[发明专利]一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片及设计方法

说明书

本发明一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片及设计方法，属于叶轮机械噪声控制领域；叶片由具有不同弦长的叶片型线沿展向堆叠形成，构成的叶片尾缘为锯齿结构。首先基于基准叶片的压力面坐标数据、吸力面坐标数据和中弧线坐标数据求解压力面/吸力面厚度、压力面/吸力面斜率、中弧线上相邻两点之间的距离；然后确定锯齿的波谷位置和波峰位置，通过锯齿尾缘叶片中弧线相邻点之间的距离dsubgt;new/subgt;和多项式函数F(x,y,z)求解锯齿尾缘叶型中弧线的坐标数据，然后求出变换后的叶型的压力面坐标和吸力面坐标；最后得到单个锯齿尾缘叶型的坐标数据，将各个展向叶型在展向堆叠即得到整个全三维锯齿尾缘叶片的坐标数据。本发明能够有效提升降噪效果。

技术领域

本发明属于叶轮机械噪声控制领域，具体涉及一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片及设计方法。

背景技术

借助于猫头鹰寂静飞行的启发，叶片的锯齿尾缘结构在航空发动机等领域得到大量研究。研究表明，锯齿结构改变了叶片尾缘压力脉动径向相位变化而有效降低了噪声量级。然而，目前锯齿尾缘叶片的降噪机理和降噪效果等研究工作主要以二维翼型、风扇等对象开展的，在涡轮上的应用仍然处于一片空白。此外，大多数锯齿尾缘结构是采用切割式或附加式等方法生成的，这些方法对于全三维弯掠变化大的叶轮机械三维叶片是不适用的。针对这一问题，为了后期研究锯齿结构对真实叶轮机械三维叶片的降噪效果，迫切需要一种适用于其结构特征的锯齿尾缘生成方法。本发明以航空发动机全三维涡轮叶片为对象，提出一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片设计方法，为后期开展锯齿尾缘对真实涡轮叶片气动噪声的降噪机理等研究工作奠定一定基础。

目前，在已申请专利中，涉及叶片锯齿尾缘结构设计方法的专利有《叶片、叶片锯齿尾缘及其制造方法》(申请号：201510818701.0)、《一种具有锯齿尾缘和锯齿尾缘的叶片设计方法》(申请号：201911068586.4)和《一种降低叶轮机宽频噪声的叶片尾缘构型及设计方法》(申请号：212110062881.X)。第一个和第三个专利采用的切割式生成锯齿结构方法，与本发明采用的锯齿生成方法不同。并且切割式方法会导致锯齿尾缘叶片的表面积相对于基准叶片减小很多，那么在后期研究降噪效果时，无法比较锯齿构型叶片与基准叶片的噪声大小。此外，该三个专利中的锯齿尾缘生成方法，普遍适用于二维对称翼型或结构径向变化程度小的叶片。而实际上，叶轮机械叶片不可能是完全对称的结构，反而在径向和弦向上弯扭变化程度很大，特别是对于涡轮叶片，这一点更是如此。因此，上述专利所涉及的方法在真实的叶轮机械三维叶片上的应用存在很大的局限性。而本发明提出的锯齿尾缘生成方法解决了该问题，可以用于生成弯扭变化大的叶轮机械三维叶片的锯齿结构。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片及设计方法，以原始基准叶片为对象，生成的锯齿尾缘叶片与基准叶片的弯扭程度相同，保证了在后期研究锯齿尾缘噪声控制效果时，选择了锯齿尾缘这单一变量，能够有效提升降噪效果。

本发明的技术方案是：一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片，其特征在于：所述叶片由具有不同弦长的叶片型线沿展向堆叠形成，构成的叶片尾缘为锯齿结构，保证各个展向位置的锯齿尾缘叶片的平均弦长和基准叶片的弦长一致。

一种叶轮机械全三维锯齿尾缘叶片设计方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：基于基准叶片，通过选定m个展向位置的叶型坐标数据得到压力面坐标数据和吸力面坐标数据，进而得到中弧线坐标数据；

步骤二：基于步骤一获得的叶型压力面坐标数据、吸力面坐标数据和中弧线坐标数据，在所有压力面、吸力面和中弧线上分别取M个坐标点；

步骤三：求解压力面/吸力面上每个点坐标与对应位置的中弧线上的点坐标之间的距离，即压力面/吸力面厚度D，公式如下：