[发明专利]一种兼具支撑与导流功能的涡轮支板叶片设计方法及叶片

说明书

本申请属于轴流式涡轮中的涡轮间机匣支板设计领域，为一种兼具支撑与导流功能的涡轮支板叶片设计方法，通过先给定叶片环数和叶高半径，从而确定叶片的位置和栅距，而后根据发动机所需的支撑结构空间，强度和加工工艺要求确定叶片的前尾缘小圆圆心和半径大小；设置叶片的进口上楔角和进口下楔角以保证叶片前半部分内部具有足够的空间，通过设置有效出气角和出口偏转角以实现对气流的导流作用，设置出口楔角保证叶片后半部分厚度要求；而后分别设置吸力面控制曲线和压力面控制曲线来完成对叶片外包络线的设计。该设计下的叶片型面融合了支板与导叶的设计，更好地适应前面级流动情况，气动损失更低，涡轮部件的总效率得以提高，涡轮级轴向尺寸更小，零组件数目更少，重量轻，成本低。

技术领域

本申请属于轴流式涡轮中的涡轮间机匣支板设计领域，特别涉及一种兼具支撑与导流功能的涡轮支板叶片设计方法及叶片。

背景技术

在航空发动机和燃气轮机领域，根据整机支点布局形式，对于多轴(≥2)的轴流涡轮存在涡轮间机匣支撑和涡轮后机匣支撑两种支撑形式。支撑一方面作用是支点的主要传力路径将轴承座的承力通过承力框架与拉杆等结构传递至涡轮机匣，另一方面是提供支点稳定运行所需润滑、二次空气从发动机燃气轮机外部引到发动机内部支点。通过涡轮间机匣或涡轮后机匣内的支板实现燃气与支点供气/供油的分离，即由支板实现对承力结构、润滑油和冷却气体管道的包络。并且为了方便内部结构设计并提升支板加工质量，支板外型面多为对称式设计。

高、低压涡轮间机匣支撑为常用的发动机支撑形式，对于采用常规支板后接低压涡轮导叶形式，其缺点体现在：由于高压涡轮出口气流方向偏离轴向较大，支板槽道内气动损失大，低压涡轮部件效率低；采用支板与低压涡轮第一级导向叶片串联方案，占据空间更大，零组件数目更多，轴向长度更长，重量大，成本高。

因此，如何减少涡轮间机匣的空间占用，减少机匣流道内的气动损失是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种兼具支撑与导流功能的涡轮支板叶片设计方法及叶片，以解决现有技术中涡轮间机匣气动损失大、空间占用大的问题。

本申请的技术方案是：一种兼具支撑与导流功能的涡轮支板叶片设计方法，包括：给定全环叶片数目，根据造型截面所在叶高半径，计算相邻两个叶片之间的距离，将涡轮支板呈平面展开，根据叶片前缘位置建立相邻两个叶片之间的额线；给定进口方向与额线方向的夹角，根据支撑和内部空间设计要求给定叶片前缘的小圆半径大小，根据强度和加工工艺要求给定叶片尾缘的小圆半径大小，连接前缘与尾缘小圆圆心，根据叶片轴向弦长确定叶片前缘、尾缘的小圆圆心位置；根据叶片支点供油管设计和冷却结构设计确定叶片的进口上楔角和进口下楔角，通过尾缘喉部圆直径和栅距确定有效出气角，根据气流偏离量确定叶片出口偏转角，根据叶片后半部分厚度要求确定出口楔角；设置吸力面控制点，建立均为外凸曲线的吸力面控制曲线；设置压力面控制点，建立部分曲线为内凹曲线的压力面控制曲线；将叶片型面根据航空发动机需求尺寸进行等比例放大与缩小，完成设计。

优选地，在进行所述吸力面控制曲线的设计时，将尾缘小圆的圆心上移一个栅距为圆心，以尾缘半径和尾缘喉部圆直径之和为半径做圆，将吸力面尾缘切线与该圆相交，形成交点a，吸力面尾缘切线的交点为b；喉部切线将线段ab分成两段，上段线长度与整段线长度之比为喉部出口扩散段曲线的关联系数。

优选地，所述出口偏转角的获取方法为：以尾缘小圆的圆心上移一个栅距为圆心，以尾缘半径和尾缘喉部圆直径之和为直径做圆，获取该圆与尾缘小圆的公切线与吸力面尾缘切线之间的夹角即为出口偏转角。

优选地，所述吸力面控制曲线的具体设计方法为：采用2段Bezier曲线，设置SLE1、SLE2、STE1、STE2四个控制系数，以该四个控制系数作为控制点并结合进气方向和出口楔角形成吸力面控制曲线。

优选地，所述压力面控制曲线的具体设计方法为：采用1段Bezier曲线，设置P1、P2两个控制系数，以该两个控制系数作为控制点并结合进气方向和出口楔角形成压力面控制曲线。