一種具有徑向分叉葉片的風扇整流器及其設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有徑向分叉葉片的風扇整流器及其設(shè)計方法，屬于航空發(fā)動機風扇【技術(shù)領(lǐng)域】，其關(guān)鍵在于在風扇整流器采用了一種具有徑向分叉的葉片布局。該發(fā)明可直接用于大涵道比渦扇發(fā)動機風扇，實現(xiàn)風扇整流器葉片徑向稠度可變，在保證整流器葉片根部稠度不變的前提下增加大涵道比渦扇發(fā)動機尖部稠度，控制風扇頂部區(qū)域流動分離，有效提高風扇的氣動性能。
【專利說明】一種具有徑向分叉葉片的風扇整流器及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有徑向分叉葉片布局的風扇整流器及其設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)整流器葉片徑向稠度可變，控制風扇整流器頂部區(qū)域流動分離，大幅度提高風扇氣動性能，特別適用于大涵道比渦扇發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]風扇是渦扇發(fā)動機最核心、設(shè)計難度最高的核心部件之一，提高風扇單級壓比，降低結(jié)構(gòu)重量是提高航空發(fā)動機推重的有效途徑。葉片稠度對于風扇/壓氣機性能具有顯著的影響，葉片太多，葉片表面面積增大會導致壓氣機損失增加、堵塞加劇、流量減小，惡化風扇/壓氣機性能；而如果葉片過少，則葉片負荷增加，風扇/壓氣機內(nèi)部容易出現(xiàn)流動分離，同樣會降低風扇/壓氣機的性能，因此，對于某特定的風扇或者壓氣機來說，通常存在一個最佳葉片數(shù)(稠度)。一般情況下，增加葉片稠度能夠有效降低壓氣機氣動負荷，控制壓氣機內(nèi)部氣流流動分離，保證葉片排有較大的氣流折轉(zhuǎn)角。為了追求更高的經(jīng)濟性(高效率、低燃油消耗率等)和環(huán)境友好性(低排放、低噪音等)，現(xiàn)代高性能民用渦扇發(fā)動機通常采用較高的涵道比，使得風扇整流器葉片葉根與葉尖的半徑差越來越大，如果采用常規(guī)的整流器葉片布局，將使得同樣的葉片數(shù)下葉根稠度和葉尖稠度存在較大差別，為滿足風扇整流器葉片尖部稠度要求(選擇較大的稠度來控制整流器內(nèi)部流動分離，實現(xiàn)較大的氣流轉(zhuǎn)折角)而選的葉片數(shù)會造成根部的大稠度，導致在小尺寸整流器輪盤上葉片排列困難，同時惡化風扇整流器葉片根部氣動性能。因此，亟需探索一種能夠兼顧大涵道比渦扇發(fā)動機風扇整流器葉根和葉尖稠度要求，提高風扇整流器氣動性能的措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種設(shè)計合理，夠兼顧大涵道比渦扇發(fā)動機風扇整流器葉片根部和尖部稠度要求的新型葉片布局。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種具有徑向分叉葉片的風扇整流器，由風扇整流器內(nèi)環(huán)、風扇整流器外環(huán)和風扇整流器葉片組成，適用于大涵道比渦扇發(fā)動機風扇，其特征是:所述風扇整流器內(nèi)環(huán)與整流器外環(huán)之間均布有多個風扇整流器葉片；每個所述風扇整流器葉片在空間上呈徑向分叉的葉片布局，包括至少兩個分叉葉片，所述至少兩個分叉葉片在所述風扇整流器葉片中下部的葉高范圍內(nèi)具有完全相同的周向傾角，在所述風扇整流器葉片中下部以上的葉高范圍具有不同的周向傾角；所述至少兩個分叉葉片在具有相同周向傾角的部分焊接并完全貼合在一起形成一體結(jié)構(gòu)，該一體結(jié)構(gòu)構(gòu)成了所述風扇整流器葉片的葉根部分，所述葉根部分同所述風扇整流器內(nèi)環(huán)連接，每個分叉葉片的葉尖部分分別同所述整流器外環(huán)連接。
[0005]本發(fā)明所述風扇整流器葉片包括兩個分叉葉片，所述兩個分叉葉片在所述風扇整流器葉片中下部以上的葉高范圍具有方向相反但大小相同的周向傾角。
[0006]本發(fā)明中，每個所述整流器葉片的分叉葉片在所述風扇整流器葉片的0%?40%葉高范圍內(nèi)具有完全相同的周向傾角，在所述風扇整流器葉片40%?100%的葉高范圍具有不同的周向傾角。
[0007]本發(fā)明所述整流器葉片的兩片分叉葉片在0%?40%葉高范圍具有完全相同的周向傾角e，所述整流器葉片的兩片分叉葉片在40%?100%葉高范圍具有方向相反但大小相同周向傾角。
[0008]本發(fā)明中，所有的分叉葉片在空間上沿周向均勻地布置在所述風扇整流器內(nèi)環(huán)與整流器外環(huán)之間，所有的分叉葉片的葉尖部分與所述整流器外環(huán)連接，相鄰兩分叉葉片之間的夾角相等；每個所述整流器葉片的兩片分叉葉片在0%?40%葉高范圍內(nèi)的周向傾角為0度，所述整流器葉片的兩片分叉葉片在60%?100%葉高范圍內(nèi)沿周向分別朝葉片吸力面和壓力面傾斜了 0度，0為360/葉頂分叉葉片數(shù)，所述整流器葉片的兩片分叉葉片在40%?60%葉高范圍內(nèi)周向傾角由0度均勻增加至0度。
[0009]本發(fā)明所述整流器葉片采用雙圓弧或者多圓弧葉型設(shè)計，所述風扇整流器葉片40%?100%葉高范圍葉片數(shù)是0%?40%葉高范圍葉片數(shù)的2倍。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種具有徑向分叉葉片的的風扇整流器設(shè)計方法，其特征在于，首先按照傳統(tǒng)風扇設(shè)計方法完成常規(guī)整流器葉片設(shè)計，設(shè)計中采用雙圓弧或者多圓弧葉型，采用徑向積疊方式(周向傾斜角為0度)；然后調(diào)整葉片積疊線徑向分布，將整流器葉片在60%?100%葉高范圍分別朝葉片吸力面和壓力面傾斜0度(9 =360/葉頂葉片數(shù))，同時使整流器葉片40%?60%葉高范圍內(nèi)傾角由0度均勻增加至0度，不同葉高之間采用拋物線光滑過渡保證葉片光滑，形成兩片具有不同徑向傾角分布的葉片；最后將兩片葉片沿0%?40%葉高范圍焊接在一起，形成一種徑向分叉結(jié)構(gòu)布局。
[0011]與傳統(tǒng)風扇相比，本發(fā)明能夠兼顧大涵道比渦扇發(fā)動機風扇整流器葉片根部和尖部稠度合理要求，在保大涵道比渦扇發(fā)動機整流器葉片根部合理的前提下提高風扇整流器葉片尖部稠度，控制風扇整流器葉頂區(qū)域流動分離，有效提高風扇氣動性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的帶徑向分叉葉片的風扇整流器三維示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的帶徑向分叉葉片的風扇整流器葉片周向傾角沿葉高分布。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0015]如圖1所示，本實施例用于大涵道比渦扇發(fā)動機風扇的整流器由整流器內(nèi)環(huán)1、整流器葉片和整流器外環(huán)4組成。每個風扇整流器葉片在空間上呈徑向分叉的葉片布局，包括分叉葉片2、分叉葉片3。為了有效控制整流器尖部氣流分離，同時不過分增加整流器葉片根部稠度(難于加工，并會惡化風扇整流器根部附近性能)，在風扇整流器內(nèi)環(huán)I與整流器外環(huán)4之間均布有一定數(shù)量由分叉葉片2和分叉葉片3組成的具有徑向分叉的整流器葉片葉片布局。
[0016]圖2示出了本發(fā)明的帶徑向分叉葉片的風扇整流器葉片周向傾角沿葉高分布。其中分叉葉片2在0%?40%葉高范圍周向傾角為0度，在60%?100%葉高范圍朝葉片壓力面傾斜了 e度(e =360/葉頂葉片數(shù))，在40%?60%葉高范圍內(nèi)傾角由O度均勻增加至0度；分叉葉片3在0%?40%葉高范圍周向傾角為0度，在60%?100%葉高沿周向朝葉片吸力傾斜了 e度(e =360/葉頂葉片數(shù))，在40%?60%葉高范圍內(nèi)傾角由0度均勻增加至0度；將兩片兩片具有不同徑向傾角分布的分叉葉片2、3沿0%?40%葉高范圍焊接在一起，形成一種徑向分叉的葉片布局，從而使得風扇整流器40%?100%葉高范圍葉片數(shù)是0%?40%葉高范圍葉片數(shù)的2倍。
[0017]綜上所述，本發(fā)明可直接用于大涵道比渦扇發(fā)動機風扇，兼顧大涵道比渦扇發(fā)動機風扇整流器葉片葉根和葉尖稠度要求，在保大涵道比渦扇發(fā)動機整流器葉片根部合理的前提下提高風扇整流器葉片尖部稠度，控制風扇整流器葉頂區(qū)域流動分離，有效提高風扇氣動性能。
[0018]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有徑向分叉葉片的風扇整流器，由風扇整流器內(nèi)環(huán)、風扇整流器外環(huán)和風扇整流器葉片組成，適用于大涵道比渦扇發(fā)動機風扇，其特征是:所述風扇整流器內(nèi)環(huán)與整流器外環(huán)之間均布有多個風扇整流器葉片；每個所述風扇整流器葉片在空間上呈徑向分叉的葉片布局，包括至少兩個分叉葉片，所述至少兩個分叉葉片在所述風扇整流器葉片中下部的葉聞范圍內(nèi)具有完全相同的周向傾角，在所述風扇整流器葉片中下部以上的葉聞范圍具有不同的周向傾角；所述至少兩個分叉葉片在具有相同周向傾角的部分焊接并完全貼合在一起形成一體結(jié)構(gòu)，該一體結(jié)構(gòu)構(gòu)成了所述風扇整流器葉片的葉根部分，所述葉根部分同所述風扇整流器內(nèi)環(huán)連接，每個分叉葉片的葉尖部分分別同所述整流器外環(huán)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有徑向分叉葉片的風扇整流器，其特征是:所述風扇整流器葉片包括兩個分叉葉片，所述兩個分叉葉片在所述風扇整流器葉片中下部以上的葉高范圍具有方向相反但大小相同的周向傾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有徑向分叉葉片的風扇整流器，其特征是:每個所述整流器葉片的分叉葉片在所述風扇整流器葉片的0%?40%葉高范圍內(nèi)具有完全相同的周向傾角，在所述風扇整流器葉片40%?100%的葉高范圍具有不同的周向傾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有徑向分叉葉片的風扇整流器，其特征是:所述整流器葉片的兩片分叉葉片在0%?40%葉高范圍具有完全相同的周向傾角0，所述整流器葉片的兩片分叉葉片在40%?100%葉高范圍具有方向相反但大小相同周向傾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的具有徑向分叉葉片的風扇整流器，其特征是:所有的分叉葉片在空間上沿周向均勻地布置在所述風扇整流器內(nèi)環(huán)與整流器外環(huán)之間，所有的分叉葉片的葉尖部分與所述整流器外環(huán)連接，相鄰兩分叉葉片之間的夾角相等；每個所述整流器葉片的兩片分叉葉片在0%?40%葉高范圍內(nèi)的周向傾角為0度，所述整流器葉片的兩片分叉葉片在60%?100%葉高范圍內(nèi)沿周向分別朝葉片吸力面和壓力面傾斜了 0度(6 =360/葉頂葉片數(shù))，所述整流器葉片的兩片分叉葉片在40%?60%葉高范圍內(nèi)周向傾角由0度均勻增加至0度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的具有徑向分叉葉片的風扇整流器，其特征是:所述整流器葉片采用雙圓弧或者多圓弧葉型。
7.權(quán)利要求1至6任一項所述的具有徑向分叉葉片的風扇整流器的設(shè)計方法，其特征是:首先按照傳統(tǒng)風扇設(shè)計方法完成常規(guī)整流器葉片設(shè)計，設(shè)計中采用徑向積疊方式，葉片的周向傾角為0度；然后調(diào)整葉片的積疊線徑向分布，使整流器葉片在60%?100%葉高范圍分別朝葉片吸力面和壓力面傾斜9度(0 =360/葉頂葉片數(shù))，同時使整流器葉片40%?60%葉高范圍內(nèi)傾角由0度均勻增加至0度，不同葉高之間采用拋物線光滑過渡保證葉片光滑；最后將兩片葉片沿0%?40%葉高范圍焊接在一起，形成一種徑向分叉結(jié)構(gòu)布局。
【文檔編號】F04D29/54GK103615414SQ201310596821
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】盧新根, 張燕峰, 趙勝豐, 朱俊強 申請人:中國科學院工程熱物理研究所