本文涉及一种航空推进,尤其是涉及改善端区流动的静叶掠、二面角积叠控制方法。
背景技术:
1、现有的轴流风扇/压气机叶片吸力面与端壁形成的角区中的三维流动分离已被确定为其固有流动特征。在使用更高负荷的叶片以达到更高的单级加功量的发展趋势下,由于叶片通道内静压升的提高,吸力面逆压梯度的增强会加剧角区流动分离的发展,甚至引发角区失速。而在高负荷静叶中,由于弯角大、来流附面层厚等问题导致其端区流动更为恶劣,大量研究结果表明,端区复杂流动损失可占压气机总损失30%以上,并且随着负荷提高而愈演愈烈。
2、叶片积叠技术从早期借鉴外流机翼设计方法起步,按不同扭向积叠而成的第一代三维叶片,发展为通过所谓叶片弯、掠积叠设计匹配基元负荷的展向分布,不断提升风扇/压气机负荷水平的第二代三维叶片。通过叶片积叠技术抑制附面层分离、调整激波结构以减小压气机叶片损失已成为设计者们必备的设计手段,尽管该技术已逐步进入工程应用阶段,但仍未形成针对静叶端区的叶片积叠方法,导致未能最大限度地发挥叶片积叠技术提升压气机负荷的潜力。
技术实现思路
1、本申请所要解决的技术问题为如何降低静子叶片的端区总压损失。
2、本申请实施例提供了一种改善端区流动的静叶掠、二面角积叠控制方法,其包括:
3、在静子叶片上位于静子叶片的叶尖和叶根之间的区域设置上端壁积叠控制位置和下端壁积叠控制位置,其中,上端壁积叠控制位置相较于下端壁积叠控制位置更靠近叶尖;
4、采用基元叶型积叠方法确定静子叶片的叶型,使得静子叶片在下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域和在上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域均向前掠,并且,使得下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的轮毂吸力面二面角和上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的机匣吸力面二面角均为钝角,轮毂吸力面二面角为静子叶片的吸力面与轮毂的外周面之间的夹角,机匣吸力面二面角为静子叶片的吸力面与机匣的内周面之间的夹角。
5、在一个示意性的实施例中,还包括:
6、将下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的基元叶型的第一进口金属角减小以增大所述轮毂吸力面二面角,将上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的基元叶型的第二进口金属角减小以增大所述机匣吸力面二面角。
7、在一个示意性的实施例中,在静子叶片上位于静子叶片的叶尖和叶根之间的区域设置上端壁积叠控制位置和下端壁积叠控制位置,包括:
8、获取下端壁附面层厚度δh和上端壁附面层厚度δt;
9、根据下端壁附面层厚度δh确定下端壁积叠控制位置到叶根之间的距离,根据上端壁附面层厚度δt确定上端壁积叠控制位置到叶尖之间的距离。
10、在一个示意性的实施例中,端壁积叠控制位置到叶根之间的距离l1等于2-5倍下端壁附面层厚度δh,上端壁积叠控制位置到叶尖之间的距离等于2-5倍上端壁附面层厚度δt。
11、在一个示意性的实施例中,所述采用基元叶型积叠方法确定静子叶片的叶型,包括:
12、通过控制基元叶型弦向积叠,使得下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的前缘掠角为正,上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的前缘掠角为负,前缘掠角在静子叶片的展向上平滑变化;
13、通过控制基元叶型垂直弦向方向积叠,使得下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的轮毂吸力面二面角和上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的机匣吸力面二面角均为钝角。
14、在一个示意性的实施例中,下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的前缘掠角大于或等于10°,上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的前缘掠角小于或等于-10°
15、在一个示意性的实施例中,下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的轮毂吸力面二面角和上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的机匣吸力面二面角均大于95°。
16、在一个示意性的实施例中,所述第一进口金属角和所述第二进口金属角为5°-25°。
17、在一个示意性的实施例中,所述第一进口金属角和所述第二进口金属角在静子叶片的展向上平滑变化。
18、采用上述控制方法所获得的静子叶片,其靠近叶根的区域和靠近叶尖的的区域前掠,从而能改变负荷在静子叶片的展向上匹配,使在静子叶片的叶根和叶尖附近的负荷降低,高负荷区后移,从而使角区分离减弱、分离起点后移。同时,由于静子叶片上靠近叶根的区域的轮毂吸力面二面角和靠近叶尖的区域的机匣吸力面二面角均较大,能减少静子叶片的端壁与吸力面附面层交汇,从而减弱角区分离。采用该方法获得的静子叶片1能降低其端区总压损失的20%以上。
19、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得明显的,或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
1.一种改善端区流动的静叶掠、二面角积叠控制方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,还包括:
3.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,在静子叶片上位于静子叶片的叶尖和叶根之间的区域设置上端壁积叠控制位置和下端壁积叠控制位置,包括:
4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,端壁积叠控制位置到叶根之间的距离l1等于2-5倍下端壁附面层厚度δh,上端壁积叠控制位置到叶尖之间的距离等于2-5倍上端壁附面层厚度δt。
5.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述采用基元叶型积叠方法确定静子叶片的叶型,包括:
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的前缘掠角大于或等于10°,上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的前缘掠角小于或等于-10°。
7.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,下端壁积叠控制位置与叶根之间的区域中的轮毂吸力面二面角和上端壁积叠控制位置与叶尖之间的区域中的机匣吸力面二面角均大于95°。
8.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述第一进口金属角和所述第二进口金属角为5°-25°。
9.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,所述第一进口金属角和所述第二进口金属角在静子叶片的展向上平滑变化。