[发明专利]改进端区堵塞的轮毂造型方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一类轴流风扇/压气机流道设计方法，尤其是改进风扇/压气机端区堵塞的轮毂造型方法。

背景技术

随着航空发动机推重比不断提高，加大风扇/压气机的单级负荷是重要的手段。然而负荷的提高就给风扇/压气机设计增添了很大的难度。附面层在强逆压梯度以及激波干扰下产生的堵塞、分离变得更加严重，造成各种损失不断增加。但是，通过分析可知大部分的损失来自于端壁区域，所以对轮毂区域的研究就成了焦点问题之一。

针对轮毂区域的高损失问题，国内外的研究主要集中在以下几个方面：

对叶片根部进行二维和三维的研究，来解决轮毂区域的损失问题。1.二维研究主要是对叶片根部叶型，利用模型建立端壁对叶根的影响，使设计的可控扩散叶型更加适合真实流动，但是模型的建立需要大量的试验结果，并且准确度对叶型的影响很大。2.三维研究主要是空间造型方面，在叶片根部采用弯设计，这样可以使端壁附面层向中间主流部分移动，低能流体被主流带走，但是，这种设计还处在定性分析阶段，并且应用到转子上也存在强度问题。

对轮毂直接处理，来解决轮毂区域的损失问题。1.在轮毂区域进行抽吸气研究，是比较热的研究方向。它的主要思想是抽出轮毂区低能流体，减少轮毂区域的堵塞使气流不再分离，从而达到提高负荷、减少损失的目的。但是，工业界对抽吸气在使用过程中抽气孔的可靠性提出疑问。2.在风扇/压气机中开展轮毂非对称端壁造型研究，其研究目的主要有两个方面a.减少横向的二次流动损失。b.控制根部叶片压力面与吸力面的进口速度来减小损失，但是这样的研究没有给出定量的结构造型。3.在轮毂区域进行凸、凹的设计，其研究目的是控制叶片前、尾缘速度，来降低损失，但凸、凹处理方式还没有一个定量的表达。

通过对以上研究的分析，存在这样一个特点，现有研究还没有综合考虑叶片与轮毂形状的影响。因此，针对轮毂区域流动堵塞以及角区分离比较严重的现象，结合外流飞机机翼与机身组合体造型设计的经验，本课题组提出了根据叶片与轮毂组合体的几何形状和参数，建立改进端区堵塞的轮毂造型方法。改进端区堵塞的轮毂造型方法有定量的结构确定方式，相对简单易于实现，因此具有较大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是降低风扇/压气机轮毂区域堵塞以及角区分离流动，扩大堵塞工况的工作范围。本发明所采用的技术方法是根据叶片与轮毂组合体的几何形状和参数，在叶片轮毂区域进行重新造型，如图1所示，这样可以使轮毂区域的静压提高，促使附面层向叶中方向移动，使得轮毂与叶片角区内附面层堆积减弱、堵塞降低，从而实现本发明的目的。改进端区堵塞的轮毂造型方法有效与否的关键依赖于叶片与轮毂组合体几何形状的确定，以及重新造型后轮毂半径的定量表达。其处理方法如下：

(1)叶片横截面的面积求解：

根据已知的叶片几何数据，可以确定叶片各垂直于轴向的横截面面积。

由图2所示，垂直于轴向的横截面与叶片表面相交可以得到交线边缘的坐标值，按照以下方法可以计算出叶片横截面的面积：