一种带叶尖小翼的叶片设计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种带叶尖小翼的叶片设计方法及系统，所述方法包括以下步骤：沿叶片径向确定回转面，取回转面的轮廓曲线作为作为叶尖小翼的起始叶型；选定起始叶型的周向参数，确定叶尖小翼的周向控制曲线，将起始叶型进行周向偏移，获得叶尖小翼的初始平面曲线；确定叶尖小翼的径向控制曲线，由所述初始平面曲线根据周向控制曲线和径向控制曲线生成叶尖小翼的侧面曲面；补齐叶顶曲面，得到带叶尖小翼的叶片。本发明专利技术的叶片设计方法或系统仅需对部分参数进行调整即可对叶尖小翼结构进行造型，实现小翼几何结构的精细化控制，同时能够保证叶尖小翼与叶身连接处的连续光顺。叶尖小翼与叶身连接处的连续光顺。叶尖小翼与叶身连接处的连续光顺。

【技术实现步骤摘要】
一种带叶尖小翼的叶片设计方法及系统


[0001]本专利技术属于叶尖小翼设计
，特别涉及一种带叶尖小翼的叶片设计方法及系统。

技术介绍

[0002]涡轮是燃气涡轮发动机动力装置的核心部件之一，是将高温、高压燃气的能量转变为动能和机械能的叶轮机械。高温、高压燃气从涡轮进口流经导向叶片排转弯膨胀，将燃气压力势能转换成燃气动能，高速燃气通过工作叶片排发出了机械功，并由燃气涡轮轴提供给压气机进行空气压缩。涡轮设计的优劣决定了发动机整体设计水平，其发展水平对航空发动机的研制有着至关重要的作用。
[0003]在涡轮的实际流动过程中，叶尖泄漏流动具有强三维、强剪切和非定常等特征。涡轮叶尖间隙内气体的流动会导致气流对涡轮的做功减小，尤其是动叶叶尖部位，进入叶尖间隙的气流并未受涡轮工作叶片的作用而发生转折，流经叶尖间隙内气流的轮缘功几乎为零。由于涡轮叶尖存在着叶尖间隙，一部分高温气体会从涡轮的压力侧流向涡轮的吸力侧。这会造成涡轮的空气动力学损失和涡轮叶尖的传热系数猛增。研究发现叶尖泄漏损失占整个气动损失的1/3，而且还会发生涡轮叶尖的烧蚀。具体地，气流在叶尖间隙内会引发各种流动损失，其中包括气流绕过叶片压力面后形成分离泡所造成的分离损失；来自叶尖压力面侧不同区域的泄漏流在间隙中发生掺混而形成的损失；叶尖间隙中的气流与叶顶表面、外机匣内壁面摩擦产生的摩擦损失；泄漏流从叶片吸力面侧流入到叶片通道后，受通道中切向逆压力梯度以及吸力面侧附面层径向移动的影响而形成的泄漏涡造成的损失；泄漏涡流向下游时，与通道涡相互掺混造成的损失等。气流在涡轮叶尖间隙内流动还会减小流道的有效流通面积，泄漏涡的产生阻碍了主流在流道内的流动，使得流道的实际流通面积小于理论值；泄漏流还会改变下游叶栅进口气动条件，特别在叶片的叶尖附近，叶尖泄漏流使得叶片下游的叶栅进口气动参数分布更加不均匀。
[0004]将叶尖小翼技术应用于叶轮机械的叶片中，源于飞机翼尖小翼成功用于控制翼尖涡，降低飞机诱导阻力的启发。在转子叶片顶部増设一定形状和厚度的控制叶片后，加宽了叶尖厚度，将有助于削弱泄漏流，降低泄漏损失，从而提高祸轮效率。虽然叶轮机械动叶中间隙流动所形成的间隙涡与飞机机翼所形成的翼尖涡有相似的产生机理，但发动机动叶间隙内流动的流场复杂性要大的多。从上世纪八十年代开始展开涡轮叶尖小翼研究，大量研究显示涡轮叶尖小翼能减少叶顶泄漏损失，提高涡轮气动效率并能有效改善叶片叶顶的换热条件。
[0005]现有的设计方法所生成的带叶尖小翼结构的涡轮叶片存在结构简单，几何形状变化小的缺点，且无法通过调整参数实现小翼几何结构的精细化控制。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种带叶尖小翼的叶片设计方法及系统，采用了参数
化造型的设计思路，仅需对部分参数进行调整即可对叶尖小翼结构进行造型，实现小翼几何结构的精细化控制。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种带叶尖小翼的叶片设计方法，包括以下步骤：
[0009]沿叶片径向确定回转面，取回转面的轮廓曲线作为作为叶尖小翼的起始叶型；
[0010]选定起始叶型的周向参数，确定叶尖小翼的周向控制曲线，将起始叶型进行周向偏移，获得叶尖小翼的初始平面曲线；
[0011]确定叶尖小翼的径向控制曲线，由所述初始平面曲线根据周向控制曲线和径向控制曲线生成叶尖小翼的侧面曲面；
[0012]补齐叶顶曲面，得到带叶尖小翼的叶片。
[0013]优选地，所述选定起始叶型的周向参数包括：以中弧线为基准将起始叶型分为吸力面和压力面，分别选定吸力面和压力面的周向参数。
[0014]优选地，所述周向控制曲线为叶尖小翼宽度沿起始叶型的数值变化规律。
[0015]优选地，所述径向控制曲线为叶尖小翼宽度沿叶片径向的数值变化规律。
[0016]优选地，所述周向参数包括小翼起始点、小翼前部控制系数、小翼后部控制系数、小翼终止点、小翼宽度；所述径向参数包括小翼起始高度。
[0017]优选地，所述选定起始叶型的周向参数包括：
[0018]以起始叶型的前缘和尾缘之间曲线长度为1进行换算，沿起始叶型进行取点，获得所述周向参数对应的位点。
[0019]优选地，所述小翼宽度为叶尖小翼沿叶片周向的宽度。
[0020]一种带叶尖小翼的叶片设计系统，包括
[0021]起始叶型生成模块，用于沿叶片径向确定回转面，取回转面的轮廓曲线作为作为叶尖小翼的起始叶型；
[0022]周向偏移模块，用于选定起始叶型的周向参数，确定叶尖小翼的周向控制曲线，将起始叶型进行周向偏移，获得叶尖小翼的初始平面曲线；
[0023]侧面曲面生成模块，用于确定叶尖小翼的径向控制曲线，由所述初始平面曲线根据周向控制曲线和径向控制曲线生成叶尖小翼的侧面曲面；
[0024]补齐模块，用于补齐叶顶曲面，得到带叶尖小翼的叶片。
[0025]优选地，所述周向偏移模块，用于选定起始叶型的周向参数包括：以中弧线为基准将起始叶型分为吸力面和压力面，分别选定吸力面和压力面的周向参数。
[0026]优选地，所述侧面曲面生成模块中，所述周向控制曲线为叶尖小翼宽度沿起始叶型的数值变化规律；所述径向控制曲线为叶尖小翼宽度沿叶片径向的数值变化规律。
[0027]优选地，所述周向参数包括小翼起始点、小翼前部控制系数、小翼后部控制系数、小翼终止点、小翼宽度；所述径向参数包括小翼起始高度。
[0028]优选地，所述选定起始叶型的周向参数包括：以起始叶型的前缘和尾缘之间曲线长度为1进行换算，沿起始叶型进行取点，获得所述周向参数对应的位点；所述小翼宽度为叶尖小翼沿叶片周向的宽度；所述小翼起始高度为叶尖小翼在叶片径向变化的起始高度。
[0029]本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术叶片设计方法或系统采用了参数化造型的设计思路，仅需对部分参数进行调整即可对叶尖小翼结构进行造型，并以尽量少的设
计参数生成几何结构合理、可变性较大的叶尖小翼叶型，通过调整造型参数能够实现自动构建小翼结构模型，实现小翼几何结构的精细化控制，同时能够保证叶尖小翼与叶身连接处的连续光顺；应用到燃气涡轮工作叶片的制造中，能够有效避免燃气涡轮工作叶片存在叶尖泄漏损失过大、而且容易发生涡轮叶尖烧蚀的现象的问题。
[0030]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1示出了压力面叶尖小翼各项造型参数示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带叶尖小翼的叶片设计方法，其特征在于，包括以下步骤：沿叶片径向确定回转面，取回转面的轮廓曲线作为作为叶尖小翼的起始叶型；选定起始叶型的周向参数，确定叶尖小翼的周向控制曲线，将起始叶型进行周向偏移，获得叶尖小翼的初始平面曲线；确定叶尖小翼的径向控制曲线，由所述初始平面曲线根据周向控制曲线和径向控制曲线生成叶尖小翼的侧面曲面；补齐叶顶曲面，得到带叶尖小翼的叶片。2.根据权利要求1所述的带叶尖小翼的叶片设计方法，其特征在于，所述选定起始叶型的周向参数包括：以中弧线为基准将起始叶型分为吸力面和压力面，分别选定吸力面和压力面的周向参数。3.根据权利要求2所述的带叶尖小翼的叶片设计方法，其特征在于，所述周向控制曲线为叶尖小翼宽度沿起始叶型的数值变化规律。4.根据权利要求2所述的带叶尖小翼的叶片设计方法，其特征在于，所述径向控制曲线为叶尖小翼宽度沿叶片径向的数值变化规律。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的带叶尖小翼的叶片设计方法，其特征在于，所述周向参数包括小翼起始点、小翼前部控制系数、小翼后部控制系数、小翼终止点、小翼宽度；所述径向参数包括小翼起始高度。6.根据权利要求5所述的带叶尖小翼的叶片设计方法，其特征在于，所述选定起始叶型的周向参数包括：以起始叶型的前缘和尾缘之间曲线长度为1进行换算，沿起始叶型进行取点，获得所述周向参数对应的位点。7.根据权利要求6所述的带叶尖小翼的叶片设计方法，其特征在于，所述小翼宽度为叶尖小翼沿叶片周向的宽度。8.一种带叶尖小翼的叶片设计系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕宏，王政，单熠君，谭锋，陈晨，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：