專利名稱：一種葉片前緣豚頭型處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葉片前緣豚頭型處理方法，屬于機(jī)械裝置及運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
葉型對(duì)機(jī)翼或葉輪機(jī)氣動(dòng)性能有很大影響，是提高機(jī)翼或葉輪機(jī)性能的關(guān)鍵。經(jīng)歷幾十年發(fā)展，在給定中弧線和疊加厚度分布的模式下，葉型已經(jīng)從早期的單圓弧、雙圓弧、多圓弧發(fā)展到任意多項(xiàng)式、定制中弧，從早期的NACA葉型厚度分布到多項(xiàng)式厚度分布、 厚度定制等，甚至直接優(yōu)化、反設(shè)計(jì)，可以說(shuō)從宏觀層面能想到的突破口都想到了，機(jī)翼和葉輪機(jī)性能得到了極大提升。近些年來(lái)，研究者們開(kāi)始著眼細(xì)節(jié)，并且發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)因素也同樣會(huì)產(chǎn)生大影響，前緣形狀就是這樣一個(gè)領(lǐng)域更具普遍意義的橢圓前緣正在取代常規(guī)的圓形前緣，不僅降低了葉型總損失，還具有好的耐風(fēng)蝕性能。更好的性能一直是各國(guó)研究者孜改以求的目標(biāo)。在上述基礎(chǔ)上，研究者還期望找到新前緣形狀以使葉型具有更寬的工作范圍。仿生學(xué)為此提供了一種新思路。海豚身體輪廓曲線是數(shù)千萬(wàn)年進(jìn)化結(jié)果，是適于海豚在水中游動(dòng)的最佳曲線，尤其頭部曲線使海豚適應(yīng)各種機(jī)動(dòng)動(dòng)作。如果機(jī)翼或葉輪機(jī)葉型前緣采用類似形狀，將會(huì)提升其性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為改善機(jī)翼或葉輪機(jī)葉型繞流，而提供一種低損失、寬裕度的葉片前緣豚頭型處理方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明方法采用仿海豚頭部型線設(shè)計(jì)，在保證原有葉型吸力面?zhèn)惹熬墮E圓弧不變的情況下，對(duì)壓力側(cè)橢圓弧進(jìn)行修改，得到與原有葉型吸力面?zhèn)惹熬墮E圓弧和原有葉型壓力側(cè)線光滑過(guò)渡的仿豚頭型壓力面?zhèn)惹熬壡€。其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟1，根據(jù)實(shí)際需求，采用常規(guī)中弧線和厚度分布的方法確定出原始葉型；其中，中弧線給定方式有單/雙/多圓弧、多項(xiàng)式或定制，厚度分布有NACA系列或定制，前緣為橢圓形(1 <長(zhǎng)軸a/短軸b < 5)；步驟2，確定原始葉型前緣做豚頭修形的曲線區(qū)域。該曲線區(qū)域?yàn)樵既~型線和原始葉型線上兩條切線所確定的中間部分前緣型線，其中一條切線的切點(diǎn)在前緣頂點(diǎn)，即葉片中弧線與前緣型線的交點(diǎn)，另一條切線的切點(diǎn)就是原始葉型橢圓前緣與葉型壓力面曲線相切點(diǎn)；步驟3，去掉步驟2所確定的區(qū)域內(nèi)的原始葉片前緣壓力側(cè)線，用任意曲率半徑的凸曲線光滑連接步驟2中兩切點(diǎn)，并在切點(diǎn)處與原始葉型線光滑過(guò)渡連接。由該凸曲線與豚頭修形區(qū)域以外的原始葉型線共同構(gòu)成的、其頭部與豚頭相像的葉型，即為本方法所處理得到的豚頭型葉型。至此完成對(duì)葉片前緣的豚頭型處理。本發(fā)明步驟1至步驟3所述的方法不僅適用于葉輪機(jī)葉片，同樣適用于飛機(jī)的機(jī)翼和旋翼。有益效果本發(fā)明從仿生學(xué)的角度，將海豚頭部流線型的低阻力、低損失特點(diǎn)應(yīng)用于葉片設(shè)計(jì)中，這種豚頭型處理葉型前緣在傳統(tǒng)圓形前緣的基礎(chǔ)上向壓力面方向做了局部調(diào)整，這種調(diào)整使葉型損失更小，并且能經(jīng)受更大的氣流攻角變化范圍；提供了一種在穩(wěn)定裕度不變甚至提高的前提下，降低葉型損失、改善氣動(dòng)性能、提高整機(jī)效率的葉片前緣豚頭型處理方法。本發(fā)明特別適用于航空、航天、航海及工業(yè)能源動(dòng)力領(lǐng)域的葉輪機(jī)及機(jī)翼設(shè)計(jì)。


圖1為本發(fā)明的豚頭型處理后的葉型示意圖，其中(a)為整體效果圖，(b)為葉片前緣豚頭型處理的局部放大圖；圖2為具體實(shí)施例中的數(shù)值仿真結(jié)果，其中(a)為豚頭型處理前的數(shù)值仿真結(jié)果， (b)為豚頭處理后的數(shù)值仿真結(jié)果。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1-葉片前緣吸力側(cè)線；2-前緣頂點(diǎn)切線；3-葉片前緣壓力側(cè)線；4-第一豚頭型處理后的壓力側(cè)線；5-前緣壓力面端點(diǎn)切線。6-第二豚頭型處理后的壓力側(cè)線。
具體實(shí)施例方式為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)
一步說(shuō)明。本實(shí)施例根據(jù)發(fā)明內(nèi)容所述方法對(duì)一軸流壓氣機(jī)葉片葉型(NACA65葉型)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并用數(shù)值方法驗(yàn)證其作用效果。本實(shí)施例有關(guān)氣動(dòng)參數(shù)如下進(jìn)口總壓103379Pa， 出口靜壓 101325Pa。本實(shí)施例對(duì)葉型前緣進(jìn)行豚頭型改進(jìn)處理的具體過(guò)程如下步驟1，根據(jù)葉輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，確定出原始NACA65葉片葉型及其數(shù)據(jù)，如圖 1 (a)所示；步驟2，確定原始葉型的葉片前緣豚頭型處理區(qū)域。該區(qū)域由原始葉型曲線和原始葉型曲線上兩條切線圍成，其中一條切線為前緣頂點(diǎn)切線2，另一條切線為前緣壓力面端點(diǎn)切線5，如圖1(b)所示；步驟3，去掉步驟2所確定的區(qū)域內(nèi)的原始葉片前緣壓力面?zhèn)染€3，用一條凸曲線光滑連接步驟2中兩切點(diǎn)，并在切點(diǎn)處與原始葉型相切，即如圖1(b)中第一豚頭型處理后的壓力側(cè)線4所示。由第一豚頭型處理后的壓力側(cè)線4與原葉型前緣吸力側(cè)線1共同構(gòu)成處理后的葉型前緣，與該區(qū)域外原始葉型構(gòu)成的葉型即為豚頭型處理后葉型。對(duì)本實(shí)施例中采用葉片前緣豚頭型處理方法前后的壓氣機(jī)葉輪進(jìn)行二維CFD數(shù)值模擬，仿真結(jié)果如圖2所示，從中可以得到，葉片前緣經(jīng)豚頭型處理后，吸力面角區(qū)分離得到了抑制，從而損失降低，葉柵氣動(dòng)性能得到了改善。所得結(jié)果表明經(jīng)過(guò)豚頭型處理的葉型可起到減阻和減小流體誘導(dǎo)振動(dòng)的作用，可有效實(shí)現(xiàn)被動(dòng)控制，降低二次流損失。當(dāng)所述的凸曲線曲率半徑與本實(shí)施例的曲率半徑不一樣的時(shí)候，凸曲線的形式還可以變?yōu)槿鐖D1(b)中第二前緣豚頭型處理后的壓力面?zhèn)染€6所示。
本發(fā)明對(duì)葉型進(jìn)行豚頭型設(shè)計(jì)，可很大限度地利用其前緣半徑小的特點(diǎn)，得到低阻力、低損失、良好穩(wěn)定性的豚頭型處理葉型，以有效改善葉輪機(jī)氣動(dòng)性能，提高整機(jī)效率。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本發(fā)明的豚頭型處理曲線并不只有一種而是可以有多種，只要是在規(guī)定范圍內(nèi)的曲線均屬于本發(fā)明的范疇。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種葉片前緣豚頭型處理方法，其特征在于其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟1，根據(jù)實(shí)際需求，采用常規(guī)中弧線和厚度分布的方法確定出原始葉型；步驟2，確定步驟1的原始葉型前緣做豚頭修形的曲線區(qū)域；該曲線區(qū)域?yàn)樵既~型線和原始葉型線上兩條切線所確定的中間部分前緣型線，其中一條切線的切點(diǎn)在前緣頂點(diǎn)， 即葉片中弧線與前緣型線的交點(diǎn)，另一條切線的切點(diǎn)就是原始葉型橢圓前緣與葉型壓力面曲線相切點(diǎn)；步驟3，去掉步驟2所確定的區(qū)域內(nèi)的原始葉片前緣壓力側(cè)線，用任意曲率半徑的凸曲線光滑連接步驟2中兩切點(diǎn)，并在切點(diǎn)處與原始葉型線光滑過(guò)渡連接；由該凸曲線與豚頭修形區(qū)域以外的原始葉型線共同構(gòu)成的、其頭部與豚頭相像的葉型，即為本方法所處理得到的豚頭型葉型；至此完成對(duì)葉片前緣的豚頭型處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種葉片前緣豚頭型處理方法，其特征在于步驟1至步驟3 所述的方法適用于葉輪機(jī)葉片，還適用于飛機(jī)的機(jī)翼和旋翼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種葉片前緣豚頭型處理方法，屬于機(jī)械裝置及運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。去掉原始葉型前緣做豚頭修形的曲線區(qū)域內(nèi)的原前緣壓力側(cè)線，用任意曲率半徑的凸曲線光滑連接前緣頂點(diǎn)以及原始葉型橢圓前緣與葉型壓力面曲線相切點(diǎn)，并在兩切點(diǎn)處與原始葉型線光滑過(guò)渡連接；由該凸曲線與豚頭修形區(qū)域以外的原始葉型線共同構(gòu)成的、其頭部與豚頭相像的葉型，即為本方法所處理得到的豚頭型葉型。本發(fā)明處理后的葉型前緣能經(jīng)受更大的氣流攻角變化范圍；提供了一種在穩(wěn)定裕度不變甚至提高的前提下，降低葉型損失、改善氣動(dòng)性能、提高整機(jī)效率的葉片前緣豚頭型處理方法，特別適用于航空、航天、航海及工業(yè)能源動(dòng)力領(lǐng)域的葉輪機(jī)及機(jī)翼設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102163244SQ20101062360
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者伊衛(wèi)林, 關(guān)朝斌, 劉艷明, 季路成 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)