一种多孔波浪前缘仿生组合构型叶片制造技术

本发明专利技术公开了一种多孔波浪前缘仿生组合构型叶片，属于航空叶轮机湍流宽频噪声控制。该叶片基于“波浪前缘”耦合“多孔介质”创新思想，首先设计波浪前缘叶片，其次在波浪前缘基础上耦合多孔介质材料。相比于“单一”波浪前缘构型和“单一”多孔介质构型，本发明专利技术提出的创新性仿生组合构型可以显著提高仿生构型的降噪水平。无论从声压级频谱还是从总声压级指向性来看，本发明专利技术提出的创新型“波浪前缘”耦合“多孔介质”仿生组合构型的有益效果是可以显著提高仿生构型的降噪水平，是一种具有较大降噪潜力的被动噪声控制方案。力的被动噪声控制方案。力的被动噪声控制方案。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔波浪前缘仿生组合构型叶片
1.

[0001]本专利技术所属
为航空叶轮机湍流宽频噪声控制。
2.
技术介绍

[0002]随着发动机涵道比的逐渐增大，航空叶轮机风扇湍流宽频噪声日益凸显，成为进一步降低飞机噪声的技术瓶颈和关键科学难题，而“师法自然”的仿生学流动噪声控制理论为降低风扇噪声提供了新的突破口。就目前仿生学噪声控制理论而言，仿生思想主要有两个来源：具有“超安静”飞行能力的猫头鹰和具有“超机动”运动能力的座头鲸。
[0003]模仿“超安静”飞行猫头鹰翅膀结构特征，人们提出了“多孔介质”仿生降噪构型，模仿“超机动”运动座头鲸鳍状肢结构特征，人们提出了“波浪前缘”仿生降噪构型。经过许多学者的大量科学研究，多孔介质和波浪前缘均被证明是有效的噪声控制方法。但是，多孔介质和波浪前缘也存在一定的缺陷。例如，多孔介质可能大大增加高频噪声，而波浪前缘的“波谷”位置依然存在非常强烈的噪声源，严重限制了仿生构型的降噪潜力。究其根本原因，在于目前的研究全部采用“单一”多孔介质或“单一”波浪前缘构型。针对目前仿生学降噪研究中存在的科学技术难题，本专利技术特提出“波浪前缘”耦合“多孔介质”创新仿生构型，力图显著提高仿生构型降噪水平。
[0004]在已申请专利中，涉及叶片波浪前缘的有《一种低压涡轮静子叶片波浪前缘的构造方法》(申请号：CN202110064795.2)、《一种具有波浪前缘和锯齿尾缘的叶片设计方法》(申请号：CN201911068586.4)、《一种仿生内摆线型波浪前缘叶片及设计方法》(申请号：202210557354.0)、《一种仿生椭圆型波浪前缘叶片及设计方法》(申请号：202111362884.1)，上述专利主要采用“单一”波浪前缘，而本专利技术的创新之处在于采用“波浪前缘”耦合“多孔介质”的新型仿生组合构型。
3.
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：提供一种多孔波浪前缘仿生组合构型叶片，基于“波浪前缘”耦合“多孔介质”创新思想，首先设计波浪前缘叶片，其次在波浪前缘基础上耦合多孔介质材料。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种多孔波浪前缘仿生组合构型叶片，其特征在于，所述叶片构型为波浪前缘叶片，所述波浪前缘叶片10％～30％弦长前缘部分材料为多孔介质材料，参阅图8；
[0007]所述常规波浪前缘叶片构型基于二维基准叶型产生，参阅图2，所述二维基准叶型前缘点O、弦长c、最大厚度d以及最大厚度所在位置P；
[0008]参阅图3，所述叶片在二维基准叶型基础上，依据如下余弦函数生成波浪形前缘线：
[0009][0010]波浪形余弦线主要有振幅A和波长W两个特征参数，包括波峰、波中和波谷三个特征截面，其中波中截面与基准叶型相同，z为展向坐标；
[0011]根据所述余弦线，确定波浪形叶片弦长沿展向的变化规律为：
[0012][0013]依据不同展向位置当地弦长，对基准叶型按照如下公式进行拉伸或压缩运算，当前展向位置处的叶型：
[0014][0015]其中，x
old
，y
old
，x
new
，y
new
分别为基准叶型坐标和进行拉伸或压缩运算之后的新坐标，x
max
表示最大厚度位置对应的横坐标；得到的波峰、波中和波谷三个特征截面示意图如图5所示；
[0016]将当前展向处的叶型进行展向积叠，得到常规波浪前缘叶片如图6所示。
[0017]本专利技术的有益效果是：结合常规波浪前缘叶片和常规多孔介质叶片设计思想，采用“波浪前缘”耦合“多孔介质”策略，生成最终的新型多孔波浪前缘仿生组合构型叶片。相比于“单一”波浪前缘构型和“单一”多孔介质构型，本专利技术提出的创新性仿生组合构型可以显著提高仿生构型的降噪水平，如图1所示。由图1(a)的声压级频谱可知，“单一”波浪前缘构型可以显著降低宽频噪声，但降低单音噪声的能力有限；“单一”多孔介质构型可以显著降低单音噪声，但降低宽频噪声的能力有限。但是，本专利技术提出的仿生组合构型兼顾了两种“单一”仿生构型的优点，既可以有效降低单音噪声，又可以有效降低宽频噪声，大大拓展了仿生构型的降噪频段和降噪量。由图1(b)的总声压级指向性可知，在所有的方位角处，仿生组合构型均提高了降噪效果，比如在90
°
方位角处，波浪前缘降噪4.4分贝，多孔介质降噪8.8分贝，而多孔波浪前缘仿生组合构型降噪量为11.5分贝。无论从声压级频谱还是从总声压级指向性来看，本专利技术提出的创新型“波浪前缘”耦合“多孔介质”仿生组合构型的有益效果是可以显著提高仿生构型的降噪水平，是一种具有较大降噪潜力的被动噪声控制方案。
4.附图说明
[0018]图1本专利技术提出的多孔波浪前缘仿生组合构型有益效果：(a)声压级降噪效果分析；(b)总声压级降噪效果分析。
[0019]图2基准叶片及基准叶型示意图：(a)基准直叶片正视图；(b)二维基准叶型。
[0020]图3波浪前缘叶片前缘线示意图。
[0021]图4单个周期内不同截面数量生成正弦线光滑性验证。
[0022]图5波浪前缘叶片二维截面叶型示意图。
[0023]图6常规波浪前缘叶片示意图。
[0024]图7常规多孔介质叶片示意图。
[0025]图8新型多孔波浪前缘仿生组合构型叶片示意图。
5.具体实施方式
[0026]本实施例中多孔波浪前缘仿生组合构型叶片，所述叶片构型为常规波浪前缘叶片，所述常规波浪前缘叶片30％弦长前缘部分材料为多孔介质材料，参阅图8。本实施例中，前缘部分使用的材料为多孔介质材料，孔隙率为0.95，弦向长度为30％弦长。
[0027]本实施例中常规波浪前缘构型叶片的确定过程如下：
[0028](1)确定二维基准叶型前缘点O、弦长c、最大厚度d以及最大厚度所在位置P，如图2所示。本实施例中，弦长c为150mm，最大厚度d为18mm。
[0029](2)依据如下余弦函数生成波浪形前缘线，如图3所示。
[0030][0031]波浪形余弦线主要有振幅A和波长W两个特征参数，包括波峰、波中和波谷三个特征截面，其中波中截面与基准叶型相同，z为展向坐标。
[0032]在波浪形前缘叶片设计中，单个周期内的截面数量N是影响前缘线光滑性的重要因素。本专利技术首先对此进行了研究，如图4所示，单个周期内的截面数量分别取N＝5,9,17,33,1025。其中，N越大，生成的曲线越光滑，但是生成过程越耗时。经过对比分析可知，当N＝33时已经可以保证足够的光滑性。因此，对于波浪形前缘设计，综合考虑曲线光滑性和生成效率，本实施例中取N＝33。
[0033](3)依据上一步中确定的余弦线，确定波浪形叶片弦长沿展向的变化规律如下。
[0034][0035]依据不同展向位置当地弦长，对基准叶型按照如下公式进行拉伸或压缩运算。
[0036][0037]其中，x
old
，y
old
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔波浪前缘仿生组合构型叶片，其特征在于，所述叶片构型为波浪前缘叶片，所述波浪前缘叶片10％～30％弦长前缘部分材料为多孔介质材料；所述常规波浪前缘叶片构型基于二维基准叶型产生，所述二维基准叶型前缘点O、弦长c、最大厚度d以及最大厚度所在位置P；所述叶片在二维基准叶型基础上，依据如下余弦函数生成波浪形前缘线：波浪形余弦线主要有振幅A和波长W两个特征参数，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟杰，王星宇，向康深，同航，乔渭阳，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：