[发明专利]具有非对称端壁的单级轴流高压压气机

说明书

本公开提供了一种单级轴流高压压气机，其包括具有非对称端壁的轮毂，非对称端壁通过扫掠在叶片通道内构建的造型线获得，该造型线为非轴对称曲线，并采用三角函数构建。

技术领域

本公开涉及一种单级轴流高压压气机。

背景技术

随着航空技术的极大发展，研究人员也在探索发动机各部件性能的极限。作为发动机核心部件之一，压气机的设计以及优化是研究者们持续关注的话题。而随着轴流压气机级压比提高，压气机不断向低展弦比和高负荷方向发展，这使得压气机端壁附面层的厚度占据整个流道的比例不断增大，端区流动分离和堵塞现象变得更加突出，造成压气机效率下降，严重时还会引起压气机的旋转失速。因而，采取合适的方法来减少压气机中流动的分离和堵塞，是提高压气机负荷的有效途径。

针对端区的附面层以及流动分离和堵塞现象，通过流动控制方法，在一定程度上可以取得较好效果，但是流动控制方法通常结构相对复杂，成本较高。与之相对的是通过改变流道的几何形状来对流动进行改善，也就是进行压气机的端壁造型优化。端壁造型在涡轮中应用较为成功，但由于逆压梯度存在，端壁造型在压气机中的应用仍处于探索阶段。研究发现轴对称端壁造型在一定程度上能够控制压气机流道内的流向逆压梯度，进而抑制角区分离，减小压气机二次流损失。但是，由于压气机通道还存在横向压力梯度，导致通道涡从叶片压力面流向吸力面过程中极容易发生角区分离，造成二次流损失的增加。因而，如何控制压气机流道内横向压力梯度，是减小二次流损失，提升压气机性能的关键因素。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种单级轴流高压压气机，其包括具有非对称端壁的轮毂，非对称端壁通过扫掠在叶片通道内构建的造型线获得，该造型线为非轴对称曲线，并采用三角函数构建。

根据本公开的至少一个实施方式，三角函数包括第一三角函数和第二三角函数。

根据本公开的另一个实施方式，第一三角函数构建的造型线的第一部分靠近叶片通道的吸力面，并且第一部分呈凹形。

根据本公开的又一个实施方式，第二三角函数构建的造型线的第二部分靠近叶片通道的压力面，并且第二部分呈凸形。

根据本公开的又一个实施方式，第一部分长1/4周期；以及第二部分长1/4周期。

根据本公开的又一个实施方式，三角函数为

式(1)中，上式为第一三角函数，下式为第二三角函数，R为造型线上的造型点距离压气机圆心的距离，R₁为压气机轮毂参考半径，θ为任意造型点相对于造型起始点旋转过的角度，θ₁为第一部分与第二部分的交点，θ₀为从造型起始点到造型结束点旋转过的角度，A₁为第一三角函数的振幅，A₁＝k₁×R₁，A₂为第二三角函数的振幅，A₂＝k₂×R₁，其中，θ₁、k₁和k₂为造型线的控制参数。

根据本公开的又一个实施方式，造型线包括3条，3条造型线与叶片通道的起始线和终止线将叶片通道沿轴向分为4等份；以及3条造型线从起始线起依次为第一造型线、第二造型线和第三造型线。

根据本公开的又一个实施方式，第一造型线的控制参数为θ₁＝0.072、k₁＝0.007和k₂＝0.011。

根据本公开的又一个实施方式，第二造型线的控制参数为θ₁＝0.007、k₁＝0.017和k₂＝0.001。