[发明专利]一种适用于高进口相对马赫数的超音叶型设计方法

说明书

本发明涉及一种适用于高进口相对马赫数的超音叶栅叶型设计方法，可以用于进口马赫数不低于1.7的超音叶型设计，该方法结合超音叶栅的唯一攻角关系式和起动关系关系式，通过控制超音叶栅造型的关键参数，可以直接构建压力面和吸力面，能够准确的控制叶栅前缘内伸波的激波角，从而实现对流场内斜激波波系结构的控制，同时设计完成的超音叶栅能够准确控制叶栅的启动条件。

技术领域

本发明涉及一种超音叶栅的造型方法，尤其涉及一种适用于高进口相对马赫数的超音叶型设计方法，可以用于进口马赫数不低于1.7的超音叶型设计，通过该方法可以直接构建压力面和吸力面，能够准确的控制叶栅前缘内伸波的激波角，同时设计完成的超音叶栅能够准确控制叶栅的启动条件。

背景技术

超音叶栅的造型方法，广泛应用于高负荷跨/超音压气机中。为了提高压气机的级负荷，压气机的进口相对马赫数越来越高，当进口相对马赫数超过1.7时，叶栅内的激波结构产生也会变得复杂，同时叶栅的起动问题关系到叶栅的气动性能。以往的超音叶栅设计方法，无法做到将超音叶栅的起动条件和唯一攻角条件相结合，不能准确的控制超音叶栅的起动条件，使超音叶栅无法实现既定的气动性能。

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本发明提出了一种适用于高进口相对马赫数的超音叶型设计方法，可以用于进口马赫数不低于1.7的超音叶型设计，并给出了该方法进行超音叶栅设计的计算方法。该方法结合超音叶栅的唯一攻角关系式和起动关系关系式，通过控制超音叶栅造型的关键参数，可以直接构建压力面和吸力面，能够准确的控制叶栅前缘内伸波的激波角，从而实现对流场内斜激波波系结构的控制，实现超音叶栅起动条件的准确控制。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案为：

一种适用于高进口相对马赫数的超音叶栅叶型的设计方法，所述超音叶栅叶型包括压力面型线和吸力面型线，叶型表面任一点处的切线与叶型弦线之间的夹角为该点处的型面角γ，以叶型弦线作为x轴，以叶型的高度方向作为y轴，叶型表面任一点的坐标参数均包括横坐标x、纵坐标y，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

SS1.根据设计需求给定目标超音叶栅叶型的设计来流条件，包括设计来流马赫数为Ma_∞，设计来流气流角为β_∞；

SS2.给定目标超音叶栅的设计几何参数，包括栅距s、安装角β_s、弦长c、前缘倒圆的前缘半径LER、尾缘倒圆的尾缘半径TER；

SS3.选取超音叶栅起动后的喉口马赫数Ma_h，确定超音叶栅的喉口宽度h_t；

SS4.确定LS、S、D、Inf、P、TS等6个控制点的坐标参数及型面角，并根据所述6个控制点的坐标参数及型面角拟合超音叶栅叶型的吸力面的型线，其中，

LS为吸力面与前缘倒圆的交点，LS点的坐标参数(x_LS,y_LS)通过前缘半径LER和LS点处的型面角γ_LS确定；

S为吸力面上与叶栅起动点相对应的控制点，给定气流在S点处时的气流角与来流气流角的差Δβ_S，结合起动点的来流马赫数Ma_∞,S和来流气流角β_∞,S，确定S的坐标参数(x_S,y_S)及型面角γ_S；

D为吸力面上与叶栅设计点相对应的控制点，给定气流在D点处的气流角与来流气流角的差Δβ_D，结合设计点的来流马赫数Ma_∞,D和来流气流角β_∞,D，确定D点的坐标参数(x_D,y_D)及型面角γ_D；