[發(fā)明專利]寬裕度的單級跨音風扇設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910160441.0
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN110046380B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 潘天宇;李秋實;李志平;張亞飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 李偉波;韓德凱

1.一種單級跨音風扇的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

一維氣動設計：給定所述風扇的設計參數，所述設計參數包括流量、級壓比、級效率和外徑，基于所述設計參數獲取所述風扇的流道曲線和葉片的前尾緣曲線；

通流設計：基于所述風扇的一維氣動設計結果，進行子午面流場計算，將周向渦量作為子午面流場診斷因子；

壁面診斷：將邊界渦量流作為壁面診斷因子，分析轉子吸力面和靜子吸力面的軸向邊界渦量流和徑向邊界渦量流的分布；

優(yōu)化設計：基于所述通流設計結果和所述壁面診斷結果，對所述風扇葉片進行設計和優(yōu)化，其中，所述優(yōu)化設計包括：

基于所述轉子吸力面和靜子吸力面的軸向邊界渦量流診斷結果，從提高轉子和靜子的負荷能力的角度出發(fā)，將所述軸向邊界渦量流的面積分作為目標函數，對風扇葉片關鍵區(qū)域的葉型參數進行優(yōu)化；

所述關鍵區(qū)域包括出現徑向和/或軸向壓力梯度的區(qū)域；

所述葉型參數包括中弧線曲率、厚度分布和彎掠形式。

2.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，所述通流設計階段還包括：基于所述風扇的流道曲線和葉片的前尾緣曲線確定轉子出口處環(huán)量分布，給定子午面環(huán)量徑向和軸向分布。

3.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，

所述轉子出口采用等環(huán)量徑向分布，所述轉子出口處環(huán)量沿軸向采用余弦曲線分布形式。

4.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，

將所述周向渦量作為所述通流設計的評價標準；

所述評價標準包括：所述周向渦量的正峰值出現在葉尖區(qū)域，負峰值出現在葉根區(qū)域，主流區(qū)域未出現周向渦量峰值。

5.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，所述優(yōu)化設計階段還包括：

基于所述轉子吸力面和靜子吸力面的軸向邊界渦量流診斷結果，從提高流動效率的角度出發(fā)，將所述徑向邊界渦量流的面積分作為目標函數，對風扇葉片關鍵區(qū)域的葉型參數進行優(yōu)化；

所述關鍵區(qū)域包括出現徑向和/或軸向壓力梯度的區(qū)域；

所述葉型參數包括中弧線曲率、厚度分布和彎掠。

6.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，所述優(yōu)化設計階段還包括：

基于所述轉子吸力面和靜子吸力面的徑向邊界渦量流診斷結果，對風扇葉片關鍵區(qū)域的葉型參數進行優(yōu)化；

所述關鍵區(qū)域包括出現徑向和/或軸向壓力梯度的區(qū)域；

所述葉型參數包括中弧線曲率、厚度分布和彎掠。

7.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，

基于所述風扇的設計參數確定所述風扇的進出口馬赫數和輪轂比，從而進一步獲取所述風扇的流道曲線。

8.根據權利要求1-7中任一項所述的設計方法，其特征在于，所述一維氣動設計階段還包括：

采用接近等外徑的設計，在轉子葉尖后半段機匣收縮；

轉子前緣曲線在葉尖區(qū)域呈前掠形式，靜子前緣曲線在葉根和葉尖區(qū)域呈前掠形式。

9.一種采用權利要求1至8中任一項所述的設計方法所獲得的單級跨音風扇。