[发明专利]一种压气机超、亚声叶型组合叶栅

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机压气机超、亚声叶型组合叶栅，尤其是指一种用于高负荷压气机来流超声大转角静子的超、亚声叶型组合叶栅。

背景技术

航空发动机的主要发展趋势是高推重比，即不断追求发动机更轻的重量和更大的推力。压气机是发动机的三大部件之一，起到对气流压缩作功的作用。要实现发动机高推重比则要求压气机用更少的级数实现高压比，因此对压气机提出了高负荷的发展要求。

压气机转子通过使气流产生周向速度，实现对气流的加功；而静子则使气流扩压、并同时减小周向速度使气流偏回轴向。高负荷的压气机使转、静子负荷都有所增加，对于转子要求其加功量进一步增加，从而使静子进口马赫数和气流角也相应地增加，对于进口级风扇，容易导致静子进口局部超声，从而易在静子通道内部形成激波，引起高损失。对于此类高负荷风扇/压气机的静子，要求在来流超声情况下实现大转角，其设计难度非常大。因为常规设计都尽量使静子来流马赫数控制在1.0以下，避免在静子内产生激波。

对于来流超声大转角的静子设计，若采用常规单排叶栅，既要实现激波减速，又要实现大转角，设计难度较大。于是考虑用双排组合叶栅分别实现激波减速和气流转弯的功能，即前排采用超声叶型实现激波减速，将超声气流降为亚声；后排采用亚声叶型实现气流大转角。另外，本发明以通流设计方法为基础实现该类超、亚声叶型组合叶栅的设计。

发明内容

作为高负荷压气机来流超声大转角静子设计的一种选择，本发明提供一种超、亚声叶型组合叶栅。

本发明提出的超、亚声叶型组合叶栅，指前排采用平直的小弯角的超声叶型，后排采用大弯角的亚声叶型，如图1所示，使超声来流在前排形成激波减速，气流在后排形成大角度折转。超、亚声叶型组合叶栅适用于来流马赫数在1.0～1.5之间，D因子达到0.7以上。

前后排叶栅采用一定合适的负荷分配，若用压升系数衡量，前后排压升系数比值在1.8～2.2之间为佳。双排叶栅在周向方向形成一定栅距的错位，本发明更趋向于后排亚声叶型前缘更靠近前排超声叶型的压力面，后排前缘距前排压力面15％～25％栅距，即15％≤t/s≤25％，如图1所示，使前排尾迹在后排得到良好的发展和控制。在轴向方向形成一定的重叠或不重叠，前排尾缘与后排前缘轴向距离变化范围在前排轴向弦长C的±10％之间。通过前后排相对位置优化产生最佳匹配效果，使组合叶栅具有较高的性能。

本发明内容还包括针对该类组合叶栅的设计方法。以通流设计方法为基础，将超、亚声叶型组合叶栅设计放入级设计环境中，通过通流计算得到静子区域的气流角分布，划分前后排轴向分界位置，再分别进行叶片造型，前排采用超声叶型进行造型，后排采用亚声叶型进行造型，然后再进行双排叶片相对位置的匹配，最终完成超、亚声叶型组合叶栅的设计。

本发明的内容是一种应用于来流超声大转角静子情况的超、亚声叶型组合叶栅概念，及以通流设计为基础的此类组合叶栅的设计方法。

附图说明

图1为压气机超、亚声叶型组合叶栅；

图2为压气机超、亚声叶型组合叶栅三维造型效果图；

图3为组合叶栅后排周向位置对损失系数的影响((a)为后排不同周向位置，(b)为后排不同周向位置对损失系数的影响)

具体实施方式

超、亚声叶型组合叶栅的设计具体实施步骤如下：

步骤1：给定流道、叶片前尾缘和环量分布等参数，在级环境下进行通流设计，得到子午面参数分布包括静子区域的气流角分布；

步骤2：根据计算的气流角分布划分前后排轴向分界位置，使前排气流角变化稍小(小于10°)，后排气流角变化稍大，并计算前后排负荷分配，检验前后排压升系数比值是否在1.8～2.2之间，若偏差较大，需返回步骤1进行环量分布的调整；

步骤3：根据前后排气流角分布对前后排分开进行叶片造型，造型时前排用超声叶型，后排用亚声叶型；

步骤4：进行双排叶栅最优相对位置匹配的调整，在周向方向形成一定栅距的错位，本发明趋向于后排亚声叶型更靠近前排压力面位置，距前排压力面15％～25％栅距，即15％≤t/s≤25％，在轴向方向可以形成一定的重叠或不重叠，前排尾缘与后排前缘轴向距离变化范围在前排轴向弦长C的±10％之间，重叠时则需保证后排尾缘在前排尾缘之后；

步骤5：进行2D或3D计算分析，评价超、亚声叶型组合叶栅流场和性能，若需要改进，则进行叶型、稠度或前后排相对位置的优化调整。