[发明专利]一种具有径向分叉叶片的风扇整流器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有径向分叉叶片布局的风扇整流器及其设计方法，能够实现整流器叶片径向稠度可变，控制风扇整流器顶部区域流动分离，大幅度提高风扇气动性能，特别适用于大涵道比涡扇发动机。

背景技术

风扇是涡扇发动机最核心、设计难度最高的核心部件之一，提高风扇单级压比，降低结构重量是提高航空发动机推重的有效途径。叶片稠度对于风扇/压气机性能具有显著的影响，叶片太多，叶片表面面积增大会导致压气机损失增加、堵塞加剧、流量减小，恶化风扇/压气机性能；而如果叶片过少，则叶片负荷增加，风扇/压气机内部容易出现流动分离，同样会降低风扇/压气机的性能，因此，对于某特定的风扇或者压气机来说，通常存在一个最佳叶片数（稠度）。一般情况下，增加叶片稠度能够有效降低压气机气动负荷，控制压气机内部气流流动分离，保证叶片排有较大的气流折转角。为了追求更高的经济性（高效率、低燃油消耗率等）和环境友好性（低排放、低噪音等），现代高性能民用涡扇发动机通常采用较高的涵道比，使得风扇整流器叶片叶根与叶尖的半径差越来越大，如果采用常规的整流器叶片布局，将使得同样的叶片数下叶根稠度和叶尖稠度存在较大差别，为满足风扇整流器叶片尖部稠度要求（选择较大的稠度来控制整流器内部流动分离，实现较大的气流转折角）而选的叶片数会造成根部的大稠度，导致在小尺寸整流器轮盘上叶片排列困难，同时恶化风扇整流器叶片根部气动性能。因此，亟需探索一种能够兼顾大涵道比涡扇发动机风扇整流器叶根和叶尖稠度要求，提高风扇整流器气动性能的措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理，够兼顾大涵道比涡扇发动机风扇整流器叶片根部和尖部稠度要求的新型叶片布局。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有径向分叉叶片的风扇整流器，由风扇整流器内环、风扇整流器外环和风扇整流器叶片组成，适用于大涵道比涡扇发动机风扇，其特征是：所述风扇整流器内环与整流器外环之间均布有多个风扇整流器叶片；每个所述风扇整流器叶片在空间上呈径向分叉的叶片布局，包括至少两个分叉叶片，所述至少两个分叉叶片在所述风扇整流器叶片中下部的叶高范围内具有完全相同的周向倾角，在所述风扇整流器叶片中下部以上的叶高范围具有不同的周向倾角；所述至少两个分叉叶片在具有相同周向倾角的部分焊接并完全贴合在一起形成一体结构，该一体结构构成了所述风扇整流器叶片的叶根部分，所述叶根部分同所述风扇整流器内环连接，每个分叉叶片的叶尖部分分别同所述整流器外环连接。

本发明所述风扇整流器叶片包括两个分叉叶片，所述两个分叉叶片在所述风扇整流器叶片中下部以上的叶高范围具有方向相反但大小相同的周向倾角。

本发明中，每个所述整流器叶片的分叉叶片在所述风扇整流器叶片的0%～40%叶高范围内具有完全相同的周向倾角，在所述风扇整流器叶片40%～100%的叶高范围具有不同的周向倾角。

本发明所述整流器叶片的两片分叉叶片在0%～40%叶高范围具有完全相同的周向倾角θ，所述整流器叶片的两片分叉叶片在40%～100%叶高范围具有方向相反但大小相同周向倾角。

本发明中，所有的分叉叶片在空间上沿周向均匀地布置在所述风扇整流器内环与整流器外环之间，所有的分叉叶片的叶尖部分与所述整流器外环连接，相邻两分叉叶片之间的夹角相等；每个所述整流器叶片的两片分叉叶片在0%～40%叶高范围内的周向倾角为0度，所述整流器叶片的两片分叉叶片在60%～100%叶高范围内沿周向分别朝叶片吸力面和压力面倾斜了θ度，θ为360/叶顶分叉叶片数，所述整流器叶片的两片分叉叶片在40%～60%叶高范围内周向倾角由0度均匀增加至θ度。

本发明所述整流器叶片采用双圆弧或者多圆弧叶型设计，所述风扇整流器叶片40%～100%叶高范围叶片数是0%～40%叶高范围叶片数的2倍。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种具有径向分叉叶片的的风扇整流器设计方法，其特征在于，首先按照传统风扇设计方法完成常规整流器叶片设计，设计中采用双圆弧或者多圆弧叶型，采用径向积叠方式（周向倾斜角为0度）；然后调整叶片积叠线径向分布，将整流器叶片在60%～100%叶高范围分别朝叶片吸力面和压力面倾斜θ度（θ=360/叶顶叶片数），同时使整流器叶片40%～60%叶高范围内倾角由0度均匀增加至θ度，不同叶高之间采用抛物线光滑过渡保证叶片光滑，形成两片具有不同径向倾角分布的叶片；最后将两片叶片沿0%～40%叶高范围焊接在一起，形成一种径向分叉结构布局。