[发明专利]混压式三维叶片扩压器的设计方法

说明书

本发明涉及一种混压式三维叶片扩压器，其半无叶区叶片吸力面为相对理想流动曲线偏折的多段曲面，形成多波系激波结构。叶片根据来流展向的马赫数和入流角而扭转，形成三维叶片；其设计方法包括如下步骤：将扩压器通道沿展向分为n个截面；确定波系数目；确定叶片角；确定半无叶区吸力面各弧段长度；确定喉部位置；截面叶片通道设计；三维叶片整体设计。优点：1）有效利用激波减速特性，减弱、消除超声速气流在扩压器半无叶区内的加速；2）在叶片通道内速度降至亚声速，并继续减速扩压，减弱、消除激波和附面层相互作用带来的影响；3）提高扩压器效能和稳定工作范围，提高压气机的效率和压比。

技术领域

本发明是一种混压式三维叶片扩压器，属于径流式压气机技术领域。

背景技术

飞机的发明与航空事业的发展对整个世界有着重要的影响。而身为飞机之心脏的航空发动机是飞机性能、可靠性以及经济性的决定性因素。半个世纪以来，航空发动机正在向高推重比，高增压比和高涡轮前温度的推进系统稳步发展。因此，离心压气机作为中小型飞机与直升机涡轮发动机的主要部件，顺应时代发展，增加功率，扩大压比势在必行。在这种不断提高的要求下，扩压器进口马赫数会达到1.0以上。如不对其进行有效控制，会使超声速气流在扩压器内形成强烈激波，增大扩压器损失，使整个离心压气机性能急剧下降。

高压比离心压气机叶轮出口处流场结构沿展向差异很大，马赫数及来流方向沿展向变化。现有扩压器多采用进口段沿展向叶片角相同的直拉伸叶片。这种叶片适应于均匀来流，对于马赫数与气流角沿展向大幅度变化的来流有较大损失。沿展向不同的马赫数造成的激波面会与叶片表面附面层相互作用而促使流动分离，造成很大损失。因此控制激波的强度与位置对提高扩压器性能有重要影响。

发明内容

本发明提出的是一种混压式三维叶片扩压器及设计方法，其目的旨在有效合理地利用激波减速特性，减弱甚至消除超声速气流在扩压器半无叶区内的加速以及激波和附面层相互作用带来的影响，提高压气机的效率和压比。

本发明的技术解决方案：一种混压式三维叶片扩压器，混压式三维叶片扩压器的叶片半无叶区吸力面为相对理想流动曲线偏折的多段弧型面，形成多波系激波结构；叶片根据来流展向的马赫数和入流角而扭转，形成三维叶片。

其设计方法，包括如下步骤：

（1）将扩压器通道沿展向分为n个截面；

（2）确定波系数目；

（3）确定叶片角；

（4）确定半无叶区吸力面各弧段长度；

（5）确定喉部位置；

（6）截面叶片通道设计；

（7）三维叶片整体设计。

本发明的有益效果：

1）有效利用激波减速特性，减弱甚至消除超声速气流在扩压器半无叶区内的加速；

2）在叶片通道内速度降至亚声速，并继续减速扩压，能减弱甚至消除激波和附面层相互作用带来的影响；

3）提高扩压器效能和稳定工作范围，提高压气机的效率和压比。

附图说明

附图1是直叶片扩压器进口段不同展向位置流动示意图。

附图2是扭叶片扩压器中离心压气机扩压器进口气流角和进口马赫数沿展向分布(来流气流角分布)示意图。

附图3为半无叶区叶片吸力面多段曲面与喉部位置示意图。

附图4是截面叶型示意图。

附图5是混压式三维叶片扩压器示意图。