用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法与流程

本申请属于航空发动机，特别涉及一种用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法。

背景技术：

1、平面叶栅试验是航空发动机和燃气轮机中的压气机叶片和涡轮叶片设计的基础性试验。平面叶栅试验可以独立研究叶片的一些重要参数，从而为发动机叶片的设计积累大量的可供实际参考数据。

2、随着风扇/压气机、涡轮的气动负荷及效率的提高，试验件进、出口马赫数越来越高，超音速范围的平面叶栅吹风试验越来越受重视，由于超音速叶片在试验过程中受力特殊，在超音速启动过程中常常因为叶片强度不够而造成叶片损毁，最终无法完成试验。因此合理设计一种超音速平面叶栅试验件显得尤为重要。现有的超音速平面叶栅试验件一种是靠有叶片型孔的左右栅板将叶片固定在流道中，对于前后缘较薄的叶片，这种固定形式的叶片两端固定位置常常在试验过程中损坏。

3、为了解决叶片损坏的问题，一般是通过增大叶片的弦长或是将叶片前后缘应力较大位置从固定位置释放出来实现。然而对于同一试验器，增大叶片的弦长会造成栅板叶片数目减少，流场周期性不好，对试验精度产生不良影响；而将叶片前后缘从固定位置完全释放到流场中，会造成叶片前后缘较大变形。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

2、本申请的技术方案是：用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构设计方法，包括：

3、根据叶栅试验中叶片的叶型构建具有叶片型孔的栅板，通过具有所述叶片型孔的栅板将所述叶片固定在流道中，计算叶片在试验状态下的应力场，根据所述应力场进一步确定叶片的前缘和尾缘应力集中位置和范围；

4、对于叶片前缘和尾缘附近的应力集中区域，分别在所述叶片型孔的前缘和尾缘作圆得到做圆后的叶片型孔，从而得到用于支撑所述叶片的栅板，其中，前缘和尾缘作圆的圆心位于叶型中弧线；

5、将叶片置于栅板做圆后的叶片型孔中，所述叶片与做圆后的叶片型孔之间具有间隙，向所述间隙内填充减振材料，所述减振材料在栅板的流道一侧与栅板内侧面持平，所述减振材料在栅板的流道外一侧形成直径较大的圆柱部，所述圆柱部与栅板外侧面保持持平且粘合，从而得到圆柱型堵头，用于支撑所述叶片的栅板和所述圆柱型堵头构成叶片固定结构。

6、在本申请优选实施方式中，所述叶片型孔的前缘和尾缘做圆的半径根据前缘和尾缘应力集中的范围确定。

7、在本申请优选实施方式中，所述叶片型孔的前缘和后缘做的圆与叶片型线的连接位置进行倒圆处理。

8、在本申请优选实施方式中，所述减振材料包括减振橡胶。

9、另一方面，本申请提供的技术方案是：用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，包括：

10、栅板，所述栅板具有若干数量的叶片型孔，所述叶片型孔的前缘和尾缘作圆而得到做圆后的叶片型孔，其中，所述叶片型孔的前缘和尾缘作圆的圆心位于叶型的中弧线；以及

11、圆柱型堵头，所述圆柱型堵头包括直径较大的圆柱部和通过填充至叶片与做圆后的叶片型孔之间的间隙而得到的堵头部，所述堵头部内具有适配叶片前缘和/或尾缘型面的配合部，所述堵头部的端面与栅板流道一侧的内表面持平，所述圆柱部与堵头部的连接面与栅板流道外的外表面持平。

12、在本申请优选实施方式中，所述叶片型孔的前缘和尾缘作的圆根据设置在无圆的叶片型孔的栅板上的叶片在流道中进行试验，计算得到的叶片前缘和尾缘在试验状态下应力集中位置和范围确定。

13、在本申请优选实施方式中，所述圆柱型堵头采用减振材料制成。

14、在本申请优选实施方式中，所述减振材料包括减振橡胶。

15、在本申请优选实施方式中，所述连接面通过粘接的方式与栅板流道外的外表面粘合。

16、在本申请优选实施方式中，所述粘合采用可拆卸软胶。

17、本申请中通过在栅板的叶片型孔的前后缘设置圆形结构，在圆形结构内通过圆柱型堵头减振缓冲以解决超音速平面叶栅叶片在试验过程中集中应力过大而发生损坏，同时通过橡胶材质的圆柱型堵头的较大阻尼系数降低叶片振幅，从而减小叶片试验过程中疲劳毁坏的概率，延长试验叶片的使用寿命。

技术特征：

1.用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构设计方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构设计方法，其特征在于，所述叶片型孔的前缘和尾缘做圆的半径根据前缘和尾缘应力集中的范围确定。

3.如权利要求1或2所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构设计方法，其特征在于，所述叶片型孔的前缘和后缘做的圆与叶片型线的连接位置进行倒圆处理。

4.如权利要求1所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构设计方法，其特征在于，所述减振材料包括减振橡胶。

5.用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，其特征在于，所述叶片固定结构包括：

6.如权利要求5所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，其特征在于，所述叶片型孔的前缘和尾缘作的圆根据设置在无圆的叶片型孔的栅板上的叶片在流道中进行试验，计算得到的叶片前缘和尾缘在试验状态下应力集中位置和范围确定。

7.如权利要求5所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，其特征在于，所述圆柱型堵头采用减振材料制成。

8.如权利要求7所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，其特征在于，所述减振材料包括减振橡胶。

9.如权利要求5所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，其特征在于，所述连接面通过粘接的方式与栅板流道外的外表面粘合。

10.如权利要求9所述的用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，其特征在于，所述粘合采用可拆卸软胶。

技术总结
本申请提供了一种用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法，属于航空发动机技术领域，所述设计方法包括：根据叶栅试验中叶片的叶型构建具有叶片型孔的栅板，通过具有叶片型孔的栅板将叶片固定在流道中，计算叶片前缘和尾缘应力集中位置和范围；分别在所述叶片型孔的前缘和尾缘作圆得到做圆后的叶片型孔，从而得到用于支撑叶片的栅板，其中，前缘和尾缘作圆的圆心位于叶型中弧线；将叶片置于栅板做圆后的叶片型孔中，叶片与做圆后的叶片型孔之间具有间隙，向间隙内填充减振材料，减振材料在栅板的流道一侧与栅板内侧面持平，减振材料在栅板的流道外一侧形成直径较大的圆柱部，圆柱部与栅板外侧面保持持平且粘合，从而得到圆柱型堵头。

技术研发人员：周晓燕,李昊,付鑫,穆文鹏,孙杰森
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14