压气机静子缘板前缘构型方法和相应的静子缘板技术

本发明专利技术涉及压气机静子缘板前缘构型方法和相应的静子缘板。该构型方法包括：通过将转子叶片根部的气流流动简化为自由射流流动，根据静子的叶片根部处来流的马赫数来确定气流扩张角度；利用毗邻转子缘板尾缘与静子缘板前缘之间的轴向间距、气流扩张角度和偏差系数来计算静子缘板前缘上的第一端点与毗邻转子缘板尾缘的径向高度差；基于该径向高度差来确定静子缘板前缘上的第一端点的位置；将静子叶片前缘与静子缘板的交点确定为静子缘板前缘上的第二端点的位置；通过以样条曲线桥接的方式来确定第一端点与第二端点之间的型线，以使得该型线的末端与静子叶片根部和静子缘板的交线相切，并且该型线的起始端与静子缘板前缘侧壁保持在同一平面上。

【技术实现步骤摘要】
压气机静子缘板前缘构型方法和相应的静子缘板
本专利技术涉及航空发动机中的压气机领域，尤其涉及轴流压气机中的静子及其缘板的构型。
技术介绍
轴流压气机（axialcompressor）是一种气流在子午面的流动方向基本平行于转子轴线的压气机，常用于航空发动机中的高压压气机。轴流压气机一般由一系列转子和静子交替排列构成，以提供气体输送、压缩等功能。在轴流压气机中，为了避免转子和静子之间的轴向碰磨，一般会在转子与静子之间预留一定的轴向间隙，进而在转子和静子的根部区域形成容腔结构。同时，一般会在静子的根部设计有篦齿结构以用于防止泄露损失。但是在实际情况中，仍然会有少部分的气流通过篦齿结构进入到容腔结构中，使得泄漏流对主流产生影响。除此之外，在结构形式方面不合理的缘板设计会使得上一排叶片根部的气体撞击到下一排叶片的缘板，进而造成流动损失，亦可称为撞击损失。同时叶片根部的泄漏流会进一步导致下一排叶片的根部的流动损失增加。泄漏流和流动损失两者极大地影响了压气机的效率水平。因此，需要一种能够减小叶片根部的泄露流同时减小主流在下一排叶片缘板处的撞击损失的缘板。
技术实现思路
本专利技术提供了一种压气机静子缘板前缘构型方法和相应的静子缘板。第一方面，本专利技术提供了一种基于自由射流理论的压气机静子缘板前缘构型方法，包括：通过将转子叶片根部的气流流动简化为自由射流流动，根据静子的叶片根部处来流的马赫数来确定气流扩张角度；利用毗邻转子缘板尾缘与静子缘板前缘之间的轴向间距、气流扩张角度和偏差系数来计算静子缘板前缘上的第一端点与毗邻转子缘板尾缘的径向高度差；基于径向高度差来确定静子缘板前缘上的第一端点的位置；将静子叶片前缘与静子缘板的交点确定为静子缘板前缘上的第二端点的位置；以及通过以样条曲线桥接的方式来确定第一端点与第二端点之间的型线，以使得该型线的末端与静子叶片根部和静子缘板的交线相切，并且该型线的起始端与静子缘板前缘侧壁保持在同一平面上。第二方面，本专利技术提供了一种具有根据第一方面所描述的方法构型的前缘的压气机静子缘板。第三方面，本专利技术提供了一种压气机静子，包括：分别设置于静子的缘板的底面的第一射流孔组件和侧面的第二射流孔组件，第一和第二射流孔组件包括周向间隔的多个射流孔；布置在静子底部与缘板对应的篦齿结构；其中第二射流孔组件被布置成引入气流，而第一射流孔组件被布置成导出气流，并且第一射流孔组件与第二射流孔组件通过倒角方式被耦合以形成气流通路。与现有技术相比，通过本专利技术的静子缘板前缘构型方法确定的静子缘板通过对前缘缘板型线的确定能够有效避免主流的撞击损失。同时在静子缘板设置有射流孔组件，与静子底部的篦齿结构相配合，能够将静子叶片尾缘处的高压气体引入篦齿结构的叶尖，形成气动壁面，有效减少泄漏流进入容腔结构。附图描述通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1A和1B示出了根据本专利技术的各方面的包括静子叶片、静子缘板、射流孔组件、篦齿结构的压气机静子图示以及静子缘板前缘构型的放大示意图；图2示出了根据本专利技术的各方面的基于自由射流理论的压气机静子缘板前缘构型方法的流程图；图3示出了根据本专利技术的各方面的用于静子缘板的射流孔组件的三维立体示图；图4示出了根据本专利技术的各方面的用于静子缘板的射流孔组件的正向平面示图；图5示出了根据本专利技术的各方面的用于静子缘板的射流孔组件的以图4中的A-A为截面的横截面视图；以及图6示出了根据本专利技术的各方面提供的压气机静子与传统型静子的性能比较的示图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图对本申请进一步详细说明。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所描述的示例性实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所描述的实施例。在其它示例性实施例中，没有详细描述公知的结构，以避免不必要地模糊本公开的概念。应当理解，本文所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。同时，在不冲突的情况下，实施例所描述的各个方面可以任意组合。应当注意，在本申请中，轴流压气机（axialcompressor）指的是气流在子午面的流动方向基本平行于转子轴线的压气机。缘板（platform）指的是对于轴流压缩机转子叶片以及悬臂式静子叶片而言，在叶片根部为实现流道形状而沿着流道延伸的部分。自由射流（freejet）指的是不受边壁限制的射流。在自由射流上下文中，气体从喷口喷射到一个无限大的空间内，该空间充满了静止的、且与喷入气流物理特性相同的介质。应当领会，在本申请中使用的任何术语或词汇除非另有说明之外均表示其在本领域、具体地在航空发动机压气机领域中的惯常含义。为了更好地理解本申请，下面结合附图和具体实施例来解说本申请的各个方面。参考图1A，图1A示出了根据本专利技术的各方面的包括静子叶片102、静子缘板103、射流孔组件104、篦齿结构105的压气机静子101图示。在一些示例中，在轴流压气机的上下文中描述本申请的各方面。在一些示例中，如图1A所示，示出了转子-静子结构，其中左侧为转子110，右侧为静子101。转子可包括叶片106、缘板107，而静子101可类似地包括叶片102、缘板103以及与转子缘板底部相连接的、设置有篦齿结构105的底部。在下文详细描述中将分别对静子缘板的前缘构型、静子缘板中的射流孔组件和篦齿结构进行描述。如图1B所示，图1B的虚线圆形示出了图1A中的静子缘板前缘构型的放大示意图。图2示出了根据本专利技术的各方面的基于自由射流理论的压气机静子缘板前缘构型方法200的流程图。首先将根据图1A、1B和图2来描述根据本申请的各方面的静子缘板的前缘构型。在步骤205，通过将转子叶片根部的气流流动简化为自由射流流动，根据静子的叶片根部处来流的马赫数来确定气流扩张角度。在一个示例中，气流扩张角度可以根据静子叶片根部处（即靠近轮毂处）来流的马赫数来确定。在一个示例中，气流扩张角度可以基于以下拟合公式（1）来确定：=-280.2M5+615.04M4-471.35M3+137.19M2-0.0831M+4.9801（1）其中M为静子叶片根部处来流的马赫数，取值范围为0.1-0.8。在一个优选示例中，马赫数M取0.3，此时气流扩张角度可以被确定为9度。在步骤210，利用毗邻转子缘板尾缘与静子缘板前缘之间的轴向间距、气流扩张角度和偏差系数来计算静子缘板前缘上的第一端点与毗邻转子缘板尾缘的径向高度差。从图1B中可以看到，为了避免转子和静子之间的轴向碰磨，在转子缘板尾缘和下一排静子缘板前缘之间留有一定的轴向间隙。在一个示例中，该轴向间隙被测得为d毫米（mm）。转子叶片根部的气流经过该轴向间隙时，流管会扩张。在一个示例中，将气流流过该轴向间隙时的流动简化为自由射流流动，从而产生一偏差系数。该偏差主要是由于在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自由射流理论的压气机静子缘板前缘构型方法，包括：/n通过将转子叶片根部的气流流动简化为自由射流流动，根据所述静子的叶片根部处来流的马赫数来确定气流扩张角度；/n利用毗邻转子缘板尾缘与静子缘板前缘之间的轴向间距、所述气流扩张角度和偏差系数来计算所述静子缘板前缘上的第一端点与毗邻转子缘板尾缘的径向高度差；/n基于所述径向高度差来确定所述静子缘板前缘上的第一端点的位置；/n将静子叶片前缘与静子缘板的交点确定为所述静子缘板前缘上的第二端点的位置；以及/n通过以样条曲线桥接的方式来确定第一端点与第二端点之间的型线，以使得所述型线的末端与静子叶片根部和静子缘板的交线相切，并且所述型线的起始端与所述静子缘板前缘侧壁保持在同一平面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自由射流理论的压气机静子缘板前缘构型方法，包括：
通过将转子叶片根部的气流流动简化为自由射流流动，根据所述静子的叶片根部处来流的马赫数来确定气流扩张角度；
利用毗邻转子缘板尾缘与静子缘板前缘之间的轴向间距、所述气流扩张角度和偏差系数来计算所述静子缘板前缘上的第一端点与毗邻转子缘板尾缘的径向高度差；
基于所述径向高度差来确定所述静子缘板前缘上的第一端点的位置；
将静子叶片前缘与静子缘板的交点确定为所述静子缘板前缘上的第二端点的位置；以及
通过以样条曲线桥接的方式来确定第一端点与第二端点之间的型线，以使得所述型线的末端与静子叶片根部和静子缘板的交线相切，并且所述型线的起始端与所述静子缘板前缘侧壁保持在同一平面上。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气流扩张角度根据所述静子叶片根部处来流的马赫数基于下式来确定：

=-280.2M5+615.04M4-471.35M3+137.19M2-0.0831M+4.9801
其中M为所述静子叶片根部处来流的马赫数，M的取值范围为0.1至0.8。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述径向高度差通过下式来计算：



其中d为测得的毗邻转子缘板尾缘与静子缘板前缘之间的轴向间距，为气流扩张角度，为偏差系数，所述偏差系数的取值范围为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹传军，王进春，尹泽勇，李继保，吴帆，张晓诗，翟志龙，姜逸轩，
申请(专利权)人：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31