[发明专利]一种可变弯度进口导向叶片及其设计方法

说明书

本申请涉及一种可变弯度进口导向叶片设计方法，属于航空发动机设计技术领域，所述方法包括：建立子午流面离散求解网格；求解获得交点处的气流速度和气流方向角；根据气流方向角和给定的气流脱轨角得到叶型角；根据叶型角得到中弧线，且给定叶厚分布形成基元叶型；将转轴前叶型角均设置为零，获得新中弧线；根据新中弧线得到新的叶厚度分布，基于新的叶叶厚分布形成基元叶型；将各基元叶型绕发动机轴线旋转并截取叶型；将截取的叶型分成两段，并作内切圆，组合形成完整叶型。本申请的可变弯度进口导向叶片设计方法可以保证转动的折板能为后面的转子叶片提供需要的预旋或反预选，以及可以保证折板转动时不与壁面碰撞且有均匀的较小间隙。

技术领域

本申请属于小涵道比航空发动机风扇或压气机的气动和结构设计领域，特别涉及一种可变弯度进口导向叶片及其设计方法。

背景技术

小涵道比航空涡扇发动机通常在进口设置有可变弯度进口导向叶片(VariableInlet Guide Vane，VIGV)，其主要目的在于以下几方面：

1)提高航空发动机高空高速性能和工作稳定性的有效手段；

2)缓解由飞鸟撞击等对发动机气动和结构稳定性造成的损害；

3)可以满足结构上用于通油、通气、防冰和传力等设计的需求。

VIGV通常由固定段(支板)和转动段(折板)两部分组成，支板和折板在工艺上各自独立制造，在设计时两部分也独立设计，这样的设计方法不能考虑VIGV对整个风扇/压气机的影响。

然而VIGV的支板和折板分别独立设计时，却有以下缺点：

1)很难保证转动的折板能为后面的转子叶片提供所需要的气流方向(亦成为预旋或反预旋)；

2)很难保证VIGV折板转动时不与壁面碰撞且有均匀的较小间隙；

3)很难保证支板和折板衔接处VIGV型面均匀过渡；

4)叶型设计无法满足最大厚度沿叶高保持一致等结构设计需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种可变弯度进口导向叶片及其设计方法，以解决上述任一问题。

本申请的技术方案是：一种可变弯度进口导向叶片设计方法，其特征在于，所述可变弯度进口导向叶片设计方法应用于小涵道比航空涡扇发动机的风扇或压气机，所述风扇或压气机具有进口导向叶片，所述进口导向叶片包括固定段和转动段，所述固定段无弯度，所述转动段能够提供预旋或反预旋角；所述方法包括

1)建立子午流面离散求解网格，所述网格由近似相互垂直的两族线组成，其中i族线为流线，j族线为计算站；

2)在i族和j族线交点上求解叶轮机械径向平衡方程，获得交点处的气流速度V和气流方向角α等；

3)根据所述交点处的气流方向角α和给定的气流脱轨角得到叶型角，从而获得叶型角沿轴向的变化规律；

4)根据所述叶型角和所述交点的坐标得到中弧线，所述中弧线为叶片的骨线，在中弧线的空间垂线方向给定叶厚分布形成基元叶型；

5)根据支板无弯度的需求，将转轴前叶型角均设置为零，进口导向叶片所需弯角由沿转轴后均匀分布叶型角确定，根据叶型角和交点的坐标获得新中弧线；

6)根据新中弧线计算叶型弦长，并结合给定的进口导向叶片的最大厚度和所处位置，得到最大相对厚度及其相对位置，形成新的叶厚度分布，然后在中弧线的空间垂线方向铺设所述新的叶叶厚分布形成进口导向叶片的基元叶型；

7)将进口导向叶片的各基元叶型绕发动机轴线旋转，以使中弧线上对应的转轴点旋转至子午流面上；

8)在与转轴垂直的斜面上，根据给定的半径截取叶型；