[发明专利]压气机叶片及压气机流动分离控制方法

说明书

本发明提供一种压气机叶片及压气机流动分离控制方法，使得压气机在大流量和小流量工况均具有较佳的工作状态。其中的压气机叶片包括叶片本体以及包边部，所述叶片本体为非金属材料，所述叶片本体的尾缘部分由包边部包边，其中，所述包边部为记忆合金材料制成，所述压气机叶片还包括设置在所述叶片本体内的电加热装置、压电转换开关，所述压电转换开关根据所述叶片本体的叶背尾缘的压力变化开启所述电加热装置，以使所述电加热装置对所述包边部进行加热，所述包边部的低温相使所述叶片本体的尾缘保持在第一尾缘形状，所述包边部的高温相使叶片本体的尾缘保持在第二尾缘形状，所述第一尾缘形状和所述第二尾缘形状分别适合于叶片的不同攻角工况。

技术领域

本发明涉及压气机叶片及压气机流动分离控制方法。

背景技术

在现代航空发动机设计时要求压气机具有高压比、高效率的特点，还要求压气机有足够的稳定工作范围。压气机主要作用是对空气做压缩功以提高其压力，为燃烧室提供高温高压气体。由于气体具有黏性，在流经压气机叶片表面时总有附面层存在。空气流经压气机每一级时，压力都会增高，气体处于逆压梯度环境下。对于压气机叶型压力面由于逆压梯度不大，附面层较薄，但是在叶型吸力面即叶背表面处，逆压梯度相对较大，附面层较厚且发展较快，到达一定程度时就会引起附面层的分离损失，甚至在高马赫数情况会引起激波-附面层干涉，加重流动分离，导致分离损失急剧增加。这样会大幅降低压气机的性能，甚至会造成十分严重的后果。

压气机在非设计点工作时，当压气机流量减小，气流进入叶栅通道的攻角就会增大，大攻角情况下会很容易使气流在叶背处发生流动分离，导致损失大幅增大，压气机性能明显降低。

目前主要通过对压气机叶片附面层进行抽吸的方法来控制流动分离，降低损失，如中国专利文献CN103410779A，公开日为2013年11月27日，公开了一种高负荷轴流压气机静叶栅流动分离控制方法，通过针对不同造型叶片在特定位置处设置抽吸槽，以解决在高负荷压气机中，由于负荷增加造成的附面层分离，开抽吸槽数量过多造成的抽吸管道布局困难、叶片强度下降的问题。不过这主要针对在高负荷设计下的正弯、反弯叶片，具有很强的针对性，因此在其它叶片造型形式上的应用也相应受到了一定限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压气机叶片及压气机流动分离控制方法，使得压气机在大流量和小流量工况均具有较佳的工作状态。

根据本发明一方面的压气机叶片包括叶片本体以及包边部，所述叶片本体为非金属材料，所述叶片本体的尾缘部分由包边部包边，其中，所述包边部为记忆合金材料制成，所述压气机叶片还包括设置在所述叶片本体内的电加热装置、压电转换开关，所述压电转换开关根据所述叶片本体的叶背尾缘的压力变化开启所述电加热装置，以使所述电加热装置对所述包边部进行加热，所述包边部的低温相使所述叶片本体的尾缘保持在第一尾缘形状，所述包边部的高温相使叶片本体的尾缘保持在第二尾缘形状，所述第一尾缘形状和所述第二尾缘形状分别适合于叶片的不同攻角工况。

在所述叶片的一个实施例中，所述包边部厚度为t，该压气机叶片的叶型最大厚度为T，t≤0.2T；此外包边部的包边范围k从叶片本体尾缘点起占压气机叶片的叶型弦长的比为0.20≤k/c≤0.45，其中c为压气机叶片的叶型的弦长。

在所述叶片的一个实施例中，所述包边部与所述叶片本体以胶接方式连接。

根据本发明另一方面的压气机流动分离控制方法，对压气机叶片尾缘部分采用记忆合金进行包边；利用记忆合金的双程记忆效应，在设计工况下，所述包边部保持压气机叶片具有高气动特性的叶型型线，在小流量工况下，大正攻角时，通过加热所述包边部改变压气机叶片的叶型尾缘形状以减小流动分离范围控制流动分离发展。

在所述方法的一个实施方式中，通过感应叶型尾缘预先埋设传感器监测到的压力变化，转换成电信号，以此判断是否处于流动分离状态，所述压力变化达到一定阈值后，触发开关启动电加热装置进行所述加热。