进口非线性后掠叶轮制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可用于微小型涡轮喷气发动机的进口非线性后掠叶轮，属于叶片式流体机械领域

【技术实现步骤摘要】
进口非线性后掠叶轮


[0001]本技术涉及后掠叶轮，具体讲是一种可用于微小型涡轮喷气发动机的进口后掠叶轮，属于叶片式流体机械领域
。

技术介绍

[0002]压气机是一种将机械能转化为工质压力能的叶片式流体机械
。
按照工质的流动方向，压气机类型一般可分为轴流式与离心式
。
离心压气机由于其单级压比高
、
稳定工作范围宽
、
结构简单紧凑
、
制造成本低等优点，在微小型涡轮喷气发动机领域得到了越来越多的应用
。
[0003]用于微小型涡轮喷气发动机的离心压气机一般包含离心叶轮
、
径向扩压器与轴向扩压器
。
其中离心叶轮为旋转部件，通过叶片对气流做功，提升气流的压力能与动能；径向扩压器与轴向扩压器为静止部件，将气流的动能部分的转化为压力能，并调整气流方向，便于下游部件
(
下一级压气机或燃烧室
)
利用
。
可见离心叶轮不仅需要承担气动负荷，还需要承担由于高速旋转带来的离心负荷，因此离心叶轮的设计过程中不仅需要关注气动性能，还应关注部件应力水平，使部件整体应力处于安全范围内
。
[0004]但离心叶轮的气动负荷与应力水平往往存在不可调和的矛盾：越高的气动负荷，往往意味着表面积更大
、
扭转更剧烈的叶片，也就意味着更大的叶片应力
。
特别是离心叶轮进口叶片根部，由于此处叶片根尖扭转剧烈，且叶片高度较大，往往是整个离心叶轮叶片应力最大的区域
。
叶片根部应力水平已经成为了制约离心叶轮气动性能提升的重要因素
。
[0005]现有技术中解决气动负荷与应力之间的矛盾的通常手段是更换比强度更高的材料，如将铝合金更换为钛合金，但这往往导致零部件成本的急剧上升，减弱了离心压气机成本低的优势；也会导致零部件质量增加，降低发动机推重比
。
[0006]另一种手段是提高叶轮的进口轮毂比，降低叶片高度，但这会导致叶轮叶尖激波强度增加，叶轮效率与稳定工作范围急剧下降
。

技术实现思路

[0007]本技术所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种在无需更换叶轮材料，以及保证叶片气动性能不降低的前提下，能降低叶片根部应力的进口非线性后掠叶轮
。
[0008]通过分析叶片受力模型，可将叶片简化为一悬臂梁结构，若要减小悬臂梁根部应力，就应减小悬臂梁伸出部分的质量
。
鉴于此本技术采用进口后掠叶轮，即削减了进口区域部分叶片
。
[0009]但由于沿流向
(
气流流动方向
)
，不论是根尖，叶片角度是逐渐减小的
(
如图4所示
)
，削减越多，叶片前缘角度越小，气流攻角也就越大，而过大的攻角会导致压气机在高转速性能恶化
。
因此后掠叶片设计不可避免的会带来一定程度的气动性能恶化
。
[0010]线性后掠叶轮的叶片前缘为一直线，前缘与轴向呈一固定夹角，叶根不削减，叶尖
削减量最大
。
而随着叶片高度增加，气流相对速度增加，相比于叶根，叶尖的削减对叶轮气动性能影响更大，因此线性后掠叶轮的性能较差
。
[0011]为了解决上述技术问题，本技术提供的进口非线性后掠叶轮，包括轮盘
、
交错均布于轮盘上的大叶片和小叶片；
[0012]所述大叶片为进口非线性后掠叶片
。
[0013]本技术的有益效果在于：与线性后掠叶片不同的是，非线性后掠叶片的前缘为曲线，在保证总的相同削减量的前提下
(
保证根部应力处于相同水平
)
，在对气动性能影响较大的区域
(
叶尖区域
)
减小了的削减量，而在对气动性能影响较小的区域
(
叶中区域
)
增大了削减量，因此相比于线性后掠叶轮，非线性后掠叶轮提高了气动性能，保证叶轮正常的效率与稳定工作范围
。
[0014]本技术中，所述大叶片的前缘型线采用二阶贝塞尔曲线，贝塞尔曲线三个控制点及其坐标分别为叶根点
P0(Z0,R0)、
中间点
P1(Z1,R1)
与叶尖点
P2(Z2,R2)。
将
P2
点
、P3
点在轴向方向的距离与无后掠叶片前缘叶高的比值，即
(Z2‑
Z0)/(R3‑
R0)
，定义为后掠幅度，将
P1
点
、P0
点在径向方向的距离与无后掠叶片前缘叶高的比值，即
(R1‑
R0)/(R3‑
R0)
定义为
P1
点的相对高度
。
[0015]从兼顾叶片根部应力与叶轮气动性能的角度，本技术中，所述大叶片的后掠幅度取值范围为
0.05
～
0.1
，所述
P1
点的相对高度取值范围为
0.45
～
0.55。
[0016]本技术中，所述大叶片为直纹叶片，其仅相当于常规无后掠直纹叶片削减掉进口部分区域，可采用与常规无后掠直纹叶片相同的加工方式，不会增加加工成本
。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，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
。
[0018]图1为进口非线性后掠叶轮结构示意图；
[0019]图2为进口非线性后掠叶轮子午剖面示意图；
[0020]图3为叶片子午面前缘贝塞尔曲线及其控制点示意图；
[0021]图4为叶片角度沿流向的分布图
。
[0022]图中，1‑
大叶片
、2
‑
小叶片
、3
‑
轮盘
、11
‑
叶根型线
、12
‑
无后掠叶片前缘型线
、13
‑
叶尖型线
、121
‑
非线性后掠前缘型线
、122
‑
线性后掠前缘型线
。
具体实施方式
[0023]为使本技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种进口非线性后掠叶轮，包括轮盘，其特征在于：还包括交错均布于轮盘上的大叶片和小叶片；所述大叶片为进口非线性后掠叶片
。2.
根据权利要求1所述的进口非线性后掠叶轮，其特征在于：所述大叶片的前缘型线采用二阶贝塞尔曲线描述
。3.
根据权利要求1或2所述的进口非线性后掠叶轮，其特征在于：所述大叶片的后掠幅度取值范围为
0.05
～
0.1。4.
根据权利要求3所述的进口非线性后掠叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小龙，郭伟，陈敏，卢坤林，
申请(专利权)人：融通航空发动机科技有限公司，
类型：新型
国别省市：