一種壓氣機(jī)葉片造型方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種壓氣機(jī)葉片造型方法，包括步驟一：將壓氣機(jī)葉型型面按氣流順著葉型型面流動(dòng)的方向依次排序分成四個(gè)特征區(qū)域：膨脹加速段、激波擴(kuò)壓段、激波后壓力恢復(fù)段和近尾緣壓力面壓力恢復(fù)段；步驟二：將步驟一中所述的四個(gè)特征區(qū)域，分別采用中弧線進(jìn)行控制，則整個(gè)葉型中弧線即由四段中弧線控制，最終確定每段中弧線的幾何參數(shù)。本發(fā)明的壓氣機(jī)葉片造型方法以氣流在各個(gè)葉片段的流動(dòng)特征為理論基礎(chǔ)，將葉片按氣流流動(dòng)特征劃分為四段進(jìn)行造型，更適應(yīng)了氣流的實(shí)際流動(dòng)過(guò)程，同時(shí)造型計(jì)算程序?yàn)楠?dú)立的計(jì)算塊，只需確定幾個(gè)輸入?yún)?shù)就可調(diào)整葉型，較常規(guī)造型方法，不僅有更多的自由度，操作起來(lái)也非常方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
_種壓氣)機(jī)葉片造型方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于壓氣機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓氣機(jī)葉片造型方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，風(fēng)扇/壓氣機(jī)要求具有更高的級(jí)壓比和級(jí)效率，而要提高 風(fēng)扇/壓氣機(jī)的級(jí)性能，就需要各葉片排的葉型具有寬的可用攻角范圍、低損失的特性。常 規(guī)葉型的設(shè)計(jì)如某型系列葉型、雙圓弧葉型、多圓弧葉型等雖具有成熟、完善的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 但隨著葉片負(fù)荷的增加，這類(lèi)造型方法已經(jīng)不太容易控制葉型的載荷分布，這就使得葉片 的性能不佳，不能滿足壓氣機(jī)高負(fù)荷低損失的要求。為了獲得高性能葉型，需要開(kāi)發(fā)一種易 于操作且能合理控制葉型的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種壓氣機(jī)葉片造型方法，解決目前的壓氣機(jī)葉型性能不高 的問(wèn)題。
[0004] 對(duì)于壓氣機(jī)而言，葉片型面的存在是為了引導(dǎo)氣流在葉柵通道內(nèi)完成低損失的擴(kuò) 壓，而葉柵內(nèi)氣流的整個(gè)流動(dòng)過(guò)程直接和葉型型面變化曲率有關(guān)。如何分配各個(gè)葉片段曲 率分配，決定了各個(gè)型面段氣流的加減速過(guò)程，即決定了葉型表面的壓力分布。合理分配各 個(gè)葉片段的曲率就成了葉型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
[0005] 因此，本發(fā)明的方案是：結(jié)合超音平面葉柵流動(dòng)過(guò)程(如圖1所示），將葉型型面分 成四個(gè)特征區(qū)域:膨脹加速段、激波擴(kuò)壓段、激波后壓力恢復(fù)段和近尾緣壓力面壓力恢復(fù) 段。針對(duì)這四段區(qū)域，分別采用中弧線進(jìn)行控制，整個(gè)葉型中弧線即由四段中弧線控制，每 段中弧線的幾何參數(shù)為：
[0006] 出口幾何角私=私-Mi
[0008] 中弧線中心坐標(biāo):Xi〇 = ;ri sinPi-ι+Xi-1
[0009] yi〇 = yi-i-ri cosPi-i
[0010] 其中，i = l~4,為折射角度，（Xi，yi)為中弧線起始點(diǎn)/終點(diǎn)坐標(biāo)。這樣依次類(lèi)推， 可逐段確定所有中弧線的幾何參數(shù)，進(jìn)而確定整個(gè)葉型的中弧線。
[0011] 進(jìn)一步地，確定四段中弧線的折轉(zhuǎn)角關(guān)參數(shù)(相關(guān)參數(shù)包括折轉(zhuǎn)角度及中弧 線的長(zhǎng)度)的設(shè)計(jì)方法：
[0012] l)i = l時(shí)，βρθ:為第一段中弧線的折射角，第一段中弧線控制膨脹加速段，所述第 一段中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的5%~10%，所述第一段中弧線的長(zhǎng)度占整個(gè)葉型 弦長(zhǎng)的5%~10%;
[0013] 2)i = 2時(shí)，8卩02為第二段中弧線的折射角，第二段中弧線控制激波擴(kuò)壓段，所述第 二段中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的5%~10%，所述第二段中弧線的長(zhǎng)度占整個(gè)葉型 弦長(zhǎng)的5%~10%;
[0014] 3)i = 3時(shí)，即θ3為第三段中弧線的折射角，第三段中弧線控制激波后壓力恢復(fù)段， 所述第一段中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的50%以上，所述第三段中弧線的長(zhǎng)度占整個(gè) 葉型弦長(zhǎng)的50%以上；
[0015] 4)i = 4時(shí)，即θ4為第四段中弧線的折射角，第四段中弧線為近尾緣壓力面壓力恢 復(fù)段。
[0016] 本發(fā)明的壓氣機(jī)葉片造型方法以氣流在各個(gè)葉片段的流動(dòng)特征為理論基礎(chǔ)，將葉 片按氣流流動(dòng)特征劃分為四段進(jìn)行造型，更適應(yīng)了氣流的實(shí)際流動(dòng)過(guò)程，同時(shí)造型計(jì)算程 序?yàn)楠?dú)立的計(jì)算塊，只需確定幾個(gè)輸入?yún)?shù)就可調(diào)整葉型，較常規(guī)造型方法，不僅有更多的 自由度，操作起來(lái)也非常方便。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 此處的附圖被并入說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施 例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0018] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的超聲平面葉柵流動(dòng)物理圖畫(huà)簡(jiǎn)化圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的葉型分段示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的中弧線幾何圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的葉型設(shè)計(jì)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中 的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類(lèi) 似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例型的，旨在用 于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒(méi)有作出創(chuàng)造型勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下 面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所 示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù) 范圍的限制。
[0024] 對(duì)于壓氣機(jī)而言，葉片型面的存在是為了引導(dǎo)氣流在葉柵通道內(nèi)完成低損失的擴(kuò) 壓，而葉柵內(nèi)氣流的整個(gè)流動(dòng)過(guò)程直接和葉型型面變化曲率有關(guān)。如何分配各個(gè)葉片段曲 率分配，決定了各個(gè)型面段氣流的加減速過(guò)程，即決定了葉型表面的壓力分布。合理分配各 個(gè)葉片段的曲率就成了葉型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
[0025] 因此如圖1所示，本發(fā)明結(jié)合超音平面葉柵流動(dòng)過(guò)程:將葉型型面分成四個(gè)特征區(qū) 域:膨脹加速段、激波擴(kuò)壓段、激波后壓力恢復(fù)段和近尾緣壓力面壓力恢復(fù)段，針對(duì)這四段 區(qū)域，分別采用中弧線進(jìn)行控制，整個(gè)葉型中弧線即由四段中弧線控制。
[0026]如圖2所示，根據(jù)初始葉型計(jì)算結(jié)果或參考其它性能較優(yōu)的葉型曲率分布規(guī)律初 步給定四段中弧線各自折轉(zhuǎn)角度9i(i = l~4)和對(duì)應(yīng)多長(zhǎng)比例的葉型段來(lái)完成這個(gè)角度的 氣流折轉(zhuǎn)。
[0027]如圖3,以第一段中弧線為例，對(duì)于一段需要優(yōu)化的葉型來(lái)說(shuō)，已知條件為:葉型中 弧線起始點(diǎn)坐標(biāo)(XQ，yQ)，進(jìn)口幾何角出口幾何角，中弧線對(duì)應(yīng)的氣流折轉(zhuǎn)角Θ:，中弧線 終點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫向坐標(biāo)(XI，y 1)，中弧線參數(shù)為：
[0028]出口 幾何角 fo = f3〇-01;
[0030] 中弧線中心坐標(biāo)：XI。= ris ?ηβο+χο;
[0031] yi〇 = y〇-ricosPo；
[0032] 對(duì)于第二段中弧線來(lái)說(shuō)，由于第二段中弧線的起點(diǎn)是第一段中弧線的終點(diǎn)，因此 已知條件便成了：葉型中弧線起始點(diǎn)坐標(biāo)(x^yi)即為第一段中弧線的終點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)口幾何 角扮(第二段中弧線的進(jìn)口幾何角即為第一段中弧線的出口幾何角），出口幾何角β 2,中弧線 對(duì)應(yīng)的氣流折轉(zhuǎn)角θ2，中弧線終點(diǎn)對(duì)應(yīng)橫向坐標(biāo)(X2，y 2)，故第二段中弧線參數(shù)為：
[0033] 出口 幾何角 β2 = β?-θ2;
[0035] 中弧線中心坐標(biāo)：X2〇 = r2sinPi+xi;
[0036] y2〇 = yi-r2C〇sPi；
[0037] 這樣依次類(lèi)推，可逐段確定所有中弧線段的幾何參數(shù)，進(jìn)而確定整個(gè)葉型的中弧 線。
[0038] 而上述公式中折射角關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)方法為：
[0039] 1)當(dāng)i = l時(shí)，βρθ:為第一段中弧線的折射角，第一段中弧線控制氣流加速膨脹，這 一段的中弧線彎度所占比例不宜太大，因此第一段中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的5% ~10%，同時(shí)長(zhǎng)度占整個(gè)葉型弦長(zhǎng)的5%_10% ;
[0040] 2)當(dāng)i = 2時(shí)，8卩02為第二段中弧線的折射角，第二段中弧線控制激波擴(kuò)壓，這一段 的中弧線彎度增長(zhǎng)盡可能保持平緩，同時(shí)這段占整個(gè)葉型弦長(zhǎng)比例也不宜過(guò)大，因此第二 段中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的5%~10%，同時(shí)第二段中弧線的長(zhǎng)度占整個(gè)葉型弦 長(zhǎng)的5%~10%;
[0041] 3)當(dāng)i = 3時(shí)，即θ3為第三段中弧線的折射角，第三段中弧線控制激波后壓力恢復(fù) 段，此段是葉型彎度增加的主要區(qū)間，該區(qū)間的葉型彎度增加應(yīng)占整個(gè)葉型總彎度的50% 以上，馬赫數(shù)越高，此段的彎度占的比例應(yīng)越大，同時(shí)這段占整個(gè)葉型弦長(zhǎng)的比例也應(yīng)該最 大，第三段中弧線的長(zhǎng)度同時(shí)占整個(gè)葉型弦長(zhǎng)的50%以上；
[0042] 4)當(dāng)i=4時(shí)，即θ4為第四段中弧線的折射角，第四段中弧線為近尾緣壓力面壓力 恢復(fù)段，此段所占葉型弦長(zhǎng)比例較小，同時(shí)此段的彎度也不宜太大。
[0043]在具體實(shí)施過(guò)程中，上文中的過(guò)程通過(guò)程序編制形成固定的模塊即可完成。如下 圖4葉片通過(guò)四段中弧線造型生成，通過(guò)流面計(jì)算程序MISES、三維程序校驗(yàn)葉型特性是否 需要反饋調(diào)整各葉片段的彎度分布，直到葉型滿足設(shè)計(jì)要求。程序的輸入只需要確定四段 中弧線的折轉(zhuǎn)角9i(i = l~4)和對(duì)應(yīng)的相對(duì)弦向長(zhǎng)度，因此操作起來(lái)非常方便。
[0044] 下面選用某壓氣機(jī)進(jìn)口級(jí)的葉中型面為例，進(jìn)口馬赫數(shù)1.1，葉型彎角為32°。各段 中弧線的折轉(zhuǎn)角度和對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)比例如下表1所示：
[0045] 表 1
[0047]經(jīng)過(guò)上述的過(guò)程得到的以上參數(shù)的葉型具有較低的能力損失。
[0048]本發(fā)明的壓氣機(jī)葉片造型方法以氣流在各個(gè)葉片段的流動(dòng)特征為理論基礎(chǔ)，將葉 片按氣流流動(dòng)特征劃分為四段進(jìn)行造型，更適應(yīng)了氣流的實(shí)際流動(dòng)過(guò)程，同時(shí)造型計(jì)算程 序?yàn)楠?dú)立的計(jì)算塊，只需確定幾個(gè)輸入?yún)?shù)就可調(diào)整葉型，較常規(guī)造型方法，不僅有更多的 自由度，操作起來(lái)也非常方便。
[0049]以上所述，僅為本發(fā)明的最優(yōu)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓氣機(jī)葉片造型方法，其特征在于，包括 步驟一:將壓氣機(jī)葉型型面按氣流順著葉型型面流動(dòng)的方向依次排序分成四個(gè)特征區(qū) 域:膨脹加速段、激波擴(kuò)壓段、激波后壓力恢復(fù)段和近尾緣壓力面壓力恢復(fù)段； 步驟二:將步驟一中所述的四個(gè)特征區(qū)域，分別采用中弧線進(jìn)行控制，則整個(gè)葉型中弧 線即由四段中弧線控制，每段中弧線的幾何參數(shù)為： 出口幾何角權(quán)二心廣 中弧線的半徑：中弧線的中屯、坐標(biāo):Xio = ri Si址i-1+Xi-i yi〇 = yi-i-ri cos0i-i 其中，i = l~4，θι為折射角，（xi，yi)為中弧線的起始點(diǎn)/終點(diǎn)坐標(biāo)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓氣機(jī)葉片造型方法，其特征在于，所述折射角θι相關(guān)參數(shù)的 設(shè)計(jì)方法為： 1. i = l時(shí)，即θι為第一段中弧線的折射角，第一段中弧線控制膨脹加速段，所述第一段 中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的5%~10%，所述第一段中弧線的長(zhǎng)度占整個(gè)葉型弦長(zhǎng) 的5%~10%; 2. i = 2時(shí)，即θ2為第二段中弧線的折射角，第二段中弧線控制激波擴(kuò)壓段，所述第二段 中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的5%~10%，所述第二段中弧線的長(zhǎng)度占整個(gè)葉型弦長(zhǎng) 的5%~10%; 3. i = 3時(shí)，即θ3為第Ξ段中弧線的折射角，第Ξ段中弧線控制激波后壓力恢復(fù)段，所述 第Ξ段中弧線的彎度占整個(gè)葉型總彎度的50% W上，所述第Ξ段中弧線的長(zhǎng)度占整個(gè)葉型 弦長(zhǎng)的50 % W上； 4. i = 4時(shí)，即θ4為第四段中弧線的折射角，第四段中弧線為近尾緣壓力面壓力恢復(fù)段。
【文檔編號(hào)】F04D29/38GK106089801SQ201610657506
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月11日 公開(kāi)號(hào)201610657506.9, CN 106089801 A, CN 106089801A, CN 201610657506, CN-A-106089801, CN106089801 A, CN106089801A, CN201610657506, CN201610657506.9
【發(fā)明人】尹松
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所