[发明专利]一种跨声速压气机平面叶栅激波控制的设计方法

说明书

本发明提出一种跨声速压气机平面叶栅激波控制的设计方法，通过对原始跨声速压气机平面叶栅进行数值模拟分析，确定原始强激波在叶片吸力面的入射位置，从而给出鼓包在叶片上的安装范围，进而可得到鼓包的不同参数组合，然后将其代入鼓包造型公式形成不同的鼓包，通过比较不同参数组合的鼓包叶栅的激波系结构和减阻效果，确定一个最佳参数组合的鼓包；利用得到的最佳参数组合的鼓包型面数据，结合编程工具，即可得到一个新的吸力面，再与叶片的压力面重新组成一个新的平面叶栅，从而得到带有激波控制鼓包的叶栅。本发明在叶栅吸力面添加鼓包，可降低激波强度，减小激波损失和附面层分离损失，降低叶栅的流动损失，提高压气机的效率。

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，具体而言，尤其涉及一种跨声速压气机平面叶栅激波控制的设计方法。

背景技术

压气机作为燃气轮机三大核心部件之一，其工作性能的优劣对整机效率与工作可靠性具有重要影响。从压气机角度来看，发动机推重比的提高需要不断提高压气机的单级压比，进而在提高其推重比。提高单级压比的常用方法是提高转子的旋转速度，这样会提高转子的叶尖切线速度，从而使其叶尖相对马赫数达到超声速，因此在跨声速压气机中会导致激波的出现，在存在激波的压气机中，其流道内气流的流动状况较为复杂，且在激波干扰下会造成较大的流动损失。其中激波引起的损失由两部分构成，一部分是激波本身损失，另一部分是激波干扰下的附面层分离形成的流动损失。现有的压气机中激波控制方法主要有三种：一是采用凹型轮毂，二是采用掠形设计，三是通过附面层抽吸装置来控制激波结构。但是凹型轮毂和掠形设计的设计变量较多，而且也会导致叶型的较大改变，工作量比较大，而附面层抽吸虽然可以有效的控制激波结构，但是却要额外增加抽吸结构，增加了设计难度。

激波控制鼓包作为一种新型的跨声速压气机激波控制方式，相比上述的方法，只对叶片局部的结构进行微小改变，具有设计简单，加工难度低，而且其具有基本不改变流量的同时来削弱激波和附面层的相互作用使附面层分离延后的优点，其相关技术的研发和应用必会降低跨声速压气机的能量损失，进而提升压气机的性能。

发明内容

根据上述提出现有技术中存在的跨声速压气机叶栅中激波损失较大的技术问题，而提供一种跨声速压气机平面叶栅激波控制的设计方法。本发明主要利用在跨声速压气机平面叶栅的吸力面添加鼓包，从而通过激波控制鼓包弱化叶片表面局部强激波并将其转化成一系列的弱激波来减少总压损失，具有设计简单，加工难度低等优点。

本发明采用的技术手段如下：

一种跨声速压气机平面叶栅激波控制的设计方法，包括如下步骤：

步骤一、确认鼓包位置：首先在CFX、NUMECA或其他数值模拟软件中对原始跨声速压气机平面叶栅进行数值模拟分析，通过分析叶栅的马赫数云图或等压线图或静压云图，得到原始强激波产生在叶片吸力面的位置，通过激波产生的位置确定鼓包在叶片上的安装范围，所述安装范围包括设定鼓包的起始点、最高点和结束点，所述起始点的位置可在-0.5～0.5mm范围内进行调整，通过所述安装范围可得到鼓包的长度参数，所述鼓包的长度参数包括鼓包起始点到鼓包最高点的长度距离C和鼓包的总长度L；通过数值模拟分析附面层厚度来确定鼓包的高度H，所述鼓包的高度H小于附面层厚度，所述鼓包的高度H可在-0.01～0.01mm范围内进行调整；所述鼓包的长度参数与鼓包的高度参数可构成不同参数组合；

步骤二、将得出的鼓包的不同参数组合代入鼓包造型公式，在叶片的吸力面上添加激波控制鼓包，对不同参数组合的鼓包进行数值模拟分析，通过压力、马赫数和总压损失系数来分析激波系结构和减阻效果，进而比较不同参数组合的鼓包对于叶栅槽道内流动的改善效果，确定一个最佳参数组合的鼓包；