專利名稱：一種高負(fù)荷超、跨音速軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，屬于軸流壓氣機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軸流壓氣機(jī)其目的在于把葉輪機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體壓力能。其基本部件由轉(zhuǎn)子和靜子構(gòu)成。對(duì)于壓氣機(jī)而言，其單級(jí)壓比提升，可以有效縮減發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸與重量，提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比。通常提升壓氣機(jī)級(jí)壓比主要有兩種手段，提高轉(zhuǎn)子的圓周速度或增加轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)折角。對(duì)于各類型燃?xì)廨啓C(jī)，目前其低壓風(fēng)扇通常都屬于跨音級(jí)。且當(dāng)轉(zhuǎn)子圓周速度進(jìn) ー步提升，此時(shí)低壓風(fēng)扇可變?yōu)槌艏?jí)，即入口相対速度沿整個(gè)葉高均超音。對(duì)于入口來流沿整個(gè)葉高均超音的超音速軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)有兩類，ー類是內(nèi)激波式轉(zhuǎn)子，另一類是沖動(dòng)式轉(zhuǎn)子。所謂內(nèi)激波式轉(zhuǎn)子，是指入口超音速來流，在幾何與背壓的共同作用下，在葉柵流道入口處產(chǎn)生一道激波，激波過后氣流降為亞音速氣流，并在接下擴(kuò)張流道中進(jìn)ー步減速擴(kuò)壓流動(dòng)。其主要的流動(dòng)問題在于，在動(dòng)葉不采用流動(dòng)控制措施的前提下，由于激波與附面層的干渉，若増大葉柵轉(zhuǎn)角易引發(fā)附面層出現(xiàn)大尺度分離，限制了級(jí)負(fù)荷的進(jìn)ー步提升。為有效提升級(jí)負(fù)荷，若在動(dòng)葉柵內(nèi)采用附面層抽吸進(jìn)行流動(dòng)控制，會(huì)存在抽吸管道布局困難，轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度下降等問題；若采用串列葉柵控制技術(shù)進(jìn)行流動(dòng)控制，又會(huì)使得轉(zhuǎn)子葉片數(shù)增多，質(zhì)量增加，成本上升等。所謂沖動(dòng)式轉(zhuǎn)子，是指超音速來流，在入口激波過后，氣流進(jìn)一歩加速流動(dòng)，葉柵出口相対速度與絕對(duì)速度均超音。由于激波過后葉柵內(nèi)氣流加速流動(dòng)，因此相較于內(nèi)激波式轉(zhuǎn)子，在不采用流動(dòng)控制的前提下，可實(shí)現(xiàn)更大的氣流折轉(zhuǎn)，更高的級(jí)負(fù)荷。其問題在干，激波過后氣流加速流動(dòng)，氣流出ロ壓升很小甚至為負(fù)值，當(dāng)負(fù)荷增加吋，出ロ相対速度與絕對(duì)速度均超音。動(dòng)葉機(jī)械能大部分轉(zhuǎn)化為氣體動(dòng)能，因此動(dòng)葉出ロ絕對(duì)馬赫數(shù)過高，下游靜葉柵設(shè)計(jì)難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了避免在動(dòng)葉中進(jìn)行附面層抽吸或串列葉柵等控制手段造成的如抽吸管道布局困難、葉片強(qiáng)度下降、葉片數(shù)目増加等系列問題，進(jìn)而提供了一種高負(fù)荷超、跨音速軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述高負(fù)荷超、跨音速軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、動(dòng)葉高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)對(duì)動(dòng)葉進(jìn)行高負(fù)荷大轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)在軸向進(jìn)氣前提下,使動(dòng)葉出口相對(duì)氣流方向沿軸向，控制動(dòng)葉各截面轉(zhuǎn)角等于入口相對(duì)氣流角的大小，各截面轉(zhuǎn)角的數(shù)值可由公式(I)確定；動(dòng)葉各截面上氣流轉(zhuǎn)角為50 65度，各截面上扭速等于各截面上的圓周速度；如果入口有正預(yù)旋，使各截面上扭速大于截面上的圓周速度；
權(quán)利要求
1.一種高負(fù)荷超、跨音速軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟一、動(dòng)葉高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì) 對(duì)動(dòng)葉進(jìn)行高負(fù)荷大轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)在軸向進(jìn)氣前提下，使動(dòng)葉出ロ相對(duì)氣流方向沿軸向，控制動(dòng)葉各截面轉(zhuǎn)角等于入口相對(duì)氣流角的大小，各截面轉(zhuǎn)角的數(shù)值可由公式(I)確定；動(dòng)葉各截面上氣流轉(zhuǎn)角為50 65度，各截面上扭速等于各截面上的圓周速度；如果入ロ有正預(yù)旋，使各截面上扭速大于截面上的圓周速度；
全文摘要
一種高負(fù)荷超、跨音速軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，屬于軸流壓氣機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明避免了在動(dòng)葉中進(jìn)行附面層抽吸或串列葉柵等控制手段造成的如抽吸管道布局困難、葉片強(qiáng)度下降、葉片數(shù)目增加等系列問題，技術(shù)手段為一、在高負(fù)荷超、跨音速軸流壓氣機(jī)級(jí)動(dòng)葉中，利用子午流道及葉型設(shè)計(jì)，使得葉柵流道呈縮放型，在葉柵流道中氣流加速流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)葉中氣流大轉(zhuǎn)角流動(dòng)，同時(shí)有效降低下游靜葉入口絕對(duì)馬赫數(shù)。二、對(duì)于下游靜葉柵，其入口絕對(duì)馬赫數(shù)超音，利用附面層抽吸控制流動(dòng)分離并實(shí)現(xiàn)氣流折轉(zhuǎn)。具體的葉型設(shè)計(jì)方案與抽吸方案需根據(jù)實(shí)際情況獲得。本發(fā)明可用于高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)F04D29/38GK102852857SQ20121036970
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者王松濤, 胡應(yīng)交 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)