[发明专利]虑及舰船燃机压气机动叶片预变形影响的反扭设计方法

摘要

本发明属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种虑及舰船燃机压气机动叶片预变形影响的反扭设计方法，该方法对原始气动设计叶型进行离心力作用下的非线性静力学分析，得到初始预测冷态叶型，然后通过流固耦合求解的反复迭代，获得最终过渡热态叶型以及对应的冷态加工叶型，并根据冷态加工叶型在不同工况下的最终热态叶型，进行整个压气机全工况的三维粘性流场分析求解，验证反扭设计结果。将反扭角数值作为收敛条件，以此为基础构建整个舰船燃机压气机动叶片反扭设计过程，并将整个压气机的气动性能校核结果作为反扭设计的最终判别依据，实现了反扭设计与压气机工程设计的无缝连接，提高了反扭设计效率，具有重要的工程应用价值。

主权项

1.一种虑及舰船燃机压气机动叶片预变形影响的反扭设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：以气动设计方案的叶片几何叶型作为原始设计叶型，构建原始设计叶型的几何模型；步骤二：对原始设计叶型进行网格离散，根据叶片材料性能参数，形成叶片有限元模型，结合设计工况点转速要求，进行叶片在离心力作用下的非线性静力学分析，得到叶片不同叶高位置安装角及进出口几何角的变化量，计算出叶片不同叶高位置的反扭角数值；步骤三：根据以上计算得到的反扭角，反向调整原始气动叶型对应叶高位置的安装角及进出口几何角，重新生成叶片几何模型，以此来构建初始预测冷态叶型；步骤四：进行压气机叶栅通道流体域的网格离散，以初始预测冷态叶型为起点，进行流场定常流动分析，从而获得一个定常流动解；步骤五：将以上定常流动解作为初场，进行流固耦合数值求解，采用动网格技术调整流体域网格节点，尽量保证每一次流场求解的网格质量一致性，并通过守恒三维插值法完成流体和固体交界面的数据交换，将流体域计算获得的压力载荷传递到叶片固体域上，完成叶片在离心力和气动力共同作用下的有限元分析，获得初始过渡热态叶型；步骤六：将初始过渡热态叶型与原始设计叶型进行对比并重新计算反扭角数值，得到新的预测冷态叶型，再次进行步骤五的流固耦合求解计算，获得新的过渡热态叶型；步骤七：以新的过渡热态叶型与原始设计叶型之间的反扭角数值作为反扭设计收敛条件，重复进行步骤六的求解迭代，直至过渡热态叶型与原始设计叶型之间的反扭角数值满足设计收敛要求；步骤八：根据以上迭代求解的最终结果，得到最终过渡热态叶型对应的冷态加工叶型；步骤九：按照步骤五的方法，对冷态加工叶型进行不同工况下的流固耦合求解计算，获得在不同工况离心力和气动力共同作用下相对应的最终热态叶型；步骤十：根据叶片不同工况下的最终热态叶型，进行整个压气机全工况的三维粘性流场分析求解，将得到的压气机性能计算结果与气动设计特性进行比较，若满足性能要求，则整个反扭设计过程结束；若压气机性能下降不能满足设计要求，则减小反扭角收敛条件，重新进行以上反扭设计过程，直至压气机性能达到预期目标为止，最终得到满足舰船燃机压气机全工况性能的冷态加工叶型。