專利名稱：一種兼顧氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)特征的航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片三維幾何結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兼顧氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)特征的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)大風(fēng)扇內(nèi)涵葉片三維幾何結(jié)構(gòu)，屬于葉輪機(jī)械軸流壓氣機(jī)葉輪技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)大風(fēng)扇中由于輪轂比較小，流動(dòng)參數(shù)沿徑向變化比較劇烈。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是采用沿葉高等功分布規(guī)律，認(rèn)為這樣能使流動(dòng)的徑向摻混最小，減小流動(dòng)損失。由于大風(fēng)扇根尖切線速度的差距較大，為保證從根到尖輪緣功相等，則需要風(fēng)扇內(nèi)涵葉片基元葉型扭轉(zhuǎn)較大，于是傳統(tǒng)風(fēng)扇內(nèi)涵葉片尾緣吸力面與輪轂形成了明顯的銳角。但是研究表明，等功分布的設(shè)計(jì)并不能使流動(dòng)徑向摻混最小，在氣動(dòng)方面，低能氣體尾緣吸力面和輪轂形成的角區(qū)內(nèi)堆積，流動(dòng)分離損失很大，同時(shí)也使得風(fēng)扇內(nèi)涵出口馬赫數(shù)較大，增加了增壓級(jí)的設(shè)計(jì)難度和風(fēng)險(xiǎn)；在結(jié)構(gòu)方面，吸力面與輪轂較小的夾角也不利于伸根段的結(jié)構(gòu)造型，給葉片在輪盤上的安裝造成了困難，有可能在伸根段產(chǎn)生過大的應(yīng)力。隨著設(shè)計(jì)和三維數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)大風(fēng)扇的采用全三維設(shè)計(jì)手段，突破一些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，根據(jù)流動(dòng)的實(shí)際情況進(jìn)行葉片造型，使葉片幾何更符合流動(dòng)需求，改善流動(dòng)，減小損失，同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)特征，方便葉片的安裝，避免應(yīng)力過大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種兼顧氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)特征的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)大風(fēng)扇內(nèi)涵葉片三維幾何結(jié)構(gòu)，如

圖1所示。在設(shè)計(jì)大風(fēng)扇1時(shí)，本發(fā)明調(diào)整內(nèi)涵部分葉片2(大風(fēng)扇葉片120%葉高以內(nèi)部分)的加功量和落后角等設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化內(nèi)涵葉片2的金屬出口角β21 沿展向的分布，得到優(yōu)化的內(nèi)涵葉片尾緣曲線3，可以看出，內(nèi)涵葉片的尾緣吸力面5與輪轂線10更接近垂直。設(shè)計(jì)目的在于控制風(fēng)扇根部吸力面與輪轂形成的角區(qū)內(nèi)的流動(dòng)分離， 提高風(fēng)扇效率，改善內(nèi)涵增壓級(jí)的進(jìn)口條件，同時(shí)有利于風(fēng)扇伸根段的結(jié)構(gòu)造型，便于葉片在輪盤上的安裝。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案主要包括以下幾點(diǎn)一種兼顧氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)特征的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)大風(fēng)扇內(nèi)涵葉片三維幾何結(jié)構(gòu)，其中，所述的內(nèi)涵葉片是指大風(fēng)扇葉片O 20%葉高部分，特征在于1、所述的內(nèi)涵葉片2的金屬出口角滿足如下條件內(nèi)涵葉片2(大風(fēng)扇葉片20% 葉高以內(nèi)部分)基元葉型的金屬出口角β 2k(如圖2所示，中弧線在尾緣點(diǎn)處的切線與軸向 ζ的夾角，順時(shí)針為正)沿展高的分布可以由一個(gè)三次多項(xiàng)式來描述y = 79. 804x3+70. 411x2+33. 222x~8. 62其中，χ為相對(duì)展高的百分比數(shù)，y為相應(yīng)葉高基元葉型的金屬出口角，單位為度 )，出口金屬角的公差范圍為士 0.2°。具有這種展向分布的金屬出口角減小了內(nèi)涵葉
片的葉型彎角，降低了做功量，有效控制了根部吸力面的流動(dòng)分離。
2、同時(shí)，所述的內(nèi)涵葉片尾緣線滿足如下條件內(nèi)涵葉片尾緣線3在與軸向垂直的XOY平面上的投影可以擬合成一條六次多項(xiàng)式曲線。如圖3所示，ω為葉輪旋轉(zhuǎn)方向，定義內(nèi)涵葉片尾緣線3與輪轂線10相交的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)，坐標(biāo)軸二為原點(diǎn)切線速度的
反方向，；沿徑向指向半徑增大方向，將X，y坐標(biāo)值分別無量綱化，無量綱尺度分別為輪轂線10到內(nèi)涵葉片尾緣線3在x，y方向的絕對(duì)長(zhǎng)度。在以上坐標(biāo)系的定義下，尾緣線在XOY 平面上的投影曲線擬合公式為
權(quán)利要求
1. 一種兼顧氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)特征的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)大風(fēng)扇內(nèi)涵葉片三維幾何結(jié)構(gòu)，其中， 所述的內(nèi)涵葉片是指大風(fēng)扇葉片O 20%葉高部分，特征在于(1)、所述的內(nèi)涵葉片的金屬出口角滿足如下條件內(nèi)涵葉片基元葉型的金屬出口角 β 2k沿展高的分布可以由一個(gè)三次多項(xiàng)式來描述 y = 79. 804χ3+70. 411χ2+33. 222χ-8. 62，其中，χ為相對(duì)展高的百分比數(shù)，y為相應(yīng)葉高基元葉型的金屬出口角，單位為°，出口金屬角的公差范圍為士 0.2° ；O)、同時(shí)，所述的內(nèi)涵葉片尾緣線滿足如下條件內(nèi)涵葉片尾緣線在與軸向垂直的 XOY平面上的投影可以擬合成一條六次多項(xiàng)式曲線，定義內(nèi)涵葉片尾緣線與輪轂線相交的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)，ω為葉輪旋轉(zhuǎn)方向，坐標(biāo)軸；為原點(diǎn)切線速度的反方向，；；沿徑向指向半徑增大方向，將χ，y坐標(biāo)值分別無量綱化，無量綱尺度分別為內(nèi)涵葉片尾緣線在χ，y方向的絕對(duì)長(zhǎng)度；在以上坐標(biāo)系的定義下，尾緣線在XOY平面上的投影曲線擬合公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兼顧氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)特征的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)大風(fēng)扇內(nèi)涵葉片三維幾何結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的大風(fēng)扇根部葉型后段彎角較大，尾緣吸力面與輪轂形成了比較小的銳角，低能氣體在此角區(qū)堆積，流動(dòng)損失很大，且吸力面與輪轂較小的夾角不利于葉片伸根段的結(jié)構(gòu)造型。本發(fā)明主要優(yōu)化了大風(fēng)扇內(nèi)涵葉片(大風(fēng)扇葉片20％葉高以內(nèi)部分)基元葉型出口金屬角沿葉高的變化，擬合出了內(nèi)涵葉片出口金屬角的分布曲線及尾緣線在與軸向垂直的平面上的投影曲線。經(jīng)過三維CFD驗(yàn)證，本發(fā)明能夠有效減小風(fēng)扇尾緣吸力面與輪轂形成的角區(qū)內(nèi)的流動(dòng)分離，提高風(fēng)扇內(nèi)涵的效率，為增壓級(jí)提供了良好的進(jìn)口條件，而且根部葉片與輪轂相對(duì)接近垂直為葉片在輪盤上的安裝也提供了便利。
文檔編號(hào)F01D5/14GK102536327SQ201110404108
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者孫曉峰, 朱芳, 桂幸民, 金東海 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)