[發明專利]一種寬弦空心葉片結構設計方法

有效

• 申請號: 201210213930.6
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102734218A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 紀福森;趙勇;李惠蓮;趙鑫;趙普陽;楊帆
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽發動機設計研究所
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 任玉龍

技術領域

本發明涉及燃氣渦輪發動機壓縮系統領域，特別涉及了一種寬弦空心葉片結構設計方法。

背景技術

隨著燃氣渦輪發動機設計技術的發展，為提高發動機壓縮系統的作功能力，更多的采用寬弦葉片，寬弦葉片具有增加發動機壓氣機喘振裕度、抗外物損傷、提高發動機推力、減少葉片數等優點，但是寬弦風扇葉片離心負荷增加，在滿足可靠性要求的情況下，輪盤重量大幅增加，為此，需要開展空心結設計技術研究。空心葉片結構復雜、設計過程中需要考慮空腔的設計與加強筋的設計，設計難度大，設計周期長。

發明內容

本發明的目的是快速實現空心葉片的三維結構設計，特提供了一種寬弦空心葉片結構設計方法。

本發明提供了一種寬弦空心葉片結構設計方法，其特征在于：基于氣動數據源的空心葉片結構設計方法，空腔設計源于氣動葉型數據，徑向加強筋的設計源于葉型中弧線，弦向加強筋的設計源于流線面葉型數據；

首先確定葉根空腔區的起始位置，空腔區選擇在葉片一彎節線上方；空腔區范圍確定后，依據設計減重要求初步給定空腔根、尖部葉盆、葉背厚度，然后采用線性差值法，給出空腔其他截面葉盆、葉背厚度，初步確定空腔各截面葉盆、葉背厚度后，根據氣動葉型線，獲得空腔區控制截面型線，在保證空腔區各控制截面型線沿徑向連續、光順的條件下，對各截面葉盆、葉背厚度進行適當調整，最終獲得空腔區各截面控制型線即可在三維結構設計軟件中通過曲線完成空腔設計，空腔設計是空心葉片結構設計的第一步也是最關鍵的一步；

徑向加強筋的設計源于葉型中弧線，空心葉片各控制截面徑向加強筋數量相等，沿葉片弦向加強筋可以均勻布置，也可以根據需要任意布置，根據葉型中弧線及其近似圓心，完成徑向加強筋的等弧長均勻設計，當各截面徑向加強筋的分布確定后，在三維結構設計軟件中通過掃略即完成徑向加強筋設計；

弦向加強筋設計，直接利用流線面葉型線及加強筋寬度，在三維結構設計軟件中通過拉伸完成各截面弦向加強筋設計；

當初步確定葉盆厚度2、葉背厚度3后，通過氣動葉型線1可獲得空腔型線4，同理獲得各截面空腔型線，經光順處理后獲得空腔區各截面型線即可在三維結構設計軟件中完成空腔設計，如圖2所示。

如圖3、4，根據葉型中弧線6，確定中弧線近似圓弧線8，根據近似圓弧線圓心9和空腔型線7確定空腔區10，對空腔區10按徑向筋數量等分后即可獲得徑向加強筋等弧長分布線11，根據加強筋寬度13，完成徑向加強筋12設計，截面徑向加強筋結構如圖4。各截面徑向加強筋分布確定后在三維結構設計軟件中掃略完成徑向加強筋設計；

如圖5、6，根據流線面葉型線14及寬度，在三維結構設計軟件中通過拉伸即完成弦向加強筋18的設計；

如圖6在已知實心葉型15，經空腔區16設計、徑向加強筋17設計、弦向加強筋18設計，即可完成空心葉片結構設計。

本發明的優點：

本發明所述的寬弦空心葉片結構設計方法，實現了葉片既具有較好的抗彎剛度，又具有較好的抗扭剛度，更重要的是空心葉片結構設計依據氣動數據，簡化了空心葉片的設計難度，縮短了空心葉片的設計周期。快速實現空心葉片的三維結構設計，且有限元分析表明該結構空心葉片具有較好的承載能力。本專利要求的空心葉片結構設計方法可以直接應用于大涵道比的航空發動機，大型運輸機的動力，以及民機的動力上。也可應用于其它相關專業。

附圖說明

下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1為葉高截面空腔區示意圖；

圖2為空腔區型面沿徑向分布示意圖；

圖3為徑向加強筋分布設計示意圖；

圖4為徑向加強筋結構示意圖；

圖5為流線面葉型線示意圖；

圖6為空心葉片結構示意圖；

1為氣動葉型數據，2為葉盆厚度，3為葉背厚度，4空腔型面，5為氣動葉型線，6氣動葉型中弧線，7空腔型面，8葉型中弧線近似圓弧線，9近似圓弧線圓心，10空腔區，11徑向加強筋分布線，12徑向加強筋，13徑向加強筋寬度，14流線面葉型線，15實心區，16空腔區，17徑向加強筋，18弦向加強筋。

具體實施方式

實施例1

本發明提供了一種寬弦空心葉片結構設計方法，其特征在于：基于氣動數據源的空心葉片結構設計方法，空腔設計源于氣動葉型數據，徑向加強筋的設計源于葉型中弧線，弦向加強筋的設計源于流線面葉型數據；