[發(fā)明專利]一種渦槳發(fā)動機動力渦輪葉片及其設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210758915.3
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115098966A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽玉清;張紹文;房興龍;劉冬華;單熠君;譚鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)湖南動力機械研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06T17/00;F01D5/14;G06F119/04
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43211
• 代理人: 黃海波

本申請?zhí)峁┝艘环N渦槳發(fā)動機動力渦輪葉片及其設(shè)計方法，所述方法包括步驟：步驟1:根據(jù)設(shè)計狀態(tài)點動力渦輪設(shè)計要求，選擇初始攻角為零度，開展初步渦輪葉片造型設(shè)計；步驟2:根據(jù)初步渦輪葉片造型設(shè)計結(jié)果搭建計算模型，開展多狀態(tài)計算分析，獲取典型狀態(tài)點葉片出口氣流角徑向分布；步驟3:根據(jù)典型狀態(tài)點葉片出口氣流角徑向分布，優(yōu)選進口攻角范圍，調(diào)整葉片幾何造型參數(shù)開展葉片葉型優(yōu)化設(shè)計；步驟4:開展基于優(yōu)化葉片的渦輪特性計算，獲取不同狀態(tài)點的考核參數(shù)；步驟5:評判考核參數(shù)，根據(jù)評判結(jié)果迭代調(diào)整葉片造型參數(shù)和計算渦輪特性，直到葉片滿足所有預(yù)設(shè)條件。本申請可提高非設(shè)計點渦輪效率，降低全包線范圍內(nèi)的整機耗油率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及渦槳發(fā)動機領(lǐng)域，特別地，涉及一種渦槳發(fā)動機動力渦輪葉片及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)

渦槳發(fā)動機具有經(jīng)濟性好，起飛拉力大，維修簡單，環(huán)境適用性強等優(yōu)點，在中小型支線客機和通用飛機領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。渦槳發(fā)動機在工作過程中螺旋槳通常由動力渦輪帶動。由于飛行過程中飛機負(fù)荷的不同。

由于受螺旋槳葉尖線速度的限制，渦槳發(fā)動機動力渦輪通常存在多個不同的工作轉(zhuǎn)速，如在地面起飛狀態(tài)，發(fā)動機要求功率較高，動力渦輪工作轉(zhuǎn)速通常較大；而在空中巡航狀態(tài)，如果還保持較高的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，將使得螺旋槳葉尖處超音，導(dǎo)致螺旋槳工作效率降低，因此，巡航狀態(tài)下，從推進系統(tǒng)整體性能出發(fā)，通常會采用一個較低的工作轉(zhuǎn)速。多個不同的工作轉(zhuǎn)速，對動力渦輪的設(shè)計帶來了較大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的渦軸發(fā)動機動力渦輪通常采用恒轉(zhuǎn)速設(shè)計，在起飛、巡航、連續(xù)等狀態(tài)動力渦輪轉(zhuǎn)速都保持恒定，不同的工作狀態(tài)下，渦輪葉片負(fù)荷、攻角情況變化都較小。因此，在渦輪葉片設(shè)計時，通常僅需考慮設(shè)計轉(zhuǎn)速下的渦輪攻角情況，根據(jù)設(shè)計點下葉片負(fù)荷水平、速度三角形等氣動參數(shù)完成渦輪葉片設(shè)計。而對于渦槳發(fā)動機動力渦輪，葉片的設(shè)計需考慮多個不同轉(zhuǎn)速間的平衡。因為動力渦輪的效率直接影響發(fā)動機整機的耗油率，因此，若在葉型設(shè)計過程中對非設(shè)計狀態(tài)點的性能考慮不周全的話，勢必導(dǎo)致渦輪效率下降，使得整機循環(huán)耗油率增加，影響了全壽命周期內(nèi)的使用經(jīng)濟性。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例一方面提供了一種渦槳發(fā)動機動力渦輪葉片設(shè)計方法，以解決現(xiàn)有的動力渦輪葉片由于僅考慮某一狀態(tài)點的設(shè)計需求，使得非設(shè)計點攻角損失增加，渦輪效率下降，影響發(fā)動機全包線范圍下的整機耗油率技術(shù)問題。

本申請采用的技術(shù)方案如下：

一種渦槳發(fā)動機動力渦輪葉片設(shè)計方法，包括以下步驟：

步驟1:根據(jù)設(shè)計狀態(tài)點動力渦輪設(shè)計要求，選擇初始攻角為零度，開展初步渦輪葉片造型設(shè)計；

步驟2:根據(jù)初步渦輪葉片造型設(shè)計結(jié)果搭建計算模型，開展多狀態(tài)計算分析，獲取典型狀態(tài)點葉片出口氣流角徑向分布，所述典型狀態(tài)點包括高空巡航狀態(tài)點、起飛狀態(tài)點；

步驟3:根據(jù)所述典型狀態(tài)點葉片出口氣流角徑向分布，優(yōu)選進口攻角范圍，調(diào)整葉片幾何造型參數(shù)，開展葉片葉型優(yōu)化設(shè)計；

步驟4:開展基于優(yōu)化葉片的渦輪特性計算，獲取不同狀態(tài)點的考核參數(shù)，所述考核參數(shù)包括不同狀態(tài)點的動力渦輪效率、功率、物理流量；

步驟5:評判所述考核參數(shù)，如果均滿足設(shè)計要求，則進行轉(zhuǎn)子的強度、振動及壽命計算，若強度、振動及壽命計算結(jié)果滿足要求，則渦輪葉片設(shè)計完成；如果動力渦輪效率、功率、物理流量、強度、振動及壽命的計算結(jié)果有任意一項不滿足要求，則返回步驟3，重新調(diào)整葉片造型參數(shù)，進行葉片葉型設(shè)計，并重新進行渦輪特性計算分析，直到所述優(yōu)化葉片滿足所有預(yù)設(shè)條件。

進一步地，步驟1中，所述設(shè)計狀態(tài)點選定為高空巡航狀態(tài)點，所述葉片攻角i由如下公式確定：

i＝β_k-β；

其中，β為葉片進口氣流角；β_k為葉片進口構(gòu)造角。