可变进口导流叶片的设计方法及叶片、压气机

摘要

本发明涉及压气机技术领域，尤其涉及一种可变进口导流叶片的设计方法，包括S1：确定进口来流马赫数以及进口气流角和出口气流角，S2：确定无量纲弯角分布函数；S3：选定叶型设计点迎角，确定叶型的弯角；S4:确定叶型的最大相对厚度，前缘及尾缘厚度；S5：确定叶型的最大相对厚度位置；S6：确定厚度分布函数；S7：对称积叠获得叶身；S8：给叶身部分加上前缘和尾缘；S9:对S8获得的叶型进行数值仿真，计算其性能并判断是否合适。本发明还提供的设计方法，拓展可用进口迎角范围，并在全工况范围内降低平均总压损失系数。本发明还涉及一种可变进口导流叶片的设计方法，以及利用该方法制成的叶片。

主权项

一种可变进口导流叶片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定进口导流叶片不同展向位置处设计点的进口来流马赫数Ma₁以及设计进口气流角β₁和设计出口气流角β₂；S2：确定无量纲弯角分布函数φ(t)，首先定义叶型无量纲坐标系，以前缘点为坐标原点，前缘点和尾缘点之间的连线为X轴，X轴表示无量纲弦长位置，t＝x/C，其中C是叶型的弦长，以垂直于前缘点和尾缘点之间的连线所在的水平面的直线为Y轴，以无量纲弦长位置t表示的中弧线弯角函数：f₁(t)＝φ(t)·θ+θ₀ (0≤t≤1)式中，θ为叶型的中弧线弯角，θ₀为叶型中弧线的前缘构造角，其中，θ₀的正负号规定为当y/C>0为负，y/C<0为正，函数φ(t)是以无量纲弦长位置t表示的待定函数，函数φ(t)需要满足φ(t)＝(C₁t⁴+C₂t³+C₃t²+C₄t) (0≤t≤1)，其中，C₁、C₂、C₃、C₄需要满足C₁+C₂+C₃+C₄＝1$\frac{d^2{f}_1\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}<0$定义参数C_FL：$C_{FL}=\frac{\left(f_1\right(0.5)-{\theta }_0)}{\theta }$0.60≤C_FL≤0.80选定C₁，C₂，C₃和C₄，从而确定无量纲弯角分布函数φ(t)；S3:定义叶栅的稠度S为叶型弦长C与栅距η之比，选定叶型在设计点的迎角i，通过下式确定叶型的弯角θ进而确定叶型的中弧线；$\delta =f_2\left(C_{FL}\right)\frac{\theta }{S^n},n=1.1$式中，δ为落后角，S为稠度，f₂(C_FL)为待定函数，f₂(C_FL)＝A₁C_FL²+A₂C_FL+A₃其中A₁，A₂和A₃为需要确定的系数；S4:确定最大相对厚度T、叶型的前缘厚度t_LE1和尾缘厚度t_TE2，对于稠度S在0.80‑1.6范围内的叶栅，最大相对厚度T：$T=\left\{\begin{array}{cc}{B}_1·{\mathrm{Ma}}_1+B_2,& 0.8\le S\le 1.1\\ B_1·{\mathrm{Ma}}_1+B_2+B_3·(S-1.1),& 1.1\le S\le 1.6\end{array}\right.$式中，B₁，B₂和B₃为需要确定的系数；前缘厚度 t_LE1＝D₁·T (0.05≤D₁≤0.40)；尾缘厚度 t_TE2＝D₂·T (0.05≤D₂≤0.40)；S5:确定最大相对厚度位置P_max，且P_max为0.1‑0.3，对于设计点进口气流马赫数0.40≤Ma₁≤0.60的可调进口导流叶片，最大相对厚度位置：$P_{max}=\left\{\begin{array}{cc}{E}_1·{\mathrm{Ma}}_1+E_2,& 0.8\le S\le 1.1\\ E_1·{\mathrm{Ma}}_1+E_2+E_3·(S-1.1),& 1.1\le S\le 1.6\end{array}\right.$式中，E₁，E₂和E₃为需要确定的系数；S6：确定厚度分布函数f₃(t)，根据选定的前缘厚度、尾缘厚度以及最大相对厚度在厚度分布上的位置，确定厚度分布函数且该厚度分布函数需要满足：$5\le \frac{d\left(f_3\right(t)/T)}{dt}{|}_{t=0}\le 50$$\frac{d^2{f}_3\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}<0,t\in [0,1]$S7:将已经获得的相对厚度分布在中弧线法向方向对称积叠获得叶型的叶身部分；S8:确定前缘及尾缘的形状，给S7获得的叶身部分加上前缘及尾缘；S9：对S8获得的基元叶型用计算流体力学软件进行数值仿真，计算其性能，根据计算结果判断设计点在整条性能曲线上的位置是否合适，如果不合适则按需求改变S3中的设计点迎角，然后重复步骤S1至S8，直至设计点在整条性能曲线上的位置是适当的。