[发明专利]轴流压气机及其压气机转子叶片

说明书

本发明提供一种压气机转子叶片，包括具有前缘点、尾缘点、吸力面和压力面的叶片本体，还包括分别加装在叶片本体的吸力面和压力面的双侧叶尖小翼，在叶顶表面上，单侧叶尖小翼的起点与前缘点之间的前端距离大于叶片本体的弦长的10%，单侧叶尖小翼的终点与尾缘点之间的尾端距离大于叶片本体的弦长的10%，并且，前缘点处的前缘金属角与尾缘点处的尾缘金属角之间具有第一差值，对应双侧叶尖小翼的起点的起始金属角与对应双侧叶尖小翼的终点的终止金属角之间具有第二差值，第二差值大于第一差值的50%。本发明还提供一种包括上述压气机转子叶片的轴流压气机。上述压气机转子叶片能够以较低的强度负荷换取较高的气动收益。

技术领域

本发明涉及一种轴流压气机，特别地，涉及一种压气机转子叶片。

背景技术

在航空发动机或燃气轮机的设计、试验验证、工作服役等的过程中，轴流压气机气动性能是一组极其重要的参数指标，通过这一组参数指标可以评价压气机设计方案的优劣、监测压气机的工作状态是否正常、分析压气机工作过程中出现的故障问题等。

轴流压气机气动性能由各级的气动性能共同决定。其中，在高转速下，后面级的性能尤为重要。如图8所示，轴流压气机100c中，压气机转子叶片10c和机匣20c之间存在径向间隙，该径向间隙中存在由压力面14c到吸力面13c的泄漏流动。这不仅会导致叶尖部分的效率降低，还会降低其做功量，进而导致流量下降，正攻角增大，从而容易失速。径向间隙相比于叶高的比例越大，泄漏越严重，对性能的影响越大。随着气体的逐级压缩，轴流压气机的叶高总是逐级降低的，但各级在工作状态下的叶尖间隙却相差不大。因此处于越下游的级，叶尖泄漏问题越严重。现役航空轴流压气机的末级叶高大多在20mm以下，压气机转子叶片的叶尖泄漏已成为制约后面级性能的最主要因素之一。

叶尖小翼技术可以有效抑制叶尖泄漏，改善叶片气动性能，在涡轮领域已有大量应用。图9示出了在叶片主体201上加装了叶尖小翼结构202的涡轮叶片200。然而，压气机转子叶片远比涡轮叶片更薄，使用同样的叶尖小翼会给叶片带来大得多的应力和应变，从而带来一系列强度隐患。

在轴流压气机转子叶片由于叶身薄、刚度低，导致难以使用叶尖小翼来改善性能的大前提下，需要基于对强度、气动两方面的综合考虑，合理设计叶尖小翼和叶片本体的结构形式，从而以较低的强度负荷换取较高的气动收益，使其容易在压气机叶片中安全应用，以缓解轴流压气机后面级叶片最关注的叶尖失速问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种压气机转子叶片，能够以较低的强度负荷换取较高的气动收益。

本发明提供一种压气机转子叶片，包括具有前缘点、尾缘点、吸力面和压力面的叶片本体，还包括分别加装在所述叶片本体的吸力面和压力面的双侧叶尖小翼，在叶顶表面上，单侧叶尖小翼的起点与所述前缘点之间的前端距离大于所述叶片本体的弦长的10%，单侧叶尖小翼的终点与所述尾缘点之间的尾端距离大于所述叶片本体的弦长的10%；并且，所述前缘点处的前缘金属角与所述尾缘点处的尾缘金属角之间具有第一差值，对应双侧叶尖小翼的起点的起始金属角与对应双侧叶尖小翼的终点的终止金属角之间具有第二差值，所述第二差值大于所述第一差值的50%。

在一个实施方式中，所述压气机转子叶片的整个叶顶表面具有第一重心，所述叶片本体的叶顶表面部分具有第二重心，所述第一重心与所述第二重心的连线垂直于所述叶片本体的弦向。

在一个实施方式中，所述第一重心与所述第二重心重合。

在一个实施方式中，在同一弦向位置，加装在所述吸力面的吸力侧叶尖小翼的宽度是所述加装在所述压力面的压力侧叶尖小翼的宽度的0.5~1倍。

在一个实施方式中，单侧叶尖小翼的起点的弦向位置是C0，该单侧叶尖小翼的宽度最大的位点的弦向位置是Cm，该单侧叶尖小翼的终点的弦向位置是C1，则：0.8*(C0+C1)/2≤Cm≤1.2*(C0+C1)/2。

在一个实施方式中，单侧叶尖小翼的宽度从起点到终点先增加后降低。