本发明专利技术提供一种带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，包括叶根、叶顶、压力面、吸力面；吸力面上设有激波控制鼓包，激波控制鼓包包括连续性激波控制鼓包和非连续性激波控制鼓包；连续性激波控制鼓包沿叶高方向连续分布；非连续性激波控制鼓包沿叶高方向非连续性分布；连续性激波控制鼓包包括连续性全叶高激波控制鼓包和连续性部分叶高激波控制鼓包；非连续性激波控制鼓包包括非连续性全叶高激波控制鼓包和非连续性部分叶高激波控制鼓包。本发明专利技术只需要对叶片吸力面局部进行微小改变，可以在基本不改变流量的前提下改善跨/超声速压气机内部的激波系结构，提高跨/超声速压气机的性能，且具有结构简单，设计灵活，成本较低等优点。
Transonic / supersonic compressor rotor blades with shock wave control drum
【技术实现步骤摘要】
带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片
本专利技术涉及一种带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片。
技术介绍
燃气轮机自1939年实用以来，作为动力装置已广泛应用于航空航天和船舶领域。为了进一步提高燃气轮机的推重比/功重比并降低油耗，作为燃气轮机三大核心部件之一的压气机需要不断提高增压比和效率。而压气机增压比和效率的提高主要依赖于人们对其内部流动特征认识的不断深入以及各种流动控制技术的发展和应用。对于跨/超声速压气机来说，激波损失以及激波诱导的边界层分离损失是其流动损失的主要来源之一。因此，为了提高跨/超声速压气机的性能，合理控制激波是一种行之有效的方法，这是因为控制激波不仅能降低激波本身的损失之外，还能有效控制流向压力梯度分布，进而抑制激波诱导的边界层分离损失。目前已有的激波控制方法有附面层抽吸、等离子激励等主动控制方法，也有叶型优化设计、掠叶片设计等被动控制方法。主动控制方法虽然可以很好控制激波及其诱导的分离流动损失，但是需要添加额外的装置以及能量源，这不仅需要额外的能量消耗，而且会导致设计难度增加。而被动控制方法的设计变量一般较多，并且大多数情况下会导致跨/超声速压气机叶型或者槽道结构有较大幅度的改变。因此，找寻既不需要额外能量消耗而又对叶型改变较小的激波及其诱导流动损失的控制方法是目前跨/超声速压气机研究中急需解决的问题之一。激波控制鼓包作为一种新型的激波控制技术，是利用壁面上设置的鼓包把入射到壁面附近的激波由一道较强的激波分散成λ激波，从而降低壁面附近的激波强度和沿流向压力梯度分布，这不仅可以减小壁面附近的激波损失，而且可以抑制激波诱导的边界层分离损失。目前这种激波控制技术主要应用于外流的机翼上用于控制波阻，在内流的超声速进气道中也有一些应用，而在内流的叶轮机械领域的应用很少，特别是在跨/超声速压气机中的应用研究才是刚刚起步。
技术实现思路
根据上述提出的跨/超声速压气机转子内存在复杂的激波系，激波-激波以及激波-边界层相互干涉所引起的边界层分离等现象，会导致跨/超声速压气机效率降低，流动损失增加，气动性能下降。为了控制跨/超声速压气机内部的激波损失以及激波诱导的流动分离损失这一技术问题，本专利技术提供了一种带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片。本专利技术主要是将激波控制鼓包融入跨/超声速压气机转子叶片吸力面从而形成一种新型的跨/超声速压气机转子叶片；激波控制鼓包的引入只是对转子叶片吸力面局部进行微小的改变，可以在基本不改变跨/超声速压气机流量的前提下，改善跨/超声速压气机转子叶片吸力面附近的激波系结构，抑制边界层分离，从而降低跨/超声速压气机内部的流动损失，进而提高其性能，且具有结构简单，设计灵活，成本较低等优点。本专利技术采用的技术手段如下：一种带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，包括叶根、叶顶、压力面和吸力面；所述吸力面上设有激波控制鼓包，所述激波控制鼓包包括连续性激波控制鼓包和非连续性激波控制鼓包；所述连续性激波控制鼓包沿叶高方向连续分布；所述非连续性激波控制鼓包沿叶高方向非连续性分布。进一步地，所述激波控制鼓包在流向起始位置和流向结束位置处均与所述吸力面在流向光滑相切。所述流向起始位置是指激波控制鼓包在流向从叶片吸力面开始鼓起的位置；所述流向结束位置是指激波控制鼓包在流向从叶片吸力面上消失的位置。进一步地，所述连续性激波控制鼓包包括连续性全叶高激波控制鼓包和连续性部分叶高激波控制鼓包；所述非连续性激波控制鼓包包括非连续性全叶高激波控制鼓包和非连续性部分叶高激波控制鼓包。进一步地，所述连续性激波控制鼓包的展向起始位置Ⅰ位于所述叶根处，或位于所述叶根到所述叶顶之间的截面处；所述连续性激波控制鼓包的展向结束位置Ⅰ均位于所述叶顶处。进一步地，当所述展向起始位置Ⅰ位于所述叶根处时，所述展向起始位置Ⅰ的曲率与所述叶根处的曲率保持一致。进一步地，当所述展向起始位置Ⅰ位于所述叶根和所述叶顶之间的截面处时，所述展向起始位置Ⅰ与所述截面所处叶高位置以下的所述吸力面在展向保持光滑相切；所述展向结束位置Ⅰ的曲率与所述叶顶处的曲率保持一致。进一步地，所述非连续性激波控制鼓包是指沿叶片展向间隔布置若干个激波控制鼓包，每一个所述非连续性激波控制鼓包的展向起始位置Ⅱ和展向结束位置Ⅱ均位于所述叶根和所述叶顶之间的截面处，且每一个所述非连续性激波控制鼓包均在所述展向起始位置Ⅱ和所述展向结束位置Ⅱ处与所述吸力面在展向保持光滑相切。进一步地，所述激波控制鼓包在展向不同叶高处的鼓包型线均由parsec描形方法确定，满足如下公式：式中，x为鼓包沿流向的相对横坐标；y为鼓包的相对纵坐标；hB为鼓包流向高度；an为多项式系数；x0为激波控制鼓包流向起始位置的绝对横坐标；X为鼓包上各点的绝对横坐标；lB为鼓包流向长度；n为多项式系数的阶数。进一步地，所述连续性激波控制鼓包的鼓包流向高度hB满足如下公式：0≤hB≤0.01C；所述连续性激波控制鼓包的鼓包流向长度lB满足如下公式：0.15C≤lB≤0.3C；所述连续性激波控制鼓包的流向起始位置的绝对横坐标x0满足如下公式：0.3C≤x0≤0.55C；式中，C为跨/超声速压气机基础转子叶片的叶型弦长；所述连续性激波控制鼓包的流向结束位置由所述流向起始位置与所述鼓包流向长度确定；所述连续性激波控制鼓包的展向起始位置Ⅰ由跨/超声速压气机转子叶片槽道中的激波强度确定。进一步地，所述每一个非连续性激波控制鼓包的流向形状和参数，包括流向高度、流向长度、流向起始位置、流向结束位置同样由parsec描形方法确定；所述非连续性激波控制鼓包的展向长度和相邻两个所述非连续性激波控制鼓包的展向间距由实际情况确定。上述展向起始位置是指激波控制鼓包在叶高方向从叶片吸力面开始鼓起的位置，所述展向结束位置是指激波控制鼓包在叶高方向从叶片吸力面上消失的位置。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，只需要对叶片吸力面局部进行微小改变，可以在基本不改变流量的前提下改善跨/超声速压气机内部转子叶片吸力面附近的激波系结构，从而提高跨/超声速压气机的性能。2、本专利技术提供的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，通过将入射到吸力面附近的激波由一道较强的激波分散成λ激波，从而降低吸力面附近的激波强度和沿流向压力梯度分布，减小吸力面附近的激波损失并抑制激波诱导的边界层分离损失，进而提高跨/超声速压气机的性能。3、本专利技术提供的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，可以通过抑制叶片吸力面较强的激波/边界层相干效应，进而改善叶片槽道内气流的堵塞程度，从而提高跨/超声速压气机的稳定工作范围。4、本专利技术提供的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，具有结构简单，设计成本较低等优点。综上，应用本专利技术的技术方案能够解决现有技术中的如何控制跨/超声速压气机内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，包括叶根(4)、叶顶(12)、压力面(11)和吸力面(6)；/n其特征在于，所述吸力面(6)上设有激波控制鼓包，所述激波控制鼓包包括连续性激波控制鼓包(7)和非连续性激波控制鼓包(19)；所述连续性激波控制鼓包(7)沿叶高方向连续分布；所述非连续性激波控制鼓包(19)沿叶高方向非连续性分布。/n
【技术特征摘要】
1.一种带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，包括叶根(4)、叶顶(12)、压力面(11)和吸力面(6)；
其特征在于，所述吸力面(6)上设有激波控制鼓包，所述激波控制鼓包包括连续性激波控制鼓包(7)和非连续性激波控制鼓包(19)；所述连续性激波控制鼓包(7)沿叶高方向连续分布；所述非连续性激波控制鼓包(19)沿叶高方向非连续性分布。
2.根据权利要求1所述的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，其特征在于，所述激波控制鼓包在流向起始位置(5)和流向结束位置(8)处均与所述吸力面(6)在流向光滑相切。
3.根据权利要求2所述的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，其特征在于，所述连续性激波控制鼓包(7)包括连续性全叶高激波控制鼓包和连续性部分叶高激波控制鼓包；所述非连续性激波控制鼓包(19)包括非连续性全叶高激波控制鼓包和非连续性部分叶高激波控制鼓包。
4.根据权利要求3所述的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，其特征在于，所述连续性激波控制鼓包(7)的展向起始位置Ⅰ(15)位于所述叶根(4)处，或位于所述叶根(4)到所述叶顶(12)之间的截面处；所述连续性激波控制鼓包(7)的展向结束位置Ⅰ(14)均位于所述叶顶(12)处。
5.根据权利要求4所述的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，其特征在于，当所述展向起始位置Ⅰ(15)位于所述叶根(4)处时，所述展向起始位置Ⅰ(15)的曲率与所述叶根(4)处的曲率保持一致。
6.根据权利要求4所述的带有激波控制鼓包的跨/超声速压气机转子叶片，其特征在于，当所述展向起始位置Ⅰ(15)位于所述叶根(4)和所述叶顶(12)之间的截面处时，所述展向起始位置Ⅰ(15)与所述截面所处叶高位置以下的所述吸力面(6)在展向保持光滑相切；所述展向结束...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩吉昂，钱薪伟，胡义，丁小娟，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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