CN103321960B - 一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片 - Google Patents

Abstract

一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，叶片叶身为内部有真空腔的空心叶片。所述真空腔的形状与叶身的形状相同。在叶身的吸力面分布有3～5排与叶身内部的真空腔贯通的抽吸槽。在固定螺栓内有沿该固定螺栓轴向贯通的抽吸孔，并且该抽吸孔与叶身内部的真空腔贯通。本发明中，叶片吸力面附面层内的低能流体由各排抽吸槽抽吸进入真空腔，并通过抽吸孔排出，从而减弱甚至消除因叶片弯角过大产生的吸力面附面层的分离，提高压气机的负荷和效，同时也满足了不同工况下吸力面附面层抽吸的实际需要。

Description

一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片

技术领域

本发明涉及一种吸附式压气机静子叶片，具体是一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片。

背景技术

当代高性能航空发动机发展的关键技术之一就是高效率、高负荷压气机的设计。通过增加压气机叶片弯角来提高气流在叶栅通道内的折转程度是提高压气机负荷的有效手段之一，但由于高负荷压气机叶栅通道内存在较强的逆压力梯度，因此叶片弯角过大将往往导致叶片吸力面附面层的严重分离，从而使得压气机效率大幅下降。

德国物理学家普朗特早在1904年就曾提出用吸除附面层的办法来抑制气流分离的流动控制概念。上世纪九十年代末，NASA格林研究中心与麻省理工学院合作，针对这一流动控制技术开展了一系列研究工作，其中，麻省理工学院的Kerrebrock教授首次明确提出了“吸附式压气机”的概念，并进行了流动机理、设计技术和应用研究，同时借助吸附式压气机试验件对这一设计技术进行了试验验证。相关资料表明，NASA格林研究中心与麻省理工学院设计的吸附式压气机是在叶片吸力面上沿叶展开单个线性抽吸槽进行附面层抽吸，以提高压气机的负荷和效率。2004年，瑞士联邦理工学院的Hubrich以一跨声速压气机转子叶片为研究对象，在其吸力面距前缘44%弦长和53%弦长处分别沿叶展开一线性抽吸槽，并以2%的抽吸量对叶片吸力面附面层进行抽吸。

国内的中国科学院、南京航空航天大学、中国燃气涡轮研究院、哈尔滨工业大学等在吸附式压气机方面进行过大量的试验研究。中国科学院工程热物理研究所牛玉川、朱俊强、聂超群、葛正威等的论文《吸附式亚声速压气机叶栅气动性能实验及分析》中介绍了一种亚声速压气机叶栅，该吸附式叶栅在吸力面距前缘30%弦长处沿全叶高开一宽为1mm的抽吸槽，槽内埋入外径为3mm、内径为2mm的软管，对叶栅进行抽吸。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。该吸附式平面叶栅沿叶展开缝对叶片吸力面进行抽吸。哈尔滨工业大学陈浮、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》详细地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，沿叶展开单个槽实现叶片表面附面层的抽吸。

上述吸附式压气机叶片/叶栅均沿叶展开单个线性抽吸槽进行吸气，通过附面层抽吸提高压气机效率。但实际上对于同一叶片，吸力面附面层分离位置沿叶展一般并不是线性变化，即抽吸位置沿叶展并不是线性分布；同时在不同工况下抽吸位置沿轴向也不尽相同。可见，单纯地沿叶展开单个线性抽吸槽已满足不了实际的需要。

发明内容

为克服现有技术中沿叶展开单一线性抽吸槽抽吸在实际应用中带来的不足，本发明提出了一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片。

本发明包括叶身、叶冠以及叶冠上方的固定螺栓。所述叶身为内部有真空腔的空心叶片。所述真空腔的形状与叶身的形状相同，该真空腔展向的起始点距叶尖的距离为1%叶展、终止于叶根处；所述真空腔的壁厚t₁为0.8～1.2mm。在叶身的吸力面分布有3～5排与叶身内部的真空腔贯通的抽吸槽。固定螺栓位于所述叶冠上方，在固定螺栓内有沿该固定螺栓轴向贯通的抽吸孔，并且该抽吸孔与叶身内部的真空腔贯通，所述抽吸孔的直径为3～5mm。所述固定螺栓4的中心轴与叶冠的几何中心相重合。

所述各排抽吸槽自叶身的前缘至后缘之间沿弦向均匀排列，且各排抽吸槽之间的弦向距离相等。

所述各排抽吸槽之间的弦向距离Z₂为9～15%弦长，各排抽吸槽的起始点距叶尖的距离H₁为5～50%叶展，终止点距叶根的距离H₂为5～50%叶展，且各排抽吸槽的起始点和终止点在弦向方向上处于同一弦长位置。所述各排抽吸槽展向的中心线自起始点到终止点沿叶展方向成半周期的正弦曲线变化；其正弦曲线为其中，H₃为抽吸槽的起始点到终止点的展向距离；Z₁为正弦曲线的最大幅值；H为正弦曲线在HOZ坐标系中H轴的坐标值，且0≤H≤H₃；Z为正弦曲线在HOZ坐标系中Z轴的坐标值；正弦曲线的最大幅值Z₁取为5～15%弦长。第一排抽吸槽的最大幅值点距叶身前缘的距离为10～50%弦长，最后一排抽吸槽的起始点与终止点距叶身后缘的距离为15～40%弦长。在水平方向上，所述抽吸槽的宽度t₂为0.8～1.2mm，抽吸槽的开槽方向与叶身吸力面当地法方向的夹角α为－45°～45°。

所述HOZ坐标系中H轴的正方向为自叶尖到叶根的展向方向，HOZ坐标系中Z轴的正方向为自后缘到前缘的弦向方向，HOZ坐标系中的原点O为抽吸槽的起始

本发明叶身内部的真空腔分别与叶身吸力面各排抽吸槽以及固定螺栓内部的抽吸孔贯通，使叶片吸力面附面层内的低能流体由各排抽吸槽抽吸进入真空腔，并通过抽吸孔排出，从而减弱甚至消除因叶片弯角过大产生的吸力面附面层的分离，提高压气机的负荷和效率。同时，本发明在叶片吸力面上开多排非线性抽吸槽不仅可以实现抽吸位置沿叶展非线性分布，而且也满足不同工况下吸力面附面层抽吸的实际需要。

本发明通过在叶片吸力面上开多排非线性抽吸槽不仅实现抽吸位置沿叶展非线性分布，而且也满足不同工况下吸力面附面层抽吸的实际需要。

附图说明

图1是本发明的三维视图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的俯视图；

图4a是图2的A-A剖视图；

图4b是图4a中C区的局部放大图；

图5是图3的B-B剖视图。图中：

1.抽吸槽；2.叶身；3.叶冠；4.固定螺栓；5.抽吸孔；6.安装孔；7.真空腔；8.叶根；9.前缘；10.叶尖；11.后缘。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，用于对压气机静子叶片在吸力面25～75%叶展区域内进行附面层抽吸。

如图1所示，本实施例包括叶身2、叶冠3以及叶冠上方的固定螺栓4。在叶身2的吸力面分布有多排抽吸槽1。

如图4～5所示，所述叶身2为内部有真空腔7的空心叶片。所述真空腔7的形状与叶身2的形状相同，该真空腔7展向的起始点距叶尖10的距离为1%叶展、终止于叶根8处；所述真空腔7的壁厚t₁为0.8mm。

如图2所示，叶身2的吸力面分布有5排抽吸槽1。所述各排抽吸槽1的形状相同，自叶身2的前缘9至后缘11之间沿弦向均匀排列，且各排抽吸槽1之间的弦向距离相等，并与叶身2内部的真空腔7贯通。本实施例中，所述各排抽吸槽1之间的弦向距离Z₂为13%弦长，各排抽吸槽1的起始点距叶尖10的距离H₁为25%叶展，终止点距叶根8的距离H₂为25%叶展，且各排抽吸槽1的起始点和终止点在弦向方向上处于同一弦长位置。所述各排抽吸槽1展向的中心线自起始点到终止点沿叶展方向成半周期的正弦曲线变化；其正弦曲线为其中，H₃为抽吸槽1的起

始点到终止点的展向距离；Z₁为正弦曲线的最大幅值；H为正弦曲线在HOZ坐标系中H轴的坐标值，且0≤H≤H₃；Z为正弦曲线在HOZ坐标系中Z轴的坐标值；所述HOZ坐标系中H轴的正方向为自叶尖10到叶根8的展向方向，HOZ坐标系中Z轴的正方向为自后缘11到前缘9的弦向方向，HOZ坐标系中的原点O为抽吸槽1的起始点；本实施例中，正弦曲线的最大幅值Z₁取为13%弦长。第一排抽吸槽的最大幅值点距叶身2前缘9的距离为10%弦长，最后一排抽吸槽的起始点与终止点距叶身2后缘11的距离为25%弦长。如图4所示，在水平方向上，所述抽吸槽1的宽度t₂为0.8mm，抽吸槽1的开槽方向与叶身2吸力面当地法方向的夹角α为45°。

所述叶冠3为长方形，位于叶身2的叶根8处，并与叶身2相互垂直。叶冠3的周边外缘分布有4个安装孔6，用于将叶片安装在压气机的机匣内。

在所述叶冠3上方有固定螺栓4，所述固定螺栓4的中心线垂直于叶冠3的表面，并与叶片弦长方向的中心线相重合。所述固定螺栓4内有轴向的贯通孔，该贯通孔与叶身2内部的真空腔7贯通，形成了抽吸孔5，使由各排抽吸槽1抽吸进入真空腔7的抽吸气体通过抽吸孔5排出，本实施例中，所述抽吸孔5的直径为5mm。所述固定螺栓4与压气机的机匣相配合对叶片进行固定，固定螺栓4上部的螺纹用于连接抽吸管。

工作时，通过叶身2吸力面的各排抽吸槽1进行叶片吸力面附面层的抽吸，将吸力面附面层内的低能流体通过抽吸槽1抽吸进入叶身2内部的真空腔7，最后通过抽吸孔5排出，实现叶片吸力面附面层抽吸。

实施例2

本实施例是一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，用于对压气机静子叶片在吸力面5～50%叶展区域内进行附面层抽吸。

如图1所示，本实施例包括叶身2、叶冠3以及叶冠上方的固定螺栓4。在叶身2的吸力面分布有多排抽吸槽1。

如图4～5所示，所述叶身2为内部有真空腔7的空心叶片。所述真空腔7的形状与叶身2的形状相同，该真空腔7展向的起始点距叶尖10的距离为1%叶展、终止于叶根8处；所述真空腔7的壁厚t₁为1.0mm。

如图2所示，叶身2的吸力面分布有4排抽吸槽1。所述各排抽吸槽1的形状相同，自叶身2的前缘9至后缘11之间沿弦向均匀排列，且各排抽吸槽1之间的弦向距离相等，并与叶身2内部的真空腔7贯通。本实施例中，所述各排抽吸槽1之间的弦向距离Z₂为9%弦长，各排抽吸槽1的起始点距叶尖10的距离H₁为5%叶展，终止点距叶根8的距离H₂为50%叶展，且各排抽吸槽1的起始点和终止点在弦向方向上处于同一弦长位置。所述各排抽吸槽1展向的中心线自起始点到终止点沿叶展方向成半周期的正弦曲线变化；其正弦曲线为其中，H₃为抽吸槽1的起始

点到终止点的展向距离；Z₁为正弦曲线的最大幅值；H为正弦曲线在HOZ坐标系中H轴的坐标值，且0≤H≤H₃；Z为正弦曲线在HOZ坐标系中Z轴的坐标值；所述HOZ坐标系中H轴的正方向为自叶尖10到叶根8的展向方向，HOZ坐标系中Z轴的正方向为自后缘11到前缘9的弦向方向，HOZ坐标系中的原点O为抽吸槽1的起始点；本实施例中，正弦曲线的最大幅值Z₁取为15%弦长。第一排抽吸槽的最大幅值点距叶身2的前缘9为18%弦长，最后一排抽吸槽的起始点与终止点距叶身2的后缘11为40%弦长。如图4所示，在水平方向上，所述抽吸槽1的宽度t₂为1.0mm，抽吸槽1的开槽方向与叶身2吸力面当地法方向的夹角α为0°。

所述叶冠3为长方形，位于叶身2的叶根8处，并与叶身2相互垂直。叶冠3的周边外缘分布有4个安装孔6，用于将叶片安装在压气机的机匣内。

在所述叶冠3上方有固定螺栓4，所述固定螺栓4的中心线垂直于叶冠3的表面，并与叶片弦长方向的中心线相重合。所述固定螺栓4内有轴向的贯通孔，该贯通孔与叶身2内部的真空腔7贯通，形成了抽吸孔5，使由各排抽吸槽1抽吸进入真空腔7的抽吸气体通过抽吸孔5排出，本实施例中，所述抽吸孔5的直径为4mm。所述固定螺栓4与压气机的机匣相配合对叶片进行固定，固定螺栓4上部的螺纹用于连接抽吸管。

工作时，通过叶身2吸力面的各排抽吸槽1进行叶片吸力面附面层的抽吸，将吸力面附面层内的低能流体通过抽吸槽1抽吸进入叶身2内部的真空腔7，最后通过抽吸孔5排出，实现叶片吸力面附面层抽吸。

实施例3

本实施例是一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，用于对压气机静子叶片在吸力面50～95%叶展区域内进行附面层抽吸。

如图1所示，本实施例包括叶身2、叶冠3以及叶冠上方的固定螺栓4。在叶身2的吸力面分布有多排抽吸槽1。

如图4～5所示，所述叶身2为内部有真空腔7的空心叶片。所述真空腔7的形状与叶身2的形状相同，该真空腔7展向的起始点距叶尖10的距离为1%叶展、终止于叶根8处；所述真空腔7的壁厚t₁为1.2mm。

如图2所示，叶身2的吸力面分布有3排抽吸槽1。所述各排抽吸槽1的形状相同，自叶身2的前缘9至后缘11之间沿弦向均匀排列，且各排抽吸槽1之间的弦向距离相等，并与叶身2内部的真空腔7贯通。本实施例中，所述各排抽吸槽1之间的弦向距离Z₂为15%弦长，各排抽吸槽1的起始点距叶尖10的距离H₁为50%叶展，终止点距叶根8的距离H₂为5%叶展，且各排抽吸槽1的起始点和终止点在弦向方向上处于同一弦长位置。所述各排抽吸槽1展向的中心线自起始点到终止点沿叶展方向成半周期的正弦曲线变化；其正弦曲线为其中，H₃为抽吸槽1的起始

点到终止点的展向距离；Z₁为正弦曲线的最大幅值；H为正弦曲线在HOZ坐标系中H轴的坐标值，且0≤H≤H₃；Z为正弦曲线在HOZ坐标系中Z轴的坐标值；所述HOZ坐标系中H轴的正方向为自叶尖10到叶根8的展向方向，HOZ坐标系中Z轴的正方向为自后缘11到前缘9的弦向方向，HOZ坐标系中的原点O为抽吸槽1的起始点；本实施例中，正弦曲线的最大幅值Z₁取为5%弦长。第一排抽吸槽的最大幅值点距叶身2的前缘9为50%弦长，最后一排抽吸槽的起始点与终止点距叶身2的后缘11为15%弦长。如图4所示，在水平方向上，所述抽吸槽1的宽度t₂为1.2mm，抽吸槽1的开槽方向与叶身2吸力面当地法方向的夹角α为-45°。

所述叶冠3为长方形，位于叶身2的叶根8处，并与叶身2相互垂直。叶冠3的周边外缘分布有4个安装孔6，用于将叶片安装在压气机的机匣内。

在所述叶冠3上方有固定螺栓4，所述固定螺栓4的中心线垂直于叶冠3的表面，并与叶片弦长方向的中心线相重合。所述固定螺栓4内有轴向的贯通孔，该贯通孔与叶身2内部的真空腔7贯通，形成了抽吸孔5，使由各排抽吸槽1抽吸进入真空腔7的抽吸气体通过抽吸孔5排出，本实施例中，所述抽吸孔5的直径为3mm。所述固定螺栓4与压气机的机匣相配合对叶片进行固定，固定螺栓4上部的螺纹用于连接抽吸管。

工作时，通过叶身2吸力面的各排抽吸槽1进行叶片吸力面附面层的抽吸，将吸力面附面层内的低能流体通过抽吸槽1抽吸进入叶身2内部的真空腔7，最后通过抽吸孔5排出，实现叶片吸力面附面层抽吸。

Claims (5)

1.一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，其特征在于，包括叶身、叶冠以及叶冠上方的固定螺栓；所述叶身为内部有真空腔的空心叶片；所述真空腔的形状与叶身的形状相同，该真空腔展向的起始点距叶尖的距离为1％叶展、终止于叶根处；所述真空腔的壁厚t₁为0.8～1.2mm；在叶身的吸力面分布有3～5排与叶身内部的真空腔贯通的抽吸槽；固定螺栓位于所述叶冠上方，在固定螺栓内有沿该固定螺栓轴向贯通的抽吸孔，该抽吸孔与叶身内部的真空腔贯通。

2.如权利要求1所述一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，其特征在于，所述各排抽吸槽自叶身的前缘至后缘之间沿弦向均匀排列，且各排抽吸槽之间的弦向距离相等。

3.如权利要求1所述一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，其特征在于，所述各排抽吸槽之间的弦向距离Z₂为9～15％弦长，各排抽吸槽的起始点距叶尖的距离H₁为5～50％叶展，终止点距叶根的距离H₂为5～50％叶展，且各排抽吸槽的起始点和终止点在弦向方向上处于同一弦长位置；所述各排抽吸槽展向的中心线自起始点到终止点沿叶展方向成半周期的正弦曲线变化；其正弦曲线为其中，H₃为抽吸槽的起始点到终止点的展向距离；Z₁为正弦曲线的最大幅值；H为正弦曲线在HOZ坐标系中H轴的坐标值，且0≤H≤H₃；Z为正弦曲线在HOZ坐标系中Z轴的坐标值；正弦曲线的最大幅值Z₁取为5～15％弦长；第一排抽吸槽的最大幅值点距叶身前缘的距离为10～50％弦长，最后一排抽吸槽的起始点与终止点距叶身后缘的距离为15～40％弦长；在水平方向上，所述抽吸槽的宽度t₂为0.8～1.2mm，抽吸槽的开槽方向与叶身吸力面当地法方向的夹角α为－45°～45°。

4.如权利要求2所述一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，其特征在于，所述固定螺栓的中心线垂直于叶冠的表面，并与叶片弦长方向的中心线相重合；所述抽吸孔的孔径为3～5mm。

5.如权利要求3所述一种吸力面有抽吸槽的压气机静子叶片，其特征在于，所述HOZ坐标系中H轴的正方向为自叶尖到叶根的展向方向，HOZ坐标系中Z轴的正方向为自后缘到前缘的弦向方向，HOZ坐标系中的原点O为抽吸槽的起始点。