[发明专利]一种压气机中介机匣端壁型线造型方法

说明书

技术领域

本发明涉及压气机中介机匣设计方法，具体为一种压气机中介机匣端壁型线造型方法。

背景技术

压气机中介机匣作为连接涡扇发动机高压压气机和低压压气机的静子部件，具有十分重要的过渡作用：一方面要将上游低压压气机压缩过的气流进行整流，尽可能减小其周向不均匀性和周向、径向压力梯度；另一方面要完成其S型流道内两次剧烈的气流折转，为下游高压压气机级提供尽可能良好的入口条件。当前对于压气机中介机匣的研究主要集中在内部流场分析、气动性能优化以及实验研究上，较少涉及到其复杂的大曲率端壁型线的设计方法。在有限的公开资料文献中，中介机匣研究对象没有给出明确的几何型线的数学表达式，或者仅仅依赖于半经验性质的高次多项式，主要通过后期三维优化设计来达到最终造型的目的。

文献【1】(阙晓斌，侯安平，周盛.轴流压缩系统带支板过渡段的轴对称的等效方法，航空学报，2010，Vol31,No.9.)将中介机匣端壁型线表达为四次多项式曲线，对于几何型线凹、凸曲率过渡区域的拟合效果不够理想(几乎呈线性分布)，而且轮毂、机匣型线各自的自由控制变量分别多达10个，计算求解不便。文献【2】(Wallin F,Arroyo Osso,C.,Johansson,T.G.Experimental and Numerical Investigation of an Aggressive Intermediate Turbine Duct:Part1—Flowfield at Design Inlet Conditions.AIAA paper AIAA-2008-7055,2008.)尝试以中弧线加高度分布的中介机匣参数化方法，使用多项式基函数与权值相结合的方式对几何型线进行调控，但是基函数的给定过度依赖于设计者的经验，同时实现方法也比较复杂，适用范围受到限制。因此，当前中介机匣研究领域缺乏一种简洁(数学原理简单)、高效(自由控制变量少)、通用性强(造型方法适用于大多数复杂的大曲率几何型线)的端壁型线造型方法。

发明内容

压气机中介机匣的设计方法都是经历二维参数化设计到三维优化的过程，良好的二维参数化造型方法不但可以准确地预测中介机匣气动性能，而且使三维优化过程更有针对性，以便减小整个设计流程的计算量、缩短设计周期。

本发明以非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline，缩写为NURBS)曲线及垂直等分点移动的方法来拟合并调整压气机中介机匣轮毂、机匣型线，克服了当前中介机匣几何设计领域没有通用性方法的难点，使得中介机匣这类具有大曲率变化特征的复杂几何型线得以确切的数学描述。同时本发明中自由参数个数从传统经验方法的数个减少到两个，使二维参数化造型更加快速、简洁、高效、通用性强，而且能满足良好的气动设计指标。

本发明的技术方案为：

所述一种压气机中介机匣端壁型线造型方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据压气机中介机匣几何设计参数来构建端壁型线，其中几何设计参数包括：机匣进口点的Z向无量纲坐标Z₆、R向无量纲坐标R₆及机匣进口几何角，机匣出口点的Z向无量纲坐标Z₈、R向无量纲坐标R₈及机匣出口几何角，轮毂进口点的Z向无量纲坐标Z₉、R向无量纲坐标R₉及轮毂进口几何角，轮毂出口点的Z向无量纲坐标Z₁₁、R向无量纲坐标R₁₁及轮毂出口几何角；其中Z向为轴向，R向为径向；

步骤2：通过机匣进口点、机匣出口点，轮毂进口点、轮毂出口点这四个固定控制点定位机匣自由控制点、轮毂自由控制点的基准流向位置：

机匣自由控制点的基础Z向、R向坐标为：

轮毂自由控制点的基础Z向、R向坐标为：

其中m_ratio为自由控制点流线位置比；

步骤3：计算端壁型线进出口平均高度H_aver：

步骤4：计算机匣自由控制点和轮毂自由控制点向内、外两侧移动的取值范围：

机匣自由控制点取值范围为：

轮毂自由控制点取值范围为：