[发明专利]压气机转子叶片及其设计方法

说明书

本发明的一个目的在于提供一种压气机转子叶片，能够减少小翼结构带来的额外离心力。本发明的另一目的在于提供一种压气机转子叶片的设计方法。为实现前述一个目的的压气机转子叶片包括叶片本体以及设置于叶片本体上的叶尖小翼，叶尖小翼分别设置在叶片本体吸力面以及压力面的叶顶处，在每一叶型截面中，对于未加装叶尖小翼的叶片本体具有第一重心，在叶顶的表面处的叶型截面中，叶尖小翼的起点与叶片本体前缘之间的距离小于5％的叶片本体的弦长，叶尖小翼的终点位于第一重心与叶片本体尾缘之间。其中，第一重心连线成为叶片本体的积叠轴，在转子叶片的子午视图中，积叠轴呈直线或曲线状，并自叶片本体叶根处至叶顶处朝向尾缘倾斜或凸起。

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种压气机转子叶片及其设计方法。

背景技术

在航空发动机或燃气轮机的设计、试验验证、工作服役等的过程中，轴流压气机气动性能是一组极其重要的参数指标，通过这一组参数评价压气机设计方案的优劣、监测压气机的工作状态是否正常、分析压气机工作过程中出现的故障问题等。

轴流压气机气动性能由各级的气动性能共同决定。其中，在高转速下，后面级的性能尤为重要。压气机转子叶片和机匣之间存在径向间隙，间隙中存在如图1所示的、由压力面91到吸力面92的泄漏流动93。这不仅会导致叶尖部分截面的效率降低，还会降低其做功量，进而导致流量下降，正攻角增大，从而容易失速。间隙相比于叶高的比例越大，泄漏越严重，对性能的影响越大。随着气体的逐级压缩，轴流压气机的叶高总是逐级降低的，但各级在工作状态下的叶尖间隙却相差不大。因此处于越下游的级，叶尖泄漏问题越严重。目前，转子叶片的叶尖泄漏已成为制约后面级性能的最主要因素之一。

叶尖小翼技术能有效抑制叶尖泄漏，改善叶片气动性能，在涡轮领域已有大量应用，如图2示意性示出了现有带小翼结构94的压气机叶片9的示意图。但压气机叶片远比涡轮叶片更薄，使用同样的叶尖小翼会给叶片带来大得多的应力和应变，从而带来一系列强度隐患。因此，叶尖小翼目前在航空及地面燃气轮机所用的高转速、高温工作的轴流压气机中的实际应用极少。同时，对于叶片上加装叶尖小翼结构，不仅会带来额外的离心力，同时可能导致额外的扭转力矩。因而亟需提供一种构型适用于轴流压气机中具有叶尖小翼的叶片。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种压气机转子叶片，能够减少小翼结构带来的额外离心力。

本发明的另一目的在于提供一种压气机转子叶片的设计方法，其用于设计如前所述的转子叶片。

为实现前述一个目的的压气机转子叶片，包括叶片本体以及设置于所述叶片本体上的叶尖小翼，

所述叶尖小翼分别设置在所述叶片本体吸力面以及压力面的叶顶处，在每一叶型截面中，对于未加装所述叶尖小翼的所述叶片本体具有第一重心，在所述叶顶的表面处的叶型截面中，所述叶尖小翼的起点与所述叶片本体前缘之间的距离小于5％的所述叶片本体的弦长，所述叶尖小翼的终点位于所述第一重心与所述叶片本体尾缘之间；

其中，所述第一重心连线成为所述叶片本体的积叠轴，在所述转子叶片的子午视图中，所述积叠轴呈直线或曲线状，并自所述叶片本体叶根处至所述叶顶处朝向所述尾缘倾斜或凸起；

其中，对于每一叶尖小翼，所述起点的弦向位置是C0，所述终点的弦向位置是C1，该叶尖小翼的宽度最大的部位的弦向位置是Cm，则有：

0.8*(C0+C1)/2＜Cm1.2*(C0+C1)/2；

其中，所述叶尖小翼的宽度为在叶型截面中，从叶尖小翼边缘的任意一点朝向对应该叶型截面的中弧线作垂线，该垂线与叶片本体的轮廓之间的交点与该点的距离为对应该点处的叶尖小翼的宽度；所述弦向位置为在叶型截面中，从叶尖小翼边缘的任意一点朝向对应该叶型截面的中弧线作垂线，并在弧线上所得到的垂足，该垂足处到前缘处的距离除以弦长即为叶尖小翼上的该点的弦向位置。