[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

摘要

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。

主权项

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，叶型前缘点作为坐标原点，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βs、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Mah，确定超音叶栅的喉口宽度ht；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(xLS,yLS)通过前缘半径LER和LS点处的型面角γLS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ΔβS，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(xS,yS)及型面角γS；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ΔβD，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(xD,yD)及型面角γD；P为吸力面上的y坐标值最大的点，该点的坐标以两个特征系数的形式给出，横坐标的特征系数定义为coefP,x＝xP/c，纵坐标的特征系数定义为coefP,y＝yP/(s·cosβs‑ht)，该点处的型面角γP＝0；Inf为吸力面上的拐点，该点的坐标以两个特征系数的形式给出，横坐标的特征系数定义为coefInf,x＝xInf/c，纵坐标的特征系数定义为coefInf,y＝yInf/yP，该点处型面角γInf是调整预压缩强度的重要参数，以ΔγInf＝γInf‑γD的形式给出；TS为吸力面与尾缘倒圆的交点，给定尾缘倒圆的尾缘半径TER和该点处的型面角γTS，根据圆与切线的切点方程式，确定TS点的坐标参数为(xTS,yTS)；SS5.确定LP、T、TP等3个控制点的坐标参数及型面角，并根据所述3个控制点的坐标参数及型面角拟合超音叶栅叶型的压力面的型线，其中，LP为压力面与前缘倒圆的交点，给定前缘半径LER和该点处的型面角γLP，根据圆与切线的切点方程式，确定LP点的坐标参数为(xLP,yLP)，通过型面角γLP，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；T为该点与相邻叶片上的T'点对应，为压力面上的y坐标的绝对值最大的点，为了准确控制喉口面积，该点的坐标由P点坐标决定，xT＝xP‑s·sinβs，yT＝s·sinβs‑ht‑yP，该点处的型面角γT＝0；TP为压力面与尾缘倒圆的交点，给定尾缘半径TER和该点处的型面角γTP，根据圆与切线的切点方程式，确定TP点的坐标参数为(xTP,yTP)；SS6.将压力面的TP点、吸力面的TS点通过尾缘倒圆相切连接，将压力面型线与吸力面型线在尾缘处闭合；SS7.将压力面的LP点、吸力面的LS点通过前缘倒圆相切连接，将压力面型线与吸力面型线在前缘处闭合。