[发明专利]宽裕度的单级跨音风扇设计方法

权利要求书

1.一种单级跨音风扇的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

一维气动设计：给定所述风扇的设计参数，所述设计参数包括流量、级压比、级效率和外径，基于所述设计参数获取所述风扇的流道曲线和叶片的前尾缘曲线；

通流设计：基于所述风扇的一维气动设计结果，进行子午面流场计算，将周向涡量作为子午面流场诊断因子；

壁面诊断：将边界涡量流作为壁面诊断因子，分析转子吸力面和静子吸力面的轴向边界涡量流和径向边界涡量流的分布；

优化设计：基于所述通流设计结果和所述壁面诊断结果，对所述风扇叶片进行设计和优化，其中，所述优化设计包括：

基于所述转子吸力面和静子吸力面的轴向边界涡量流诊断结果，从提高转子和静子的负荷能力的角度出发，将所述轴向边界涡量流的面积分作为目标函数，对风扇叶片关键区域的叶型参数进行优化；

所述关键区域包括出现径向和/或轴向压力梯度的区域；

所述叶型参数包括中弧线曲率、厚度分布和弯掠形式。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述通流设计阶段还包括：基于所述风扇的流道曲线和叶片的前尾缘曲线确定转子出口处环量分布，给定子午面环量径向和轴向分布。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，

所述转子出口采用等环量径向分布，所述转子出口处环量沿轴向采用余弦曲线分布形式。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，

将所述周向涡量作为所述通流设计的评价标准；

所述评价标准包括：所述周向涡量的正峰值出现在叶尖区域，负峰值出现在叶根区域，主流区域未出现周向涡量峰值。

5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述优化设计阶段还包括：

基于所述转子吸力面和静子吸力面的轴向边界涡量流诊断结果，从提高流动效率的角度出发，将所述径向边界涡量流的面积分作为目标函数，对风扇叶片关键区域的叶型参数进行优化；

所述关键区域包括出现径向和/或轴向压力梯度的区域；

所述叶型参数包括中弧线曲率、厚度分布和弯掠。

6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述优化设计阶段还包括：

基于所述转子吸力面和静子吸力面的径向边界涡量流诊断结果，对风扇叶片关键区域的叶型参数进行优化；

所述关键区域包括出现径向和/或轴向压力梯度的区域；

所述叶型参数包括中弧线曲率、厚度分布和弯掠。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，

基于所述风扇的设计参数确定所述风扇的进出口马赫数和轮毂比，从而进一步获取所述风扇的流道曲线。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的设计方法，其特征在于，所述一维气动设计阶段还包括：

采用接近等外径的设计，在转子叶尖后半段机匣收缩；

转子前缘曲线在叶尖区域呈前掠形式，静子前缘曲线在叶根和叶尖区域呈前掠形式。

9.一种采用权利要求1至8中任一项所述的设计方法所获得的单级跨音风扇。