本發(fā)明涉及渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法、風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇及渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

1、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)前段低壓壓縮部件，氣流經(jīng)過(guò)風(fēng)扇后，分為兩股，分別進(jìn)入外涵和內(nèi)涵。外涵氣流經(jīng)出口導(dǎo)葉，到外涵噴口排到大氣，內(nèi)涵氣流經(jīng)增壓級(jí)進(jìn)入核心機(jī)。

2、風(fēng)扇葉片徑向高度大，因此葉片根尖切線速度差別較大，需徑向變功設(shè)計(jì)。需要一種更合理的風(fēng)扇葉片幾何形狀，以獲得更好的風(fēng)扇內(nèi)涵/增壓級(jí)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)扇葉片幾何形狀不合理的缺陷，提供一種風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法、風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇及渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

2、本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題：

3、一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法，所述方法包括以下步驟：

4、根據(jù)下游增壓級(jí)葉根流量系數(shù)，確定風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角的下限值；

5、根據(jù)風(fēng)扇內(nèi)涵的流量-總壓關(guān)系和流量-靜壓關(guān)系，確定風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角的上限值；

6、其中，所述尾緣金屬角為風(fēng)扇的葉型截面的葉型中弧面在尾緣處的切線與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線之間的夾角。

7、在本方案中，若風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角過(guò)低，則下游增壓級(jí)葉根流量系數(shù)也較低，沒有提高葉片根部的做功能力，不能夠?qū)崿F(xiàn)獲得更好的風(fēng)扇內(nèi)涵性能及增壓級(jí)來(lái)流的效果，由此可以確定風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角的下限值；若風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角過(guò)大，吸力面氣流會(huì)發(fā)生分離，反而導(dǎo)致葉根損失驟增、做功能力下降，需結(jié)合風(fēng)扇內(nèi)涵的流量-總壓關(guān)系、流量-靜壓關(guān)系，由此可以確定風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角的上限值。

8、較佳地，所述根據(jù)風(fēng)扇內(nèi)涵的流量-總壓關(guān)系和流量-靜壓關(guān)系，確定風(fēng)扇葉根尾緣金屬角的上限值，包括：

9、從風(fēng)扇內(nèi)涵/增壓級(jí)近堵點(diǎn)到近喘點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)扇內(nèi)涵出口總壓隨風(fēng)扇內(nèi)涵流量的增大而單調(diào)遞增，且風(fēng)扇內(nèi)涵出口靜壓隨風(fēng)扇內(nèi)涵流量的增大而單調(diào)遞減時(shí)，風(fēng)扇葉根做功能力良好，風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角取值未超出上限值；當(dāng)風(fēng)扇內(nèi)涵出口靜壓隨風(fēng)扇內(nèi)涵流量的增大保持不變或者單調(diào)遞減時(shí)，表示風(fēng)扇葉根彎角過(guò)大，風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角取值已超出上限值。

10、在本方案中，通過(guò)上述方式，能夠判斷出風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角取值是否合適，從而能夠確定風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角的上限值，為葉片形狀的確定提供數(shù)據(jù)支持。

11、較佳地，所述方法還包括：控制風(fēng)扇輪轂坡角，其中，所述風(fēng)扇輪轂坡角為風(fēng)扇葉根前緣與尾緣連線的子午投影與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的夾角。

12、在本方案中，由于風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角最大值受限，需要結(jié)合風(fēng)扇輪轂坡角的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇內(nèi)涵設(shè)計(jì)壓比剖面，以進(jìn)一步提高葉片根部的做功能力。

13、本發(fā)明還提供一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片，所述風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇葉根處尾緣金屬角為13度至23度，其中，所述尾緣金屬角為風(fēng)扇的葉型中弧面在尾緣處的切線與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線之間的夾角。

14、在本方案中，將風(fēng)扇葉根處尾緣金屬角控制在上述角度范圍，相比于現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)扇葉根處的尾緣金屬角，本方案尾緣金屬角更多，從而可以提升葉片根部的做功能力，當(dāng)風(fēng)扇葉根當(dāng)彎角過(guò)大、以至于超過(guò)上述上限值時(shí)，吸力面氣流會(huì)發(fā)生分離，反而導(dǎo)致葉根損失驟增、做功能力下降。該風(fēng)扇葉片可以由前述的風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到。

15、較佳地，所述風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇輪轂坡角為25度至18度之間，其中，所述風(fēng)扇輪轂坡角為風(fēng)扇葉根前緣與尾緣連線的子午投影與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的夾角。

16、在本方案中，由于風(fēng)扇葉根處尾緣金屬角最大值受限，需要結(jié)合風(fēng)扇輪轂坡角的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇內(nèi)涵設(shè)計(jì)壓比剖面，以進(jìn)一步提高葉片根部的做功能力。

17、較佳地，所述風(fēng)扇葉片的尾緣金屬角沿所述發(fā)動(dòng)機(jī)的徑向逐漸減小。

18、較佳地，所述尾緣金屬角在所述風(fēng)扇葉片22％至26％的風(fēng)扇展高處變?yōu)?度。

19、在本方案中，通過(guò)在上述位置將尾緣金屬角轉(zhuǎn)零，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇出口總壓剖面的均勻過(guò)渡，避免出現(xiàn)過(guò)大的梯度。

20、本發(fā)明還提供一種用于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇包括如前所述的風(fēng)扇葉片。

21、在本方案中，通過(guò)設(shè)置上述風(fēng)扇葉片，能夠獲得更好的風(fēng)扇內(nèi)涵/增壓級(jí)性能。

22、較佳地，所述風(fēng)扇包括轉(zhuǎn)子盤，所述風(fēng)扇葉片自所述轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸。

23、本發(fā)明還提供一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)包括如前所述的風(fēng)扇。

24、在本方案中，通過(guò)設(shè)置上述風(fēng)扇，能夠提升渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)涵氣動(dòng)特性、改善增壓級(jí)來(lái)流條件。

25、本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明提出的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法，將風(fēng)扇葉根尾緣金屬角控制在合理區(qū)間內(nèi)，提高風(fēng)扇葉片根部的做功能力，以獲得更好的風(fēng)扇內(nèi)涵性能及增壓級(jí)來(lái)流；同時(shí)，尾緣金屬角沿展向逐漸轉(zhuǎn)零，實(shí)現(xiàn)總壓剖面的均勻過(guò)渡；最后，將風(fēng)扇輪轂坡角調(diào)整至對(duì)應(yīng)最優(yōu)值，在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸重量的要求下，實(shí)現(xiàn)更大的風(fēng)扇內(nèi)涵/增壓級(jí)穩(wěn)定裕度。本發(fā)明提出的風(fēng)扇葉片，具有更加合理的外形，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更好的風(fēng)扇內(nèi)涵/增壓級(jí)性能。

技術(shù)特征：

1.一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，

3.如權(quán)利要求1所述的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法還包括：

4.一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇葉根處尾緣金屬角為13度至23度，其中，所述尾緣金屬角為風(fēng)扇的葉型中弧面在尾緣處的切線與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線之間的夾角。

5.如權(quán)利要求4所述的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述風(fēng)扇葉片的風(fēng)扇輪轂坡角為25度至18度之間，其中，所述風(fēng)扇輪轂坡角為風(fēng)扇葉根前緣與尾緣連線的子午投影與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的夾角。

6.如權(quán)利要求4所述的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述風(fēng)扇葉片的尾緣金屬角沿所述發(fā)動(dòng)機(jī)的徑向逐漸減小。

7.如權(quán)利要求6所述的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述尾緣金屬角在所述風(fēng)扇葉片22％至26％的風(fēng)扇展高處變?yōu)?度。

8.一種用于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇，其特征在于，所述風(fēng)扇包括如權(quán)利要求4-7中任意一項(xiàng)所述的風(fēng)扇葉片。

9.如權(quán)利要求8所述的風(fēng)扇，其特征在于，所述風(fēng)扇包括轉(zhuǎn)子盤，所述風(fēng)扇葉片自所述轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸。

10.一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)包括如權(quán)利要求8或9所述的風(fēng)扇。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)方法、風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇及渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。方法包括以下步驟：根據(jù)下游增壓級(jí)葉根流量系數(shù)，確定風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角的下限值；根據(jù)風(fēng)扇內(nèi)涵的流量?總壓關(guān)系和流量?靜壓關(guān)系，確定風(fēng)扇葉根的尾緣金屬角的上限值；其中，所述尾緣金屬角為風(fēng)扇的葉型截面的葉型中弧面在尾緣處的切線與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線之間的夾角。通過(guò)將風(fēng)扇葉根尾緣金屬角控制在合理區(qū)間內(nèi)，提高風(fēng)扇葉片根部的做功能力，以獲得更好的風(fēng)扇內(nèi)涵性能及增壓級(jí)來(lái)流。

技術(shù)研發(fā)人員：楊小賀,李妍,裴小萌,吳志青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航發(fā)上海商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26