一种两段式预压缩中弧线叶型结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风扇及气体动力学领域，特别涉及了一种两段式预压缩中弧线叶型结构。
【背景技术】
[0002]叶型中弧线是叶片造型的基础，对叶型性能起着决定性作用，叶型设计时要根据对应不同的来流马赫数采用与之相匹配的叶型中弧线。目前大多数中弧线形式，适用于亚音速、跨音速以及马赫数低于1.5的超音速流动领域，对于马赫数突破了 1.5的超高声速转子设计，工程上还没有适合的中弧线叶型存在，而应用常规叶型则表现出增压能力不足，流通能力偏小等缺点，无法满足高负荷风扇转子叶片设计需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是能在高马赫数条件下，具有更大的增压和流通能力，满足增压比和流量符合设计指标，特提供了一种两段式预压缩中弧线叶型结构。
[0004]本发明提供了一种两段式预压缩中弧线叶型结构，其特征在于:所述的两段式预压缩中弧线叶型结构，中弧线叶型根据进口马赫数的不同形成多种类型，Ma = 0.8?1.2的跨音区，采用双圆弧叶型，中线为一整段圆弧;Ma = 1.2-1.4的超音区，采用多圆弧叶型，中线由两段圆弧组成，两圆弧在过渡点斜率相等。当马赫数超过1.4时，激波损失加剧，叶背前段做成凹形，以降低波前马赫数，控制激波强度，减小激波损失，这种叶型叫做预压缩叶型。
[0005]以叶型相对弯角的最大预压缩点为分界点将中弧线分成前后两段，前后段分别采用不同的相对弯角变化规律，简称两段式预压缩叶型。
[0006]两段式预压缩中弧线叶型结构，前段采用相对弯角变化量逐渐增加的变化规律，后段采用相对弯角变化量逐渐减小的变化规律。
[0007]两段式预压缩中弧线叶型结构，前后两段过渡点斜率不相等。
[0008]叶片是风扇/压气机中最重要的部件，风扇的增压和对气体的流动控制都是通过叶片实现的。中弧线是叶片的骨线，常用叶型弯角沿轴向的变化规律来描述，在中弧线上覆盖以叶厚分布就形成了基元叶型，不同叶高的基元叶型根据积叠规律叠加在一起就形成了风扇的叶片，即为中弧线叶片造型的基础。
[0009]进口预压角的变化量越小，叶型的流通能力越大。
[0010]最大预压点后的弯角变化量越大，波前马赫数越高，激波增压越强，但激波损失增加。
[0011]出口弯角的变化量越小，叶型弯角的增压能力越强，叶型的落后角越小。
[0012]前段中弧线设计时主要关注叶型的流通能力，后段中弧线设计则主要关注叶型增压能力和效率的平衡。
[0013]超音速叶型的增压主要来自槽道内的激波和气流的折转，增加波前马赫数，可以提高激波强度，提高叶型的增压能力；在相同叶型角的情况下，新叶型如果具有较小的落后，也可以加大气流折转，提高叶型的增压能力。超音速叶型的流通能力与槽道的A/A*有关，A/A*的影响因素较复杂，主要与叶型构成的流通面积有关。另外，超音速叶型的效率与增压能力是一对矛盾，激波越强，增压越强，但损失也越大，提高压比时要考虑两者的平衡。
[0014]前段中弧线对流量的影响显著，对其他性能参数影响较小，前段叶型采用进口预压缩量越小，通道的A/A*越大，叶型的流通能力也就越强。后段中弧线对各项性能参数的影响较大，最大预压点之后采用较大的弯角变化量，提高槽道内的波前马赫数，增加激波强度，提高叶型的增压能力，尾缘由于存在激波干扰，附面层增厚等现象，流动条件较复杂，采用较小的弯角变化量，有利于减小叶型的落后角，提高叶型的增压能力。
[0015]本发明的优点:
[0016]本发明所述的两段式预压缩中弧线叶型结构，增压能力强，流通能力大，落后角小，可以选取更大的预压缩量和预压缩段长度，适合超高音速转子设计。能在高马赫数条件下，具有更大的增压和流通能力。
【附图说明】
[0017]下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明:
[0018]图1为两段式叶型相对弯角沿轴向的变化规律示意图；
[0019]图2为叶尖马赫数达到1.7的叶型变化规律示意图；
[0020]图3为叶尖马赫数达到1.7的高负荷大流量风扇转子示意图。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022]本发明提供了一种两段式预压缩中弧线叶型结构，其特征在于:所述的两段式预压缩中弧线叶型结构，中弧线叶型根据进口马赫数的不同形成多种类型，Ma = 0.8?1.2的跨音区，采用双圆弧叶型，中线为一整段圆弧；Ma = 1.2-1.4的超音区，采用多圆弧叶型，中线由两段圆弧组成，两圆弧在过渡点斜率相等。当马赫数超过1.4时，激波损失加剧，叶背前段做成凹形，以降低波前马赫数，控制激波强度，减小激波损失，这种叶型叫做预压缩叶型。
[0023]以叶型相对弯角的最大预压缩点为分界点将中弧线分成前后两段，前后段分别采用不同的相对弯角变化规律，简称两段式预压缩叶型。
[0024]两段式预压缩中弧线叶型结构，前段采用相对弯角变化量逐渐增加的变化规律，后段采用相对弯角变化量逐渐减小的变化规律。
[0025]两段式预压缩中弧线叶型结构，前后两段过渡点斜率不相等。
[0026]叶片是风扇/压气机中最重要的部件，风扇的增压和对气体的流动控制都是通过叶片实现的。中弧线是叶片的骨线，常用叶型弯角沿轴向的变化规律来描述，在中弧线上覆盖以叶厚分布就形成了基元叶型，不同叶高的基元叶型根据积叠规律叠加在一起就形成了风扇的叶片，即为中弧线叶片造型的基础。
[0027]进口预压角的变化量越小，叶型的流通能力越大。
[0028]最大预压点后的弯角变化量越大，波前马赫数越高，激波增压越强，但激波损失增加。
[0029]出口弯角的变化量越小，叶型弯角的增压能力越强，叶型的落后角越小。
[0030]前段中弧线设计时主要关注叶型的流通能力，后段中弧线设计则主要关注叶型增压能力和效率的平衡。
[0031]超音速叶型的增压主要来自槽道内的激波和气流的折转，增加波前马赫数，可以提高激波强度，提高叶型的增压能力；在相同叶型角的情况下，新叶型如果具有较小的落后，也可以加大气流折转，提高叶型的增压能力。超音速叶型的流通能力与槽道的A/A*有关，A/A*的影响因素较复杂，主要与叶型构成的流通面积有关。另外，超音速叶型的效率与增压能力是一对矛盾，激波越强，增压越强，但损失也越大，提高压比时要考虑两者的平衡。
[0032]前段中弧线对流量的影响显著，对其他性能参数影响较小，前段叶型采用进口预压缩量越小，通道的A/A*越大，叶型的流通能力也就越强。后段中弧线对各项性能参数的影响较大，最大预压点之后采用较大的弯角变化量，提高槽道内的波前马赫数，增加激波强度，提高叶型的增压能力，尾缘由于存在激波干扰，附面层增厚等现象，流动条件较复杂，采用较小的弯角变化量，有利于减小叶型的落后角，提高叶型的增压能力。
[0033]—个叶尖马赫数达到1.7的高负荷大流量风扇转子如图2所示，
[0034]所述风扇转子70%叶高马赫数达到1.5。
[0035]所述风扇转子70%叶高以上采用新式预压缩叶型。
[0036]以叶型相对弯角的最大预压缩点为分界点将中弧线分成前后两段。
[0037]前段采用相对弯角变化量逐渐增加的变化规律，后段采用相对弯角变化量逐渐减小的变化规律。
[0038]前后两段过渡点斜率不相等，具有更大的预压量和预压段长度，进口预压角的变化量越小，叶型的流通能力越大。最大预压点后的弯角变化量越大，波前马赫数越高，激波增压越强，但激波损失增加。
[0039]出口预压角的变化量越小，叶型弯角的增压能力越强，叶型的落后角越小，前段中弧线设计时主要关注叶型的流通能力，后段中弧线设计则主要关注叶型增压能力和效率的平衡。
【主权项】
1.一种两段式预压缩中弧线叶型结构，其特征在于:所述的两段式预压缩中弧线叶型结构，中弧线叶型根据进口马赫数的不同形成多种类型，Ma = 0.8?1.2的跨音区，采用双圆弧叶型，中线为一整段圆弧;Ma = 1.2-1.4的超音区，采用多圆弧叶型，中线由两段圆弧组成，两圆弧在过渡点斜率相等；当马赫数超过1.4时，激波损失加剧，叶背前段做成凹形，以降低波前马赫数，控制激波强度，减小激波损失，即叶型为预压缩叶型； 以叶型相对弯角的最大预压缩点为分界点将中弧线分成前后两段，前后段分别采用不同的相对弯角变化规律。2.按照权利要求1所述的两段式预压缩中弧线叶型结构，其特征在于:两段式预压缩中弧线叶型结构，前段采用相对弯角变化量逐渐增加的变化规律，后段采用相对弯角变化量逐渐减小的变化规律。3.按照权利要求1所述的两段式预压缩中弧线叶型结构，其特征在于:两段式预压缩中弧线叶型结构，前后两段过渡点斜率不相等。
【专利摘要】一种两段式预压缩中弧线叶型结构，中弧线叶型根据进口马赫数的不同形成多种类型，Ma＝0.8～1.2的跨音区，采用双圆弧叶型，中线为一整段圆弧；Ma＝1.2-1.4的超音区，采用多圆弧叶型，中线由两段圆弧组成，两圆弧在过渡点斜率相等。当马赫数超过1.4时，激波损失加剧，叶背前段做成凹形，以降低波前马赫数，控制激波强度，减小激波损失，即叶型为预压缩叶型。以叶型相对弯角的最大预压缩点为分界点将中弧线分成前后两段，前后段分别采用不同的相对弯角变化规律。本发明的优点：增压能力强，流通能力大，落后角小，选取更大的预压缩量和预压缩段长度，适合超高音速转子设计。
【IPC分类】F04D21/00, F04D29/26
【公开号】CN105465040
【申请号】CN201410455436
【发明人】单玉姣, 郑宁
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年9月9日