[发明专利]一种基于汽轮机叶型改造的仿生叶片及设计方法

权利要求书

1.一种基于汽轮机叶型改造的仿生叶片，其特征在于：在叶片前缘控制线附近的背压面以正弦规律设有多个平滑凸起，每个平滑凸起的中心点与前缘控制线的距离为P_i，每个平滑凸起的表面采用光滑曲面，该叶片叶高为H₀、叶根处轴向弦长为C₀，叶片背压面弧长为L_S，其中，所述多个平滑凸起分布于于自叶顶往下3.5％H₀至35.5％H₀的叶高段位置，平滑凸起的中心点与前缘控制线的距离为P_i满足8％L_S≤P_i≤22％L_S，每个平滑凸起的大小由波长W、振幅A、左宽L和右宽R这四个因素决定，平滑凸起的表面采用光滑曲面。

2.如权利要求1所述基于汽轮机叶型改造的仿生叶片，其特征在于：所述背压面的平滑凸起个数i满足4≤i≤12，左宽L满足0.3％L_S≤L≤1.9％L_S，右宽R满足0.3％L_S≤R≤4％L_S。

3.如权利要求2所述基于汽轮机叶型改造的仿生叶片，其特征在于：所述振幅A满足0.7％C₀≤A≤5.0％C₀，振幅角度D满足-60°≤D≤40°。

4.一种权利要求1所述基于汽轮机叶型改造的仿生叶片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、凸起位置确定，凸起位置包含两个方向的参数，即凸起分布的叶高段和凸起往尾缘的位移量，对于叶高段，根据弯扭长叶片的型线变化情况，因此选择在叶片上段布置背压面凸起；

对于往尾缘的位移量，在待优化工况下，由于偏离进汽最佳速度比，动叶进口工质将部分打在背压面靠近前缘的区域，而随着流动继续往后再回归主流通道，此过程导致了背压面压力在叶片上段出现一条径向的细窄的低压区，工质在这里有自然的抬离壁面的流动趋势，最终，通过仿真计算以此工况下的背压面压力分布为基准，确定凸起的分布位置；

步骤2、确定了平滑凸起的位置后，设计平滑凸起形状参数，每个平滑凸起的大小由波长W、振幅A、振幅角度D、左宽L和右宽R五个参数采用正交实验设计，获取最佳值区间；

步骤3、所述平滑凸起的确定方法如下：

沿着叶片的长度方向，平滑凸起的两端分别为起点和终点，确定振幅A后，即确定平滑凸起最高点，连接起点、凸起最高点和终点，得到平滑曲线a，连接起点、左宽点和终点，得到平滑曲线b，连接起点、右宽点和终点，得到平滑曲线c，定义一个横截面沿着叶片长度方向，以平滑曲线a、平滑曲线b和平滑曲线c为约束线扫描而过，得到一个凸起，即为平滑凸起。