[发明专利]轴流压气机的转子叶片及其设计方法

说明书

本发明公开了一种轴流压气机的转子叶片及其设计方法，该转子叶片包括叶根和叶尖，转子叶片沿高度方向从叶根到叶尖具有若干个基元叶型截面，将各基元叶型截面的重心作为积叠点沿转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；积叠线沿转子叶片的高度方向从叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，第一椭圆弧段靠近叶根设置，且第一椭圆弧段向吸力面弯曲，第二椭圆弧段靠近叶尖设置，且第二椭圆弧段向压力面弯曲，直线段与第一椭圆弧段、以及第二椭圆弧段均相切。本发明通过设置积叠线包括第一椭圆弧段和第二椭圆弧段，达到同时减少根部端壁损失和叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

技术领域

本发明涉及一种轴流压气机的转子叶片及其设计方法。

背景技术

随着科技的发展，现代航空发动机对经济性和可靠性的要求越来越高，航空发动机各部件的性能遇到了前所未有的挑战。轴流压气机是航空发动机的核心部件之一，其性能对整个发动机有着举足轻重的影响。然而，随着航空发动机性能指标的不断提高，发动机内部的温度和压比逐渐升高，压气机内流系统的损失问题日趋严重。多级高压比轴流压气机内流损失严重影响其气动性能，进而影响整个发动机性能。

多级高压比轴流压气机内部流场复杂，气流流动三维效应明显。压气机的气流损失主要来源为叶型损失、端壁损失和叶尖泄漏损失。高负荷压气机端壁区域流动十分复杂，端壁附面层损失和叶尖泄漏损失是压气机转子叶片的气流损失的关键因素。

端壁附面层区域低能流体堆积，不仅导致损失加大继而影响压气机效率，并且降低气流流动稳定性，导致失速发生。相比尖部和中部，压气机转子叶片轮毂处切线速度较低，从而导致做功能力相对较差，根部附面层影响尤为明显。

由于压气机转子叶片是转动的，为压气机运转安全考虑，叶尖与机匣之前存在间隙。由于转子叶片压力面和吸力面存在压力差，压气机运行时，气流会沿着该叶尖间隙从压力面泄漏至吸力面，泄漏流与主流相互作用，形成泄漏损失，从而影响叶片气动性能，进而影响整个压气机乃至发动机的性能。

因此，如何有效降低端壁损失和叶尖泄漏损失，是本领域有待解决的一个难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中轴流压气机的转子叶片存在气流损失的缺陷，提供一种轴流压气机的转子叶片及其设计方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种轴流压气机的转子叶片，其特点在于，所述转子叶片包括叶根和叶尖，所述转子叶片沿高度方向从所述叶根到所述叶尖具有若干个基元叶型截面，将各所述基元叶型截面的重心作为积叠点沿所述转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；

所述积叠线沿所述转子叶片的高度方向从所述叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，所述第一椭圆弧段靠近所述叶根设置，且所述第一椭圆弧段靠近所述叶根的一端向吸力面弯曲，所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖设置，且所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖的一端向压力面弯曲，所述直线段与所述第一椭圆弧段、以及所述第二椭圆弧段均相切。

在本技术方案中，针对叶根端壁附面层损失，通过设置靠近叶根的第一椭圆弧段向吸力面弯曲，产生叶片力，使吸力面根部端壁的低能流向主流流动，减小根部损失；针对叶尖间隙泄漏损失，设置靠近叶尖的第二椭圆弧段向压力面弯曲，即向与靠近叶根的第一椭圆弧段相反的方向弯曲，产生负压力梯度以减小压力面流至吸力面的叶尖泄漏损失；从而，通过设置第一椭圆弧段和第二椭圆弧段，达到同时减少根部端壁损失和叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，所述第一椭圆弧段从所述叶根到叶尖的方向至少包括A、B、C三个控制点；