專利名稱：多孔金屬葉片耦合設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葉片設(shè)計(jì)方法，具體地是涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中葉輪機(jī)部件的葉片的設(shè)計(jì)與制造方法；本發(fā)明還涉及采用該方法設(shè)計(jì)的葉片和包括該葉片的葉輪機(jī)械。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)中，葉片的三維造型手段得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這些方法使得葉輪機(jī)性能得到了進(jìn)一步的提高。以風(fēng)扇氣動(dòng)設(shè)計(jì)為例，提高風(fēng)扇的氣動(dòng)負(fù)荷、效率和穩(wěn)定工作范圍成為先進(jìn)風(fēng)扇設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。其中，提高氣動(dòng)負(fù)荷的方法包括提高轉(zhuǎn)子葉尖的切向速度，但是由于旋轉(zhuǎn)葉片承受的離心力與葉片質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和半徑的乘積成正比，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度高或葉片直徑大時(shí)(后者常應(yīng)用于大型軍民運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)力裝置大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī))，葉片承受的離心力很容易超過(guò)葉片自身的強(qiáng)度限制，導(dǎo)致葉片破壞或不能正常工作。另外，在風(fēng)扇葉片中，三維造型手段如彎掠等越來(lái)越多的應(yīng)用于葉片的設(shè)計(jì)，以提高風(fēng)扇的氣動(dòng)性能，以風(fēng)扇前掠為例，可有效提高風(fēng)扇的工作裕度和效率等，但如何保證轉(zhuǎn)子葉尖前掠部分的強(qiáng)度滿足要求是其成功的關(guān)鍵。
在目前如大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子由于直徑過(guò)大，國(guó)外經(jīng)常通過(guò)如下幾種方法減輕葉片自身質(zhì)量，以達(dá)到減輕葉片的離心應(yīng)力，解決葉片強(qiáng)度問(wèn)題的目的，具體包括例如《高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)風(fēng)扇和壓氣機(jī)葉片綜述》(航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2006年第32卷第3期)中介紹的空心葉片技術(shù)；復(fù)合材料技術(shù)結(jié)合金屬前緣；葉片中間采用蜂窩結(jié)構(gòu)等等。這些方法已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到成功的應(yīng)用，但是對(duì)于我們國(guó)家發(fā)展大型運(yùn)輸機(jī)動(dòng)力而言還是空白，國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)還難以成功利用，其主要原因是我國(guó)的工藝材料還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其要求。在軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上，為了保證前掠轉(zhuǎn)子葉片葉尖前緣的強(qiáng)度，經(jīng)常在葉尖帶箍，但這樣導(dǎo)致加工裝配工藝復(fù)雜，還容易產(chǎn)生其他問(wèn)題。如何在保證先進(jìn)氣動(dòng)性能前提下解決風(fēng)扇葉片的強(qiáng)度問(wèn)題，并降低葉片的制造成本，對(duì)于我國(guó)風(fēng)扇設(shè)計(jì)技術(shù)而言非常重要。
同樣對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)而言，另外一個(gè)重要部件高壓渦輪需要高效冷卻，以保證渦輪部件能夠承受高溫燃?xì)獠⒛軌蜷L(zhǎng)時(shí)間工作，目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展了不少高效冷卻的方式，但是其渦輪葉片內(nèi)部的冷卻通道非常復(fù)雜，導(dǎo)致加工難度大，工藝復(fù)雜，成品率低。所以如何降低渦輪葉片內(nèi)部冷卻通道的復(fù)雜程度并滿足葉片的冷卻需求，對(duì)于渦輪葉片而言具有重要的意義。
多孔金屬(或稱作泡沫金屬)材料是近年來(lái)得到日益發(fā)展的一種新型功能材料，它的內(nèi)部由連續(xù)或不連續(xù)的氣體與基體金屬構(gòu)成，具有許多特殊的性能，如輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、多孔、減振、阻尼、吸音、隔音、散熱、吸收沖擊能、電磁屏蔽等多種物理性能；因此它在一般工業(yè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
多孔金屬材料的高比強(qiáng)度、減振、阻尼性能，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片來(lái)說(shuō)是非常重要的，高比強(qiáng)度使得風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的切線速度可以進(jìn)一步提高，或者充分在折轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮三維造型的功能，以提高氣動(dòng)性能；而該材料的減振和阻尼特性則可以大大改善風(fēng)扇葉片的機(jī)械性能，延長(zhǎng)葉片的壽命。同時(shí)，多孔金屬材料內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)保證了具有很好的散熱特性，這一點(diǎn)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件是非常重要的，將這一技術(shù)應(yīng)用到渦輪葉片上，一方面可增大有效換熱面積，改善葉片內(nèi)部冷卻效果，還可以降低渦輪葉片重量。因此，結(jié)合葉輪機(jī)的氣動(dòng)熱力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度振動(dòng)等學(xué)科，將多孔金屬材料技術(shù)應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)中有可能給現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)較大幅度的性能提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)心葉片(如圖1所示)或空心葉片(如圖2所示)的不足之處，利用多孔金屬材料的優(yōu)良性能，提供一種多孔金屬的葉片工藝/強(qiáng)度/振動(dòng)/氣動(dòng)熱力耦合設(shè)計(jì)方法，同時(shí)提供一種使用該方法設(shè)計(jì)的葉片、和包括上述葉片的航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)。本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法綜合考慮葉片材料特性、強(qiáng)度、振動(dòng)、氣動(dòng)熱力性能，可大幅度提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等中葉輪機(jī)部件的性能。
本發(fā)明需要解決的技術(shù)方案是利用多孔金屬材料比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，以及孔隙率可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，將材料、葉片加工工藝與葉片的氣動(dòng)熱力性能、強(qiáng)度振動(dòng)特性結(jié)合起來(lái)，提供一種新型多孔金屬葉輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)方法，從而提高壓氣機(jī)、渦輪的效率及負(fù)荷，并為葉片邊界層流動(dòng)控制打下良好的基礎(chǔ)，最終為高性能發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的明顯的優(yōu)點(diǎn)在高氣動(dòng)負(fù)荷壓氣機(jī)/渦輪的設(shè)計(jì)中，利用多孔金屬材料的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整材料孔隙率，提高葉片的比強(qiáng)度，可以充分利用現(xiàn)有三維造型手段，實(shí)現(xiàn)葉片工藝/強(qiáng)度/振動(dòng)/氣動(dòng)熱力的綜合考慮，有助于大幅度提高葉輪機(jī)性能和使用壽命，減少渦輪葉片的冷卻氣量，同時(shí)為葉輪機(jī)邊界層的流動(dòng)控制打下了良好的基礎(chǔ)。


圖1實(shí)心金屬結(jié)構(gòu)風(fēng)扇葉片和渦輪葉片的截面剖視圖；圖2中空金屬結(jié)構(gòu)風(fēng)扇葉片和渦輪葉片的截面剖視圖；圖3本發(fā)明的多孔金屬結(jié)構(gòu)風(fēng)扇葉片和渦輪葉片的截面剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的葉片設(shè)計(jì)方法可用于對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等葉輪機(jī)械的葉片設(shè)計(jì)過(guò)程。
實(shí)施例1該方法用于葉輪機(jī)械的葉片的設(shè)計(jì)過(guò)程，其包括如下步驟1)進(jìn)行葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)；2)選擇孔隙率進(jìn)行多孔金屬葉片的夾心體的設(shè)計(jì)；3)對(duì)多孔金屬葉片進(jìn)行強(qiáng)度、振動(dòng)分析；4)加工夾心體；5)加工葉片外圍襯體；6)對(duì)多孔金屬葉片進(jìn)行檢驗(yàn)、校核，重復(fù)前述步驟直至完成設(shè)計(jì)。
實(shí)施例2該方法用于風(fēng)扇或壓氣機(jī)葉片的設(shè)計(jì)過(guò)程，其包括如下步驟1)進(jìn)行風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)總體對(duì)部件性能要求得出各葉片排出口沿徑向各截面的速度三角形、氣動(dòng)熱力參數(shù)、級(jí)參數(shù)和總參數(shù)；然后完成葉片型面造型、葉型積疊，最后經(jīng)全三維粘性流場(chǎng)計(jì)算分析驗(yàn)算所得設(shè)計(jì)結(jié)果，如不滿足要求，則反復(fù)上述過(guò)程直到滿足氣動(dòng)性能要求為止；在該氣動(dòng)設(shè)計(jì)中，充分利用彎掠等三維造型手段以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的氣動(dòng)性能指標(biāo)；2)對(duì)步驟1)得到的風(fēng)扇或壓氣機(jī)葉片進(jìn)行實(shí)心金屬葉片強(qiáng)度的分析，根據(jù)強(qiáng)度分析結(jié)果，適當(dāng)選取孔隙率分布來(lái)設(shè)計(jì)葉片中間的夾心體，其中孔隙率的分布可以均勻、亦可根據(jù)強(qiáng)度的要求設(shè)計(jì)成非均勻分布，最終的葉片將由多孔金屬夾心體和外圍金屬襯體(或復(fù)合材料襯體)組成，所述襯體的外形滿足所設(shè)計(jì)的葉片氣動(dòng)外形，風(fēng)扇/壓氣機(jī)的外圍襯體可以根據(jù)流動(dòng)控制的需求打孔與夾心體的通孔連通，以實(shí)現(xiàn)葉片邊界層的抽吸等功能；3)根據(jù)多孔金屬的本構(gòu)方程或試驗(yàn)對(duì)葉片進(jìn)行強(qiáng)度分析，并結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)扇/壓氣機(jī)部件進(jìn)行振動(dòng)分析等，如果不滿足要求，則回到步驟2)重新調(diào)整孔隙率等的設(shè)計(jì)，直到強(qiáng)度、振動(dòng)滿足要求；4)根據(jù)金屬材料的特性等選擇合適的多孔金屬加工工藝，以滿足葉片夾心體的要求，如添加隔離劑的粉末冶金制備多孔金屬方法等，并保證所加工的夾心體滿足要求。
5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求利用機(jī)械加工、鑄造、超塑成型等加工方法加工葉片外圍的襯體，并通過(guò)焊接、粘接與夾心體連成一體，或在夾心體外圍纏繞復(fù)合材料形成葉片外形；6)利用試驗(yàn)等方法檢驗(yàn)葉片設(shè)計(jì)加工是否滿足要求，否則回到步驟1)；如滿足要求，則完成設(shè)計(jì)。
實(shí)施例3該方法用于渦輪葉片的設(shè)計(jì)過(guò)程，其包括如下步驟1)進(jìn)行渦輪葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)總體對(duì)部件性能要求得出各葉片排出口沿徑向各截面的速度三角形、氣動(dòng)熱力參數(shù)、級(jí)參數(shù)和總參數(shù)；然后完成葉片型面造型、葉型積疊，最后經(jīng)全三維粘性流場(chǎng)計(jì)算分析驗(yàn)算所得設(shè)計(jì)結(jié)果，如不滿足要求，則反復(fù)上述過(guò)程直到滿足氣動(dòng)性能要求為止；在設(shè)計(jì)中，充分利用彎掠等三維造型手段以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的氣動(dòng)性能指標(biāo)；2)對(duì)步驟1)得到的葉片進(jìn)行傳統(tǒng)金屬材料葉片冷卻和傳熱特性分析，根據(jù)所需要的葉片冷卻效率，設(shè)計(jì)渦輪葉片夾心體的孔隙率分布以及主流孔的直徑和連通方式，葉片外圍金屬襯體(或復(fù)合材料襯體)由高溫合金鑄造或其他工藝加工而成，并滿足氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)需求，葉片外圍的襯體也可打孔與夾心體的通孔連接，以滿足葉片表面的氣膜冷卻或發(fā)汗冷卻等的需求；3)進(jìn)行孔泡沫金屬材料葉片冷卻和傳熱特性的分析或試驗(yàn)，以及葉片強(qiáng)度振動(dòng)特性的分析或試驗(yàn)，如不滿足要求，重新調(diào)整夾心體的孔隙率分布等參數(shù)，重新進(jìn)行多孔金屬夾心體的設(shè)計(jì)，并回到步驟2)，如滿足設(shè)計(jì)要求，則進(jìn)行步驟4)；4)根據(jù)金屬材料的特性等選擇合適的多孔金屬加工工藝，以滿足葉片夾心體的要求，如添加隔離劑的粉末冶金制備多孔金屬方法等，并保證所加工的夾心體滿足要求；5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求利用機(jī)械加工、鑄造、超塑成型等加工方法加工葉片外圍的襯體，并通過(guò)焊接、粘接與夾心體連成一體，或在夾心體外圍纏繞復(fù)合材料形成葉片外形；6)利用試驗(yàn)等方法檢驗(yàn)葉片設(shè)計(jì)加工是否滿足要求，否則回到步驟1)；如滿足要求，則完成任務(wù)。
實(shí)施例4如實(shí)施例1中的設(shè)計(jì)方法，其中設(shè)計(jì)的多孔金屬葉片不包括外圍襯體，即多孔金屬葉片由具有合適的孔隙率的夾心體單獨(dú)構(gòu)成。
實(shí)施例5如實(shí)施例2中的設(shè)計(jì)方法，其中設(shè)計(jì)的多孔金屬葉片不包括外圍襯體，即多孔金屬葉片由具有合適的孔隙率的夾心體單獨(dú)構(gòu)成。
實(shí)施例6如實(shí)施例3中的設(shè)計(jì)方法，其中的多孔金屬葉片不包括外圍襯體，即多孔金屬葉片由具有合適的孔隙率的夾心體單獨(dú)構(gòu)成。
實(shí)施例7燃?xì)廨啓C(jī)或其它的葉輪機(jī)部件的設(shè)計(jì)方法，其具體步驟分別與實(shí)施例1-6相同。
實(shí)施例8其它流體機(jī)械的設(shè)計(jì)方法，其具體步驟分別與實(shí)施例1-6相同，所述流體機(jī)械可以是風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)或壓縮機(jī)等。
實(shí)施例9利用實(shí)施例1-8的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出來(lái)的多孔金屬葉片，其具體結(jié)構(gòu)與圖3葉片結(jié)構(gòu)類似。
顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，參照上文所述的實(shí)施例還可能做出其它的實(shí)施方式。上文中的所有實(shí)施例都只是示例性的、而不是局限性的。所有的在本發(fā)明的權(quán)利要求技術(shù)方案的本質(zhì)之內(nèi)的修改都屬于其所要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種葉片設(shè)計(jì)方法，所述葉片為多孔金屬材料制成，該設(shè)計(jì)方法將多孔金屬材料與葉片的設(shè)計(jì)、加工工藝相結(jié)合，其特征在于該設(shè)計(jì)方法利用多孔金屬材料的比強(qiáng)度高的特性，通過(guò)調(diào)整所述多孔金屬材料的孔隙率，來(lái)進(jìn)行葉片的工藝、強(qiáng)度、振動(dòng)、氣動(dòng)熱力的耦合設(shè)計(jì)，從而提高葉片的比強(qiáng)度并且滿足葉片邊界層流動(dòng)控制的需求。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法包括如下步驟1)進(jìn)行葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)；2)選擇適當(dāng)孔隙率分布來(lái)進(jìn)行多孔金屬葉片的夾心體的設(shè)計(jì)；3)對(duì)多孔金屬葉片進(jìn)行強(qiáng)度、振動(dòng)分析；4)加工夾心體；5)加工葉片外圍襯體；6)對(duì)多孔金屬葉片進(jìn)行檢驗(yàn)、校核，重復(fù)前述步驟直至完成設(shè)計(jì)。
3.如權(quán)利要求1所述的葉片設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法是對(duì)風(fēng)扇或壓氣機(jī)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)，其特征在于，該設(shè)計(jì)方法包括如下步驟1)進(jìn)行風(fēng)扇或壓氣機(jī)葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)總體對(duì)部件性能要求得出各葉片排出口沿徑向各截面的速度三角形、氣動(dòng)熱力參數(shù)、級(jí)參數(shù)和總參數(shù)；然后完成葉片型面造型、葉型積疊，最后經(jīng)全三維粘性流場(chǎng)計(jì)算分析驗(yàn)算所得設(shè)計(jì)結(jié)果，如不滿足要求，則反復(fù)上述過(guò)程直到滿足氣動(dòng)性能要求為止；在該氣動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用彎掠等三維造型手段以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的氣動(dòng)性能指標(biāo)；2)對(duì)步驟1)得到的鳳扇或壓氣機(jī)葉片進(jìn)行實(shí)心金屬葉片強(qiáng)度的分析，根據(jù)強(qiáng)度分析結(jié)果，選取適當(dāng)?shù)目紫堵史植紒?lái)設(shè)計(jì)葉片中間的夾心體，所述孔隙率分布可以均勻、亦可根據(jù)強(qiáng)度的要求設(shè)計(jì)成非均勻分布，最終的葉片由多孔金屬夾心體和外圍襯體組成，所述外圍襯體為金屬襯體或復(fù)合材料襯體，所述襯體的外形滿足所設(shè)計(jì)的葉片氣動(dòng)外形，風(fēng)扇或壓氣機(jī)的外圍襯體可以根據(jù)流動(dòng)控制的需求打孔與夾心體的通孔連通，以實(shí)現(xiàn)葉片邊界層的抽吸等功能；3)根據(jù)多孔金屬的本構(gòu)方程或試驗(yàn)對(duì)葉片進(jìn)行強(qiáng)度分析，并結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)扇或壓氣機(jī)部件進(jìn)行振動(dòng)分析等，如果不滿足要求，則回到步驟2)重新調(diào)整孔隙率的設(shè)計(jì)，直到強(qiáng)度、振動(dòng)滿足要求；4)根據(jù)金屬材料的特性等選擇合適的多孔金屬加工工藝，以滿足葉片夾心體的要求，如添加隔離劑的粉末冶金制備多孔金屬方法等，并保證所加工的夾心體滿足要求；5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求利用機(jī)械加工、鑄造、超塑成型等加工方法加工葉片外圍的襯體，并通過(guò)焊接、粘接與夾心體連成一體，或在夾心體外圍纏繞復(fù)合材料形成葉片外形；6)利用試驗(yàn)等方法檢驗(yàn)葉片設(shè)計(jì)加工是否滿足要求，如不滿足要求，回到步驟1)；如滿足要求，則完成設(shè)計(jì)。
4.如權(quán)利要求1所述的葉片設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法是對(duì)渦輪葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)，其特征在于，該設(shè)計(jì)方法包括如下步驟1)進(jìn)行渦輪葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)總體對(duì)部件性能要求得出各葉片排出口沿徑向各截面的速度三角形、氣動(dòng)熱力參數(shù)、級(jí)參數(shù)和總參數(shù)；然后完成葉片型面造型、葉型積疊，最后經(jīng)全三維粘性流場(chǎng)計(jì)算分析驗(yàn)算所得設(shè)計(jì)結(jié)果，如不滿足要求，則反復(fù)上述過(guò)程直到滿足氣動(dòng)性能要求為止；在設(shè)計(jì)中，充分利用彎掠等三維造型手段以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的氣動(dòng)性能指標(biāo)；2)對(duì)步驟1)得到的葉片進(jìn)行傳統(tǒng)金屬材料葉片冷卻和傳熱特性分析，根據(jù)所需要的葉片冷卻效率，設(shè)計(jì)渦輪葉片夾心體的孔隙率分布以及主流孔的直徑和連通方式，葉片外圍襯體由高溫合金鑄造或其他工藝加工而成，并滿足氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)需求，葉片外圍襯體也可打孔與夾心體的通孔連接，以滿足葉片表面的氣膜冷卻或發(fā)汗冷卻等的需求；3)進(jìn)行多孔泡沫金屬材料葉片冷卻和傳熱特性的分析或試驗(yàn)，以及葉片強(qiáng)度振動(dòng)特性的分析或試驗(yàn)，如不滿足要求，則回到步驟2)重新調(diào)整孔隙率的設(shè)計(jì)，直到強(qiáng)度、振動(dòng)滿足要求；4)根據(jù)金屬材料的特性等選擇合適的多孔金屬加工工藝，以滿足葉片夾心體的要求，如添加隔離劑的粉末冶金制備多孔金屬方法等，并保證所加工的夾心體滿足要求；5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求利用機(jī)械加工、鑄造、超塑成型等加工方法加工葉片外圍的襯體，并通過(guò)焊接、粘接與夾心體連成一體，或在夾心體外圍纏繞復(fù)合材料形成葉片外形；6)利用試驗(yàn)等方法檢驗(yàn)葉片設(shè)計(jì)加工是否滿足要求，如不滿足要求，回到步驟1)；如滿足要求，則完成設(shè)計(jì)。
5.如權(quán)利要求2-4之一所述的葉片設(shè)計(jì)方法，在所述設(shè)計(jì)方法中省去設(shè)計(jì)步驟5)，從而使用該方法設(shè)計(jì)得到的多孔金屬葉片由夾心體單獨(dú)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的葉片設(shè)計(jì)方法，該葉片設(shè)計(jì)方法可在如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)或壓縮機(jī)等流體機(jī)械上使用，其特征在于，通過(guò)使用所述葉片設(shè)計(jì)方法可以提高流體機(jī)械的效率和負(fù)荷；特別是，該設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于渦輪設(shè)計(jì)中，在保證渦輪葉片氣動(dòng)性能的前提下，可有效加強(qiáng)葉片的冷卻，改善渦輪應(yīng)力分布，使得渦輪能夠承受更高的來(lái)流溫度或減少冷卻氣量，渦輪壽命和性能大幅度提升。
7.一種葉片，其特征在于，所述葉片采用如上述權(quán)利要求之一的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到。
8.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括風(fēng)扇、渦輪和壓氣機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)扇和/或渦輪和/或壓氣機(jī)的葉片采用如權(quán)利要求1-6之一的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到。
9.一種燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)的葉片采用如權(quán)利要求1-6之一的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行得到。
10.一種流體機(jī)械，該流體機(jī)械可以是風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)或壓縮機(jī)等，該流體機(jī)械的葉片采用如權(quán)利要求1-6之一的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到。
全文摘要
一種多孔金屬葉片的設(shè)計(jì)方法，該方法將多孔金屬材料與葉片的設(shè)計(jì)、加工工藝相結(jié)合，利用多孔金屬材料比強(qiáng)度高的特性，通過(guò)調(diào)整所述材料的孔隙率，來(lái)進(jìn)行葉片的工藝、強(qiáng)度、振動(dòng)、氣動(dòng)熱力的耦合設(shè)計(jì)，從而提高葉片的比強(qiáng)度和滿足葉片邊界層流動(dòng)控制的需求。本方法克服現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)心葉片或空心葉片的不足，利用多孔金屬材料的優(yōu)良性能，綜合考慮葉片材料特性、強(qiáng)度、振動(dòng)、氣動(dòng)熱力性能，提供一種多孔金屬的葉片工藝/強(qiáng)度/振動(dòng)/氣動(dòng)熱力耦合設(shè)計(jì)方法，可大幅度提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等葉輪機(jī)械的部件性能，本發(fā)明同時(shí)提供一種使用該方法設(shè)計(jì)的葉片、和包括上述葉片的航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)。
文檔編號(hào)F04D29/30GK101078354SQ200710100218
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者鄒正平, 徐力平, 劉火星, 葉建 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)