[发明专利]基于座头鲸鳍状肢的压气机仿生学静叶及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机领域的技术，具体是一种基于座头鲸鳍状肢的压气机仿生学静叶及其实现方法。

背景技术

航空发动机轴流高压压气机中，叶片附近发生的流动分离是一种很常见的现象。但是严重的流动分离会导致通道的堵塞和气动损失的剧增，甚至会引起压气机失速。

在压气机设计中控制流动分离的方法可分为主动控制和被动控制两大类，相比于主动控制技术，被动控制技术具有结构简单、易于实现的优点。在诸多被动控制技术中，叶片改型是一种有效的流动控制技术，包括：弯掠叶片造型、局部几何修改造型等，具有实现容易、可靠性高等优点，已被广泛的应用于众多发动机中。然而目前叶片改型仍然存在着动力不足的缺陷。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104612758A，公开(公告)日2015.5.13，公开了一种低损失的低压涡轮叶片，其特点是，将原有低压涡轮叶片沿叶高方向划分成叶根端区、叶尖端区和二维流动区，同时在其前缘上进行波浪形切割而使前缘部位形成多个锯齿，并对原有低压涡轮叶片进行3％轴向弦长的加长，以弥补切割后叶型做功能力的下降，该延长通过在叶片中弧线前缘点烟中弧线切线方向进行。该技术仅考虑了低压涡轮环境中的损失问题，对压气机静叶环境下的情况未作阐述，而且该技术在叶片前缘的锯齿型结构会使波峰波谷处的曲率存在不连续的问题而带来额外的局部损失。

自然界中许多生物的组织和器官常常具有特殊的结构，借助对这些结构及其功能的分析，可以解决我们的很多技术问题。海洋生物学家们在座头鲸鳍状肢形态学方面的研究工作表明，座头鲸鳍状肢能产生高度的机动性和强大的水动力特性，该特性主要归因于前缘的圆齿型结状突起。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，结合仿生学原理和叶片改型中的被动控制技术，提出了一种基于座头鲸鳍状肢的压气机仿生学静叶及其实现方法，能够实现有效的分离控制，提高航空发动机效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于座头鲸鳍状肢的压气机仿生学静叶，包括依次积叠的三个叶型，其中：三个叶型的中弧线长为等差数列。

所述的三个叶型中，第一叶型和第三叶型的前缘部分的形状为周期变化的波浪型曲线，所述的等差数列的差值为该波浪形曲线的波幅。

所述的波浪型曲线的波幅A范围为1％L≤A≤3％L，波长W范围为5％c≤W≤25％c，其中：L为原型静叶，即第二叶型的中弧线长；c为原型静叶的弦长。

所述的波浪形曲线具体为：具有三次样条函数构成的三次样条曲线，该三次样条曲线在区间[a，b]上给定一个分割a＝x₀<x₁<…<x_n-1<x_n＝b，该区间上的函数F(x)满足：

1)在每一个小区间[x_i-1，x_i](i＝1，2，…，n)内F(x)分别是三次多项式函数；

2)在节点F(x)处成立F^(k)(x_i-0)＝F^(k)(x_i+0)，k＝0，1，2，即小区间上的三次多项式函数在节点x_i处二阶连续；

3)节点(x_i，y_i)满足条件y_i＝F(x_i)(i＝0，1，2，…，n)。

所述的积叠优选为径向积叠，进一步优选为尾缘积叠。

本发明涉及上述压气机仿生学静叶的实现方法，包括以下步骤：

1)步骤一、对压气机原型静叶进行参数化建模，不同叶高截面的叶型采用中弧线加厚度分布的造型方式，保证前缘点和尾缘点都在中弧线上；

2)步骤二、对原型静叶全叶高前缘进行造型，使前缘部位形成周期变化的波浪型曲线，其中：周期变化的波浪型曲线波幅为A，波长为W；所述的周期变化的波浪型曲线为三次样条函数构成的三次样条曲线；

3)通过延长近前缘段的中弧线得到中弧线长为L+A的改型叶型，通过缩短近前缘段的中弧线得到中弧线长为L‐A的改型叶型；根据改型叶型的中弧线长对改型叶型的前缘部位造型，使改型叶型的前缘部位形成周期变化的波浪型曲线，并且波幅和波长相对于中弧线长的比例与原型静叶波幅和波长相对于原型静叶中弧线长的比例相同；

4)按照不同的波长，把原型叶型以及两种改型叶型按尾缘积叠的方式进行径向积叠。

技术效果