[发明专利]一种压气机角区扩稳叶片及其尾缘槽形成方法

说明书

本发明提供的是一种压气机角区扩稳叶片及其尾缘槽形成方法。在压气机叶片根部角区开有尾缘槽，所述尾缘槽起始于叶片尾缘、宽度为10％～30％倍弦长、高度为0.5％～1.5％倍弦长。本发明是利用压气机叶片尾缘压力面和吸力面侧压差在叶片根部角区形成局部射流效应，抑制角区低能流体的径向迁移过程，从而获得具有更宽广适应性和稳定工作范围的压气机叶片。

技术领域

本发明涉及的是一种压气机叶片结构，具体地说是一种带有角区槽形结构的压气机叶片结构。本发明也涉及的是一种压气机叶片的尾缘槽形成方法。

背景技术

现代的高性能压气机叶片可以把流动高效的分布于叶片中间60%～80%叶展位置处，因而端壁和角区附近的低能流体成为流动堵塞和损失的主要来源，也是影响压气机稳定性的重要因素。角区分离是一种广泛存在于压气机动叶和静叶角区的一种复杂的三维流动分离现象，特别是随着现代多级压气机负荷的提高和展弦比的降低，动静叶的角区流动更加复杂。

按照是否额外增加能量，角区分离控制方法主要分为主动控制和被动控制，常用的主动控制方法包括附面层抽吸技术、等离子体控制等，其主要特点是通过采用引射或者其他外部激励源的方法抑制附面层分离，其控制效果明显、适应性强，但需要增加额外装置和控制系统。被动控制方法不需要添加任何外部能量，通过改变部分叶片通道的几何形状改善原有压气机叶栅内部的流场结构来实现扩稳。压气机叶栅内部典型的被动控制结构如旋涡发生器、翼刀、缝隙叶片等，被动控制方法具有不需要添加额外装置的优点，但是需要设计被动控制结构。被动控制的技术难点主要在于：（1）额外附属结构增加了压气机的工艺复杂性，结构可靠性降低，附属结构脱落增大了压气机叶片损坏的可能性；（2）另一方面，被动控制效果与具体压气机内流场结构变化密切相关，同一结构很难对压气机多数工况都产生控制效果，依赖于设计人员对压气机流场结构的深刻认识。压气机缝隙叶片技术是近些年兴起的一种压气机流动被动控制方法，通过在压气机叶片吸力面和压力面之间设置若干个缝隙形成射流来吹除吸力面附面层，提高压气机负荷水平和稳定性。这种方法的控制效果依赖于缝隙两端所处位置的叶片表面压强，一般选择压差较大的叶片两侧，因此很难实现对压气机变工况过程很好的适应。此外，缝隙叶片需要在压气机叶身位置开缝以实现射流效果，对射流角度、缝隙形状、粗糙度都具有较高要求，加工工艺要求较高，而且有可能降低叶片的强度储备。

压气机角区低能流体的径向迁移效应是压气机内流场的固有属性，是由于低能流体在角区堆积到一定程度造成的。尤其对于高负荷压气机叶栅处于非设计工况状态，径向迁移效应尤其显著。大尺度集中涡系的径向迁移造成了端壁和吸力面附面层之间的低能流体输运，形成了角区失速现象，其是角区流动恶化的关键演化过程。压气机角区尾缘附近存在压力面向吸力面回流现象是形成失速区的重要诱因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有更宽广适应性和稳定工作范围的压气机角区扩稳叶片。本发明的目的还在于提供一种压气机角区扩稳叶片的尾缘槽形成方法。

本发明的压气机角区扩稳叶片为：在压气机叶片根部角区开有尾缘槽，所述尾缘槽起始于叶片尾缘、宽度为10%～30%倍弦长、高度为0.5%～1.5%倍弦长。

本发明的压气机角区扩稳叶片还可以包括：

1、尾缘槽为矩形、梯型或波浪形槽。

2、尾缘槽的倒角尺寸为0.5mm～1.5mm。

本发明的压气机角区扩稳叶片的尾缘槽形成方法为：

步骤1、根据压气机叶栅的扩压因子、几何折转角度、叶栅稠度、来流马赫数，通过角区失速判据确定压气机角区失速模式；

步骤2、根据压气机角区失速的空间位置、尺度确定角区尾缘槽形结构的宽度和高度；

步骤3、根据加工工艺和强度要求，确定槽形结构倒角尺寸；

步骤4、进行数值模拟，根据数值模拟结果进行尾缘槽结构参数修改。