本發(fā)明涉及的是一種葉輪機械領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種雙圓弧葉型壓氣機葉片實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
：壓氣機是航空和地面燃氣渦輪發(fā)動機的關(guān)鍵部件，能夠加功增壓，對氣體作壓縮功以提高壓力，其性能決定了整臺發(fā)動機的性能及可靠性。雙圓弧葉型的壓氣機葉片，其吸力面和壓力面均為圓弧，中弧線也由圓弧控制。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)大多需要通過采用附面層抽吸技術(shù)來控制靜葉柵中的流動以降低靜葉柵中的流動損失，但附面層抽吸技術(shù)的實現(xiàn)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要額外的動力輸入等缺陷，提出一種雙圓弧葉型壓氣機葉片實現(xiàn)方法，能夠極大地縮短了壓氣機葉片設(shè)計制造的時間，節(jié)省了大量的研發(fā)人力成本。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：本發(fā)明通過設(shè)置轉(zhuǎn)子葉片進出口截面，并在轉(zhuǎn)子葉片的幾何平均半徑截面上下各取三個半徑截面后，得到轉(zhuǎn)子葉片多個半徑截面的氣動參數(shù)，并用于進行造型參數(shù)優(yōu)化，最后通過徑向積疊獲得完整葉型。所述的轉(zhuǎn)子葉片進出口截面中的進口截面，通過以下方式得到：1.1)計算轉(zhuǎn)子葉片進口截面面積其中：D0為壓氣機流道外徑，D1為轉(zhuǎn)子葉片進口截面的內(nèi)徑，υ為輪轂比；1.2)計算轉(zhuǎn)子葉片進口截面流量函數(shù)其中：qm為進口截面處的流量；Km為進口截面處的流量修正系數(shù)，取1.01；K是常數(shù)，取是由秒s、溫度K和長度m組成的單位；P1*和T1*為轉(zhuǎn)子葉片的進口總壓和總溫，A1為轉(zhuǎn)子葉片的進口面積；1.3)計算轉(zhuǎn)子葉片進口的軸向速度系數(shù)λ1；1.4)計算轉(zhuǎn)子葉片進口截面的軸向速度所述的軸向速度系數(shù)由公式求得，其中：k為完全氣體比熱比。所述的轉(zhuǎn)子葉片進出口截面中的出口截面，通過以下方式得到：2.1)計算轉(zhuǎn)子葉片出口截面總壓其中：σ*為總壓恢復(fù)系數(shù)；2.2)計算轉(zhuǎn)子葉片出口截面總溫其中：π為轉(zhuǎn)子葉片增壓比，η為轉(zhuǎn)子葉片效率；2.3)計算出口截面速度系數(shù)其中：c2＝1.05c1；2.4)獲得出口截面的流量函數(shù)2.5)計算轉(zhuǎn)子葉片出口截面面積和出口截面內(nèi)徑所述的幾何平均半徑截面為壓氣機轉(zhuǎn)子幾何平均半徑處的圓柱面，幾何平均半徑所述的轉(zhuǎn)子葉片多個半徑截面的氣動參數(shù)，通過以下方式得到：4.1)計算壓氣機的焓增其中：Kh經(jīng)驗修正系數(shù)；4.2)計算幾何平均半徑處的牽連速度其中：ω為壓氣機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度，下標m表示幾何平均半徑截面；4.3)計算扭速進氣角和出氣角其中：c2z為轉(zhuǎn)子葉片出口的軸向絕對速度，c2u為轉(zhuǎn)子葉片出口的切向絕對速度；4.4)計算氣流折轉(zhuǎn)角εm＝β2m-β1m；4.5)獲得幾何平均半徑處的柵距其中：Z為葉片數(shù)；4.6)計算幾何平均半徑截面的弦長bm＝τmtm，其中：τm為葉柵稠度，且τm＝1。所述的造型參數(shù)優(yōu)化，具體包括以下步驟：6.1)選取幾何平均半徑截面處的攻角im；6.2)計算葉型折轉(zhuǎn)角其中：a為轉(zhuǎn)子葉片葉型最大厚度處的弦向長度；6.3)計算雙圓弧葉型吸力面圓弧半徑6.4)計算雙圓弧葉型壓力面圓弧半徑6.5)計算雙圓弧與前緣圓弧相切的點的坐標。所述的攻角范圍為-2°～+2°。附圖說明圖1為本發(fā)明流程示意圖；圖2為進口截面計算流程示意圖；圖3為出口截面計算流程示意圖；圖4為幾何平均半徑截面的氣動計算流程示意圖；圖5為幾何平均半徑截面處的造型計算流程示意圖；圖6為壓氣機子午流道圖；圖7為雙圓弧葉型圖；圖8為轉(zhuǎn)子葉片雙圓弧葉型造型子午視圖；圖9為轉(zhuǎn)子葉片雙圓弧葉型造型俯視圖。具體實施方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1如圖1所示，本實施例是通過以下步驟實現(xiàn)：1)進行轉(zhuǎn)子葉片進口截面計算。如圖2所示，本實施例中的額定設(shè)計參數(shù)包括：轉(zhuǎn)速n＝15000rpm，增壓比π＝1.20±0.02，流量qm＝10kg/s，效率η≥85％。設(shè)計工況：標準大氣、地面工況。設(shè)計方案包括：給定如圖6所示的等外徑流道設(shè)計形式；給定壓氣機流道外徑D0＝0.35m，輪轂比υ＝0.5。1.1)計算轉(zhuǎn)子葉片進口截面面積其中：D0為壓氣機流道外徑，D1為轉(zhuǎn)子葉片進口截面的內(nèi)徑，1.2)計算轉(zhuǎn)子葉片進口截面流量函數(shù)為：其中：Km為流量修正系數(shù)，K是常數(shù)，取是由秒s、溫度K和長度m組成的單位；P1*和T1*為轉(zhuǎn)子葉片的進口總壓和總溫，A1為轉(zhuǎn)子葉片的進口面積。1.3)計算轉(zhuǎn)子葉片進口的軸向速度系數(shù)λ1。軸向速度系數(shù)由公式求得，其中：k為完全氣體比熱比，計算得到λ1＝0.393。1.4)計算轉(zhuǎn)子葉片進口截面的軸向速度為：c1=λ1·2kRT1*k+1=0.393×2×1.4×287×288.151.4+1=122.07m/s.]]>2)進行轉(zhuǎn)子葉片出口截面計算。如圖3所示包含以下具體步驟：2.1)計算轉(zhuǎn)子葉片出口截面總壓其中：σ*為總壓恢復(fù)系數(shù)。2.2)計算轉(zhuǎn)子葉片出口截面總溫2.3)計算出口截面速度系數(shù)其中：c2＝1.05c1。2.4)獲得出口截面的流量函數(shù)2.5)計算轉(zhuǎn)子葉片出口截面面積為：和出口截面內(nèi)徑3)沿轉(zhuǎn)子葉片高度在幾何平均半徑截面上下各取三個半徑截面。所述的幾何平均半徑截面為壓氣機轉(zhuǎn)子幾何平均半徑處的圓柱面，幾何平均半徑如圖8所示，沿轉(zhuǎn)子葉片高度方向上所取七個半徑截面的圓柱面，分別為：0.1050m，0.1181m，0.1312m，0.1443m，0.1545m，0.1648m和0.175m。4)幾何平均半徑截面的氣動計算。如圖4所示，包括以下步驟：4.1)計算壓氣機的焓增其中：Kh經(jīng)驗修正系數(shù)。4.2)計算幾何平均半徑處的牽連速度為：其中：ω為壓氣機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度，下標m表示幾何平均半徑截面；4.3)計算扭速進氣角和出氣角其中：c2z為轉(zhuǎn)子葉片出口的軸向絕對速度，c2u為轉(zhuǎn)子葉片出口的切向絕對速度；4.4)計算氣流折轉(zhuǎn)角εm＝β2m-β1m＝13.06°。4.5)獲得幾何平均半徑處的柵距Z為葉片數(shù)。反力度選取轉(zhuǎn)子葉片幾何平均半徑處的葉柵稠度τm＝1，則轉(zhuǎn)子葉片幾何平均半徑處的柵距4.6)計算幾何平均半徑截面的弦長bm＝τmtm＝0.0394m，其中：τm為葉柵稠度，且τm＝1。5)進行其余半徑截面處的氣動計算，按照上述步驟4)所述的步驟，完成轉(zhuǎn)子葉片其他六個半徑截面處基元級的氣動計算。6)進行幾何平均半徑截面處的造型參數(shù)優(yōu)化。如圖5所示，包括以下步驟：6.1)如圖7所示，選取幾何平均半徑截面處的攻角im，一般選取為0°。其它半徑截面的攻角i的范圍為‐2°～+2°。6.2)計算葉型折轉(zhuǎn)角其中：a為轉(zhuǎn)子葉片葉型最大厚度的弦向長度。落后角δ＝θ-ε+i＝6.35°。幾何平均半徑截面處的安裝角βAm＝(β1m+β2m+im+δm)/2＝38.01°前、后緣半徑r一般選取為0.35mm～0.1mm，前緣后緣半徑r選取為0.2mm。最大厚度Cmax一般選取為(0.07～0.04)b，最大厚度Cmax選取為0.05b。6.3)計算雙圓弧葉型吸力面圓弧半徑雙圓弧葉型吸力面圓弧圓心y坐標OA1的計算公式為：6.4)計算雙圓弧葉型壓力面圓弧半徑雙圓弧葉型壓力面圓弧圓心y坐標OA2的計算公式為6.5)計算雙圓弧與前緣圓弧相切的點的坐標。因為雙圓弧葉型坐標對稱，僅給出雙圓弧與前緣圓弧相切的點的坐標。葉型吸力面處切點的坐標為：x1=-[b2+rcos(π2-θ12)]y1=rsin(π2-θ12),π2-θ12=tg-1[1-(Cmaxb+1-cosθ2sinθ2-2rb)22(Cmaxb+1-cosθ2sinθ2-2rb)].]]>葉型壓力面處切點的坐標為：x2=-[b2+rcos(π2-θ22)]y2=rsin(π2-θ22),π2-θ22=tg-1[1-(Cmaxb+1-cosθ2sinθ2+2rb)22(-Cmaxb+1-cosθ2sinθ2+2rb)].]]>7)進行其余六個半徑截面處的造型參數(shù)優(yōu)化。按照步驟6)完成其余六個半徑截面處的造型計算。8)如圖9所示，徑向積疊獲得完整葉型。將已經(jīng)完成的七個基元級葉型按照統(tǒng)一的坐標原點進行徑向積疊后，即形成了壓氣機轉(zhuǎn)子葉片雙圓弧葉型的造型圖。將一片壓氣機轉(zhuǎn)子葉片沿圓周均布復(fù)制23片后，即形成了單轉(zhuǎn)子壓氣機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，雙圓弧葉型(DCA)作為參數(shù)化葉型，以等轉(zhuǎn)折率概念來控制氣流擴散，既適用于高亞音速流動，也適用于Ma數(shù)1.2以下的超音速流動，它能通過改變轉(zhuǎn)接位置和圓弧的曲率實現(xiàn)對激波損失的控制，可以廣泛應(yīng)用于超、跨音速壓氣機葉片的設(shè)計，屬于高性能葉型設(shè)計范疇，掌握了雙圓弧葉型壓氣機葉片的設(shè)計方法會大大提高壓氣機的整機性能。本發(fā)明給出的公式有利于采用計算機編程計算，極大地縮短了壓氣機葉片設(shè)計的時間，節(jié)省了大量的研發(fā)人力成本。本發(fā)明還可以在非航空發(fā)動機領(lǐng)域的通用機械領(lǐng)域應(yīng)用，比如地面燃氣輪機、各種工業(yè)用壓縮機以及礦用通風(fēng)機等。當前第1頁1 2 3