本发明涉及的是一种压气机叶片结构，具体地说是一种带有角区槽形结构的压气机叶片结构。本发明也涉及的是一种压气机叶片的尾缘槽形成方法。
背景技术：
现代的高性能压气机叶片可以把流动高效的分布于叶片中间60％～80％叶展位置处，因而端壁和角区附近的低能流体成为流动堵塞和损失的主要来源，也是影响压气机稳定性的重要因素。角区分离是一种广泛存在于压气机动叶和静叶角区的一种复杂的三维流动分离现象，特别是随着现代多级压气机负荷的提高和展弦比的降低，动静叶的角区流动更加复杂。
按照是否额外增加能量，角区分离控制方法主要分为主动控制和被动控制，常用的主动控制方法包括附面层抽吸技术、等离子体控制等，其主要特点是通过采用引射或者其他外部激励源的方法抑制附面层分离，其控制效果明显、适应性强，但需要增加额外装置和控制系统。被动控制方法不需要添加任何外部能量，通过改变部分叶片通道的几何形状改善原有压气机叶栅内部的流场结构来实现扩稳。压气机叶栅内部典型的被动控制结构如旋涡发生器、翼刀、缝隙叶片等，被动控制方法具有不需要添加额外装置的优点，但是需要设计被动控制结构。被动控制的技术难点主要在于：(1)额外附属结构增加了压气机的工艺复杂性，结构可靠性降低，附属结构脱落增大了压气机叶片损坏的可能性；(2)另一方面，被动控制效果与具体压气机内流场结构变化密切相关，同一结构很难对压气机多数工况都产生控制效果，依赖于设计人员对压气机流场结构的深刻认识。压气机缝隙叶片技术是近些年兴起的一种压气机流动被动控制方法，通过在压气机叶片吸力面和压力面之间设置若干个缝隙形成射流来吹除吸力面附面层，提高压气机负荷水平和稳定性。这种方法的控制效果依赖于缝隙两端所处位置的叶片表面压强，一般选择压差较大的叶片两侧，因此很难实现对压气机变工况过程很好的适应。此外，缝隙叶片需要在压气机叶身位置开缝以实现射流效果，对射流角度、缝隙形状、粗糙度都具有较高要求，加工工艺要求较高，而且有可能降低叶片的强度储备。
压气机角区低能流体的径向迁移效应是压气机内流场的固有属性，是由于低能流体在角区堆积到一定程度造成的。尤其对于高负荷压气机叶栅处于非设计工况状态，径向迁移效应尤其显著。大尺度集中涡系的径向迁移造成了端壁和吸力面附面层之间的低能流体输运，形成了角区失速现象，其是角区流动恶化的关键演化过程。压气机角区尾缘附近存在压力面向吸力面回流现象是形成失速区的重要诱因。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有更宽广适应性和稳定工作范围的压气机角区扩稳叶片。本发明的目的还在于提供一种压气机角区扩稳叶片的尾缘槽形成方法。
本发明的压气机角区扩稳叶片为：在压气机叶片根部角区开有尾缘槽，所述尾缘槽起始于叶片尾缘、宽度为10％～30％倍弦长、高度为0.5％～1.5％倍弦长。
本发明的压气机角区扩稳叶片还可以包括：
1、尾缘槽为矩形、梯型或波浪形槽。
2、尾缘槽的倒角尺寸在0.5mm～1.5mm。
本发明的压气机角区扩稳叶片的尾缘槽形成方法为：
步骤1、根据压气机叶栅的扩压因子、几何折转角度、叶栅稠度、来流马赫数，通过角区失速判据确定压气机角区失速模式；
步骤2、根据压气机角区失速的空间位置、尺度确定角区尾缘槽形结构的宽度和高度；
步骤3、根据加工工艺和强度要求，确定槽形结构倒角尺寸；
步骤4、进行数值模拟，根据数值模拟结果进行尾缘槽结构参数修改。
本发明提供了一种带有角区槽形结构的压气机叶片结构，利用压气机叶片两侧压差在叶片尾缘根部附近形成自然射流来破坏角区失速条件，从而提高压气机稳定工作边界。
本发明是利用压气机叶片尾缘压力面和吸力面侧压差在叶片根部角区形成局部射流效应，抑制角区低能流体的径向迁移过程，从而获得具有更宽广适应性和稳定工作范围的压气机叶片。
本发明的原理为：
角区失速现象是影响压气机稳定工作的重要原因，由于叶片端区横向压力梯度作用，端壁和吸力面附面层在压气机叶栅角区不断堆积不可避免会产生失速现象，尤其是当压气机工作在非设计工况时失速情况更为严重。流动被动控制的基本原理是通过引入外部结构产生额外涡结构与原叶片端区旋涡结构相互干涉，起到抑制失速的作用。因此，被动控制方法必须具有明确控制对象(端区内的某类旋涡)，由于压气机端区的旋涡位置、强度、尺度等参数与压气机具体运行工况存在联系，因此外部结构的布置位置、参数等都需要根据控制对象进行精细设计，而且对于压气机工况的适用范围一般不宽。目前的流动被动控制方法主要基于对角区通道涡进行干预(旋涡发生器)，在分离起始点附近吹除吸力面附面层(缝隙叶片)等。本发明是针对角区失速过程中起始于尾缘吸力面的低能流体径向迁移过程实施干预，利用角区尾缘槽形结构的自射流效应破坏角区失速形成条件，达到扩稳目的。
本发明与现有技术相比的优点：
1)由于角区尾缘低能流体径向迁移是角区失速形成过程普遍存在的流动现象，产生位置和形式相对稳定，相比于现有被动控制方法，本发明通过对角区低能流体径向流动实施干预，具有更好的工况适用性。
2)相比于现有的流动控制方法，本发明不需要引入额外的能量装置，结构简单。
3)相比于现有的流动控制方法，尾缘槽形结构对原压气机叶片的结构改动小，甚至可以直接利用原有叶片根部的榫头结构，工艺要求简单。
附图说明
图1a-图1b是压气机角区失速示意图，其中图1a为压气机叶栅失速团；图1b为压气机失速团内部结构。
图2a-图2b是尾缘槽形结构流场控制效果示意图，其中图2a为原型静叶极限流线；图2b为带扩稳结构的静叶极限流线。
图3是本发明的压气机角区扩稳叶片的结构示意图。
图4是图3的局部剖视图。
图5是本发明的压气机角区扩稳叶片的组合效果图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
结合图1a-图1b、图2a-图2b的压气机角区失速结构示意图，大致确定角区失速径向流动的位置，根据压气机叶栅的设计参数包括：来流马赫数、扩压因子、气流折转角、叶片轮毂比等参数初步判断角区失速形式和端壁回流区位置，采用数值模拟手段，确定横向二次流范围和端壁回流强度，以此为依据分别确定动叶或静叶片角区尾缘槽形结构的宽度、高度等基本几何尺寸。在图1a-图1b和图2a-图2b中，a代表失速区、b代表径向环涡、c代表尾缘回流、d代表壁面分离体、e代表吸力面分离涡、f呆料尾缘槽结构射流。
本发明的尾缘槽是按照如下方法确定的：
(1)、根据压气机叶栅的扩压因子、几何折转角度、叶栅稠度、来流马赫数等参数，通过角区失速判据，确定压气机角区失速模式。
(2)、根据压气机角区失速的空间位置、尺度确定角区尾缘槽形结构的宽度和高度。
(3)、根据加工工艺和强度要求，确定槽形结构倒角尺寸。
(4)、根据数值模拟结果进行槽结构参数修改。
步骤(1)、(2)、(3)、(4)的压气机扩压因子在0.5以上，工作转速在60％-90％设计转速。
结合图3和图4，本发明利用压气机叶片尾缘压力面和吸力面侧压差在叶片根部角区形成局部射流效应，抑制压气机角区失速。在图3和图4中，1代表轮缘、2代表叶片前缘、3代表叶片尾缘、4代表尾缘槽、5代表轮毂、7代表叶片截面。本发明在压气机静叶片根部角区开有尾缘槽，所述尾缘槽起始于叶片尾缘、宽度为10％～30％倍弦长、高度为0.5％～1.5％倍弦长。尾缘槽为矩形、梯型或波浪形槽。尾缘槽的倒角尺寸在0.5mm～1.5mm。
可以选择两种具体的轴向槽形式(平槽和曲线槽结构)。最后根据强度计算要求，确定槽结构倒角形式。
图5给出了本发明的压气机角区扩稳叶片在压气机中的组合效果，其中10代表开有尾缘槽的静叶片、11代表动叶片。