[發(fā)明專利]壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011543456.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN112283162B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉天一;姜逸軒;張曉詩;吳帆;翟志龍;曹傳軍;李游
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)上海商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司;中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F04D29/38
• 分類號(hào): F04D29/38
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 喻學(xué)兵

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，能夠減少小翼結(jié)構(gòu)帶來的額外離心力。本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)方法。為實(shí)現(xiàn)前述一個(gè)目的的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片包括葉片本體以及設(shè)置于葉片本體上的葉尖小翼，葉尖小翼分別設(shè)置在葉片本體吸力面以及壓力面的葉頂處，在每一葉型截面中，對(duì)于未加裝葉尖小翼的葉片本體具有第一重心，在葉頂?shù)谋砻嫣幍娜~型截面中，葉尖小翼的起點(diǎn)與葉片本體前緣之間的距離小于5％的葉片本體的弦長(zhǎng)，葉尖小翼的終點(diǎn)位于第一重心與葉片本體尾緣之間。其中，第一重心連線成為葉片本體的積疊軸，在轉(zhuǎn)子葉片的子午視圖中，積疊軸呈直線或曲線狀，并自葉片本體葉根處至葉頂處朝向尾緣傾斜或凸起。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證、工作服役等的過程中，軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)性能是一組極其重要的參數(shù)指標(biāo)，通過這一組參數(shù)評(píng)價(jià)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣、監(jiān)測(cè)壓氣機(jī)的工作狀態(tài)是否正常、分析壓氣機(jī)工作過程中出現(xiàn)的故障問題等。

軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)性能由各級(jí)的氣動(dòng)性能共同決定。其中，在高轉(zhuǎn)速下，后面級(jí)的性能尤為重要。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和機(jī)匣之間存在徑向間隙，間隙中存在如圖1所示的、由壓力面91到吸力面92的泄漏流動(dòng)93。這不僅會(huì)導(dǎo)致葉尖部分截面的效率降低，還會(huì)降低其做功量，進(jìn)而導(dǎo)致流量下降，正攻角增大，從而容易失速。間隙相比于葉高的比例越大，泄漏越嚴(yán)重，對(duì)性能的影響越大。隨著氣體的逐級(jí)壓縮，軸流壓氣機(jī)的葉高總是逐級(jí)降低的，但各級(jí)在工作狀態(tài)下的葉尖間隙卻相差不大。因此處于越下游的級(jí)，葉尖泄漏問題越嚴(yán)重。目前，轉(zhuǎn)子葉片的葉尖泄漏已成為制約后面級(jí)性能的最主要因素之一。

葉尖小翼技術(shù)能有效抑制葉尖泄漏，改善葉片氣動(dòng)性能，在渦輪領(lǐng)域已有大量應(yīng)用，如圖2示意性示出了現(xiàn)有帶小翼結(jié)構(gòu)94的壓氣機(jī)葉片9的示意圖。但壓氣機(jī)葉片遠(yuǎn)比渦輪葉片更薄，使用同樣的葉尖小翼會(huì)給葉片帶來大得多的應(yīng)力和應(yīng)變，從而帶來一系列強(qiáng)度隱患。因此，葉尖小翼目前在航空及地面燃?xì)廨啓C(jī)所用的高轉(zhuǎn)速、高溫工作的軸流壓氣機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用極少。同時(shí)，對(duì)于葉片上加裝葉尖小翼結(jié)構(gòu)，不僅會(huì)帶來額外的離心力，同時(shí)可能導(dǎo)致額外的扭轉(zhuǎn)力矩。因而亟需提供一種構(gòu)型適用于軸流壓氣機(jī)中具有葉尖小翼的葉片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，能夠減少小翼結(jié)構(gòu)帶來的額外離心力。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)方法，其用于設(shè)計(jì)如前所述的轉(zhuǎn)子葉片。

為實(shí)現(xiàn)前述一個(gè)目的的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，包括葉片本體以及設(shè)置于所述葉片本體上的葉尖小翼，

所述葉尖小翼分別設(shè)置在所述葉片本體吸力面以及壓力面的葉頂處，在每一葉型截面中，對(duì)于未加裝所述葉尖小翼的所述葉片本體具有第一重心，在所述葉頂?shù)谋砻嫣幍娜~型截面中，所述葉尖小翼的起點(diǎn)與所述葉片本體前緣之間的距離小于5％的所述葉片本體的弦長(zhǎng)，所述葉尖小翼的終點(diǎn)位于所述第一重心與所述葉片本體尾緣之間；

其中，所述第一重心連線成為所述葉片本體的積疊軸，在所述轉(zhuǎn)子葉片的子午視圖中，所述積疊軸呈直線或曲線狀，并自所述葉片本體葉根處至所述葉頂處朝向所述尾緣傾斜或凸起；

其中，對(duì)于每一葉尖小翼，所述起點(diǎn)的弦向位置是C0，所述終點(diǎn)的弦向位置是C1，該葉尖小翼的寬度最大的部位的弦向位置是Cm，則有：

0.8*(C0+C1)/2＜Cm1.2*(C0+C1)/2；

其中，所述葉尖小翼的寬度為在葉型截面中，從葉尖小翼邊緣的任意一點(diǎn)朝向?qū)?yīng)該葉型截面的中弧線作垂線，該垂線與葉片本體的輪廓之間的交點(diǎn)與該點(diǎn)的距離為對(duì)應(yīng)該點(diǎn)處的葉尖小翼的寬度；所述弦向位置為在葉型截面中，從葉尖小翼邊緣的任意一點(diǎn)朝向?qū)?yīng)該葉型截面的中弧線作垂線，并在弧線上所得到的垂足，該垂足處到前緣處的距離除以弦長(zhǎng)即為葉尖小翼上的該點(diǎn)的弦向位置。