[发明专利]混压式三维叶片扩压器的设计方法

摘要

本发明涉及一种混压式三维叶片扩压器，其半无叶区叶片吸力面为相对理想流动曲线偏折的多段曲面，形成多波系激波结构。叶片根据来流展向的马赫数和入流角而扭转，形成三维叶片；其设计方法包括如下步骤：将扩压器通道沿展向分为n个截面；确定波系数目；确定叶片角；确定半无叶区吸力面各弧段长度；确定喉部位置；截面叶片通道设计；三维叶片整体设计。优点：1）有效利用激波减速特性，减弱、消除超声速气流在扩压器半无叶区内的加速；2）在叶片通道内速度降至亚声速，并继续减速扩压，减弱、消除激波和附面层相互作用带来的影响；3）提高扩压器效能和稳定工作范围，提高压气机的效率和压比。

主权项

1.混压式三维叶片扩压器的设计方法，所述扩压器半无叶区叶片吸力面为相对理想流动曲线偏折的多段曲面，形成多波系激波结构，叶片根据来流展向的马赫数和入流角而扭转，形成三维叶片；其特征是其设计方法包括如下步骤：（1）确定扩压器通道截面数；（2）确定波系数目；（3）确定叶片角；（4）确定半无叶区吸力面各弧段长度；（5）确定喉部位置；（6）设计截面叶片通道；（7）设计三维叶片整体；所述步骤（1）确定扩压器通道截面数：确定扩压器的整体尺寸，将扩压器子午流道沿展向分为n个截面，n≥2；所述步骤（2）确定波系数目：激波数目为m，m≥2，其中，弱斜激波数目为m‑1，正激波数目为1；所述步骤（3）确定叶片角：根据不同截面来流马赫数M_i0确定初始楔角_i1(1°≤_ij≤15°,1≤i≤n,1≤j＜m,n≥2)、斜激波角_ij以及波后马赫数M_i1，其后依次取楔角_ij，求得其后相应斜激波角_ij和波后马赫数M_ij；所述步骤（4）确定半无叶区吸力面各弧段长度：忽略附面层增长影响，根据连续性方程与角动量守恒方程，确定每一个截面的来流马赫数M_i0及气流角_i0下气流的理想流动曲线作为初始设计基准；由O点起始根据各个楔角_ij (1≤j≤m‑1)依次作曲线l_ij(1≤j≤m‑1)，相对基准曲线——理想流动曲线偏转，并调整曲线l_ij (1≤j≤m‑2)的长度，使得各个斜激波延伸交于一个点，记为点A；所述步骤（5）确定喉部位置：以斜激波延伸交点A点为相邻叶片的压力面前缘点，确定其叶片压力面型线在A点处起始切线与径向的夹角_i01，过A点作垂直于压力面型线的垂线，与曲线l_i(m‑1)交于点B，由此确定最后一条曲线l_i(m‑1)长度以及喉道位置A、B；所述步骤（6）设计截面叶片通道：以起始切线与径向的夹角_i01为基准，过喉道A点做压力面型线，取当量扩张角为2°~35°，作喉道B点后相应的吸力面型线，使喉道后叶片通道为扩张通道，根据叶片通道的周期面积与截面的环形面积差值得到截面处的叶片型线，完成叶片设计；所述步骤（7）设计三维叶片整体：完成n个截面通道设计后，对n个截面通道进行三维前缘积叠，得到包含扭转特征的一系列叶型；对叶片吸力面喉道位置处进行倒圆处理，实现吸力面型线光滑过渡；综上完成混压式三维叶片扩压器设计。