[發明專利]風扇組件的造型方法

有效

• 申請號: 201811586245.1
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN111435399B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 楊小賀;裴小萌;劉世文
• 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: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;F04D29/38
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 師曉芳

本發明公開了一種風扇組件的造型方法。造型方法包括構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面。構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面包括如下步驟：利用葉片端區雙流路的流路設計方法來確定初始軸對稱曲面半徑和非軸對稱曲面的凹曲面最低點半徑；根據初始軸對稱曲面半徑和凹曲面最低點半徑構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面。本發明的造型方法通過利用葉片端區雙流路的流路設計方法來對葉柵通道內的非軸對稱端壁曲面進行構建，從而實現非軸對稱曲面對流向的控制從而降低端壁損失。

技術領域

本發明涉及航空發動機設計技術領域，特別涉及一種風扇組件的造型方法。

背景技術

風扇是航空發動機的核心部件之一，其功能是壓縮空氣以提高氣體的總溫總壓。風扇組件包括輪轂、機匣和葉片，其中，輪轂部分地限定空氣動力平滑表面，機匣部分地限定空氣動力平滑表面。葉片在周向上間隔設置并繞輪轂/機匣定位。一般情況下，葉片均勻布置在輪轂/機匣上，輪轂/機匣為軸對稱的周向回轉面，葉片轉動以實現空氣壓縮。輪轂的前端連接帽罩，帽罩引導氣流進入風扇。

風扇效率對發動機耗油率有重要的影響，為降低航空發動機耗油率以提高經濟性，風扇涵道比日益增大，風扇增壓比降低，葉尖切線速度降低且風扇輪轂比(風扇根部半徑與尖部半徑之比)逐漸降低。典型民用航空發動機的輪轂比已降低至0.3以下，輪轂比降低使得風扇葉片根部切線速度降低從而為保持風扇根部做功，風扇根部彎角大幅增加，典型的民機風扇出口彎角過彎(彎過軸向)達到20°。根部大的彎角使得在靠近輪轂的端區流動環境變得尤為惡劣，在常規的軸對稱端壁下會產生嚴重的二次流動，損失增大且失速風險提高，進而降低了風扇的效率和失速裕度。現在風扇廣泛采用彎、掠、傾等三維葉片造型技術，但由于根部應力最大且受力形式復雜使得這些技術在風扇葉片根部的應用受到了強度的限制，而端壁造型對端區二次流動有較好的控制作用且不影響轉子強度，因此端壁的造型成為控制風扇端區流動的一個重要措施。另一方面，風扇葉片前連接帽罩，因此在風扇根部設計端壁造型時還需要考慮與帽罩造型之間的結合。

典型的非軸對稱端壁造型方法采用數值尋優法，尋優設計法以端壁的幾何曲面形狀為基礎，參數化調整端壁曲面上的控制點，與數值模擬方程嵌套求解尋優。這種方法可從數學的角度找到符合流場的最優端壁曲面，但是其缺點是曲面尋優求解時間較長，生成的曲面往往較為復雜，不利于工程應用。而且現有的端壁的造型方法只考慮了端壁的造型本身，未考慮端壁與葉片和帽罩之間的融合設計，因此易于造成氣流流動不平滑，從而造成效率和失速裕度的降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種風扇組件的造型方法，以降低端壁損失。

本發明提供一種風扇組件的造型方法，風扇組件包括輪轂、機匣以及設置于輪轂和機匣之間的多個葉片，造型方法包括構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面，構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面包括如下步驟：

利用葉片端區雙流路的流路設計方法來確定初始軸對稱曲面半徑和非軸對稱曲面的凹曲面最低點半徑；

根據初始軸對稱曲面半徑和凹曲面最低點半徑構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面。

在一些實施例中，葉片端區雙流路的流路設計方法包括：

確定葉片前緣和葉片尾緣之間的初始軸對稱常規流路并根據初始軸對稱常規流路確定初始軸對稱曲面半徑；

在葉片尾緣處不超過5％根部軸向位置的距離內，使非軸對稱曲面的凹曲面流路與初始軸對稱常規流路重合來得到凹曲面流路，并根據凹曲面流路確定凹曲面最低點半徑。

在一些實施例中，根據初始軸對稱曲面半徑和凹曲面最低點半徑構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面包括利用多段式凹形曲線造型方法來構建葉柵通道內非軸對稱端壁曲面，多段式凹形曲線造型方法包括至少三個控制點。

在一些實施例中，相鄰兩個葉片的壓力面和吸力面形成流通通道，多段式凹形端壁造型方法包括：

在同一軸向位置處計算葉型壓力面周向角度和吸力面周向角度；