[发明专利]基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构

说明书

本发明公开了基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构，涉及燃气轮机风扇及压气机叶片的技术领域，叶片减阻结构包括叶片和多根排气立柱，叶片的叶根部的表面设有凹腔，凹腔内并排设置有多根排气立柱，多根排气立柱与凹腔内底壁之间设有气流进气通道，凹腔的一端口为气流进气通道的入口端，相邻的两排气立柱之间形成气流排气通道。本发明的叶片减阻结构可用于航空、舰船或发电动力装置领域的燃气轮机风扇及压气机叶片，可有效控制壁面速度梯度，抑制附面层分离，减小叶表摩擦阻力，优化叶片气动特性，提高整机的工作效率，叶片减阻结构中起减阻作用的气流与主流一致，无需增加减阻剂、添加剂等物质，环境友好无污染。

技术领域

本发明涉及航空、舰船或发电动力装置中燃气轮机风扇及压气机的技术领域，尤其涉及基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构。

背景技术

航空、舰船和发电领域用到各种形式的燃气轮机，如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮桨扇发动机及涡轮轴发动机，这些发动机的风扇叶片、压气机叶片、螺旋桨叶片、旋翼和尾桨需要旋转产生用于前进、上升或平稳等动作的推力、拉力、升力或平衡力矩。无论哪种形式燃气轮机的叶片(动叶、静叶或导叶)，受叶片高度影响，叶根附面层占所在环面的比例比叶顶大，叶根处叶片厚度及叶型弯角比叶顶大，附面层易分离，附面层内气流与叶片的摩擦阻力带来的损失也大，该损失在叶片总损失中占有不可忽视的比例。叶片作为各动力装置中气流所流经的主要部件，其性能优劣关系到各动力装置的效率，涡轮所做的功消耗在叶片附面层内的摩擦损失越多，各动力装置的效率越低。减小附面层内摩擦阻力，有利于提高各动力装置效率，从而能够节约能源。所以，燃气轮机风扇及压气机叶片中应用减阻技术无论对于军用还是民用燃气轮机，均具有很高的经济价值。

目前，在减阻技术方面有很多方法，例如：在流体中加入减阻剂或添加剂，但这些技术需要额外消耗物料，不够环保、对环境不够友好；另外，对壁面采用振动减阻或微气泡减阻，这些技术在燃气轮机风扇及压气机中操作不易实现。

自然界中，鲨鱼头部两侧分别具有5-7个鳃裂，与周围的体表近似处于同一流面上。鲨鱼吸水后，水由两侧鳃裂流出体外，该部分水与周围环境液体相互作用，降低鲨鱼自身运动的摩擦阻力。本发明从仿生学角度出发，基于鲨鱼鳃结构设计了燃气轮机风扇及压气机的叶片减阻结构。

发明内容

针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构，能够适当增加燃气轮机风扇及压气机叶片表面的附面层厚度，控制主流与叶片表面接触，减小附面层内速度梯度，从而减小叶片表面摩擦阻力。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构，所述叶片减阻结构包括叶片和多根排气立柱，所述叶片的叶根部的表面向其内部设有凹腔，所述凹腔内并排设置有多根所述排气立柱，多根所述排气立柱与所述凹腔内底壁之间设有气流进气通道，所述凹腔的一端口为所述气流进气通道的入口端，相邻的两所述排气立柱之间形成气流排气通道；

气流流经所述叶片表面时，从所述入口端流入所述气流进气通道，从多个所述气流排气通道流出，气流流出多个所述气流排气通道时形成射流，并沿所述叶片表面形成低速区。

上述的基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构，其中，多根所述排气立柱型线为棱形、圆形、椭圆形、翼形或多段线形。

上述的基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构，其中，多根所述排气立柱均位于所述凹腔的开口端。

上述的基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构，其中，多个所述排气通道采用等距排列或非等距排列。

上述的基于鲨鱼鳃射流的燃气轮机风扇及压气机叶片减阻结构，其中，所述凹腔不贯穿所述叶片。

优选地，所述凹腔的纵截面呈“︹”字型。