[發明專利]尾緣負載荷擴壓式葉輪機葉片

有效

• 申請號: 201310013526.9
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103148015A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 周正貴;劉龍龍;崔翠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/26
• 分類號: F04D29/26
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種擴壓式葉輪機葉片設計，屬葉輪機械技術領域。?

背景技術

航空燃氣渦輪發動機沿著高推重比、高可靠性、低耗油率、低成本和長壽命的方向發展，為滿足高性能航空燃氣渦輪發動機的發展要求，壓氣機需要在足夠的工作范圍內下保持較高效率。對壓氣機葉片的要求是具有寬廣的低損失工作范圍和較強的抗分離能力。因此，設計具有寬廣低損失工作范圍和較強抗分離能力的葉片對提升壓氣機性能有重要實用價值。?

美國普拉特-惠特尼發動機公司于20世紀80年代初設計出一種新的葉型。在亞聲速時，通過控制葉片吸力面上氣流的擴散來防止附面層分離，叫做控制擴散葉型（Controlled?Diffusion?Airfoil,?CDA）；在超聲速、跨聲速時，控制擴散使葉型表面當地速度由超聲速擴散為亞聲速而不產生激波，叫做超臨界葉型。采用控制擴散葉型的壓氣機，多變效率約提高2%，每個葉片的壓升能力約增加60%。?

西北工業大學劉波于2008年在西北工業大學學報（Journal?of?Northwestern?Polytechnical?University）第26卷第6期發表一篇題為“高空低雷諾數二維抗分離葉型研究”論文。論文從控制吸力面附面層發展的角度出發指出：給定葉片表面馬赫數分布時，在葉片吸力面前半段維持一段“平頂式”分布，將有利于層流附面層的流動，可在一定程度上抑制或推遲分離的發生。但當攻角為負時帶來的壓力面附面層分離論文中沒有考慮。?

發明內容

本發明的目的在于針對風扇/壓氣機葉片設計技術現狀，提出一種新片，采用該葉片可達到：1）、有效降低流動損失；2）增強附面層抗分離能力，拓寬低損失工作范圍，提高效率。?

一種尾緣“負載荷”擴壓式葉輪機葉片其特征在于：葉片沿弦長0%～2%區域為前緣小圓型線區域，98%～100%區域為尾緣小圓型線區域；葉片壓力面型線在2%～60%區域為“上凹”型線，60%～80%區域為過渡型線，80%～98%區域為“下凸”型線，?“下凸”型線最高位置位于沿弦長88%～95%位置，“下凸”最高位置對應葉片厚度為葉片最大厚度的80%～95%；葉片吸力面型線在沿弦長2%～98%區域為“上凸”型線。??????

上述葉片在沿弦長0%～2%區域為前緣小圓型線區域，98%～100%區域為尾緣小圓型線區域，前、后緣小圓型線區域保證葉片吸力面和壓力面的光滑連接，有利于減少損失。葉片壓力面在沿弦長2%～60%區域為與前緣小圓型線相切的“上凹”型線，壓力面這段“上凹”型線與吸力面“上凸”型線使得由該葉片構成的葉柵通道在沿弦長2%～60%區域是擴張通道，亞聲速氣流流過通道時減速增壓，保證了葉輪機對亞聲速氣流的擴壓效果。壓力面在沿弦長60%～80%區域為“上凹”型線和“下凸”型線的過渡型線，保證葉柵通道形狀在這段區域光滑連續變化。壓力面型線沿弦長80%～98%區域為“下凸”型線，亞聲速氣流流過葉該區域時，貼近壓力面表面的流管先收縮后擴張，流管內氣流先加速后減速，表現在葉片表面等熵馬赫數圖上則是葉片在此段區域出現“負載荷”。根據流體力學附面層理論，在流管收縮段內氣流加速，可有效抑制壓力面附面層分離；而在流管擴張段氣流減速增壓，增強葉輪機的擴壓作用。“下凸”最高位置及最高位置對應葉片厚度根據葉片具體工作狀態不同而會有所差異。“下凸”最高位置及對應葉片厚度影響葉片出現“負載荷”區域的大小，其位置越靠前，對應葉片厚度越厚，葉片“負載荷”區域越大。“負載荷”區域過大，會造成葉片擴壓能力減弱，“負載荷”區域過小，則對附面層發展的抑制作用不明顯，兼顧葉片擴壓能力和對附面層抑制作用兩方面考慮，本發明限制“下凸”最高位置位于沿弦長88%～95%位置，“下凸”最高位置對應的葉片厚度為葉片最大厚度的80%～95%。這樣的設計既能發揮葉片的擴壓作用，又能有效減小附面層分離帶來的損失，葉片后段的“負載荷”區域能提升葉片在負攻角狀態下的性能。

本項發明與目前已有技術比較有以下優點：1）、由該葉片構成的葉柵工作時，在葉片后段形成一個“負載荷”區域，“負載荷”區域的出現能有效抑制壓力面附面層分離，提升葉片抗分離能力及在負攻角狀態下的性能，拓寬了葉柵的低損失工作范圍；?2）葉片后段較厚，耐用性更好，易于加工。?

本項發明所提出葉片，通過實施例對所涉及的葉片進行了驗證。可直接用于風扇/壓氣機設計中，提高其氣動性能。?

附圖說明

圖1為實施例葉片形狀；?

圖2為實施例葉片后段局部放大圖；

圖3由實施例葉片構成的平面葉柵；