該葉輪葉型采用三次Bezier函數(shù)進(jìn) 行參數(shù)化定義。經(jīng)過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(即CFD)數(shù)值計(jì)算以及試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證該葉輪性能較 好，葉輪效率達(dá)到90. 27%，整級(jí)風(fēng)扇效率達(dá)到85. 31%。本發(fā)明為一種軸流風(fēng)扇葉輪，其技術(shù)方案為該風(fēng)扇葉輪由20片葉片組成。葉輪 進(jìn)口輪轂半徑為346. 2mm，進(jìn)口葉尖半徑為600. 0mm，進(jìn)口輪轂比為0. 577 ；葉輪出口輪轂半 徑為396. 8mm，出口葉尖半徑為600. 0mm，安裝角為45°。其中輪轂比為輪轂半徑與葉尖半 徑的比值，安裝角為葉片弦長(zhǎng)方向與風(fēng)扇軸向之間的夾角。本發(fā)明采用三次Bezier函數(shù)定義風(fēng)扇葉輪在不同半徑截面上的葉型曲線。一個(gè)η次Bezier通?？梢员硎緸?(0 = Σ
(=0其中Q(t)為曲線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)，Pi(0彡i彡η)為曲線控制點(diǎn)的相應(yīng)作標(biāo)值， 冗(0為波恩斯坦(即Bernstein)多項(xiàng)式，由以下關(guān)系式給出B； (0 = (1 - t)Bn-x (O + tB；! (t)利用三次Bezier函數(shù)確定一條曲線只需要四個(gè)控制點(diǎn)，其中兩個(gè)是端點(diǎn)，另外兩 個(gè)控制端點(diǎn)的斜率。三次Bezier函數(shù)可以表示為Q(t) = (1-t) 3P!+3t (1-t) 2P2+3t2 (1-t) P3+t3P4其中Q是曲線上一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)中的某一個(gè)，Pi是相應(yīng)四個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，參數(shù) t的變化范圍是
O
選擇三個(gè)不同半徑的截面，吸力面和壓力面分別由一條Bezier曲線定義。圖2是 轉(zhuǎn)子葉片的葉型截面示意圖，葉型曲線分別描述如下轉(zhuǎn)子葉片I截面上得到的型線以及葉型如圖3 吸力面P1= (-28. 98,3. 81), P2 = (-3. 32,40. 11)P3= (10. 60，40. 56)，P4 = (45. 83,58. 17)壓力面P1 = (-25. 93，1. 56)，P2 = (9. 82，28. 87)
P3 = (11. 20,27. 92)，P4 = (45. 17,54. 85)轉(zhuǎn)子葉片II截面上得到的型線以及葉型如圖4 吸力面P1 = (-22. 26，3. 95)，P2 = (-7. 45，35. 63)P3= (11. 14，58. 53)，P4 = (38. 85,89. 81)壓力面P1 = (-19. 44，2. 49)，P2 = (6. 33，38. 94)P3 = (15. 92，54. 08)，P4 = (42. 09,90. 23)轉(zhuǎn)子葉片III截面上得到的型線及葉型如圖5 吸力面P1= (-17. 23,3. 88), P2 = (-1. 83，44，61)P3 = (14. 95，73. 27)，P4 = (35. 42，104. 91)壓力面P1= (-15. 16，3. 04)，P2 = (1. 91,37. 89)P3 = (14. 30,63. 75)，P4 = (35. 42，101. 81)這樣，通過(guò)葉輪型面在不同半徑截面上的曲線，就可以得到整個(gè)葉輪的型面。本發(fā)明一種高負(fù)荷、小展弦比低速軸流風(fēng)扇葉輪，其優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的葉輪的負(fù) 荷系數(shù)達(dá)到了 0. 258，接近航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的負(fù)荷系數(shù)取值范圍；且本發(fā)明風(fēng)扇為小展弦 比設(shè)計(jì)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子展弦比約為1. 18，靜子展弦比約為1.40 ；小展弦比的設(shè)計(jì)有利于提高級(jí) 負(fù)荷，減少級(jí)數(shù)，并且效率和失速裕度一般更高。經(jīng)過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(即CFD)數(shù)值計(jì)算 以及試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證該葉輪性能較好，葉輪效率達(dá)到90. 27%,整級(jí)風(fēng)扇效率達(dá)到85. 31%。


圖1所示為風(fēng)扇子午結(jié)構(gòu)示意2所示為轉(zhuǎn)子葉片葉型截面示意3所示為轉(zhuǎn)子葉片I截面上的葉型圖4所示為轉(zhuǎn)子葉片II截面上的葉型圖5所示為轉(zhuǎn)子葉片III截面上的葉型圖中具體標(biāo)號(hào)為1、轉(zhuǎn)子葉輪；2、進(jìn)口輪轂；3、進(jìn)口葉尖；4、出口輪轂；5、出口葉尖；6、吸力面；7、 壓力面；8、葉片
具體實(shí)施例方式本發(fā)明為一種高負(fù)荷、小展弦比低速軸流風(fēng)扇葉輪，其技術(shù)方案為該風(fēng)扇葉輪由 20片葉片組成。如圖1所示，葉輪進(jìn)口輪轂2半徑為346. 2mm，進(jìn)口葉尖3半徑為600. Omm, 進(jìn)口輪轂比為0. 577 ；葉輪出口輪轂4半徑為396. 8mm,出口葉尖5半徑為600. Omm,安裝角 為45°。本發(fā)明采用三次Bezier函數(shù)定義風(fēng)扇葉輪在不同半徑截面上的葉型曲線。一個(gè)η次Bezier通常可以表示為 其中Q(t)為曲線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)，Pi(0≤i≤η)為曲線控制點(diǎn)的相應(yīng)作標(biāo)值， (0為波恩斯坦(即Bernstein)多項(xiàng)式，由以下關(guān)系式給出 利用三次Bezier函數(shù)確定一條曲線只需要四個(gè)控制點(diǎn)，其中兩個(gè)是端點(diǎn)，另外兩 個(gè)控制端點(diǎn)的斜率。三次Bezier函數(shù)可以表示為Q(t) = (1-t) 3P!+3t (1-t) 2P2+3t2 (1-t) P3+t3P4其中Q是曲線上一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)中的某一個(gè)，Pi是相應(yīng)四個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，參數(shù) t的變化范圍是
O葉盆和葉背分別選擇三個(gè)截面，得到三條曲線，圖1是轉(zhuǎn)子葉片的葉型截面示意 圖，葉型曲線分別描述如下轉(zhuǎn)子葉片I截面上得到的型線以及葉型如圖3 吸力面P1= (-28. 98,3. 81), P2 = (-3. 32,40. 11)P3 = (10. 60,40. 56)，P4 = (45. 83，58. 17)壓力面P1 = (-25. 93，1. 56)，P2 = (9. 82，28. 87)P3 = (11. 20,27. 92)，P4 = (45. 17,54. 85)轉(zhuǎn)子葉片II截面上得到的型線以及葉型如圖4 吸力面P1 = (-22. 26，3. 95)，P2 = (-7. 45，35. 63)P3= (11. 14，58. 53)，P4 = (38. 85,89. 81)壓力面P1 = (-19. 44，2. 49)，P2 = (6. 33，38. 94)P3 = (15. 92，54. 08)，P4 = (42. 09,90. 23)轉(zhuǎn)子葉片III截面上得到的型線及葉型如圖5 吸力面P1 = (-17. 23，3. 88)，P2 = (-1. 83，44，61)P3 = (14. 95,73. 27)，P4 = (35. 42,104. 91)壓力面
= (-15. 16,3. 04), P2 = (1. 91,37. 89)P3 = (14. 30,63. 75)，P4 = (35. 42，101. 81)這樣，通過(guò)葉輪型面在不同半徑截面上的曲線，就可以得到整個(gè)葉輪的型面。綜上，根據(jù)上述葉片各個(gè)截面葉型的控制點(diǎn)，應(yīng)用Bezier曲線方程生成葉型幾 何，然后分別將葉片按照各個(gè)截面的順序積疊生成三維葉片。
權(quán)利要求
一種軸流風(fēng)扇葉輪，該葉輪為高負(fù)荷、小展弦比等外徑軸流葉輪；其特征在于該葉輪由20片葉片組成；葉輪進(jìn)口輪轂半徑為346.2mm，進(jìn)口葉尖半徑為600.0mm，進(jìn)口輪轂比為0.577；葉輪出口半徑為396.8mm，出口葉尖半徑為600.0mm，安裝角為45°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸流風(fēng)扇葉輪，其特征在于該葉輪適用于葉尖負(fù)荷系 數(shù)大于0. 25、葉尖切向速度小于100m/S的軸流壓氣機(jī)或風(fēng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸流風(fēng)扇葉輪，該葉輪適用于轉(zhuǎn)速為2900r/min的低轉(zhuǎn)速條件下，轉(zhuǎn)子進(jìn)口葉尖切線速度為90.80m/s，葉尖負(fù)荷系數(shù)為0.258，級(jí)總壓升為2237.15Pa，其特征在于該葉輪為高負(fù)荷、小展弦比等外徑軸流葉輪；該葉輪由20片葉片組成；葉輪進(jìn)口輪轂半徑為346.2mm，進(jìn)口葉尖半徑為600.0mm，進(jìn)口輪轂比為0.577；葉輪出口半徑為396.8mm，出口葉尖半徑為600.0mm，安裝角為45°；該葉輪采用三次Bezier函數(shù)定義葉輪在不同半徑的截面上的葉型曲線。
文檔編號(hào)F04D29/32GK101846097SQ20101018468
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者孫曉峰, 尹松, 李泯江, 桂幸民, 金東海 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)