涉及航空發(fā)動機(jī)離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器領(lǐng)域，尤其涉及低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

1、離心壓氣機(jī)作為一種重要的葉輪機(jī)械，它通過葉輪的旋轉(zhuǎn)作用將空氣進(jìn)行壓縮，使其壓力升高。由于其具有高壓比，節(jié)奏緊湊，較大穩(wěn)定工作范圍的特點(diǎn)。離心壓氣機(jī)廣泛應(yīng)用在中小型航空發(fā)動機(jī)中。

2、隨著航空發(fā)動機(jī)性能的不斷提高，使得對壓氣機(jī)壓比的要求越來越高。在高壓比條件下，葉輪出口的氣流在周向和展向上展現(xiàn)出強(qiáng)烈的不均勻性，進(jìn)而導(dǎo)致擴(kuò)壓器中的流動環(huán)境進(jìn)一步惡化。擴(kuò)壓器作為離心式壓氣機(jī)的重要組成部件，其內(nèi)部流動的穩(wěn)定性將影響離心壓氣機(jī)整體工作的穩(wěn)定性。廣泛使用的擴(kuò)壓器包括葉片擴(kuò)壓器和無葉擴(kuò)壓器。相比于無葉擴(kuò)壓器，葉片擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓能力更強(qiáng)，效率更高，在相同壓比的條件下，葉片擴(kuò)壓器的尺寸更加緊湊。此外，葉片擴(kuò)壓器可以很好控制擴(kuò)壓器出口氣流方向，為下游的燃燒室創(chuàng)造良好的來流條件。結(jié)合以上特點(diǎn)航空發(fā)動機(jī)的離心壓氣機(jī)常采用葉片擴(kuò)壓器。

3、常規(guī)的葉片擴(kuò)壓器包括分離的徑向擴(kuò)壓段和軸向整流段，徑向段一般由楔形徑流葉片構(gòu)成，軸向段一般由軸向?qū)Я魅~片構(gòu)成，二者需要通過無葉轉(zhuǎn)彎段進(jìn)行連接。其工作特點(diǎn)是：氣流在徑向擴(kuò)壓段中壓力大幅度提高，氣流流出徑向段后相互摻混，通過無葉轉(zhuǎn)彎段在子午面內(nèi)向軸向轉(zhuǎn)折，最后氣流在軸向整流段發(fā)生大角度轉(zhuǎn)折流向燃燒室。在這個(gè)過程中，由于氣流的流動方向發(fā)生多次折轉(zhuǎn)，在無葉轉(zhuǎn)彎位置附近會出現(xiàn)回流、摻混現(xiàn)象，將引起較大的流動損失，導(dǎo)致擴(kuò)壓器的氣動性能下降。

4、常規(guī)的葉片擴(kuò)壓器的軸向段和徑向段需要分段制造，這將增加擴(kuò)壓器制造工藝的成本。徑向段和軸向段需要連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝，并且各部分之間需要螺栓結(jié)構(gòu)連接，過多的螺栓結(jié)構(gòu)將增加整機(jī)裝配時(shí)的工作量，對螺栓結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度的可靠性檢驗(yàn)又是一大難題，導(dǎo)致可靠性下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的，常規(guī)的葉片擴(kuò)壓器的軸向段和徑向段需要分段制造，增加擴(kuò)壓器制造工藝的成本，且各部分之間需要螺栓結(jié)構(gòu)連接，過多的螺栓結(jié)構(gòu)將增加整機(jī)裝配時(shí)的工作量，導(dǎo)致可靠性下降的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

2、低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，所述方法包括：

3、采集擴(kuò)壓器進(jìn)出口的氣動參數(shù)和幾何參數(shù)的步驟；

4、采集預(yù)設(shè)機(jī)匣和輪轂的型線的步驟；

5、根據(jù)所述氣動參數(shù)和幾何參數(shù)，以及預(yù)設(shè)機(jī)匣和輪轂的型線，得到葉片的三維結(jié)構(gòu)的步驟。

6、進(jìn)一步，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，根據(jù)預(yù)設(shè)子午流道和輪轂型線，確定機(jī)匣和輪轂的型線。

7、進(jìn)一步，提供一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，基于中線厚度法對葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過控制中弧線曲率分布和通道面積分布形成葉片的三維結(jié)構(gòu)。

8、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝置，所述裝置包括：

9、采集擴(kuò)壓器進(jìn)出口的氣動參數(shù)和幾何參數(shù)的模塊；

10、采集預(yù)設(shè)機(jī)匣和輪轂的型線的模塊；

11、根據(jù)所述氣動參數(shù)和幾何參數(shù)，以及預(yù)設(shè)機(jī)匣和輪轂的型線，得到葉片的三維結(jié)構(gòu)的模塊。

12、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型設(shè)計(jì)方法，所述方法包括：

13、優(yōu)化得到的三維結(jié)構(gòu)的通道構(gòu)造角和面積分布的步驟；

14、基于優(yōu)化后的葉片設(shè)計(jì)，通過沿周向陣列得到三維擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的步驟。

15、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型設(shè)計(jì)裝置，所述裝置包括：

16、優(yōu)化得到的三維結(jié)構(gòu)的通道構(gòu)造角和面積分布的模塊；

17、基于優(yōu)化后的葉片設(shè)計(jì)，通過沿周向陣列獲得完整的三維擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的模塊。

18、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器，所述擴(kuò)壓器的制備方式為：通過得到的三維擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)，采用一體式制造方式對三維葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。

19、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計(jì)算機(jī)儲存介質(zhì)，用于儲存計(jì)算程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)讀取所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的方法。

20、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計(jì)算機(jī)，包括處理器和儲存介質(zhì)，當(dāng)所述處理器讀取所述儲存介質(zhì)中儲存的計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的方法。

21、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，作為計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述的方法。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益之處在于：

23、采用一體式融合結(jié)構(gòu)將徑向部分、軸向部分與轉(zhuǎn)彎連接部分一體化制造，減少了螺栓結(jié)構(gòu)的數(shù)量，顯著提升了擴(kuò)壓器的連接可靠性。這種方式相較于傳統(tǒng)的多段式設(shè)計(jì)，減少了裝配過程中螺栓松動或連接處泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

24、基于中線厚度法的葉型設(shè)計(jì)，通過控制中弧線曲率分布和通道面積分布，優(yōu)化了葉片的三維結(jié)構(gòu)，提高了擴(kuò)壓器的氣動性能。與現(xiàn)有研究中基于簡單葉型設(shè)計(jì)的方法相比，這種優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠更有效地控制氣流的流動路徑，減少流動分離和紊流現(xiàn)象，從而提高系統(tǒng)效率。

25、通過控制通道構(gòu)造角的分布，有效減少了氣流的分離和摻混現(xiàn)象，降低了流動損失。相比于傳統(tǒng)擴(kuò)壓器中采用固定通道角度的設(shè)計(jì)，動態(tài)調(diào)整通道構(gòu)造角能夠更好地匹配氣流特性，從而減少能量損失，顯著提高了擴(kuò)壓器的整體工作效率和穩(wěn)定性。

26、三維葉片結(jié)構(gòu)沿周向陣列，通過一體式制造方式實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)壓器的整體成型，降低了加工制造成本。這種制造方式相較于傳統(tǒng)的分段加工和裝配，減少了加工步驟和連接件的使用，從而縮短了制造周期，降低了生產(chǎn)成本，并提高了加工精度和整體便捷性。

27、適合應(yīng)用于一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)工作中。

技術(shù)特征：

1.低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)設(shè)子午流道和輪轂型線，確定機(jī)匣和輪轂的型線。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，基于中線厚度法對葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過控制中弧線曲率分布和通道面積分布形成葉片的三維結(jié)構(gòu)。

4.低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述裝置包括：

5.低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括：

6.低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述裝置包括：

7.一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器，其特征在于，所述擴(kuò)壓器的制備方式為：通過權(quán)利要求5得到的三維擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)，采用一體式制造方式對三維葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。

8.計(jì)算機(jī)儲存介質(zhì)，用于儲存計(jì)算程序，其特征在于，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)讀取所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法。

9.計(jì)算機(jī)，包括處理器和儲存介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述處理器讀取所述儲存介質(zhì)中儲存的計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法。

10.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，作為計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型設(shè)計(jì)方法，涉及航空發(fā)動機(jī)離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的，常規(guī)的葉片擴(kuò)壓器制造工藝的成本高，且過多的螺栓結(jié)構(gòu)將增加整機(jī)裝配時(shí)的工作量，導(dǎo)致可靠性下降的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：低成本一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器造型三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，方法包括：采集擴(kuò)壓器進(jìn)出口的氣動參數(shù)和幾何參數(shù)的步驟；采集預(yù)設(shè)機(jī)匣和輪轂的型線的步驟；根據(jù)氣動參數(shù)和幾何參數(shù)，以及預(yù)設(shè)機(jī)匣和輪轂的型線，得到葉片的三維結(jié)構(gòu)的步驟。優(yōu)化得到的三維結(jié)構(gòu)的通道構(gòu)造角和面積分布的步驟；基于優(yōu)化后的葉片設(shè)計(jì)，通過沿周向陣列得到三維擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的步驟。適合應(yīng)用于一體式離心壓氣機(jī)擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)工作中。

技術(shù)研發(fā)人員：帥永,羅磊,杜巍,徐楠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17