[發(fā)明專利]一種軸流式壓氣機轉子葉片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110170169.1
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112922899A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 李婷婷;劉華坪;楊顯清
• 申請（專利權）人: 深圳森藍忠信科技有限公司
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 段守富

本發(fā)明公開了一種軸流式壓氣機轉子葉片，其整體為流線型型面，該型面由內(nèi)曲面和與內(nèi)曲面對置的外曲面構成，沿其主軸線包括下半葉、中間部、及上半葉；所述內(nèi)曲面呈凹形，且其凹形程度從下至上逐漸減小；所述外曲面呈凸形，且其凸形程度從下至上逐漸減??；中間部橫截面曲率為零。本發(fā)明通過對動葉進、出口氣流角匹配與葉型中弧線二階導數(shù)進行合理的優(yōu)化匹配，保證了葉型截面中弧線的曲率連續(xù)，由此重組葉片氣動負荷，有效控制動葉通道內(nèi)部激波結構與激波后的分離流動以及葉片吸力面角區(qū)二次流，降低了擴壓葉柵氣動損失，拓展壓氣機的穩(wěn)定工作范圍；獲得的轉子葉片新型結構兼顧了氣動與強度兩方面的實際要求，具有很好的工程應用價值。

技術領域

本發(fā)明涉及葉輪機械氣動設計領域，具體而言，涉及一種軸流式壓氣機轉子葉片。

背景技術

現(xiàn)代航空動力系統(tǒng)高推重比的發(fā)展需求對其主要氣動部件——風扇/壓氣機提出了極高的要求。這就要求風扇/壓氣機不僅具有較大的流量、較高的級壓比和效率，而且必須在全工況條件下具備較為寬廣的穩(wěn)定工作范圍。風扇/壓氣機單元負荷水平的顯著提高，勢必會導致轉子葉尖馬赫數(shù)增加，同時由于激波和葉片吸力面角區(qū)低能流體聚集產(chǎn)生脹壓與強剪切作用而導致附面層大尺度分離。這樣，不僅壓氣機非設工況氣動性能得不到保證，甚至在設計轉速下的失速裕度也受到嚴重影響。很顯然，傳統(tǒng)的氣動設計技術已經(jīng)無法勝任這項艱巨的設計任務。急需探索可同時考慮氣體粘性、三維、激波與旋渦控制等復雜多因素耦合條件下的先進壓氣機氣動優(yōu)化設計技術，實現(xiàn)壓氣機在高負荷高通流條件下仍然具有較高的氣動效率水平與可實際利用的失速裕度。

基于這一想法，許多先進的氣動設計理念與設計體系應運而生。由王仲奇教授等于上世紀60年代初提出以附面層遷移理論為基礎的彎曲葉片概念與設計方法，彎曲葉片技術以其極具個性化的控制附面層低能流體徑向遷移的端壁效應特性一直受到廣泛關注，目前已經(jīng)在先進壓縮系統(tǒng)靜子甚至轉子葉片的設計中獲得廣泛應用。早在1974年至1977年期間，NASA-Lewis研究中心采用當時比較先進的掠形葉片技術，研制了高速靜音風扇QF-12。Wennerstrom首次將掠葉片技術引入到高負荷高通流跨音風扇的氣動設計中。美國Wright實驗室為了研究葉片掠的氣動設計概念與效果，開展了一系列掠形轉子的設計與實驗研究工作。Denton等也開展了與彎/掠形葉片相關的氣動性能與流場結構的數(shù)值研究，其研究結果表明，彎/掠形葉片對風扇的失速裕度有著十分重要的影響。近年來，北京航空航天大學設計并測試了壓比分別高達2.2和2.3的單級后掠跨音高負荷風扇ATS-2與J285。隨著風扇/壓氣機級負荷水平的逐漸提高，在擴壓葉柵近似軸向出氣的設計要求下，勢必導致靜子呈現(xiàn)大折轉角的個性化特征，由此引發(fā)了靜子端區(qū)較強的附面層三維流動分離，其嚴重影響了風扇/壓氣機負荷水平與失速裕度的拓展。Breugelmans與Shang的研究結果表明，彎、掠靜子葉片技術的合理應用能夠有效減少角區(qū)失速。Weingold等針對一個三級壓氣機的研究結果表明，在堵塞流量與失速裕度的限制條件下，弓形靜子能夠增加該三級壓氣機的壓比和效率。Gummer等針對彎、掠跨音速靜子的數(shù)值與實驗研究結果也表明，前掠和正彎壓氣機靜子能夠有效降低端區(qū)流動損失，拓展靜子的有效工作范圍。