專利名稱：一種軸流風扇葉輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軸流風扇葉輪，屬于葉輪機械軸流壓氣機葉輪技術領域。
背景技術：
適用于航空發(fā)動機的高速風扇/壓氣機測試困難，運行費用高，試驗研究難度較 大；另一方面，雖然低速風扇與之在壓縮性、級負荷等方面存在著較大區(qū)別，但是相關試驗 研究結論具有通用性，而且實驗臺結構簡單，運行費用低，測試相對容易，便于開展豐富詳 細的試驗研究，為測試技術的研究、理論模型的發(fā)展和新技術的探索提供了一個有利的基 礎平臺。此外，低速風扇的相關研究很容易轉化為工業(yè)用風機設計發(fā)展的成果，具有一定的 實用價值。一般低速風機的負荷系數(shù)為0. 1-0. 2，而現(xiàn)代先進渦扇發(fā)動機風扇的負荷系數(shù)在 0.3以上。本文設計的低速風扇的試驗研究成果希望應用于航空發(fā)動機，負荷系數(shù)取值較 高，達到了 0. 258。另外，現(xiàn)代航空發(fā)動機中葉片展弦比在0. 6-2. 5范圍內(nèi)，因此本發(fā)明風扇 為小展弦比設計，風扇轉子展弦比約為1. 18，靜子展弦比約為1.40。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設計一種軸流風扇葉輪，該葉輪葉型采用三次Bezier函數(shù)進 行參數(shù)化定義。經(jīng)過計算流體動力學(即CFD)數(shù)值計算以及試驗測試，驗證該葉輪性能較 好，葉輪效率達到90. 27%，整級風扇效率達到85. 31%。本發(fā)明為一種軸流風扇葉輪，其技術方案為該風扇葉輪由20片葉片組成。葉輪 進口輪轂半徑為346. 2mm，進口葉尖半徑為600. 0mm，進口輪轂比為0. 577 ；葉輪出口輪轂半 徑為396. 8mm，出口葉尖半徑為600. 0mm，安裝角為45°。其中輪轂比為輪轂半徑與葉尖半 徑的比值，安裝角為葉片弦長方向與風扇軸向之間的夾角。本發(fā)明采用三次Bezier函數(shù)定義風扇葉輪在不同半徑截面上的葉型曲線。一個η次Bezier通?？梢员硎緸?(0 = Σ
(=0其中Q(t)為曲線上任一點的坐標，Pi(0彡i彡η)為曲線控制點的相應作標值， 冗(0為波恩斯坦(即Bernstein)多項式，由以下關系式給出B； (0 = (1 - t)Bn-x (O + tB；! (t)利用三次Bezier函數(shù)確定一條曲線只需要四個控制點，其中兩個是端點，另外兩 個控制端點的斜率。三次Bezier函數(shù)可以表示為Q(t) = (1-t) 3P!+3t (1-t) 2P2+3t2 (1-t) P3+t3P4其中Q是曲線上一個點的三維坐標中的某一個，Pi是相應四個控制點的坐標，參數(shù) t的變化范圍是
O
選擇三個不同半徑的截面，吸力面和壓力面分別由一條Bezier曲線定義。圖2是 轉子葉片的葉型截面示意圖，葉型曲線分別描述如下轉子葉片I截面上得到的型線以及葉型如圖3 吸力面P1= (-28. 98,3. 81), P2 = (-3. 32,40. 11)P3= (10. 60，40. 56)，P4 = (45. 83,58. 17)壓力面P1 = (-25. 93，1. 56)，P2 = (9. 82，28. 87)
P3 = (11. 20,27. 92)，P4 = (45. 17,54. 85)轉子葉片II截面上得到的型線以及葉型如圖4 吸力面P1 = (-22. 26，3. 95)，P2 = (-7. 45，35. 63)P3= (11. 14，58. 53)，P4 = (38. 85,89. 81)壓力面P1 = (-19. 44，2. 49)，P2 = (6. 33，38. 94)P3 = (15. 92，54. 08)，P4 = (42. 09,90. 23)轉子葉片III截面上得到的型線及葉型如圖5 吸力面P1= (-17. 23,3. 88), P2 = (-1. 83，44，61)P3 = (14. 95，73. 27)，P4 = (35. 42，104. 91)壓力面P1= (-15. 16，3. 04)，P2 = (1. 91,37. 89)P3 = (14. 30,63. 75)，P4 = (35. 42，101. 81)這樣，通過葉輪型面在不同半徑截面上的曲線，就可以得到整個葉輪的型面。本發(fā)明一種高負荷、小展弦比低速軸流風扇葉輪，其優(yōu)點在于本發(fā)明的葉輪的負 荷系數(shù)達到了 0. 258，接近航空發(fā)動機風扇的負荷系數(shù)取值范圍；且本發(fā)明風扇為小展弦 比設計，風扇轉子展弦比約為1. 18，靜子展弦比約為1.40 ；小展弦比的設計有利于提高級 負荷，減少級數(shù)，并且效率和失速裕度一般更高。經(jīng)過計算流體動力學(即CFD)數(shù)值計算 以及試驗測試，驗證該葉輪性能較好，葉輪效率達到90. 27%,整級風扇效率達到85. 31%。


圖1所示為風扇子午結構示意2所示為轉子葉片葉型截面示意3所示為轉子葉片I截面上的葉型圖4所示為轉子葉片II截面上的葉型圖5所示為轉子葉片III截面上的葉型圖中具體標號為1、轉子葉輪；2、進口輪轂；3、進口葉尖；4、出口輪轂；5、出口葉尖；6、吸力面；7、 壓力面；8、葉片
具體實施例方式本發(fā)明為一種高負荷、小展弦比低速軸流風扇葉輪，其技術方案為該風扇葉輪由 20片葉片組成。如圖1所示，葉輪進口輪轂2半徑為346. 2mm，進口葉尖3半徑為600. Omm, 進口輪轂比為0. 577 ；葉輪出口輪轂4半徑為396. 8mm,出口葉尖5半徑為600. Omm,安裝角 為45°。本發(fā)明采用三次Bezier函數(shù)定義風扇葉輪在不同半徑截面上的葉型曲線。一個η次Bezier通?？梢员硎緸?其中Q(t)為曲線上任一點的坐標，Pi(0≤i≤η)為曲線控制點的相應作標值， (0為波恩斯坦(即Bernstein)多項式，由以下關系式給出 利用三次Bezier函數(shù)確定一條曲線只需要四個控制點，其中兩個是端點，另外兩 個控制端點的斜率。三次Bezier函數(shù)可以表示為Q(t) = (1-t) 3P!+3t (1-t) 2P2+3t2 (1-t) P3+t3P4其中Q是曲線上一個點的三維坐標中的某一個，Pi是相應四個控制點的坐標，參數(shù) t的變化范圍是
O葉盆和葉背分別選擇三個截面，得到三條曲線，圖1是轉子葉片的葉型截面示意 圖，葉型曲線分別描述如下轉子葉片I截面上得到的型線以及葉型如圖3 吸力面P1= (-28. 98,3. 81), P2 = (-3. 32,40. 11)P3 = (10. 60,40. 56)，P4 = (45. 83，58. 17)壓力面P1 = (-25. 93，1. 56)，P2 = (9. 82，28. 87)P3 = (11. 20,27. 92)，P4 = (45. 17,54. 85)轉子葉片II截面上得到的型線以及葉型如圖4 吸力面P1 = (-22. 26，3. 95)，P2 = (-7. 45，35. 63)P3= (11. 14，58. 53)，P4 = (38. 85,89. 81)壓力面P1 = (-19. 44，2. 49)，P2 = (6. 33，38. 94)P3 = (15. 92，54. 08)，P4 = (42. 09,90. 23)轉子葉片III截面上得到的型線及葉型如圖5 吸力面P1 = (-17. 23，3. 88)，P2 = (-1. 83，44，61)P3 = (14. 95,73. 27)，P4 = (35. 42,104. 91)壓力面
= (-15. 16,3. 04), P2 = (1. 91,37. 89)P3 = (14. 30,63. 75)，P4 = (35. 42，101. 81)這樣，通過葉輪型面在不同半徑截面上的曲線，就可以得到整個葉輪的型面。綜上，根據(jù)上述葉片各個截面葉型的控制點，應用Bezier曲線方程生成葉型幾 何，然后分別將葉片按照各個截面的順序積疊生成三維葉片。
權利要求
一種軸流風扇葉輪，該葉輪為高負荷、小展弦比等外徑軸流葉輪；其特征在于該葉輪由20片葉片組成；葉輪進口輪轂半徑為346.2mm，進口葉尖半徑為600.0mm，進口輪轂比為0.577；葉輪出口半徑為396.8mm，出口葉尖半徑為600.0mm，安裝角為45°。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種軸流風扇葉輪，其特征在于該葉輪適用于葉尖負荷系 數(shù)大于0. 25、葉尖切向速度小于100m/S的軸流壓氣機或風機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸流風扇葉輪，該葉輪適用于轉速為2900r/min的低轉速條件下，轉子進口葉尖切線速度為90.80m/s，葉尖負荷系數(shù)為0.258，級總壓升為2237.15Pa，其特征在于該葉輪為高負荷、小展弦比等外徑軸流葉輪；該葉輪由20片葉片組成；葉輪進口輪轂半徑為346.2mm，進口葉尖半徑為600.0mm，進口輪轂比為0.577；葉輪出口半徑為396.8mm，出口葉尖半徑為600.0mm，安裝角為45°；該葉輪采用三次Bezier函數(shù)定義葉輪在不同半徑的截面上的葉型曲線。
文檔編號F04D29/32GK101846097SQ20101018468
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者孫曉峰, 尹松, 李泯江, 桂幸民, 金東海 申請人:北京航空航天大學