[发明专利]高性能风扇转子

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天机械设计及制造技术领域，特别涉及高性能风扇转子。

背景技术

单级风扇正朝着尺寸小、压比高、效率高、喘振裕度高的方向发展，压比高带来了切线速度的提高和叶片转角的增大，但这又引起了效率的下降和稳定裕度的降低。为了解决上述矛盾，近几年，国内外兴起掠叶片气动设计的新技术。早在90年代初期，普拉特·惠特尼公司设计了子午面大后掠的高速动叶，按当时的认识或当时的设计初衷，想通过子午面的大后掠，使叶片前缘超音速来流法向马赫数降至亚音速，从而实现无激波超音压气动机设计。它的基本思想来自于后掠超音机翼，当机翼后掠角α大于arccos(1/M)后，即法向马赫数小于1，机翼前缘的激波消失，达到提高机翼升阻比的目的。普·惠公司对子午面大后掠的风扇进行了试验，并没有达到预想效果，究其原因：

超音速风扇与飞机机翼的边界条件不同，飞机是在无限空间中工作，来流经机翼绕流后，除机翼尾缘产生涡系之外，在远后方又恢复到自由流状态。而在超音风扇/压气机中，左右、上下有固体壁面，超音速来流在反压的作用下气流“堆积”，因而必然要形成激波，波后形成亚音气流，实现超音减速扩压，达到叶片对气流加功的目的。

随着对掠形叶片气动设计的认识深化。人们对掠形叶片设计有了新的认识，再也不去强调降低叶片前缘法向马赫数。风扇前缘无论是前掠还是后掠，在子午面上看其掠角不算小，但实际上来流与叶片真实掠角不大，原因是子午面投影的掠角与前视(顺发动机轴来看)的掠角(前视掠角与叶片积叠有关)才决定前缘空间曲线的真正走向，该空间曲线与来流真实掠角实际上并不大。

目前的掠形叶片设计，更强调子午面掠形和叶片空间积叠相结合来控制激波面的空间走向，尽量使波前气流方向与激波面倾斜，减小气流流过激波时的总压损失。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出了一种高性能风扇转子。

本发明实施例第一方面提出了一种高性能风扇转子，包括：转子叶片，所述转子叶片包括叶根和叶尖，其中，所述转子叶片的叶尖前掠，所述转子叶片的子午掠角在约0°-20°之间，所述转子叶片的叶尖的子午掠角在约10°-20°之间，所述转子叶片的叶根的子午掠角在约0°-15°之间。

在本发明的一个实施例中，所述转子叶片的积叠线与径向线周向夹角从所述叶根的5°-15°沿所述转子叶片的叶高逐渐减小为所述叶尖的0°。

在本发明的一个实施例中，所述转子叶片的前缘为光滑曲线。

在本发明的一个实施例中，所述转子叶片的积叠线与径向线夹角包括子午面倾斜角度和周向倾斜角度。

本发明实施例的高性能风扇转子具有以下优点：

1)本发明实施例通过将转子叶片的叶尖前掠，并采用子午面掠形和叶片空间积叠相结合的方法来控制激波面的空间走向，从而使得波前气流方向与激波面倾斜，降低了气流流经激波的总压损失，以提高风扇的效率。

2)此外，由于激波结构的改变也提高了抗畸变的能力，拓宽了稳定工作裕度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1a和1b分别为本发明实施例的掠角及子午掠角的示意图；

图2为本发明实施例高性能风扇转子的转子叶片示意图；

图3为本发明实施例的叶片积叠线的示意图；

图4a和4b分别为现有叶片与本发明实施例的前掠叶片吸力面上马赫数等值线示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了提高跨声速风扇的效率及其抗畸变能力，本发明采用风扇转子叶片的叶尖前掠的方案，使激波前气流方向与激波面倾斜，从而降低激波损失，并提高风扇效率，以及使风扇的抗畸变能力提高。