[发明专利]基于空间负荷定制思想的轴流压气机气动设计方法

权利要求书

1.基于空间负荷定制思想的轴流压气机气动设计方法，其特征是：

(1)选取空间负荷控制设计参数：基于空间负荷定制思想，提炼出在轴流压气机从低维度至高维度气动设计过程中能够合理表征其负荷分布情况的设计参数，作为空间负荷控制参数，进行轴流压气机的气动设计，采用流量系数φ、载荷系数ψ与反动度Ω三个无量纲参数作为空间负荷控制参数，具体公式如下：

式中，C_1a为动叶进口轴向速度；U为圆周速度；C_1u、C_2u分别为动叶进出口绝对切向速度；

(2)一维反问题通流设计：采用所提炼的空间负荷控制参数，进行轴流压气机的一维反问题设计，完成空间负荷控制参数沿压气机流向的逐级分布规律设计；在具体设计过程中，输入参数包括设计条件、进出口气流条件以及部分几何条件，同时根据设计对象轴流压气机的具体设计要求，选择流量系数φ、载荷系数ψ与反动度Ω在压气机均径处的逐级分布规律，计算得到压气机的初始设计方案；

(3)一维特性分析：进行轴流压气机的一维正问题特性计算分析，初步预测压气机在不同转速下的总性能情况；在获得压气机中间截面基元级几何参数的基础上，采用基于级叠加法的HARKIA算法进行压气机在不同转速情况下的特性计算；

(4)S2反问题通流设计：基于一维反问题通流设计获得的空间负荷控制参数沿压气机流向的逐级分布规律，进行轴流压气机的S2反问题设计，完成空间负荷控制参数沿压气机各列叶片径向的分布规律设计：

(5)叶片造型设计：包括二维叶型设计与三维叶片设计；

首先在S2反问题通流设计结果的基础上，进行各列叶片沿径不同截面的二维基元叶型设计，根据基元叶型所处的工作环境与空间位置，计算其最小损失攻角与落后角；通过典型叶型负荷控制参数，设计出各列叶片沿径不同位置的二维几何叶型，采用与基元叶型中弧线和厚度分布型线相关的叶型几何造型参数作为典型叶型负荷控制参数；

然后根据各列叶片的空间负荷分布特点，选择沿径积叠方式，同时采用三维叶片负荷控制参数进行弯、掠端区负荷调控设计，完成压气机各列叶片的三维几何造型；采用叶片端区参数化造型中能够与叶身沿径向压力分布相关联的设计参数作为三维叶片负荷控制参数，从而实现端区的负荷调控；

(6)三维CFD计算分析：包括压气机设计点与变工况的全三维CFD数值仿真分析工作，通过三维CFD计算，获得压气机在设计点与不同转速下的性能与内部流场状况，判断是否满足设计要求；

若满足设计要求，当前压气机气动设计方案为最终设计方案；

若不满足设计要求，则根据压气机内部流场的具体分析结果，返回至需要调整的步骤进行设计优化，包括一维反问题通流设计中的流向负荷优化调整、S2反问题通流设计中的展向负荷优化调整和叶片造型设计中的端区负荷优化调控，以及通过多工况点三维流场联合分析进行压气机各叶片排的冲角匹配优化，通过上述反复迭代，获得最终满足设计指标要求的轴流压气机气动设计方案。

2.根据权利要求1所述的基于空间负荷定制思想的轴流压气机气动设计方法，其特征是：通过流量系数φ控制压气机各级通流能力的匹配，通过载荷系数ψ控制压气机各级负荷的分配，通过反动度Ω控制各级动、静叶之间的负荷分配。