[發明專利]用于擴壓器與出口導葉融合設計的參數化造型方法有效

申請號：	201210544655.6	申請日：	2012-12-14
公開（公告）號：	CN103870620B	公開（公告）日：	2017-08-11
發明（設計）人：	王紅濤;雷丕霓;陳美寧;許峰;謝偉亮	申請（專利權）人：	中國航發商用航空發動機有限責任公司
主分類號：	G06F17/50	分類號：	G06F17/50
代理公司：	北京市金杜律師事務所11256	代理人：	鄭立柱
地址：	200241 上***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	用于擴壓器出口融合設計參數造型方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于航空發動機領域，尤其是一種用于擴壓器與出口導葉融合結構設計的參數化造型方法。

背景技術

大型民用客機不斷提高的技術指標對民用航空發動機提出了非常高的要求。低噪聲、低污染、低油耗、低成本、長壽命、高可靠性和高安全性是現代民用航空發動機的基本特點。其中低污染排放、低油耗、長壽命、高可靠性等指標對發動機燃燒室設計提出了新的技術挑戰?，F代航空發動機大都采用高負荷壓氣機，其出口馬赫數較高，使得壓氣機出口截面的速度頭可以達到總壓的10％。擴壓器將這些大部分的能量轉化為靜壓，并形成穩定、對稱的出口流場，同時要求擴壓器中氣流的總壓損失要盡量小，否則會導致高的耗油率。出于可靠性考慮，當發動機在不同的工況下運行時擴壓器要能提供相似的出口條件。由此可見擴壓器是影響燃燒室性能的一個重要部件，它的性能好壞直接關系到燃燒室的流動特性和燃燒特性，因此合理設計擴壓器對于改善燃燒條件改進燃燒室性能具有重要意義。

常規燃燒室多采用短突擴壓器。其優點是長度短，有效降低了燃燒室的長度與重量，并對進口流場不敏感，缺點是總壓損失較大。為了解決先進燃燒室減速、擴壓的問題，采用兩種方法：(1)延長前置擴壓器，使整個燃燒室加長，但是不但增加了發動機重量，還會加大擴壓器中的總壓損失；(2)增大前置擴壓器的擴散度，會導致前置擴壓器內的氣流分離，增大分離損失。

出于緊湊性和減重方面考慮，希望燃燒室前置擴壓器在滿足流動損失較小的條件下軸向長度盡可能小，這無疑增大了擴壓器的設計難度。除了單純減小前置擴壓器的軸向長度外，可以把高壓壓氣機出口導葉(以下簡稱OGV)流道與前置擴壓器部分的融合起來，這樣不但可以縮短擴壓器軸向長度還可以減少擴壓器內的支撐支板，稱之為OGV/擴壓器融合設計。高壓壓氣機OGV徑向高度和展弦比在各級中是最小的，因此邊界層效應更為顯著。OGV氣流折轉角一般可以達到45°，高負荷必然導致OGV會有較大的總壓損失和角區分離。如果采用融合設計，前置擴壓器長度能有效降低，但是流道內的逆壓梯度勢必增大，OGV負荷也勢必增大，這會使得端壁和OGV邊界層變厚，尾跡變寬，使得OGV的設計更為困難。OGV嚴重的流動分離不利于高壓壓氣機的性能和穩定性，也會對擴壓器內尾跡的摻混和擴壓過程造成嚴重影響。因此通過OGV和擴壓器的融合設計，不但要減小擴壓器軸向長度，而且也要消除OGV在大負荷下的角區分離。

發明內容

本發明提出了一種參數化造型方法，能在滿足設計約束的基礎上靈活的控制OGV/擴壓器流道形狀，同時也能使壓氣機末級轉子流道與OGV/擴壓器流道光滑連接。

本發明提出了一種用于擴壓器與出口導葉融合結構設計的參數化造型方法，包括如下步驟：

(1)確定末級轉子流道中線及厚度分布，以及所述融合結構的流道在進出口處的中線及厚度分布；

(2)選取所述融合結構的樣條曲線的控制點作為控制參數；

(3)根據約束條件確定所述控制參數中可變的控制參數；

(4)設置所述可變的控制參數，確定相應的所述融合結構的流道的參數化模型。

在一個實施例中，在步驟(1)中，基于所述末級轉子流道的初始型線，當計算得出的末級轉子流道初始型線與給定的末級轉子流道型線完全重合時，即可獲得其中線。

在一個實施例中，在步驟(2)中，所述樣條曲線為3次以上的Bezier曲線或Nurbs曲線或B樣條曲線。

在一個實施例中，所述約束條件包括：所述末級轉子流道中線與所述融合結構的流道中線在所述融合結構的進口處光滑連接。

在一個實施例中，所述約束條件還包括：根據所述融合結構的幾何尺寸的要求所確定的所述融合結構出口處的流道中線與軸線的夾角的值。

在一個實施例中，在步驟(3)中，所述可變的控制參數能夠保持融合結構的流道光滑。