[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

说明书

本发明涉及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，其特征在于：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；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，并依据弯高和弯角形成积叠线的三维变形，得到叶片的三维造型。本发明实现了多级轴流压气机三维叶片的一体化造型设计，考虑了多级轴流压气机的“多级性影响”，在保证压气机稳定工作的同时提高压气机的流动效率。

技术领域

本发明涉及一种叶片的三维造型设计方法，具体是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。属于轴流式叶轮机械领域。

背景技术

轴流压气机的端区流动一直是限制压气机气动性能的问题之一。如何控制恶劣的端区流动环境成为了压气机气动设计的技术瓶颈。在多级轴流压气机中，不同于单列扩压叶栅或单级压气机，各个级的流动状态并非相互独立，例如尾迹、分离等流动现象会传播到下游多个叶栅流道中，称之为多级轴流压气机的“多级性影响”。端壁附面层由于其可延续性，在一定程度上可以代表多级压气机的这种级间影响。

压气机的工作原理决定了压气机内的主流流体处在逆压的流场环境中，静压随着流向不断升高。端区的环壁附面层在如此的环境中不断增厚，进而影响到压气机的气动性能。这一现象在多级的压气机环境中尤其明显。

三维叶片技术具有控制扩压叶栅端区流动的作用，但三维叶片增加了压气机的设计参数，尤其在多级轴流压气机中，造型设计参数成倍增加。但目前，大部分的三维叶片造型方法只针对单一叶片的流动状态进行相应改型，并没有兼顾多级轴流压气机的流动特点。因此，如何对多级环境下的多列压气机叶片进行三维造型成为了一个难点。

针对以上不足，需要依托于多级轴流压气机的流场特点，提供一种多级轴流压气机的三维叶片造型方法，使其提高压气机的气动性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对多级轴流压气机的流动特点，主要是端区的环壁附面层，提供一种简单易操作的多级轴流压气机三维叶片的造型方法，以控制由于造型参数增加而提高的设计难度，完成设计的同时提高压气机的气动性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：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，其特征在于：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；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，并依据弯高和弯角形成积叠线的三维变形，得到叶片的三维造型。

本发明第二个目的在于采用上述压气机三维叶片造型方法的叶片，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。

本发明具有以下的有益效果：

(1).通过分析原型多级轴流压气机的子午速度剖面，快速而便捷的得到每一列静叶栅的三维造型参数，进而进行多级轴流压气机的快速三维造型，可以显著加快设计流程；

(2).通过对多级轴流压气机的叶片进行三维造型，可以利用三维叶片表面产生的径向压力梯度控制扩压叶栅角区的附面层厚度，进而改善扩压叶栅的角区流动性能；

(3).通过同时改善多列静叶栅的角区流动，可以显著提高多级轴流压气机的整体流动效率和喘振裕度，进而在保证压气机稳定工作的同时节约能源。

附图说明

图1为本发明的技术路线图；

图2为本发明所述的子午速度剖面示意图；