一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片

本发明涉及的是一种叶片，具体地说是单级压气机转子叶片。

背景技术：

1、早在上个世纪70年代，飞机噪声的污染问题就开始引起人们的关注。随着航空运输业的发展，世界各国都相继制定了严格的适航噪声标准，如《美国联邦适航条例(far)第36部》、《欧洲联合适航标准第36部》、以及《中国民用航空噪声规章第36部(ccar-36)》等。随着社会的发展，人们对飞机噪声的要求越来越严格，如何更有效的降低发动机噪声已成为世界航空业急需解决的问题。

2、当代飞机所使用的发动机是一个非常复杂的噪声系统，主要噪声源分为四个部分：压气机噪声源、燃烧噪声源、涡轮噪声源和喷流噪声源。其中压气机噪声源和喷流噪声源是发动机的主要噪声源。

3、压气机噪声包括叶片通过频率下的单频离散噪声和宽频涡流噪声。单频离散噪声是由于压气机工作时，转子和静子之间存在相互干涉：(1)转子叶片势流场与静子干涉；(2)静子叶片势流场与转子干涉；(3)静子叶片切割转子叶片尾迹干涉；(4)转子叶片切割静子叶片尾迹干涉。宽频涡流噪声主要包括：(1)叶片吸力面处湍流边界层分离形成的分离涡噪声；(2)叶顶泄露涡产生的噪声；(3)转子叶片尾缘脱落涡形成的噪声。

4、其中，单频离散噪声和宽频涡流噪声的产生都和叶片尾缘脱落涡的产生有很大关系。对于涡流噪声，尾缘脱落涡在总体涡流噪声中占据主要位置，对于单频离散噪声，尾缘脱落涡的增大会导致转子与静子的干涉更加严重。

5、目前的压气机降噪手段主要包括锯齿形叶片尾缘以多曲率叶片表面来扰乱尾缘涡，以此来达到压气机的降噪目的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供能够降低压气机噪声的一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、本发明一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，其特征是：包括叶片体，叶片体包括叶顶、叶根、前缘、尾缘、吸力面、压力面，叶片体里设置通气孔，通气孔的进口位于叶顶处，通气孔的出口位于尾缘处，通气孔的进口处是一段垂直于叶顶且长度为d2的直线段，出口处垂直于尾缘，整个通气孔的轴线是分布再中曲面上的空间曲线，这些曲线在投影面上的投影为圆心角为60°的圆弧。

4、本发明还可以包括：

5、1、在通气孔叶顶处穿孔面积占叶顶面积的1.5％-2％，在尾缘处穿孔面积占据尾缘面积的5％-8％。

6、2、通气孔的直径d为叶高h的1.5％-2％,各相邻通气孔在叶顶处等距分布，在尾缘处也等距分布。

7、3、相邻通气孔在叶顶的间距为l2，第一个通气孔与尾缘的距离为l1，最后一个通气孔与前缘的距离为l3，l2为中线长度的8％-10％，l1为中线长度的1/12-1/9，l3为中线长度的14％-16％。

8、4、相邻通气孔在尾缘上的间距为h2,第一个通气孔与叶顶的距离为h3，最后一个通气孔与叶根距离为h1，h1为叶高h的12％-14％，h2为叶高h的8％-10％，h3为叶高h的12％-14％。

9、5、叶顶中弧线与尾缘交点与叶根中弧线与尾缘交点接成的直线为第一直线，由叶顶叶型的弦、叶根叶型的弦和第一直线所组成的平面为投影面，在投影面上建立坐标系，坐标原点o位于第一直线上，与叶顶相距d2，将过坐标原点o且与第一直线重合的直线设为y轴，将投影面内过坐标原点o并且垂直于y轴的直线设为x轴，将过坐标原点o且垂直于x-o-y平面的直线设为z轴，并且z轴正方向指向叶片吸力面，则通气孔轴线在投影面上的投影线用如下方程来表示：

10、x2+[y+h3-d2+(i-1)h2]2＝4[h3-d2+(i-1)h2]2

11、中曲面f1用如下方程来表示：

12、

13、通气孔轴线用如下方程来表示：

14、

15、上式中，i代表距离叶顶第i个通气孔轴线；b为弦长，d1为b/2处对应中弧线上的点与弦的距离。

16、本发明的优势在于：首先，在单级压气机的涡流噪声中，叶顶间隙泄露涡产生的噪声占据相当大的比例。叶顶间隙泄露涡是由于在叶片工作时叶片压力面的静压大于叶片吸力面的静压，并且由于离心力的作用，叶片压力面的气体会通过叶顶与外壳之间的间隙流向叶片吸力面，并且会在叶顶间隙处形成旋涡，进而形成较大的涡流噪声。此外，在压气机涡流噪声中，叶片尾缘脱落涡引起的噪声起着主要作用。根据附面层理论，当气流流经叶片表面时，由于附面层发展到一定程度后会发生涡流脱离，这种脱离常在叶片尾缘发展到非常严重的程度，并且在叶片尾缘形成大量的脱落涡，进而会产生较大的涡流噪声。而本发明的特征是在转子叶片内部设置一系列贯通叶顶与尾缘的多通道通气孔。因此，当气流从叶片压力面通过叶顶间隙流向叶片吸力面的时候，部分气流会从叶顶处流入通气孔，这样就会较大限度的减少叶顶间隙泄露涡。另一方面，流入通气孔中的气流会从叶片尾缘处喷出，进而吹散叶片尾缘的脱落涡，将大尺寸涡吹散成小涡，进而大幅度减少尾缘处的涡量，如此便可以大幅度降低单级压气机的涡流噪声。

17、第二，在压气机的单频离散噪声中，无论是叶片势流场与另一种叶片的干涉产生的离散噪声，还是叶片切割另一种叶片的粘性尾迹产生的噪声，尾缘脱落涡的大小都对这些单频噪声有着很大的影响。而本发明的特征是在压气机转子叶片内部开设一系列贯穿叶顶与尾缘的通气孔，从叶顶流入通气孔的气体会从尾缘喷出，进而吹散叶片尾缘的脱落涡。尾缘脱落涡尺寸减小后，静子叶片切割转子粘性尾迹时产生的噪声会降低，其次，静子叶片与转子叶片势流场的干涉噪声也会下降。

18、综上，本发明通过在转子叶片内部开设一系列贯通叶顶与尾缘的多通道通气孔，一方面可以通过减少叶顶间隙泄露涡的产生以及降低叶片尾缘脱落涡的尺寸来降低压气机的涡流噪声。另一方面，降低叶片尾缘脱落涡的尺寸也可以降低转子叶片与静叶的干涉，进而降低压气机的单频离散噪声。

技术特征：

1.一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，其特征是：包括叶片体，叶片体包括叶顶、叶根、前缘、尾缘、吸力面、压力面，叶片体里设置通气孔，通气孔的进口位于叶顶处，通气孔的出口位于尾缘处，通气孔的进口处是一段垂直于叶顶且长度为d2的直线段，出口处垂直于尾缘，整个通气孔的轴线是分布再中曲面上的空间曲线，这些曲线在投影面上的投影为圆心角为60°的圆弧。

2.根据权利要求1所述的一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，其特征是：在通气孔叶顶处穿孔面积占叶顶面积的1.5％-2％，在尾缘处穿孔面积占据尾缘面积的5％-8％。

3.根据权利要求1所述的一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，其特征是：通气孔的直径d为叶高h的1.5％-2％,各相邻通气孔在叶顶处等距分布，在尾缘处也等距分布。

4.根据权利要求1所述的一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，其特征是：相邻通气孔在叶顶的间距为l2，第一个通气孔与尾缘的距离为l1，最后一个通气孔与前缘的距离为l3，l2为中线长度的8％-10％，l1为中线长度的1/12-1/9，l3为中线长度的14％-16％。

5.根据权利要求1所述的一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，其特征是：相邻通气孔在尾缘上的间距为h2,第一个通气孔与叶顶的距离为h3，最后一个通气孔与叶根距离为h1，h1为叶高h的12％-14％，h2为叶高h的8％-10％，h3为叶高h的12％-14％。

6.根据权利要求1所述的一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，其特征是：叶顶中弧线与尾缘交点与叶根中弧线与尾缘交点接成的直线为第一直线，由叶顶叶型的弦、叶根叶型的弦和第一直线所组成的平面为投影面，在投影面上建立坐标系，坐标原点o位于第一直线上，与叶顶相距d2，将过坐标原点o且与第一直线重合的直线设为y轴，将投影面内过坐标原点o并且垂直于y轴的直线设为x轴，将过坐标原点o且垂直于x-o-y平面的直线设为z轴，并且z轴正方向指向叶片吸力面，则通气孔轴线在投影面上的投影线用如下方程来表示：

技术总结
本发明的目的在于提供一种具有通气孔来降噪的单级压气机转子叶片，包括叶片体，叶片体包括叶顶、叶根、前缘、尾缘、吸力面、压力面，叶片体里设置通气孔，通气孔的进口位于叶顶处，通气孔的出口位于尾缘处，通气孔的进口处是一段垂直于叶顶且长度为d2的直线段，出口处垂直于尾缘，整个通气孔的轴线是分布再中曲面上的空间曲线，这些曲线在投影面上的投影为圆心角为60°的圆弧。本发明在转子叶片内部开设一系列贯通叶顶与尾缘的多通道通气孔，一方面可以通过减少叶顶间隙泄露涡的产生以及降低叶片尾缘脱落涡的尺寸来降低压气机的涡流噪声。另一方面，降低叶片尾缘脱落涡的尺寸也可以降低转子叶片与静叶的干涉，进而降低压气机的单频离散噪声。

技术研发人员：肖友洪,杨光辉,卢华兵,许顺利,闫莹,原野
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12