[发明专利]一种适应宽流量范围的压气机可调静子三维气动参数化设计方法

说明书

本发明提出一种适应宽流量范围的压气机可调静子三维气动参数化设计方法，采用三维气动参数化设计技术，通过定义叶尖处积叠轴周向弯角(a1)、叶根处积叠轴周向弯角(a2)、叶片高度(S)、叶尖处弓形积叠轴占叶高的距离百分比(s1)、叶根处弓形积叠轴占叶高的距离百分比(s2)五个三维造型参数，迭代测试设计出符合气动要求的可调静子；能兼具全工况范围获得低的叶型损失和抑制局部区域静子吸力面气流过早的分离，减少重新改进时建模的复杂性。

技术领域

本发明属于航空发动机和燃气轮机压气机设计领域，具体涉及一种适应宽流量范围的压气机可调静子三维气动参数化设计方法。

背景技术

压气机可调静子是航空发动机和燃气轮机压气机主流道中主要的静子件，其结构复杂且对应发动机工作中不同转速动态调节又要求具有稳定和可靠的角度调节精度。同时，为了保证全工况范围内可调静子在调节和不调节情况下气流无明显分离低损失地工作，需要采用叶型三维优化设计方式来适应压气机流量调节。先进航空发动机的可调静子的叶型三维设计，通常采用积叠轴周向为曲线形状的分布，将叶片端壁区积叠轴设计成正弯曲或反弯曲的曲线，气流经过角度关小的可调静子后，通过改变流场中速度三角形分布达到调节压气机前面级流量的目的，与后面级重新匹配流场提高压气机性能。常规发动机总体性能对压气机的设计点要求一般为一个状态，即一个流量、压比和效率的要求。但发动机为了适应更多的工作要求，如对比较成熟的发动机在不改变各部件设计的前提下，增大推力的改进设计。可对压气机可调静子叶片进行改进以适应压气机多个设计工况的需要，即压气机需要多个流量状态高效率的工作。这就要求可调静子具有宽流量范围可调节能力，同时保证压气机在不同流量条件下有效工作。

目前，从所能收集到的国外相关文献报道中，没有针对压气机双重流量特殊需求设计的宽流量范围的压气机可调静子研究技术。由于本设计技术专门针对总体对压气机双重流量要求，其针对性强，在国内也是首次开展这一技术的工程应用研究。

为了满足总体性能增大推力的整机匹配验证要求，相应要提高高压压气机的流量；同时又要适应串装原型发动机的流量匹配要求，因此部分高压压气机要求具有双重流量调节的特殊要求。采用压气机可调静子三维气动参数化设计技术，可以适应宽流量调节范围的设计需求。本设计方法能有效消除非设计工况可调静子局部区域吸力面气流分离和堵塞压气机流量的问题，降低气流损失，提高压气机性能。采用本设计方法能够准确设计三维静子叶型造型参数，简化叶型迭代、改进设计过程中重新建模的多余步骤，大幅提升三维静子叶型改进、优化造型设计的效率，设计出具有适应发动机宽流量匹配要求的可调静子叶片叶型。

发明内容

发明目的

提出一种适应宽流量范围的压气机可调静子三维气动参数化设计方法，解决发动机对压气机多种流量需求的问题。解决发动机宽流量匹配对可调静子叶片叶型设计的要求、避免产生多余建模步骤等问题。

技术方案

本发明提出一种适应宽流量范围的压气机可调静子三维气动参数化设计方法，采用三维气动参数化设计技术，通过定义叶尖处积叠轴周向弯角(a1)、叶根处积叠轴周向弯角(a2)、叶片高度(S)、叶尖处弓形积叠轴占叶高的距离百分比(s1)、叶根处弓形积叠轴占叶高的距离百分比(s2)五个三维造型参数，迭代测试设计出符合气动要求的可调静子。

所述的一种适应宽流量范围的压气机可调静子三维气动参数化设计方法，包括以下步骤：

步骤1、基元叶型设计；

步骤2、三维参数化设计；

步骤3、叶片造型；

步骤4、网格生成；

步骤5、设置边界条件；

步骤6、求解流场；

步骤7、性能分析；