[发明专利]一种耦合全三维诱导轮叶片造型的串列叶片式离心叶轮

说明书

本发明涉及一种耦合全三维诱导轮叶片造型的串列叶片式离心叶轮，本发明旨在现有加工水平的基础上借助串列叶片式离心叶轮在结构上的独特优势来兼顾跨音速离心叶轮的全三维设计需求和叶轮的加工制造成本，在保留全三维任意空间曲面叶轮设计优势的同时叠加串列叶片式离心叶轮构型的性能收益，实现1+12的效果。

技术领域

本发明属于中小型航空发动机/燃气轮机压气机技术领域，特别涉及一种耦合全三维诱导轮叶片造型的串列叶片式离心叶轮。

背景技术

压气机技术是航空发动机中最为关键、难度最高的技术之一，其技术水平直接关系到发动机研制的全局。离心压气机是中小型航空发动机的核心部件，在发动机更高推(功)重比的需求牵引下，具有高负荷、高压比和高转速特征的跨音速离心压气机逐渐成为设计主流。然而，跨音速离心压气机一直以来都面临效率和裕度水平较低的设计难题：受限于客观存在的流道剧烈折转和离心力、科氏力的作用，离心叶轮内部流动的三维性较轴流压气机更为强烈，其内部呈现高度不均匀的流场结构并直接恶化其下游扩压器的性能；而在跨音速离心压气机中，流动超音、流场畸变以及叶轮/扩压器匹配关系恶化等问题更为凸显，导致压气机的性能水平大为降低。考虑到离心叶轮内部流动好坏对叶轮自身和下游扩压器性能的决定性作用，从源头突破跨音速离心压气机的性能瓶颈必须着眼于调控叶轮内部的高度畸变流场和强激波系。

针对离心叶轮内部二次流动带来的流场不均匀问题，人们为采用了多种措施，如：叶片后弯、前倾、抽吸气控制、机匣处理等等，这些措施一方面实现了离心压气机效率和稳定工作裕度的提升，另一方面却使得离心叶轮做功能力减弱，且其作用效果在更高转速和压比的跨音速离心压气机中较为有限或面临瓶颈。针对跨音速离心压气机的激波控制问题，人们发展了全三维任意空间曲面离心叶轮以更好地适应叶轮进口的跨音速来流，然而由于传统离心叶片展弦比较小且流道高度扭曲，全三维任意空间曲面叶轮带来的气动性能收益与叶片加工成本和加工工艺之间仍有较大冲突，迄今为止，全三维任意空间曲面叶轮的实际应用尚未有先例。因此，补充并发展新的离心叶轮流场调控方法是十分必要的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为补充和发展离心叶轮流动控制方法，本发明提供了一种耦合全三维诱导轮叶片造型的串列叶片式离心叶轮构型来实现跨音速离心压气机内部高度畸变流场和强激波系的有效调控。串列叶片式离心叶轮将传统离心叶轮的直纹叶片在特定位置分割为前后两排叶片，其中前排叶片称为诱导轮，通常位于轴流段；后排叶片称为工作轮，通常位于径向段，且前/后排叶片的相对位置可进行优化调整。

本发明的技术方案是：一种耦合全三维诱导轮叶片造型的串列叶片式离心叶轮，包括位于诱导轮叶片1、工作轮叶片2，其在轮毂壁面3和机匣壁面4的合围下形成一个气流通道，且其上游为压气机进口4，下游为扩压器5，串列分割位置选取在初始离心叶轮气流通道的轴向至径向转折段，约为20～60％叶片弦长位置。

本发明进一步的技术方案是：所述诱导轮叶片带有钝形尾缘，工作轮叶片带有钝形前缘。

本发明进一步的技术方案是：所述诱导轮叶片和工作轮叶片载荷分布即叶片角分布可与初始叶轮相一致。

本发明进一步的技术方案是：所述诱导轮叶片压力面与工作轮叶片吸力面之间的距离与叶片栅距之比＜50％。

本发明进一步的技术方案是：所述诱导轮叶片压力面与工作轮叶片吸力面沿轴向相对布局|ΔX|＜3％C，其中C为叶片弦长。

发明效果