一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片；尤其涉及到一種高負(fù)荷葉尖后掠跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片，屬葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)扇作為航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵的核心部件之一，其性能影響著航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣。隨著航空推進(jìn)系統(tǒng)向高推重比的方向發(fā)展，對(duì)風(fēng)扇的性能提出了越來越高的要求。為了提高增壓比，當(dāng)前的航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)多采用跨音風(fēng)扇。所謂跨音風(fēng)扇是指風(fēng)扇轉(zhuǎn)子根部來流相對(duì)馬赫數(shù)亞音，尖部來流相對(duì)馬赫數(shù)超音。隨著壓比的提高，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片的中部和尖部截面，相對(duì)馬赫數(shù)的數(shù)值也越來越高，導(dǎo)致通道內(nèi)的激波強(qiáng)度也逐漸增大。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉尖截面的峰值相對(duì)馬赫數(shù)已由過去的1.4以下提高到了1.5，甚至更高。一方面，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子可以利用激波實(shí)現(xiàn)高的增壓比，而另一方面，由于激波與邊界層相互干擾會(huì)使得激波后邊界層迅速增厚，甚至過高的激波強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致激波后的流動(dòng)出現(xiàn)分離，損失增加。再加上吸力面和壓力面壓差的增大，葉尖間隙泄漏流動(dòng)也會(huì)增加，導(dǎo)致流動(dòng)損失增加，風(fēng)扇效率下降。
[0003]因此，必須采用先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)出適合高負(fù)荷跨音風(fēng)扇的葉型，在提高壓比的同時(shí)盡量的降低流動(dòng)損失，以提高風(fēng)扇的效率。
[0004]哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司的專利CN102927050A《一種用于改善壓氣機(jī)工作穩(wěn)定性的端彎葉片》中提出一種導(dǎo)葉上部端彎的葉片，導(dǎo)葉上端的端彎葉型相對(duì)于導(dǎo)葉中部向吸力面一側(cè)偏移0_?7.53mm,端彎區(qū)占導(dǎo)葉整體高度的7%，使氣流的流入和流出更貼合葉片的葉型曲線，與壓氣機(jī)主流區(qū)域的角度匹配，提高壓氣機(jī)的工作穩(wěn)定性。該專利中提到的端彎葉片只適用于高負(fù)荷壓氣機(jī)的靜子葉片。
[0005]清華大學(xué)的專利CN103148016A《葉片前掠的離心壓氣機(jī)及渦輪增壓器》中提出一種前掠的離心葉片，通過將葉片進(jìn)行前掠處理，降低前緣葉尖處的載荷，從而提高離心壓氣機(jī)小流量下的性能。前掠葉片可以降低前緣葉尖處的負(fù)荷，但會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，容易引發(fā)葉片的振動(dòng)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題采用小展弦比、可控?cái)U(kuò)散、掠形及端彎技術(shù)設(shè)計(jì)一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片。
[0007](I)要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明需要解決現(xiàn)有航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力不能滿足飛機(jī)需求的問題，針對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片流量小、壓比低、效率低的問題，通過改進(jìn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)，使流量提高7%，壓比提高7%，效率提高2%。
[0009](2)技術(shù)方案
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明的一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片是一種寬弦的三維復(fù)合彎掠葉片，包括葉根截面、葉尖截面、葉片前緣、葉片尾緣和葉片弦長(zhǎng)。其中葉片弦長(zhǎng)加長(zhǎng)、稠度增大、葉片前緣的進(jìn)口葉尖后掠、葉片尾緣的根部端彎，并采用可控?cái)U(kuò)散葉型嚴(yán)格控制沿葉高方向各個(gè)截面的彎度變化。
[0011]其中為了提高負(fù)荷，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片弦長(zhǎng)加長(zhǎng)30% ;葉尖稠度為葉片弦長(zhǎng)與柵距的比值，由1.0增大到1.2。
[0012]其中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)的控制，采用可控?cái)U(kuò)散葉型，最大彎度位置由葉根到葉尖逐漸后移，根部最大彎度弦向位置為50%，在90%葉高處最大彎度弦向位置為65% (達(dá)到極值)，90%到100%葉高最大彎度弦向位置逐漸前移，葉尖最大彎度弦向位置為60%。
[0013]其中為了降低葉尖截面的最大相對(duì)馬赫數(shù)，降低激波損失，同時(shí)提高葉片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，葉片前緣的葉尖后掠。
[0014]其中為了減小尾跡，降低損失，葉片出口尾緣的根部作端彎設(shè)計(jì)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]改進(jìn)設(shè)計(jì)經(jīng)過驗(yàn)證得出:在壓比提高7%的情況下，流量提高了 8%，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片95%葉高截面的最大相對(duì)馬赫數(shù)由1.57下降到了 1.43，50%葉高截面最大相對(duì)馬赫數(shù)由1.46下降到了 1.41，激波強(qiáng)度顯著降低，激波后的邊界層變薄，流動(dòng)損失大大減小，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的效率提高了 5%，并且設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)扇的穩(wěn)定工作裕度提高了 1%。
【附圖說明】
[0017]圖1為葉型示意圖。
[0018]1-葉根截面2-葉尖截面3-葉片前緣4-葉片尾緣5-葉尖后掠14-葉片弦長(zhǎng)
[0019]圖2為圖1的右視圖。
[0020]6-根部端彎
[0021]圖3實(shí)施例相對(duì)馬赫數(shù)等值線云圖
[0022]7-50%葉高截面8-95%葉高截面9_馬赫數(shù)等值線10-馬赫數(shù)數(shù)值11-邊界層12-激波13-葉片旋轉(zhuǎn)方向15-柵距16-尾跡
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合圖1?圖3通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。以下實(shí)施只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]由圖1?圖3可知，本發(fā)明的一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片是一種寬弦的三維復(fù)合彎掠葉片，包括葉根截面1、葉尖截面2、葉片前緣3、葉片尾緣4和葉片弦長(zhǎng)14。所述的葉片弦長(zhǎng)14加長(zhǎng)、稠度增大、葉片前緣3的進(jìn)口葉尖后掠5、葉片尾緣4的根部端彎6，并采用可控?cái)U(kuò)散葉型嚴(yán)格控制沿葉高方向各個(gè)截面的彎度變化。
[0025]其中為了提高負(fù)荷，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片弦長(zhǎng)14加長(zhǎng)30%，葉尖稠度為葉片弦長(zhǎng)14與柵距15的比值，由1.0增大到1.2。
[0026]由于來流的馬赫數(shù)較高，在設(shè)計(jì)過程中，為了降低葉尖截面2的激波強(qiáng)度，在葉片前緣3采用葉尖后掠5設(shè)計(jì)，葉尖后掠5設(shè)計(jì)可以降低來流在葉片前緣3法向的馬赫數(shù)分量，有效的降低激波12強(qiáng)度，減小激波損失，并且葉尖后掠5設(shè)計(jì)可以提高葉片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0027]其中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)的控制，采用可控?cái)U(kuò)散葉型，最大彎度位置由葉根到葉尖逐漸后移，葉根截面I最大彎度弦向位置為50%，在90%葉高處最大彎度弦向位置為65%(達(dá)到極值)，90%到100%葉高最大彎度弦向位置逐漸前移，葉尖截面2最大彎度弦向位置為 60%o
[0028]結(jié)合流場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果，其中為了減小尾跡16，降低損失，葉片尾緣4作根部端彎6設(shè)計(jì)。
[0029]具體的實(shí)施方法為:以流線曲率法通流設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，繼以三維葉片的任意造型，然后對(duì)造型的結(jié)果進(jìn)行三維流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算，再將計(jì)算結(jié)果反饋到通流設(shè)計(jì)和葉片任意造型中形成閉環(huán)的迭代過程，直至獲得滿意的氣動(dòng)性能，并配以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、振動(dòng)、喘振裕度驗(yàn)笪
ο
[0030]設(shè)計(jì)結(jié)果得到了驗(yàn)證，在壓比提高7%的情況下，流量提高了 8 %，效率提高了5%，并且設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)扇的穩(wěn)定工作裕度提高了 1%。由馬赫數(shù)等值線9的云圖中馬赫數(shù)數(shù)值10的變化可以看到，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片95%葉高截面8的最大相對(duì)馬赫數(shù)由1.57下降到了
1.43，50%葉高截面7的最大相對(duì)馬赫數(shù)由1.46下降到了 1.41，激波12強(qiáng)度顯著降低，激波后的邊界層11變薄，流動(dòng)損失大大減小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片是一種寬弦的三維復(fù)合彎掠葉片，包括葉根截面(I)、葉尖截面(2)、葉片前緣(3)、葉片尾緣(4)和葉片弦長(zhǎng)(14)，其特征在于:葉片弦長(zhǎng)(14)加長(zhǎng)、稠度增大、葉片前緣(3)的進(jìn)口葉尖后掠(5)、葉片尾緣(4)的根部端彎(6)，并采用可控?cái)U(kuò)散葉型嚴(yán)格控制沿葉高方向各個(gè)截面的彎度變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于:風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片弦長(zhǎng)(14)加長(zhǎng) 30%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于:葉尖稠度由1.0增大到 1.2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于:在葉片前緣(3)采用葉尖后掠(5)設(shè)計(jì)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于:采用可控?cái)U(kuò)散葉型，最大彎度位置由葉根到葉尖逐漸后移，葉根截面(I)最大彎度弦向位置為50%，在90%葉高處最大彎度弦向位置為65%，90%到100%葉高最大彎度弦向位置逐漸前移，葉尖截面(2)最大彎度弦向位置為60%。
【專利摘要】本發(fā)明的一種跨音風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片是一種寬弦的三維復(fù)合彎掠葉片，包括葉根截面、葉尖截面、葉片前緣、葉片尾緣和葉片弦長(zhǎng)。其中葉片弦長(zhǎng)加長(zhǎng)、稠度增大、葉片前緣的進(jìn)口葉尖后掠、葉片尾緣的根部端彎，并采用可控?cái)U(kuò)散葉型嚴(yán)格控制沿葉高方向各個(gè)截面的彎度變化。經(jīng)過驗(yàn)證得出：在壓比提高7％的情況下，流量提高了8％，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片95％葉高截面的最大相對(duì)馬赫數(shù)由1.57下降到了1.43，50％葉高截面最大相對(duì)馬赫數(shù)由1.46下降到了1.41，激波強(qiáng)度顯著降低，激波后的邊界層變薄，流動(dòng)損失大大減小，使得風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的效率提高了5％，并且設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)扇的穩(wěn)定工作裕度提高了1％。
【IPC分類】F04D29/26
【公開號(hào)】CN105090098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410205351
【發(fā)明人】冀國(guó)鋒, 林森, 吳秀寬, 王華青, 林塏, 潘世海
【申請(qǐng)人】貴州航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月9日