鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片，屬于葉輪機(jī)械的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)口導(dǎo)向器是航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸流壓氣機(jī)中的重要部件，其工作性能對整個(gè)壓氣機(jī)的 性能影響非常大。進(jìn)口導(dǎo)向器的總壓損失隨著氣流攻角的增大而增大，當(dāng)攻角達(dá)到某個(gè)值 時(shí)，總壓損失增大趨勢顯著加劇。把運(yùn)個(gè)攻角定義為臨界攻角。然而，進(jìn)口導(dǎo)向器的攻角不 可能總是處在臨界攻角W下，當(dāng)氣流攻角大于臨界攻角，并且繼續(xù)增加時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)向器的吸 力面附面層分離區(qū)范圍逐漸增加，甚至覆蓋整個(gè)吸力面，運(yùn)時(shí)通過導(dǎo)向器的氣流進(jìn)入壓氣 機(jī)，會(huì)嚴(yán)重影響后面壓氣機(jī)的性能。
[0003] 目前，為了解決進(jìn)口導(dǎo)向器在進(jìn)口氣流攻角較大的情況下出現(xiàn)吸力面附面層大分 離的問題，進(jìn)口導(dǎo)向器采用安裝角可調(diào)葉片。安裝角可調(diào)葉片又分為葉片整體可調(diào)與分段 調(diào)節(jié)。運(yùn)些設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)進(jìn)口氣流角發(fā)生大的改變而做出的。然而，可調(diào)葉片雖然能夠 部分解決上述問題，但是運(yùn)種設(shè)計(jì)增加了進(jìn)口導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，引入附加機(jī)構(gòu)，增加了 壓氣機(jī)的重量。
[0004] 鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片的設(shè)計(jì)靈感，來源于座頭嫁的節(jié)瘤狀前緣肢狀罐。 1993年生物學(xué)家Fish在Australian Journal of Zoology上發(fā)表名為Influence of Hydrodynamic Design and Propulsive Mode on Mammalian Swimming Energetics的論 文，指出座頭嫁的節(jié)瘤狀前緣肢狀罐使得運(yùn)種生物具有更加優(yōu)越的機(jī)動(dòng)性與靈活性。2001 年，Watts和Fish在Autonomous Undersea Systems Institute上發(fā)表名為The Influence of F*assive, Leading edge tubercles on Wing Performance的論文，認(rèn)為節(jié)瘤狀前緣翼型 可W明顯提升翼型升力。隨后，眾多研究人員開始了關(guān)于節(jié)瘤狀前緣翼型在外流中的應(yīng)用 研究，不同的研究者得出的結(jié)論大體上具有一致性，即認(rèn)為節(jié)瘤狀前緣翼型在大攻角情況 下具有明顯降低翼型阻力系數(shù)的作用，延緩翼型失速。 陽0化]現(xiàn)有技術(shù)利用仿生學(xué)原理將類似節(jié)瘤狀應(yīng)用到通風(fēng)機(jī)和風(fēng)力機(jī)中，將通風(fēng)機(jī)和風(fēng) 力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片設(shè)計(jì)成鼓包前緣結(jié)構(gòu)，主要的優(yōu)點(diǎn)是能夠降低阻力，提高升力，同時(shí)還能擴(kuò)大 失速攻角，減緩葉片失速；轉(zhuǎn)動(dòng)葉片上的鼓包分布區(qū)域都是從葉尖開始的部分葉高范圍，葉 片前緣鼓包區(qū)域不同位置的型線隨著鼓包前緣截面位置的變化而呈現(xiàn)出厚度、幅值連續(xù)光 滑過渡，多采用相對離散地給出類似鼓包峰、谷處截面位置的型線，由此通過造型、數(shù)值模 擬軟件進(jìn)行型面光順。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo) 向器葉片，將類似于節(jié)瘤狀的前緣引用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流壓氣機(jī)的導(dǎo)向器葉片中，W提 高壓氣機(jī)性能特別是能夠降低失速臨界攻角，改善失速性能，W簡單的進(jìn)口導(dǎo)向器葉片結(jié) 構(gòu)解決了進(jìn)口導(dǎo)向器在進(jìn)口氣流攻角較大的情況下出現(xiàn)吸力面附面層大分離的技術(shù)問題。
[0007] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0008] 鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片，在基礎(chǔ)葉片的前緣形成有由不同葉高截面處的鼓包結(jié) 構(gòu)成的鼓包，鼓包根部起始位置為形成鼓包結(jié)構(gòu)處的各型線與基礎(chǔ)葉片型線匯合的位置， 鼓包結(jié)構(gòu)的前緣型線呈現(xiàn)周期性變化，鼓包結(jié)構(gòu)的厚度沿前緣連續(xù)光滑過渡。
[0009] 進(jìn)一步的，所述鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片，形成鼓包結(jié)構(gòu)處的各型線由表達(dá)式： = 炒確定，其中，
[0010] X。為基礎(chǔ)葉片型線上參考點(diǎn)0至鼓包根部起始位置沿弦長方向的距離，XT為參考 點(diǎn)0對應(yīng)葉高處截面上的點(diǎn)T至鼓包根部起始位置沿弦長方向的距離，deltf為點(diǎn)T所在 型線的葉型調(diào)整因數(shù)，成'///' = !-^，At不同葉高截面處型線與基礎(chǔ)葉片型線的距離，L為 基礎(chǔ)葉片型線至鼓包根部起始位置沿弦長方向的長度。
[0011] 進(jìn)一步的，所述鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片，
[0012] 鼓包幅值A(chǔ)m由表達(dá)式：Am=0.02C確定，
[0013] 鼓包寬度W由表達(dá)式：W= 0. 2C確定，
[0014] 鼓包根部起始位置Sf由表達(dá)式：Sf= 0. 1C確定，
[0015] 其中，C為基礎(chǔ)葉片的葉型弦長。
[0016] 再進(jìn)一步的，所述鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片中，鼓包結(jié)構(gòu)的前緣型線為正弦型曲 線或余弦型曲線。
[0017] 再進(jìn)一步的，所述鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片中，鼓包結(jié)構(gòu)的前緣型線為銀齒折線。
[0018] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有W下有益效果：改善了壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)向器葉柵流 場結(jié)構(gòu)，顯著降低葉柵流動(dòng)損失，鼓包前緣進(jìn)口導(dǎo)向器葉片不僅能夠在一定范圍內(nèi)提高性 能，還能夠抑制進(jìn)口旋流崎變造成導(dǎo)向器葉片大尺度分離，提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定性，防止航空 發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速或者喘振。
【附圖說明】
[0019] 圖1為常規(guī)的基礎(chǔ)導(dǎo)向器葉片的葉型型線與鼓包前緣導(dǎo)向器葉片的葉型型線比 較。
[0020] 圖2為鼓包前緣導(dǎo)向器葉片的葉型型線的積疊效果。
[0021] 圖3(a)、圖3(b)分別為基礎(chǔ)葉片、鼓包前緣葉片的俯視圖與側(cè)視圖。
[0022] 圖4為鼓包前緣導(dǎo)向器葉片的葉型型線生成方法。
[0023] 圖中標(biāo)號名稱：1、鼓包波峰截面所在位置的葉型；2、基礎(chǔ)葉型前緣；3、鼓包波谷 截面所在位置的葉型；4、鼓包根部起始位置。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性 的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[00巧]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W理解，除非另外定義，運(yùn)里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù) 語和科學(xué)術(shù)語）具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng) 該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的 意義一致的意義，并且除非像運(yùn)里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[00%] 本發(fā)明的發(fā)明宗旨在于利用仿生學(xué)原理將類似節(jié)瘤狀的前緣首次引入航空發(fā)動(dòng) 機(jī)的軸流壓氣機(jī)部件，將該部件的進(jìn)口導(dǎo)向器葉片加工成運(yùn)種特殊結(jié)構(gòu)前緣，W改善葉片 表面的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，抑制氣流攻角較大情況下吸力面附面層大分離，提高軸流壓氣機(jī)效率，防 止壓氣機(jī)失速。目前，與本發(fā)明相類似的葉片在通風(fēng)機(jī)和風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片上已有應(yīng)用，主 要的優(yōu)點(diǎn)是能夠降低阻力，提高升力，同時(shí)還能擴(kuò)大失速攻角，減緩葉片失速。
[0027] 本發(fā)明設(shè)及的導(dǎo)向器葉片與通風(fēng)機(jī)和風(fēng)力機(jī)的葉片主要區(qū)別有如下幾點(diǎn)：
[0028] (1)來流速度的差異：通風(fēng)機(jī)和風(fēng)力機(jī)葉片的來流速度普遍很低，一般小于10m/ S，屬于不可壓流；在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流壓氣機(jī)中，導(dǎo)向器進(jìn)口的速度一般大于150m/s，必 須考慮氣流的壓縮性，因此葉片鼓包前緣的設(shè)計(jì)理念和形狀會(huì)有一些差異；
[0029] (2)葉片數(shù)的差異：通風(fēng)機(jī)和風(fēng)力機(jī)的葉片數(shù)很少，如目前通常采用的風(fēng)力機(jī)葉 片數(shù)多為3個(gè)，通風(fēng)機(jī)葉片數(shù)一般也少于10個(gè)；航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流壓氣機(jī)中導(dǎo)向器葉片數(shù) 有數(shù)十個(gè)，葉片與葉片之間會(huì)相互影響，因此在設(shè)計(jì)鼓包前緣形狀時(shí)需要考慮周向相鄰葉 片的影響；
[0030] (3)葉排數(shù)的差異：通風(fēng)機(jī)和風(fēng)力機(jī)一般只有一排葉片；航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸流壓氣 機(jī)有很多葉排，導(dǎo)向器的工作會(huì)受到下游葉排的影響，因此在設(shè)計(jì)鼓包前緣形狀時(shí)需要考 慮上下游葉排的影響；
[0031] (4)工作環(huán)境的差異：通風(fēng)機(jī)和風(fēng)力機(jī)工作環(huán)境較為簡單，一般進(jìn)口速度方向和 分布規(guī)律與設(shè)計(jì)狀態(tài)變化不大，較為均勻；而航空發(fā)動(dòng)