專利名稱：一種壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁造型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁造型方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展要求其關(guān)鍵部件壓氣機(jī)/渦輪具有更高的效率。降低壓氣機(jī)/渦輪葉柵損失是提高壓氣機(jī)/渦輪效率重要的手段之一，而二次流損失占葉柵總損失33%左右。因此，降低二次流損失的相關(guān)技術(shù)將會發(fā)揮越來越重要的作用，而當(dāng)前的非軸對稱端壁造型方法尚難滿足需要。早在1975年，Morris和Hoare開始提出了非軸對稱端壁的思想，并做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，對于低展弦比的葉片，非軸對稱端壁造型使得近端壁區(qū)域的總壓損失降低了 25%左右。1994年，Rose在渦輪葉柵上進(jìn)行了非軸對稱端壁造型，研究指出，非軸對稱端壁造型可以使渦輪葉柵通道內(nèi)的壓力場更加均勻。1999年，英國Durham大學(xué)的Hartland等人在渦輪直列葉柵上做過實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，采用非軸對稱端壁造型的渦輪直列葉柵，通道內(nèi)的二次流損失降低了 34%。然而，早期的相關(guān)研究，大多數(shù)只注重實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對非軸對稱端壁造型技術(shù)降低二次流損失的機(jī)理性研究做的并不多。日本三菱重工業(yè)株式會社申請的中國專利第101925723號說明書中公開了一種渦輪葉柵的端壁，凸部在5 25% Cax，0 20%柵距的位置具有頂點(diǎn)，凹部在5 25% Cax， 70 90%柵距的位置具有頂點(diǎn)。該端壁能夠降低橫流，并且能夠使伴隨著橫流的二次流損失降低，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。然而，該種渦輪葉柵端壁，只是提供了一種思路，并未提出構(gòu)建非軸對稱端壁的可操作性方法，因而在技術(shù)上難以實(shí)施；此外，上述發(fā)明的葉柵端壁只應(yīng)用在渦輪上，研究表明非軸對稱端壁應(yīng)用在壓氣機(jī)上，降低葉柵二次流損失的效果也很明顯。國內(nèi)西安交通大學(xué)的李國君教授，在2006年的《工程熱物理學(xué)報(bào)》6月27卷第 97-100頁中，提出了采用三角函數(shù)曲線作為凸部/凹部控制函數(shù)的非軸對稱端壁造型方法，并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究。研究指出，采用該方法中三角函數(shù)形式控制曲線的非軸對稱端壁能夠使通道內(nèi)的二次流損失減少1%，并且效率提高了 0. 73士0.對％，顯然該方法取得的減少二次流損失和提高效率的效果不顯著。而且，只使用三角函數(shù)來作為凸部 /凹部的控制函數(shù)，不能靈活地構(gòu)造復(fù)雜的端壁結(jié)構(gòu)，因而不能充分發(fā)揮非軸對稱端壁在降低二次流損失中的作用；此外，該方法應(yīng)用的葉柵為直列葉柵，實(shí)際工程應(yīng)用中的壓氣機(jī)/ 渦輪葉柵為環(huán)形葉柵，因而該研究成果能否應(yīng)用到環(huán)形葉柵尚具有不確定性。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁造型方法，主要采用一種新的凸部/凹部控制函數(shù)，可以方便、靈活地構(gòu)造壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁，而且構(gòu)造的端壁能夠有效地降低通道內(nèi)的壓力梯度，降低通道內(nèi)的二次流損失，進(jìn)而改善壓氣機(jī)/渦輪葉柵的性能。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為所述一種壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁造型方法，其特征在于所有相鄰葉片之間的端壁形狀相同；所述非軸對稱端壁造型方法以相鄰葉片之間的端壁為一個(gè)造型端壁周期，在一個(gè)造型端壁周期內(nèi)有若干個(gè)凸部和/或凹部結(jié)構(gòu)，對于一個(gè)凸部結(jié)構(gòu)或凹部結(jié)構(gòu)按照以下步驟造型步驟1 在一個(gè)造型端壁周期內(nèi)，以-10% CaxU 10% Cax、0%柵距、100%柵距圍成的端壁區(qū)域?yàn)榉禽S對稱端壁的造型區(qū)域，其中0% Cax表示葉片前緣沿葉柵軸向上的位置， 100% Cax表示葉片后緣沿葉柵軸向上的位置，0%柵距表示葉片的葉盆位置，100%柵距表示相鄰葉片的葉背位置，且該葉背與前述葉盆相向；步驟2 在步驟1提出的造型區(qū)域內(nèi)分別構(gòu)造沿葉柵軸向和葉柵周向的凸部/凹部控制曲線，其中沿葉柵軸向的凸部/凹部控制曲線表述為Z向曲線，沿葉柵周向的凸部/
凹部控制曲線表述為θ向曲線；所述凸部θ向曲線為
權(quán)利要求
1. 一種壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁造型方法，其特征在于所有相鄰葉片之間的端壁形狀相同；所述非軸對稱端壁造型方法以相鄰葉片之間的端壁為一個(gè)造型端壁周期，在一個(gè)造型端壁周期內(nèi)有若干個(gè)凸部和/或凹部結(jié)構(gòu)，對于一個(gè)凸部結(jié)構(gòu)或凹部結(jié)構(gòu)按照以下步驟造型步驟1 在一個(gè)造型端壁周期內(nèi)，以-10% CaxU 10% Cax、0%柵距、100%柵距圍成的端壁區(qū)域?yàn)榉禽S對稱端壁的造型區(qū)域，其中0% Cax表示葉片前緣沿葉柵軸向上的位置，100% Cax表示葉片后緣沿葉柵軸向上的位置，0%柵距表示葉片的葉盆位置，100%柵距表示相鄰葉片的葉背位置，且該葉背與前述葉盆相向；步驟2 在步驟1提出的造型區(qū)域內(nèi)分別構(gòu)造沿葉柵軸向和葉柵周向的凸部/凹部控制曲線，其中沿葉柵軸向的凸部/凹部控制曲線表述為Z向曲線，沿葉柵周向的凸部/凹部控制曲線表述為θ向曲線；所述凸部θ向曲線為聊)=Sin φ~θο}π，凹部θ向曲線為1V υι~υο JΑ(θ) = η[φ~θ°}π +π\(zhòng)，其中QciSe^ei, θ ^為100%柵距位置與凸部/凹部的鄰近 、tM J一側(cè)在葉柵周向上的圓心角，Θ工為100%柵距位置與凸部/凹部的相隔一側(cè)在葉柵周向上的圓心角；所述Z向曲線為餌+Tz，-10% Cax彡Z彡110% Cax，其中1為凸部/凹部在葉柵軸向的距離，β為控制凸部/凹部高度的系數(shù)，β取0.05 0.2，h為葉片的高度；步驟3 根據(jù)步驟2確定的沿葉柵軸向和葉柵周向的凸部/凹部控制曲線，得到沿葉柵徑向曲面控制函數(shù)，其中凸部曲面的控制函數(shù)為&隊(duì)z) = S(Z)Sin ^^，凹部曲面的1V υι_υο J控制函數(shù)為介1 ⑷，z) = B(z)sin φ~θ°}π + π。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁造型方法，對于一個(gè)凸部結(jié)構(gòu)或凹部結(jié)構(gòu)，首先劃分造型區(qū)域，而后構(gòu)造沿葉柵軸向和葉柵周向的凸部/凹部控制曲線，最后構(gòu)造沿葉柵徑向曲面控制函數(shù)。本發(fā)明特別是提出了一種新的凸部/凹部控制函數(shù)，利用該方法可以方便、靈活地構(gòu)造壓氣機(jī)/渦輪環(huán)形葉柵的非軸對稱端壁，而且構(gòu)造的端壁能夠有效地降低通道內(nèi)的壓力梯度，使通道出口的氣流更加均勻，并且顯著地降低通道內(nèi)的總壓損失系數(shù)，降低通道內(nèi)的二次流損失，進(jìn)而改善壓氣機(jī)/渦輪葉柵的性能。
文檔編號F01D9/04GK102536329SQ20111045998
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者劉波, 曹志遠(yuǎn), 那振喆, 陳得勝 申請人:西北工業(yè)大學(xué)