CN102312860B

CN102312860B - 一种吸力面抽吸的压气机静子叶片

Info

Publication number: CN102312860B
Application number: CN 201110257608
Authority: CN
Inventors: 刘波; 曹志远; 赵鹏程; 高丽敏; 楚武利
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: CN102312860A

Abstract

一种吸力面抽吸的压气机静子叶片。叶身的吸力面排布有多个抽吸孔和多个静压孔。所述抽吸孔自叶身的前缘至后缘之间均匀排列。所述静压孔的数量与抽吸孔的排数相同。各静压孔自叶身的前缘处向后缘处成一列分布，并位于抽吸孔与叶根或叶尖之间。叶身的内部有与叶冠贯通的真空腔和静压腔。真空腔的数量与抽吸孔的排数相同，静压腔的数量与静压孔的个数相同。叶身内部的各真空腔均与叶冠贯通，使叶身表面的抽吸气体进入真空腔后，通过叶冠排出；叶身内部的各静压腔均与叶冠贯通，使静压孔与叶身内部的静压腔相通，通过叶冠将静压传至压气机外部，通过静压孔测量叶片表面的静压在抽吸前后的变化，以确定叶片表面附面层抽吸对压气机性能的影响。

Description

一种吸力面抽吸的压气机静子叶片

技术领域

本发明涉及一种采用局部抽吸孔布局改善压气机气动性能的吸附式静子叶片，具体是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片。

背景技术

现代高性能航空发动机的发展要求其关键部件压气机具有更高的压比和效率。提高压气机叶栅弯角从而加大气流在压气机叶栅中的转折角是提高压气机压比和负荷的方法之一，但增大弯角常伴随有附面层分离，使得压气机效率和流通能力大幅下降。

1997年，Kerrebrock教授首次提出了吸附式压气机概念，指出通过叶片表面附面层抽吸可以增加气流折转能力和流通能力，并可提高压气机效率。近年来，NASA格林研究中心与麻省理工学院合作，针对吸附式压气机技术展开了系列研究工作，研制了吸附式压气机试验件，并进行了试验验证。从其公布的文献资料看，NASA格林研究中心和麻省理工学院设计的吸附式压气机在每个叶片吸力面沿叶展方向均开单个槽进行附面层抽吸，沿静子轮毂放气，以提高压气机的负荷和效率。

国内的中国科学院、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、中国燃气涡轮研究院等在吸附式压气机方面进行过大量研究。研究指出，附面层吸气孔位置和吸气量对吸附式压气机性能有较大影响。中国科学院的牛玉川在其硕士学位论文《吸附式压气机叶栅的试验研究和分析》中介绍了一种吸附式压气机叶栅，该吸附式叶栅沿全叶高开缝，缝宽1mm，吸气槽内安放外径为3mm内径为2mm的塑料管，对叶栅进行抽气。南京航空航天大学、中国燃气涡轮研究院兰发祥、周拜豪、梁德旺、黄国平等的论文《跨、超声速吸附式压气机平面叶栅试验》介绍了一种跨、超声速吸附式压气机平面叶栅。该压气机叶栅沿叶高方向开缝对叶片吸力面进行抽吸。哈工大陈浮、宋彦萍、陈绍文、陆华伟等的发明专利《吹气或吸气式压气机叶栅试验系统》较详细的介绍了一种吹气或吸气式压气机叶栅试验系统，该系统中的叶片为空心叶片，为沿叶高方向开单个槽实现附面层抽吸。

上述吸附式压气机叶片/叶栅均沿叶高方向开单个槽进行吸气，通过附面层抽吸提高压气机效率。但不同的压气机叶片有不同的最佳吸气位置，同一叶片在不同工况下吸气位置也不尽相同，上述装置需要加工多组叶片/叶栅进行测试，无法通过同一组叶片得到最佳吸气位置，试验过程繁杂；NASA格林研究中心与麻省理工学院研制的吸附式压气机在每个叶片上均开槽，所需的抽吸设备功率较大，耗费资金较多。

发明内容

为克服现有技术中存在的通过单一抽吸孔抽气，需要加工多组吸附式压气机叶片/叶栅、进行多组吸附式压气机试验，以及吸附式压气机在每个静子叶片上均开槽，所需的抽吸设备功率较大，耗费资金较多的不足，本发明提出了一种吸力面抽吸的压气机静子叶片。

本发明包括叶身和叶冠。在叶尖处有固定销。叶身的吸力面排布有多个抽吸孔和多个静压孔。所述抽吸孔自叶身的前缘至后缘之间均匀排列，并且第一排抽吸孔的中心距叶片前缘的距离为10～50％弦长，最后一排抽吸孔的中心距叶片后缘的距离为10～28％弦长。第一列抽吸孔距叶尖的距离为5～50％叶高，最后一列抽吸孔距叶尖的距离为45～95％叶高。抽吸孔的孔径均为1.2～2mm。

所述静压孔的数量与抽吸孔的排数相同。各静压孔自叶身的前缘处向后缘处成一列分布，并位于抽吸孔与叶根或叶尖之间。各静压孔的中心分别与各排抽吸孔的中心位于同一弦向位置；静压孔的中心与相邻抽吸孔的中心之间的距离为2～5mm。

叶身的内部有与叶冠贯通的真空腔和静压腔。其中，真空腔的数量与抽吸孔的排数相同。各真空腔在静子叶片弦向的位置与各排抽吸孔的位置相对应。各真空腔的中心均位于叶根处叶片截面的中线上。所述真空腔的中心线与抽吸孔的中心线相互垂直。各真空腔的一端贯通叶冠，另一端分别与一排抽吸孔中各孔的孔底垂直连通。所述静压腔的数量与静压孔的个数相同。静压腔的中心线与静压孔的中心线相互垂直；所述的各静压腔在叶身弦向的位置分别与各排静压孔的位置相对应。真空腔的中心与静压腔的中心之间的距离为3～4mm。各静压腔自叶根端面沿叶身的叶高方向，向叶尖处延伸，并与分别与一排静压孔的孔底垂直连通。叶冠的表面有与叶身内部各真空腔和各静压腔连通的通孔。

固定销位于叶身的叶尖端。固定销的中心与叶尖截面的中线重合，并位于叶尖截面的30～70％弦长处。

静压孔的直径为0.8～1.5mm；真空腔直径为2mm，静压腔直径均为1mm。固定销端面中部开有与压气机轮毂连接的槽；所述的槽沿叶片的弦向水平分布。

当静压孔位于叶根与抽吸孔之间时，静压腔位于真空腔和叶片吸力面之间；当静压孔位于叶尖与抽吸孔之间时，静压腔位于真空腔和叶片压力面之间。

本发明叶身内部的各真空腔均与叶冠贯通，使叶身表面的抽吸气体进入真空腔后，通过叶冠排出；叶身内部的各静压腔均与叶冠贯通，使静压孔与叶身内部的静压腔相通，通过叶冠将静压传至压气机外部，通过静压孔测量叶片表面的静压在抽吸前后的变化，以确定叶片表面附面层抽吸对压气机性能的影响。

本发明在压气机静子上安装一个或多个一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，仅用一套吸附式压气机静子即可实现多工况、不同抽吸位置的吸附式压气机测试。通过测量静压孔中的静压在抽吸前后变化，得到不同抽吸位置及抽吸流量对压气机流场的影响，寻找到各工况下的最佳抽吸位置及抽吸流量。本发明简捷、有效地实现了压气机静子叶片附面层抽吸，并可大幅节约试验成本。

附图说明

图1是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片的三维视图；

图2是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片的主视图；

图3是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片的俯视图；

图4是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片的左视图；

图5是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片的右视图；

图6是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片的剖视图。图中：

1.叶冠 2.安装孔 3.真空腔 4.静压腔 5.叶身 6.静压孔

7.抽吸孔 8.固定销

具体实施方式

实施例一

本实施例是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，用于对压气机静子叶片吸力面0-50％叶展区域进行附面层抽吸与测试。

如图1所示，本实施例提出的一种吸力面抽吸的压气机静子叶片包括叶身5和叶冠1。在叶尖处有固定销8。叶身5的吸力面分布有35个抽吸孔7和7个静压孔6。

所述抽吸孔7分为7排，自叶身5的前缘至后缘之间均匀排列，并且第一排抽吸孔7的中心距叶片前缘的距离为12％弦长，第7排抽吸孔7的中心距叶片后缘的距离为28％弦长；第一列抽吸孔7距叶尖的距离为5％叶高，第五列抽吸孔7距叶尖的距离为45％叶高。抽吸孔7的孔径均为1.2mm。

所述静压孔6有7个，自叶身5的前缘处向后缘处成一列分布。静压孔6位于叶身5第五列抽吸孔7与叶根之间，并且各静压孔6中心距第五列抽吸孔7中心距离为5mm。7个静压孔6的中心分别与7排抽吸孔7的中心位于同一弦向位置。静压孔6的直径为0.8mm。工作时，通过静压孔6测量叶片表面的静压在抽吸前后的变化，以确定叶片表面附面层抽吸对压气机性能的影响。

如图1、图5～6所示。叶身5的内部有7个真空腔3和7个静压腔4；真空腔3和静压腔4贯通叶冠1。

所述静子叶片内部的真空腔3为圆孔状，直径为2mm，自叶根端面沿叶身5的叶高方向，向叶尖处延伸。各真空腔3在静子叶片弦向的位置与各排抽吸孔7的位置相对应；各真空腔3的中心均位于叶根处叶片截面的中线上。所述真空腔3的中心线与抽吸孔7的中心线相互垂直。各真空腔3的一端均匀叶冠1贯通，另一端分别与一排抽吸孔7中各孔的孔底垂直连通。

叶片内部有7个沿叶片弦向排列的圆孔状静压腔4，自叶根端面沿叶身5的叶高方向，向叶尖处延伸，并与分别与一排静压孔6的孔底垂直贯通。所述的7个静压腔4在叶身弦向的位置分别与各排静压孔6的位置相对应；并且在叶身5厚度方向，各静压腔位于真空腔3和叶片吸力面之间；真空腔3的中心与静压腔4的中心之间的距离为4mm。所述静压腔4的中心线与静压孔6的中心线相互垂直。静压腔4的直径均为1mm。

叶冠1为长方形，位于叶身5的叶根端，并与叶身5相互垂直。叶冠1的表面有与叶身5内部各真空腔3和各静压腔4连通的通孔，使叶身5表面的抽吸气体进入真空腔3后，通过叶冠1排出，并通过叶冠1将静压传至压气机外部。叶冠1的周边外缘处分布有6个安装孔2，用于将叶片固定在压气机机匣内。

固定销8位于叶身5的叶尖端。固定销8的中心与叶尖截面的中线重合，并位于叶尖截面的30％弦长处。固定销8端面中部开有与压气机轮毂连接的槽。所述的槽沿叶片的弦向水平分布。

工作时，分别通过抽吸孔7进行叶片表面附面层抽吸，使叶片表面的低能气体通过抽吸孔7进入真空腔3，再通过真空腔3排出，实现叶片表面的附面层抽吸。7个静压孔6将叶片表面的静压传至静压腔4内，再通过静压腔4传至外部，7个静压孔6同时进行静压测量。

实施例二

本实施例是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，用于对压气机静子叶片吸力面45-100％叶展区域进行附面层抽吸与测试。

如图1所示，本实施例提出的一种吸力面抽吸的压气机静子叶片包括叶身5和叶冠1。在叶尖处有固定销8。叶身5的吸力面分布有25个抽吸孔7和5个静压孔6。

所述抽吸孔7分为5排，自叶身5的前缘至后缘之间均匀排列，并且第一排抽吸孔7的中心距叶片前缘的距离为50％弦长，第5排抽吸孔7的中心距叶片后缘的距离为10％弦长；第一列抽吸孔7距叶尖的距离为50％叶高，第五列抽吸孔7距叶尖的距离为95％叶高。抽吸孔7的孔径均为1.5mm。

所述静压孔6有5个，自叶身5的前缘处向后缘处成一列分布。静压孔6位于叶身5第一列抽吸孔7与叶尖之间，并且静压孔6中心距第一列抽吸孔7中心距离为3mm。5个静压孔6的中心分别与5排抽吸孔7的中心位于同一弦向位置。静压孔6的直径为1mm。工作时，通过静压孔6测量叶片表面的静压在抽吸前后的变化，以确定叶片表面附面层抽吸对压气机性能的影响。

如图1、图5～6所示。叶身5的内部有5个真空腔3和5个静压腔4；真空腔3和静压腔4贯通叶冠1。

所述静子叶片内部真空腔3为圆孔状，直径为2mm，自叶根端面沿叶身5的叶高方向，向叶尖处延伸。各真空腔3在静子叶片弦向的位置与各排抽吸孔7的位置相对应；各真空腔3的中心均位于叶根处叶片截面的中线上。所述真空腔3的中心线与抽吸孔7的中心线相互垂直。各真空腔3的一端贯通叶冠1，另一端分别与一排抽吸孔7中各孔的孔底垂直连通。

叶片内部有5个沿叶片弦向排列的圆孔状静压腔4，自叶根端面沿叶身5的叶高方向，向叶尖处延伸，并与分别与一排静压孔6的孔底垂直贯通。所述的5个静压腔4在叶身弦向的位置分别与各排静压孔6的位置相对应；并且在叶身5厚度方向，各静压腔位于真空腔3和叶片压力面之间；真空腔3的中心与静压腔4的中心之间的距离为3mm。所述静压腔4的中心线与静压孔6的中心线相互垂直。静压腔4的直径均为1mm。

固定销8位于叶身5的叶尖端。固定销8的中心与叶尖截面的中线重合，并位于叶尖截面的50％弦长处。固定销8端面中部开有与压气机轮毂连接的槽。所述的槽沿叶片的弦向水平分布。

工作时，分别通过抽吸孔7进行叶片表面附面层抽吸，使叶片表面的低能气体通过抽吸孔7进入真空腔3，再通过真空腔3排出，实现叶片表面的附面层抽吸。5个静压孔6将叶片表面的静压传至静压腔4内，再通过静压腔4传至外部，5个静压孔6同时进行静压测量。

实施例三

本实施例是一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，用于对压气机静子叶片吸力面20-80％叶展区域进行附面层抽吸与测试。

如图1所示，本实施例提出的一种吸力面抽吸的压气机静子叶片包括叶身5和叶冠1。在叶尖处有固定销8。叶身5的吸力面分布有90个抽吸孔7和9个静压孔6。

所述抽吸孔7分为9排，每排10个，自叶身5的前缘至后缘之间均匀排列，并且第一排抽吸孔7的中心距叶片前缘的距离为10％弦长，第9排抽吸孔7的中心距叶片后缘的距离为15％弦长；第一列抽吸孔7距叶尖的距离为25％叶高，第10列抽吸孔7距叶尖的距离为75％叶高。抽吸孔7的孔径均为2mm。

所述静压孔6有9个，自叶身5的前缘处向后缘处成一列分布。静压孔6位于叶身5第10列抽吸孔7与叶根之间，并且静压孔6中心距最后一列抽吸孔7中心距离为2mm。9个静压孔6的中心分别与9排抽吸孔7的中心位于同一弦向位置。静压孔6的直径为1.5mm。工作时，通过静压孔6测量叶片表面的静压在抽吸前后的变化，以确定叶片表面附面层抽吸对压气机性能的影响。

如图1、图5～6所示。叶身5的内部有9个真空腔3和9个静压腔4；真空腔3和静压腔4贯通叶冠1。

叶片内部有9个沿叶片弦向排列的圆孔状静压腔4，自叶根端面沿叶身5的叶高方向，向叶尖处延伸，并与分别与一排静压孔6的孔底垂直贯通。所述的9个静压腔4在叶身弦向的位置分别与各排静压孔6的位置相对应；并且在叶身5厚度方向，各静压腔位于真空腔3和叶片吸力面之间；真空腔3的中心与静压腔4的中心之间的距离为3.5mm。所述静压腔4的中心线与静压孔6的中心线相互垂直。静压腔4的直径均为1mm。

固定销8位于叶身5的叶尖端。固定销8的中心与叶尖截面的中线重合，并位于叶尖截面的70％弦长处。固定销8端面中部开有与压气机轮毂连接的槽。所述的槽沿叶片的弦向水平分布。

工作时，分别通过抽吸孔7进行叶片表面附面层抽吸，使叶片表面的低能气体通过抽吸孔7进入真空腔3，再通过真空腔3排出，实现叶片表面的附面层抽吸。9个静压孔6将叶片表面的静压传至静压腔4内，再通过静压腔4传至外部，9个静压孔6同时进行静压测量。

Claims

1.一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，其特征在于，

a.所述的吸力面抽吸的压气机静子叶片包括叶身和叶冠；在叶尖处有固定销；叶身的吸力面排布有多个抽吸孔和多个静压孔；所述抽吸孔自叶身的前缘至后缘之间均匀排列，并且第一排抽吸孔的中心距叶片前缘的距离为10～50％弦长，最后一排抽吸孔的中心距叶片后缘的距离为10～28％弦长；第一列抽吸孔距叶尖的距离为5～50％叶高，最后一列抽吸孔距叶尖的距离为45～95％叶高；抽吸孔的孔径均为1.2～2mm；

b.所述静压孔的数量与抽吸孔的排数相同；各静压孔自叶身的前缘处向后缘处成一列分布，并位于抽吸孔与叶根或叶尖之间；各静压孔的中心分别与各排抽吸孔的中心位于同一弦向位置；静压孔的中心与相邻抽吸孔的中心之间的距离为2～5mm；

c.叶身的内部有与叶冠贯通的真空腔和静压腔；其中，真空腔的数量与抽吸孔的排数相同；各真空腔在静子叶片弦向的位置与各排抽吸孔的位置相对应；各真空腔的中心均位于叶根处叶片截面的中线上；所述真空腔的中心线与抽吸孔的中心线相互垂直；各真空腔的一端贯通叶冠，另一端分别与一排抽吸孔中各孔的孔底垂直连通；所述静压腔的数量与静压孔的个数相同；静压腔的中心线与静压孔的中心线相互垂直；所述的各静压腔在叶身弦向的位置分别与各排静压孔的位置相对应；真空腔的中心与静压腔的中心之间的距离为3～4mm；各静压腔自叶根端面沿叶身的叶高方向，向叶尖处延伸，并分别与一排静压孔的孔底垂直连通；

d.叶冠的表面有与叶身内部各真空腔和各静压腔连通的通孔；

e.固定销位于叶身的叶尖端；固定销的中心与叶尖截面的中线重合，并位于叶尖截面的30～70％弦长处。

2.如权利要求1所述一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，其特征在于，静压孔的直径为0.8～1.5mm；真空腔直径为2mm，静压腔直径均为1mm。

3.如权利要求1所述一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，其特征在于，固定销端面中部开有与压气机轮毂连接的槽；所述的槽沿叶片的弦向水平分布。

4.如权利要求1所述一种吸力面抽吸的压气机静子叶片，其特征在于，当静压孔位于叶根与抽吸孔之间时，静压腔位于真空腔和叶片吸力面之间；当静压孔位于叶尖与抽吸孔之间时，静压腔位于真空腔和叶片压力面之间。