[发明专利]基于边界涡量流诊断结果的串列静子设计方法

说明书

本申请提供了一种基于边界涡量流诊断结果的串列静子设计方法，包括如下步骤：步骤一、获得静子叶栅通道内的边界涡量流分布，进行静子叶栅通道内的流场诊断；步骤二、基于边界涡量流诊断的结果进行串列静子叶栅的结构设计。

技术领域

本申请涉及高压比(压比3.0以上)航空发动机的进口级风扇设计，特别是涉及一种基于边界涡量流诊断结果的串列静子设计方法。

背景技术

随着航空发动机的性能指标(推重比)要求的不断提高，出于减重的目的，对增压部件(风扇或压气机)的单级增压能力提出了更高的要求，以高压比单级风扇替换低压比多级风扇，从而实现减重。但是，高压比或者说强逆压梯度对于组织气流流动而言是非常不利的。设计经验表明，当进口级风扇的压比达到3.0以上时，在静子的近叶根区，入口的来流马赫数极易超音，这是在该压比级别下进口风扇出现的新特征。

通常，静子叶根来流超音是设计中应尽量避免的，常用的策略是采用前掠的方式，在一定程度上降低叶片前缘的法向来流马赫数。但是，当来流马赫数高达1.2甚至1.5时，该策略失效，以至于静子内部出现较强的激波。在此条件下，一种可行的策略是吸气，即在叶表特定位置抽吸在此之前积累的附面层气流，从而使动能较高的主流填补近壁面区域，从而抑制附面层分离现象，实现高压比的需求。但是，吸气策略需要增加额外的吸气装置，一定程度上违背了减重的初衷。所以，如何在高压比(3.0以上)时高效实现静子叶排内的气流的减速、扩压，在工程应用上仍然具有一定的挑战性。

在高压比(3.0以上)进口级风扇静子的情况下，静子内部难以避免地出现较强的激波。这要求静子在超音来流下实现气流达到50～60的角度偏转，常规弯掠设计、固定吸气设计方法面临瓶颈。

串列叶栅，作为一种不利流动状态的应对策略，得到了较多的关注，但其主要应用于亚音来流，气流偏转角大的情形，在超音来流情况下，仅在气流偏转角较小(20度)的情形下得到了应用。

但是，对于高压比(3.0以上)进口级风扇静子的情况，同时存在超音来流和大气流偏转角，串列叶栅的策略是否适用，在采用该策略时，具体设计参数该如何选取才能获得相对更优的气动效率，现有技术中并未涉及。

因此，针对高压比(3.0以上)进口级风扇的静子叶排来流马赫数超音所导致的流动损失加剧问题，亟需提出一种有效的进口级风扇的静子的设计方法，该方法既能实现风扇的增压要求和大的气流偏转角度，又能减少流动损失，提高风扇效率。

发明内容

本申请基于边界涡量流(Boundary Vorticity Flux，BVF)理论，借鉴亚音来流下，气流偏转角较大时采用的叶栅串列策略，既实现风扇的增压要求和大的气流偏转角度，又能减少流动损失，提高风扇效率。

本申请提出了一种基于边界涡量流诊断结果的串列静子设计方法，包括如下步骤：

步骤一、获得静子叶栅通道内的边界涡量流分布，进行静子叶栅通道内的流场诊断；

步骤二、基于边界涡量流诊断的结果进行串列静子叶栅的结构设计。

在本申请的一个实施方案中，串列静子叶栅的前排叶栅采用超音叶型，串列静子叶栅的后排叶栅采用亚音叶型。

串列静子叶栅的前排叶栅用于通过激波进行气流的减速扩压，但不改变气流方向，串列静子叶栅的后排叶栅通过使气流偏转实现气流的减速扩压。

在一个优选的技术方案中，后排叶栅的周向位置位于距前排叶栅的吸力面80％栅距(S)的位置，并且后排叶栅与前排叶栅在轴向上无搭接。