专利名称：一种兼顾气动与结构特征的航空发动机风扇叶片三维几何结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种兼顾气动与结构特征的民用航空发动机大风扇内涵叶片三维几何结构，属于叶轮机械轴流压气机叶轮技术领域。
背景技术：
民用航空发动机大风扇中由于轮毂比较小，流动参数沿径向变化比较剧烈。传统的设计思想是采用沿叶高等功分布规律，认为这样能使流动的径向掺混最小，减小流动损失。由于大风扇根尖切线速度的差距较大，为保证从根到尖轮缘功相等，则需要风扇内涵叶片基元叶型扭转较大，于是传统风扇内涵叶片尾缘吸力面与轮毂形成了明显的锐角。但是研究表明，等功分布的设计并不能使流动径向掺混最小，在气动方面，低能气体尾缘吸力面和轮毂形成的角区内堆积，流动分离损失很大，同时也使得风扇内涵出口马赫数较大，增加了增压级的设计难度和风险；在结构方面，吸力面与轮毂较小的夹角也不利于伸根段的结构造型，给叶片在轮盘上的安装造成了困难，有可能在伸根段产生过大的应力。随着设计和三维数值模拟技术的发展，现代航空发动机大风扇的采用全三维设计手段，突破一些传统设计理念，根据流动的实际情况进行叶片造型，使叶片几何更符合流动需求，改善流动，减小损失，同时兼顾结构特征，方便叶片的安装，避免应力过大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼顾气动与结构特征的民用航空发动机大风扇内涵叶片三维几何结构，如
图1所示。在设计大风扇1时，本发明调整内涵部分叶片2(大风扇叶片120%叶高以内部分)的加功量和落后角等设计参数，优化内涵叶片2的金属出口角β21 沿展向的分布，得到优化的内涵叶片尾缘曲线3，可以看出，内涵叶片的尾缘吸力面5与轮毂线10更接近垂直。设计目的在于控制风扇根部吸力面与轮毂形成的角区内的流动分离， 提高风扇效率，改善内涵增压级的进口条件，同时有利于风扇伸根段的结构造型，便于叶片在轮盘上的安装。为实现上述发明目的，本发明的技术方案主要包括以下几点一种兼顾气动与结构特征的民用航空发动机大风扇内涵叶片三维几何结构，其中，所述的内涵叶片是指大风扇叶片O 20%叶高部分，特征在于1、所述的内涵叶片2的金属出口角满足如下条件内涵叶片2(大风扇叶片20% 叶高以内部分)基元叶型的金属出口角β 2k(如图2所示，中弧线在尾缘点处的切线与轴向 ζ的夹角，顺时针为正)沿展高的分布可以由一个三次多项式来描述y = 79. 804x3+70. 411x2+33. 222x~8. 62其中，χ为相对展高的百分比数，y为相应叶高基元叶型的金属出口角，单位为度 )，出口金属角的公差范围为士 0.2°。具有这种展向分布的金属出口角减小了内涵叶
片的叶型弯角，降低了做功量，有效控制了根部吸力面的流动分离。
2、同时，所述的内涵叶片尾缘线满足如下条件内涵叶片尾缘线3在与轴向垂直的XOY平面上的投影可以拟合成一条六次多项式曲线。如图3所示，ω为叶轮旋转方向，定义内涵叶片尾缘线3与轮毂线10相交的点为坐标原点(0，0)，坐标轴二为原点切线速度的
反方向，；沿径向指向半径增大方向，将X，y坐标值分别无量纲化，无量纲尺度分别为轮毂线10到内涵叶片尾缘线3在x，y方向的绝对长度。在以上坐标系的定义下，尾缘线在XOY 平面上的投影曲线拟合公式为
权利要求
1. 一种兼顾气动与结构特征的民用航空发动机大风扇内涵叶片三维几何结构，其中， 所述的内涵叶片是指大风扇叶片O 20%叶高部分，特征在于(1)、所述的内涵叶片的金属出口角满足如下条件内涵叶片基元叶型的金属出口角 β 2k沿展高的分布可以由一个三次多项式来描述 y = 79. 804χ3+70. 411χ2+33. 222χ-8. 62，其中，χ为相对展高的百分比数，y为相应叶高基元叶型的金属出口角，单位为°，出口金属角的公差范围为士 0.2° ；O)、同时，所述的内涵叶片尾缘线满足如下条件内涵叶片尾缘线在与轴向垂直的 XOY平面上的投影可以拟合成一条六次多项式曲线，定义内涵叶片尾缘线与轮毂线相交的点为坐标原点(0，0)，ω为叶轮旋转方向，坐标轴；为原点切线速度的反方向，；；沿径向指向半径增大方向，将χ，y坐标值分别无量纲化，无量纲尺度分别为内涵叶片尾缘线在χ，y方向的绝对长度；在以上坐标系的定义下，尾缘线在XOY平面上的投影曲线拟合公式为
全文摘要
本发明公开了一种兼顾气动与结构特征的民用航空发动机大风扇内涵叶片三维几何结构。传统设计的大风扇根部叶型后段弯角较大，尾缘吸力面与轮毂形成了比较小的锐角，低能气体在此角区堆积，流动损失很大，且吸力面与轮毂较小的夹角不利于叶片伸根段的结构造型。本发明主要优化了大风扇内涵叶片(大风扇叶片20％叶高以内部分)基元叶型出口金属角沿叶高的变化，拟合出了内涵叶片出口金属角的分布曲线及尾缘线在与轴向垂直的平面上的投影曲线。经过三维CFD验证，本发明能够有效减小风扇尾缘吸力面与轮毂形成的角区内的流动分离，提高风扇内涵的效率，为增压级提供了良好的进口条件，而且根部叶片与轮毂相对接近垂直为叶片在轮盘上的安装也提供了便利。
文档编号F01D5/14GK102536327SQ201110404108
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者孙晓峰, 朱芳, 桂幸民, 金东海 申请人:北京航空航天大学