[发明专利]可变几何涡轮增压器喷嘴环三维叶片及其设计方法

权利要求书

1.一种可变几何涡轮增压器喷嘴环三维叶片，包括压力面、吸力面、叶片前缘、叶片尾缘，压力面对应叶片型面凹面，吸力面对应叶片型面凸面，叶片压力面与吸力面前沿构成叶片前缘，叶片压力面与吸力面尾沿构成叶片尾缘，其特征在于，压力面与吸力面成型线为二次曲线或四次曲线，且压力面与吸力面成型线不为同一曲线；叶片前缘成型线为二次曲线，形成三维曲面前缘；叶片尾缘成型线为二次曲线并且尾缘高度型线与涡轮叶片进口型线一致，形成三维空间曲面尖尾。

2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于：叶片压力面与吸力面成型线光滑无拐点。

3.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于：喷嘴环三维叶片高度等于涡轮叶片进口宽度；叶片最大厚度小于等于40％叶片弦长，且其最大厚度处距前缘20％～30％叶片弦长，叶片的稠度为0.5～0.8。

4.权利要求1所述叶片的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、喷嘴环结构设计，确定叶片数量、叶栅稠度、叶片旋转轴心位置、喷嘴环通道最大面积和叶片最大最小开度；

步骤二、喷嘴环本身几何参数设计，确定进口构造角、攻角、出口构造角、前后缘小圆半径、叶片弦长、高度、叶片最大厚度以及叶型型线的选择；

步骤三、对整个涡轮级进行三维建模和CFD分析，涡轮级包括涡轮壳、喷嘴环以及涡轮，使用三维建模软件对其进行建模、装配，利用CFD分析软件对其内部流场进行分析，找出模型内流动损失区域和造成损失的原因，确定优化部位，并对步骤二中喷嘴环本身的几何参数改进优化；

步骤四、对喷嘴环叶片叶型与喷嘴环结构进行优化设计，在步骤三的基础上，对喷嘴环叶片型线做进一步改进，并对喷嘴环叶片转轴位置、叶片和涡轮箱之间以及叶片轴孔的间隙做进一步的优化，并确定喷嘴环的转动范围和最佳转角；

步骤五、利用多学科耦合优化设计理论，对喷嘴环叶片和涡轮级进行流体力学、固体力学、结构力学、传热学和材料学的耦合设计，对喷嘴环和涡轮级的制造材料、散热与防护等进行综合设计；

步骤六、对喷嘴环叶片进行性能与可靠性试验验证；

步骤七、可变几何涡轮增压器三维喷嘴环叶片工程图设计。