[发明专利]基于曲率控制的高负荷压气机叶型径向积叠造型优化方法

说明书

一种基于曲率控制的高负荷压气机叶型径向积叠造型优化方法，通过选择五个特征点并基于贝塞尔曲线生成积叠线沿径向的曲率分布，然后通过二次积分得到径向积叠线分布，再将二维基元叶型通过径向积叠得到优化后的平面叶栅。本发明能够改善叶栅端区分离流动，得到的弦向弯曲叶栅与原型叶栅相比，叶栅端区流动得到改善，总压损失降低了4％并能够保证叶片径向积叠线曲率和曲率的导数连续。

技术领域

本发明涉及的是一种航空发动机领域的技术，具体是一种基于曲率控制的高负荷压气机叶型径向积叠造型优化方法。

背景技术

压气机是航空发动机的重要部件之一，随着航空发动机性能指标的不断提升，对压气机设计提出了更高的要求，提高航空发动机压气机级负荷是轴流压气机的重要发展方向。因为在压气机中，能量的传输和转换是通过叶片和工质的相互作用实现的。所以，叶片造型对发展高负荷和高效率等性能要求的压气机至关重要。

此外，叶栅流道内的损失可分为叶型损失和端壁损失，由于与端壁二次流损失相关的端壁流动状态的复杂性，国内外学者对此投入了大量的时间、精力来研究减小叶栅损失的方法。弯掠叶片便是其中的一种，但是传统的弯掠叶片径向积叠线的选取，极少数会考虑到曲率连续性，因而导致叶片表面的不光滑。在这种情况下，流体在曲率不连续处会压强迅速下降，引发流动分离等现象。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于曲率控制的高负荷压气机叶型径向积叠造型优化方法，能够改善叶栅端区分离流动，得到的弦向弯曲叶栅与原型叶栅相比，叶栅端区流动得到改善，总压损失降低了4％并能够保证叶片径向积叠线曲率和曲率的导数连续。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过选择五个特征点并基于贝塞尔曲线生成积叠线沿径向的曲率分布，然后通过二次积分得到径向积叠线分布，再将二维基元叶型通过径向积叠得到优化后的平面叶栅。

所述的五个特征点包括：叶根和叶顶的曲率控制点以及展向25％叶高、50％叶高和75％叶高的曲率控制点。

所述的沿径向的曲率分布是指：通过五个特征点对应作为四次贝塞尔曲线的控制点生成的代表径向积叠线沿径向的曲率分布，其中贝塞尔曲线的x轴方向表示径向，即叶高方向。

所述的四次贝塞尔曲线，采用由特征多边形顶点的位置矢量与伯恩斯坦基函数的线性组合表达曲线，贝塞尔函数为：其中：n为贝塞尔曲线的次数，i为特征多边形顶点的序号，0≤i≤n，u为参数，0≤u≤1，V_i是特征多边形顶点的位置矢量，伯恩斯坦基函数当给定特征多边形的五个顶点矢量，则四次贝塞尔曲线为：r(u)＝(1-u)⁴V₀+4(1-u)³uV₁+6(1-u)²u²V₂+4(1-u)u³V₃+u⁴V₄，其中五个控制点分别为：V₀(x₀，y₀)、V₄(x₄，y₄)为叶根和叶顶的曲率控制点，V₁(x₁，y₁)、V₂(x₂，y₂)、V₃(x₃，y₃)分别为展向25％叶高、50％叶高和75％叶高的曲率控制点。

所述的径向积叠线分布是指：将沿径向的曲率分布通过数值积分算法对径向坐标进行二次积分后得到的径向积叠线分布，其中：径向积叠线的x坐标为径向坐标，表示不同叶高处的位置，y坐标表示叶型截面的偏移量，即叶栅节距方向的偏移，即周向弯曲或垂直于弦向的偏移，即弦向弯曲。