CN103615414B

CN103615414B - 一种具有径向分叉叶片的风扇整流器及其设计方法

Info

Publication number: CN103615414B
Application number: CN201310596821.1A
Authority: CN
Inventors: 卢新根; 张燕峰; 赵胜丰; 朱俊强
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: CN103615414A

Abstract

本发明公开了一种具有径向分叉叶片的风扇整流器及其设计方法，属于航空发动机风扇技术领域，其关键在于在风扇整流器采用了一种具有径向分叉的叶片布局。该发明可直接用于大涵道比涡扇发动机风扇，实现风扇整流器叶片径向稠度可变，在保证整流器叶片根部稠度不变的前提下增加大涵道比涡扇发动机尖部稠度，控制风扇顶部区域流动分离，有效提高风扇的气动性能。

Description

一种具有径向分叉叶片的风扇整流器及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种具有径向分叉叶片布局的风扇整流器及其设计方法，能够实现整流器叶片径向稠度可变，控制风扇整流器顶部区域流动分离，大幅度提高风扇气动性能，特别适用于大涵道比涡扇发动机。

背景技术

风扇是涡扇发动机最核心、设计难度最高的核心部件之一，提高风扇单级压比，降低结构重量是提高航空发动机推重的有效途径。叶片稠度对于风扇/压气机性能具有显著的影响，叶片太多，叶片表面面积增大会导致压气机损失增加、堵塞加剧、流量减小，恶化风扇/压气机性能；而如果叶片过少，则叶片负荷增加，风扇/压气机内部容易出现流动分离，同样会降低风扇/压气机的性能，因此，对于某特定的风扇或者压气机来说，通常存在一个最佳叶片数（稠度）。一般情况下，增加叶片稠度能够有效降低压气机气动负荷，控制压气机内部气流流动分离，保证叶片排有较大的气流折转角。为了追求更高的经济性（高效率、低燃油消耗率等）和环境友好性（低排放、低噪音等），现代高性能民用涡扇发动机通常采用较高的涵道比，使得风扇整流器叶片叶根与叶尖的半径差越来越大，如果采用常规的整流器叶片布局，将使得同样的叶片数下叶根稠度和叶尖稠度存在较大差别，为满足风扇整流器叶片尖部稠度要求（选择较大的稠度来控制整流器内部流动分离，实现较大的气流转折角）而选的叶片数会造成根部的大稠度，导致在小尺寸整流器轮盘上叶片排列困难，同时恶化风扇整流器叶片根部气动性能。因此，亟需探索一种能够兼顾大涵道比涡扇发动机风扇整流器叶根和叶尖稠度要求，提高风扇整流器气动性能的措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理，够兼顾大涵道比涡扇发动机风扇整流器叶片根部和尖部稠度要求的新型叶片布局。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有径向分叉叶片的风扇整流器，由风扇整流器内环、风扇整流器外环和风扇整流器叶片组成，适用于大涵道比涡扇发动机风扇，其特征是：所述风扇整流器内环与整流器外环之间均布有多个风扇整流器叶片；每个所述风扇整流器叶片在空间上呈径向分叉的叶片布局，包括至少两个分叉叶片，所述至少两个分叉叶片在所述风扇整流器叶片中下部的叶高范围内具有完全相同的周向倾角，在所述风扇整流器叶片中下部以上的叶高范围具有不同的周向倾角；所述至少两个分叉叶片在具有相同周向倾角的部分焊接并完全贴合在一起形成一体结构，该一体结构构成了所述风扇整流器叶片的叶根部分，所述叶根部分同所述风扇整流器内环连接，每个分叉叶片的叶尖部分分别同所述整流器外环连接。

本发明所述风扇整流器叶片包括两个分叉叶片，所述两个分叉叶片在所述风扇整流器叶片中下部以上的叶高范围具有方向相反但大小相同的周向倾角。

本发明中，每个所述整流器叶片的分叉叶片在所述风扇整流器叶片的0%～40%叶高范围内具有完全相同的周向倾角，在所述风扇整流器叶片40%～100%的叶高范围具有不同的周向倾角。

本发明所述整流器叶片的两片分叉叶片在0%～40%叶高范围具有完全相同的周向倾角θ，所述整流器叶片的两片分叉叶片在40%～100%叶高范围具有方向相反但大小相同周向倾角。

本发明中，所有的分叉叶片在空间上沿周向均匀地布置在所述风扇整流器内环与整流器外环之间，所有的分叉叶片的叶尖部分与所述整流器外环连接，相邻两分叉叶片之间的夹角相等；每个所述整流器叶片的两片分叉叶片在0%～40%叶高范围内的周向倾角为0度，所述整流器叶片的两片分叉叶片在60%～100%叶高范围内沿周向分别朝叶片吸力面和压力面倾斜了θ度，θ为360/叶顶分叉叶片数，所述整流器叶片的两片分叉叶片在40%～60%叶高范围内周向倾角由0度均匀增加至θ度。

本发明所述整流器叶片采用双圆弧或者多圆弧叶型设计，所述风扇整流器叶片40%～100%叶高范围叶片数是0%～40%叶高范围叶片数的2倍。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种具有径向分叉叶片的的风扇整流器设计方法，其特征在于，首先按照传统风扇设计方法完成常规整流器叶片设计，设计中采用双圆弧或者多圆弧叶型，采用径向积叠方式（周向倾斜角为0度）；然后调整叶片积叠线径向分布，将整流器叶片在60%～100%叶高范围分别朝叶片吸力面和压力面倾斜θ度（θ=360/叶顶叶片数），同时使整流器叶片40%～60%叶高范围内倾角由0度均匀增加至θ度，不同叶高之间采用抛物线光滑过渡保证叶片光滑，形成两片具有不同径向倾角分布的叶片；最后将两片叶片沿0%～40%叶高范围焊接在一起，形成一种径向分叉结构布局。

与传统风扇相比，本发明能够兼顾大涵道比涡扇发动机风扇整流器叶片根部和尖部稠度合理要求，在保大涵道比涡扇发动机整流器叶片根部合理的前提下提高风扇整流器叶片尖部稠度，控制风扇整流器叶顶区域流动分离，有效提高风扇气动性能。

附图说明

图1为本发明的带径向分叉叶片的风扇整流器三维示意图。

图2为本发明的带径向分叉叶片的风扇整流器叶片周向倾角沿叶高分布。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本实施例用于大涵道比涡扇发动机风扇的整流器由整流器内环1、整流器叶片和整流器外环4组成。每个风扇整流器叶片在空间上呈径向分叉的叶片布局，包括分叉叶片2、分叉叶片3。为了有效控制整流器尖部气流分离，同时不过分增加整流器叶片根部稠度（难于加工，并会恶化风扇整流器根部附近性能），在风扇整流器内环1与整流器外环4之间均布有一定数量由分叉叶片2和分叉叶片3组成的具有径向分叉的整流器叶片叶片布局。

图2示出了本发明的带径向分叉叶片的风扇整流器叶片周向倾角沿叶高分布。其中分叉叶片2在0%～40%叶高范围周向倾角为0度，在60%～100%叶高范围朝叶片压力面倾斜了θ度（θ=360/叶顶叶片数），在40%～60%叶高范围内倾角由0度均匀增加至θ度；分叉叶片3在0%～40%叶高范围周向倾角为0度，在60%～100%叶高沿周向朝叶片吸力倾斜了θ度（θ=360/叶顶叶片数），在40%～60%叶高范围内倾角由0度均匀增加至θ度；将两片两片具有不同径向倾角分布的分叉叶片2、3沿0%～40%叶高范围焊接在一起，形成一种径向分叉的叶片布局，从而使得风扇整流器40%～100%叶高范围叶片数是0%～40%叶高范围叶片数的2倍。

综上所述，本发明可直接用于大涵道比涡扇发动机风扇，兼顾大涵道比涡扇发动机风扇整流器叶片叶根和叶尖稠度要求，在保大涵道比涡扇发动机整流器叶片根部合理的前提下提高风扇整流器叶片尖部稠度，控制风扇整流器叶顶区域流动分离，有效提高风扇气动性能。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有径向分叉叶片的风扇整流器，由风扇整流器内环、风扇整流器外环和风扇整流器叶片组成，适用于大涵道比涡扇发动机风扇，其特征是：所述风扇整流器内环与整流器外环之间均布有多个风扇整流器叶片；每个所述风扇整流器叶片在空间上呈径向分叉的叶片布局，包括至少两个分叉叶片，所述至少两个分叉叶片在所述风扇整流器叶片中下部的叶高范围内具有完全相同的周向倾角，即在所述风扇整流器叶片的0％～40％叶高范围内具有完全相同的周向倾角，在所述风扇整流器叶片中下部以上的叶高范围具有不同的周向倾角，即在所述风扇整流器叶片40％～100％的叶高范围具有不同的周向倾角；所述至少两个分叉叶片在具有相同周向倾角的部分焊接并完全贴合在一起形成一体结构，该一体结构构成了所述风扇整流器叶片的叶根部分，所述叶根部分同所述风扇整流器内环连接，每个分叉叶片的叶尖部分分别同所述整流器外环连接。

2.根据权利要求1所述的具有径向分叉叶片的风扇整流器，其特征是：所述风扇整流器叶片包括两个分叉叶片，所述两个分叉叶片在所述风扇整流器叶片中下部以上的叶高范围具有方向相反但大小相同的周向倾角，即在所述风扇整流器叶片40％～100％的叶高范围具有方向相反但大小相同的周向倾角。

3.根据权利要求2所述的具有径向分叉叶片的风扇整流器，其特征是：所述整流器叶片的两片分叉叶片在0％～40％叶高范围具有完全相同的周向倾角θ，所述整流器叶片的两片分叉叶片在40％～100％叶高范围具有方向相反但大小相同周向倾角。

4.根据权利要求2或3所述的具有径向分叉叶片的风扇整流器，其特征是：所有的分叉叶片在空间上沿周向均匀地布置在所述风扇整流器内环与整流器外环之间，所有的分叉叶片的叶尖部分与所述整流器外环连接，相邻两分叉叶片之间的夹角相等；每个所述整流器叶片的两片分叉叶片在0％～40％叶高范围内的周向倾角为0度，所述整流器叶片的两片分叉叶片在60％～100％叶高范围内沿周向分别朝叶片吸力面和压力面倾斜了θ度，其中θ＝360/叶顶叶片数，所述整流器叶片的两片分叉叶片在40％～60％叶高范围内周向倾角由0度均匀增加至θ度。

5.根据权利要求1所述的具有径向分叉叶片的风扇整流器，其特征是：所述整流器叶片采用双圆弧或者多圆弧叶型。

6.权利要求1至5任一项所述的具有径向分叉叶片的风扇整流器的设计方法，其特征是：首先按照传统风扇设计方法完成常规整流器叶片设计，设计中采用径向积叠方式，叶片的周向倾角为0度；然后调整叶片的积叠线径向分布，使整流器叶片在60％～100％叶高范围分别朝叶片吸力面和压力面倾斜θ度，其中θ＝360/叶顶叶片数，同时使整流器叶片40％～60％叶高范围内倾角由0度均匀增加至θ度，不同叶高之间采用抛物线光滑过渡保证叶片光滑；最后将两片叶片沿0％～40％叶高范围焊接在一起，形成一种径向分叉结构布局。