[发明专利]一种具有仿生叶顶的叶片及设有该叶片的开式转子

说明书

本公开提供一种具有仿生叶顶的叶片，叶片的叶顶外缘面为弧形曲面。本公开还提出一种开式转子，包括对转设置的前置转子和后置转子，其中，所述前置转子包括多片具有该弧形曲面叶顶结构的所述叶片。本公开提出的可用于开式转子的叶片，波状结构的叶顶能够将叶尖涡打碎、改善开式转子叶尖流场，减小叶尖涡干涉，在保证开式转子气动性能的基础上达到降低噪声、提高效率的目的。

技术领域

本公开属于航空及工业能源动力领域技术领域，尤其是涉及一种具有仿生叶顶的叶片及设有该叶片的开式转子。

背景技术

开式转子发动机(Open Rotor Engine)，早期曾被称作桨扇发动机(PropfanEngine)或无涵道发动机(Unducted Fan Engine)，是一种用燃气通过动力涡轮输出轴功率来传动桨扇的燃气涡轮发动机。开式转子发动机的气动性能优势非常明显，近年来波音和空客都认为开式转子发动机可以作为新一代先进民用飞机的可选动力之一，积极配合各大发动机生产商研究开式转子技术。由于其采用两排转子对转形式，流动与噪声机理十分复杂；开式转子结构使得其无机匣包裹，无法应用传统涡扇发动机的处理机匣降噪方法。因此噪声问题制约着开式转子的发展。

原型开式转子200，结构如图1所示，对其进行三维高精度流场仿真，分析其气动性能，包括拉力、扭矩和效率。对原型开式转子200的内部流场进行数值模拟，其子午流道和叶尖横截面的熵分布中发现前置转子20的叶尖涡较强。对前置转子扫掠形成尾迹，同时发现前置转子20的叶尖涡和尾迹与后置转子30的叶尖涡和尾迹相互作用形成干涉。再针对原型开式转子200进行声学分析，通过图2中的频谱图能够明显看出，除了前后转子BPF及整数阶次存在明显纯音以外，还存在BPF1+BPF2及其组合频率纯音；BPF1和BPF2、以及整数阶次纯音噪声分别为前后转子的载荷噪声，BPF1+BPF2及其组合频率纯音为前后转子的干涉噪声。

近年来，仿生降噪减阻技术成为学术界关注的重点。座头鲸在捕食和打斗中展现出极为灵活的游动方式，经常使用其胸鳍进行回转和转向的操作，其胸鳍相当于“机翼”的功能。猫头鹰进行捕食过程中，其翅膀结构保证了“悄无声息”的飞行。在基于仿生学低阻力、低噪声原理，本公开如何设计了一种具有仿生叶顶的叶片及设有该叶片的开式转子，通过叶顶结构控制开式转子叶尖脱落涡的强度以减弱前置转子与后置转子的叶尖涡干涉，是实现降低干涉噪声并保证开式转子在起飞和巡航工况的气动性能的重要条件。

发明内容

本公开提供一种具有仿生叶顶的叶片及设有该叶片的开式转子，解决了现有技术中如何在不损失起飞和巡航工况气动性能的基础上在起飞状态下能降低开式转子噪声的技术问题。

为解决至少一个上述技术问题，本公开采用的技术方案是：

一种具有仿生叶顶的叶片，叶片的叶顶外缘面为弧形曲面。

进一步的，所述弧形曲面为正弦波状曲面。

优选地，所述弧形曲面为规则的正弦波状曲面。

进一步的，所述弧形曲面以靠近其前缘一端为起点并朝所述正弦波的波谷位置延伸。

进一步的，所述弧形曲面沿所述叶片的叶顶外缘展开方向与所述叶片的前缘和后缘的交接处为光滑且曲率连续。

进一步的，所述弧形曲面包括1.5-4个所述正弦波。

进一步的，所述正弦波的幅值范围为0.5-3.0mm。

进一步的，所述正弦波的波数和幅值都是0.5的倍数。

优选地，所述正弦波的波数为2个。

进一步的，所述正弦波的幅值为1.5mm。

进一步的，所述弧形曲面是沿倾斜设置的所述叶顶外缘整面布置，并其靠近前缘一端的高度低于其靠近后缘一端的高度。