[发明专利]一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片

说明书

本发明公开了一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，包括前叶片、后叶片，所述后叶片与前叶片的轴向重合部分形成射流进气口和射流口；所述射流进气口和射流口之间设有混合腔，所述混合腔的流道呈先扩张、再收缩的形状；所述混合腔的两侧设有反馈回路，所述反馈回路分别连通混合腔左、右两侧的进、出口。本发明基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，通过对常规串列叶片前、后缘进行修形，把常规串列叶片产生的定常射流转化为可高效抑制叶背侧流动分离的非定常射流，无需可动部件或电气元件，加工成本低、工程实用性强。

技术领域

本发明涉及一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，属于流体机械领域。

背景技术

当前以压气机为代表的流体机械追求更高的气动负荷，以提高燃气轮机或发动机的功重比或推重比。而当气动负荷提高到一定程度时，通常会由于高逆压力梯度导致流动分离现象，限制了流体机械压比的进一步提升，也危及流体机械的效率及稳定裕度。常规的串列叶片技术是一种能抑制叶片叶背侧流动分离，并显著提高气动负荷的技术。如图1所示，通常情况下，串列叶片前叶片1和后叶片2间具有一定的轴向重合部分，引气气流6通过该重合部分形成的收敛形通道加速形成叶背侧的定常射流7，对虚线包裹的低速流动分离区3注入动量，从而对流动分离进行抑制。

由于常规的串列叶片技术产生的是定常的射流7，因而属于定常的流动控制技术，其缺点是流动控制所耗费的能量较大。非定常流动控制技术是一种更为先进的流动控制技术，相关研究表明，达到相同的流动控制效果，采用非定常流动控制技术能比相应的定常流动控制技术节约1～2个数量级的所耗费能量，具有所谓“四两拨千斤”的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，通过叶片前、后缘修形技术使串列叶片产生一定频率的非定常射流，从而更好地抑制叶片叶背侧的流动分离，以达到更好的叶片气动性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于前、后缘修形产生非定常射流的串列叶片，包括前叶片、后叶片，所述后叶片与前叶片的轴向重合部分形成射流进气口和射流口；所述射流进气口和射流口之间设有混合腔，所述混合腔的流道呈先扩张、再收缩的形状；所述混合腔的两侧设有反馈回路，所述反馈回路分别连通混合腔左、右两侧的进、出口。流体流经该串列叶片时，一小部分流体从射流进气口进入混合腔，由于柯恩达效应及流动不稳定性，在射流口处形成以一定频率进行往复扫掠运动的射流，从而通过非定常流动控制机制抑制串列叶片叶背侧的流动分离，提高串列叶片的压比、效率及稳定裕度。

优选地，所述后叶片在周向位置上位于前叶片的压力面侧。

优选地，所述后叶片与前叶片的轴向重合部分的长度为为5%～30%前叶片弦长。

优选地，所述射流进气口的流道呈收敛形状。

优选地，所述射流口的流道呈扩张形状。

优选地，所述反馈回路在前叶片与后叶片上各布置一条，用于连通混合腔两侧的进、出口。其中，一条反馈回路的入口、出口位于前叶片上；另一条反馈回路的入口、出口位于后叶片上。

优选地，所述混合腔和反馈回路通过前、后缘修形得到，在原型串列叶片（见图1）的基础上通过去除材料R（见图3）完成，修形作用的位置为前叶片的后缘及后叶片的前缘。去除材料R后，形成串列叶片上混合腔和反馈回路的气流通道。

优选地，所述混合腔的去除材料在全叶高进行，所述反馈回路的去除材料在部分叶高进行。

本发明所达到的有益效果：

本发明的混合腔和反馈回路在常规串列叶片的基础上进行修形得到，通过对混合腔和反馈回路的设计，可以使射流口处非定常射流的频率等于串列叶片叶背侧的分离涡频率，从而利用非定常流动控制的原理，有效抑制叶背流动分离，提高叶片压比、效率及稳定裕度。