[发明专利]一种低压涡轮静子叶片波浪前缘的构造方法

说明书

本发明涉及一种低压涡轮静子叶片波浪前缘的构造方法，该波浪前缘叶片由沿径向具有不同弦长的截面堆叠形成，不同弦长的截面由已知基本叶型数据插值得到。插值过程中，波浪前缘的构造是通过对原始叶片厚度以一定的变化规律沿中弧线的变化实现的，插值系数由半径大小确定，并保证波浪前缘叶片的平均弦长和直前缘基准叶片的弦长一致，其每个截面弦长以正弦或余弦规律沿径向方向分布，最终将各个截面数据整合得到低压涡轮波浪前缘结构。

技术领域

本发明属于叶轮机械噪声控制领域，涉及一种发动机低压涡轮转静干涉噪声控制方法，特别涉及一种低压涡轮静子叶片波浪前缘的构造方法。

背景技术

在航空发动机领域，叶片仿生学波浪前缘降噪概念主要来自于人类对座头鲸鳍肢前缘结构的认识，而目前几乎所有的研究工作及理论都是针对二维翼型，波浪前缘降噪概念如果应用在真实三维发动机叶片上，其产生的机理和能实现的降噪效果研究甚至少。针对这一问题，首先需要解决的是带波浪前缘的三维叶片构型方法。

现有的带波浪前缘的三维叶片构型方法研究中，申请号为201911068586.4，发明名称为《一种具有波浪前缘和锯齿尾缘的叶片设计方法》的专利中，该专利的研究对象为常规的弯度很小甚至完全对称的叶片，采用的方法以不同半径截面的前缘点连线为基准线，沿前缘基准线在叶片前缘上生成正弦线作为波浪形前缘线，再以波浪行前缘线为基准进行后续操作，由此方法可以得知，生成的波浪形前缘线为二维曲线，此外，该方法后期是以波浪形前缘点和对应的尾缘点为基准，生成截面叶片形状，据此方法描述和专利中的图片，此方法最后构造的叶片只能为简单的对称叶型。综上所述，这种方法是无法应用到弯度很大的涡轮静叶叶片上的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有设计方法无法应用到涡轮静叶叶片上的缺陷，本发明以低压涡轮静叶叶片为对象，基于低压涡轮三维基准叶型，提出一种低压涡轮波浪前缘结构构造方法，为后期开展波浪前缘对三维涡轮叶片降噪效果的数值研究和实验研究奠定基础。

本发明的技术方案是：一种降低低压涡轮噪声的静叶前缘构型方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于低压涡轮叶片基准翼型，从CFX-POST中导出一定数目沿径向具有不同半径的叶片截面几何坐标点数，保证相邻截面之间的半径差相等；

步骤2将步骤1得到的不同截面几何坐标点数据分别导入到ICEM-CFD中，并得到该截面的前缘点坐标和尾缘点坐标；

步骤3：获得每个截面的沿流向分布的压力面坐标分布和吸力面坐标分布，即保证第一个坐标靠近前缘点，最后一个坐标靠近尾缘点；

步骤4：求解压力面上每个点与吸力面上每个点之间的距离，以压力面上的点为对象，找出与之距离最小时对应的吸力面上的点，并记录该最小距离；

步骤5：以步骤4中两点最小距离作为该截面各个位置处的厚度，并找出最大厚度对应的压力面上第q(i＝1～1400)个点和吸力面第p(i＝1～1600)个点；求出与这两点所在直线的垂线的斜率K：在斜率K不同取值范围下，对求得的压力面的前q个点分别命名为P_WAVE和S_WAVE；

步骤6：求解P_WAVE和S_WAVE中每两点对应的中间点，保存在ARC中，作为该截面的一段中弧线；

步骤7：选定插值系数t，对相邻两个截面的P_WAVE和S_WAVE分别进行插值，得到中间某个截面的P_wave和S_wave，并根据中弧线坐标进行弦长变换；

步骤8：将插值得到的每个截面合并，得到该截面的完整数据。将所有截面的数据合并，即可得到波浪前缘低压涡轮叶片的完整数据。

本发明进一步的技术方案是：所述步骤5中，K分为K＝0和K0两种情况。