[發(fā)明專利]一種低損失的低壓渦輪葉片

無效

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• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104612758A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 孫爽;王偉;盧新根;趙勝豐;呂劍波
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發(fā)明屬于民用航空技術領域，特別是涉及一種低損失的低壓渦輪葉片。

背景技術

當前，由于大涵道比渦扇發(fā)動機具有出色的耗油率及推力特性，因而已廣泛應用于民用航空領域。這種發(fā)動機90％的推力來自于風扇，這就造成驅動風扇的低壓渦輪級數(shù)較多，通常低壓渦輪重量可占整臺發(fā)動機的20％～30％。而降低低壓渦輪重量是發(fā)動機減重的有效途徑之一,同時也可提高發(fā)動機推重比、降低制造和運營維護成本。目前研究較多的減重方案是通過提高葉片的負荷來進行。高負荷葉片設計就是通過減小葉片稠度來提高單個葉片的氣動負荷，從而在保持原有級載荷水平的基礎上減小單級葉片數(shù)目。提高葉片負荷，流道中后部的逆壓梯度將有所升高，由此導致其上附面層易于分離。同時，這也使得葉片尾緣附近的吸力面和端壁面角區(qū)形成三維分離，這兩種分離均使得渦輪葉型損失增加。另外，對于民用大涵道比渦扇發(fā)動機來說，其設計狀態(tài)(巡航狀態(tài))下的低壓渦輪始終處于低Re數(shù)工作狀態(tài)，這進一步加劇了低壓渦輪葉片吸力面附面層的分離與端區(qū)三維分離，從而大幅增加了葉型損失，并且可能影響低壓渦輪的氣動效率，甚至造成葉片失速，最終導致整臺發(fā)動機無法正常工作。

對于渦輪葉片二維分離控制的方法很多，其中主動控制包括射流、等離子體等方案，被動控制包括凸臺、拌線、前緣波形等。對于渦輪葉片端區(qū)三維分離的控制也分為主動與被動兩種方式，其中主動控制包括壁面抽氣、噴氣等方案，被動控制包括多種非軸對稱端面設計等。但沒有一種控制方式可以兼顧兩方面的損失控制。

另外，目前使用波浪形前緣控制渦輪葉片分離尚處于機理研究階段，這種控制方案主要是通過在低壓渦輪葉片前緣設置恒定大小的波浪形前緣，從而在一定的渦輪工作范圍內(nèi)降低渦輪的二維葉型損失。但這種控制手段的工作區(qū)間較窄(在高Re時損失較大)，同時對端區(qū)大尺度分離的控制效果較弱。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決低壓渦輪低Re下分離嚴重的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可有效降低分離損失的渦輪葉片，從而提高航空發(fā)動機效率。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供的低損失的低壓渦輪葉片是將原有低壓渦輪葉片沿葉高方向劃分成葉根端區(qū)、葉尖端區(qū)和二維流動區(qū)，同時在其前緣上進行波浪形切割而使前緣部位形成多個鋸齒，并對原有低壓渦輪葉片進行3％軸向弦長的加長，以彌補切割后葉型做功能力的下降，該延長通過在葉片中弧線前緣點沿中弧線切線方向進行。

所述的鋸齒分為多種不同的尺寸，其中在二維流動區(qū)中交替設置1型鋸齒與2型鋸齒，用于降低高Re數(shù)下波浪前緣造成的額外損失；在葉根端區(qū)，葉尖端區(qū)與二維流動區(qū)交界處設置3型鋸齒；在葉根端區(qū)與二維流動區(qū)交界處至葉根方向依次設置3型、4型、5型至N型鋸齒，并且3型至N型鋸齒相鄰兩波峰之間的間距以及齒深逐漸增大；在葉尖端區(qū)與二維流動區(qū)交界處至葉尖方向依次設置3型、4型、5型至N型鋸齒，并且3型至N型鋸齒相鄰兩波峰之間的間距以及齒深逐漸增大。

本發(fā)明提供的低損失的低壓渦輪葉片是對原有的低壓渦輪葉片前緣進行了改進，目的是在原有抑制二維流動區(qū)分離的同時降低高Re狀態(tài)波浪形前緣造成的額外損失，提高這種被動控制方案的適用范圍，并使這種控制方案可以對端區(qū)三維分離進行有效的控制，從而可以擴大其適用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的低損失的低壓渦輪葉片結構示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的低損失的低壓渦輪葉片結構局部結構剖視圖；

圖3為本發(fā)明提供的低損失的低壓渦輪葉片結構俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的低損失的低壓渦輪葉片進行詳細說明。

如圖1—圖3所示，本發(fā)明提供的低損失的低壓渦輪葉片是將原有低壓渦輪葉片(1.4>＝Zweifel>＝1.0)沿葉高方向劃分成葉根端區(qū)A、葉尖端區(qū)B和二維流動區(qū)C，葉根端區(qū)A、葉尖端區(qū)B和二維流動區(qū)C的區(qū)域由對原始葉型的葉柵實驗確定，同時在其前緣上進行波浪形切割而使前緣部位形成多個鋸齒D，并對原有低壓渦輪葉片進行3％軸向弦長的加長，以彌補切割后葉型做功能力的下降，該延長通過在葉片中弧線前緣點沿中弧線切線方向進行。