[发明专利]一种基于端区附面层的多级轴流压气机三维叶片造型方法及叶片

权利要求书

1.一种建立基于端区附面层的多级轴流压气机三维叶片造型方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，分析原型多级轴流压气机的子午通流性能；

步骤二，由步骤一通流性能提取子午速度剖面的径向梯度，据以确定附面层的边界、并计算轮缘和轮毂侧的附面层位移厚度；

根据公式1：d(ρv_z)/dr-(d(ρv_z)/dr)_mid|/((ρv_z)_mid/h)＝const来确定附面层的边界，公式中，v_z为组成速度剖面的轴向速度，ρ为流体的密度，r为半径，h为叶片的叶高，d(ρv_z)/dr为子午速度剖面的径向梯度，const为一经验常数；(d(ρv_z)/dr)_mid为径向梯度在流道中部的取值；(ρv_z)_mid/h为流道中部的气动参数和叶高的商；

对附面层内的轴向速度v_z沿径向做积分，根据公式2：计算出近轮缘和轮毂侧的附面层位移厚度，公式中v_z为轴向速度，ρ为流体的密度，r为半径，s为距离相邻端壁的距离，v_z,mid为流道中部的主流轴向速度；

步骤三，确定初始的三维叶片造型参数，依据对应侧附面层边界的相对叶高来确定三维叶片的弯高，依据对应侧附面层的位移厚度来确定三维叶片的弯角，并依据弯高、弯角形成积叠线的三维变形，得到叶片的三维造型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，采用子午通流性能分析软件对原型压气机的子午通流速度性能进行分析，所述速度性能分析条件为多级压气机在设计转速即100％额定转速下的设计点工况。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，公式1右侧const经验常数取值为0.1～0.5。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过改变公式1右侧const经验常数的常数大小便可改变判别附面层边界的速度梯度的大小，以发生明显梯度变化的起始位置作为附面层的边界。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，三维叶片的造型叶高与对应侧附面层边界的相对叶高一致；弯角包括α₁、α₂和α₃，造型弯角依据对应侧的附面层的位移厚度调整，位移厚度越大，所述弯角α₁和α₃分别采用公式α₁＝c₁·δ^*_shroud,α₃＝c₃·δ^*_hub，c₁和c₃为经验系数，δ^*_shroud为近轮缘处的附面层位移厚度，δ^*_hub为近轮毂处的附面层位移厚度；所述弯角α₂采用公式c2为经验系数；所述弯角α₁、α₂和α₃均不大于45°；弯角α₁和α₃越大，弯角α₂依据流道中部速度剖面的径向梯度来确定。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括

步骤四，三维流场气动性能分析

在原型压气机中应用了步骤三中的三维造型叶片之后，对新生成的多级轴流压气机流场进行气动性能分析，并提取出多级压气机的总性能参数和子午速度剖面；

步骤五，三维造型参数寻优

根据步骤四中所得到的多级轴流压气机的总性能参数和子午速度剖面，利用遗传算法循环迭代、调整步骤三中的三维叶片造型参数，得到新的三维叶片造型参数。

7.一种采用上述权利要求1-6中任一所述的压气机三维叶片造型方法制造的叶片，其特征在于，所述多级轴流压气机的三维叶片的静叶弯高和弯角随着流向均不断增大，与附面层随流向逐渐增厚的发展规律一致，并且始终保持叶片吸力面与端壁呈钝角，叶片压力面与端壁呈锐角。