CN106437860A - 一种冲压空气涡轮叶片 - Google Patents

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张冬雨
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Jincheng Nanjing Electromechanical Hydraulic Pressure Engineering Research Center Aviation Industry Corp of China
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades

Abstract

本发明属于涡轮叶片设计技术，具体涉及一种飞机冲压空气涡轮叶片。本发明冲压空气涡轮叶片叶尖处增加了一片矩形扰流板，叶片通过一体化成型，叶片主体和叶尖扰流板过渡部分有倒圆角。本发明冲压空气涡轮叶片通过扰流板设计，能抑制旋转叶尖漩涡，改善叶尖处表面压力分布，有效减小冲压空气涡轮叶尖损失，提高功率提取效率，且结构简单，可靠性高，便于实现，具有较大的实际应用价值。

Description

一种冲压空气涡轮叶片
技术领域
本发明属于涡轮叶片设计技术，具体涉及一种飞机冲压空气涡轮叶片。
背景技术
冲压空气涡轮系统为飞机应急能源，当飞机处于应急状态时，可吸收冲压空气的能量并转化为应急液压能或应急电能。由于适航要求，绝大部分民用飞机都安装了冲压空气涡轮系统。
叶片是冲压空气涡轮系统的能量提取单元，目前主流的冲压空气涡轮均采用两叶片式设计，由于具有转速高、展弦比小的特点，叶片在叶尖处的气动损失很大，使得能量提取效率不高，尤其是当大尖速比情况下(对应于低来流速度)，提取效率显著降低，而实际工作包线中的严酷点恰恰出现在大尖速比情况。因此，若能有效提升冲压空气涡轮叶片功率提取效率，则可在达到同样的功率需求的前提下，减小系统尺寸及总重量，可使系统安装更加灵活，同时也提高了飞机的经济型。
发明内容
本发明的目的：设计一种能够有效降低冲压空气涡轮叶尖损失、提高能量提取效率，同时不显著增加叶片重量的新型冲压空气涡轮叶片。
本发明的技术方案：一种冲压空气涡轮叶片，其在叶片主体的叶尖外侧设置有扰流板。
所述叶片主体和扰流板连接处有倒圆角。
所述叶片主体和扰流板为一体化成型。
所述扰流板为矩形。
所述扰流板矩形长为叶尖弦长的100％～110％，高为叶尖弦长的10％～30％。
所述扰流板与叶片展向方向垂直。
所述扰流板被叶尖分开的上表面面积与下表面面积基本一致。
所述扰流板质量不超过叶片主体的8％。
本发明的优点是：
1)性能提升明显。采用该结构形式，可使冲压空气涡轮最大提取效率提高10％左右，在较大尖速比情况下，能量提取效率可达25％以上。
2)重量轻。单片叶片的质量增量仅约10g，由于桨盘直径减小而带来的系统总重将会降低。
3)结构简单，可靠性强。
附图说明：
图1为本发明冲压空气涡轮叶片的结构示意图；
图2为本发明冲压空气涡轮叶片叶尖附近剖面图；
图3为本发明冲压空气涡轮叶片安装示意图，
其中，1-叶片主体、2-叶尖扰流板、3-涡轮。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及实施例对本发明作进一步的详细描述。
请参阅图1和图2，本发明冲压空气涡轮叶片主要由叶片主体1、叶尖扰流板2两部分组成。叶尖扰流板2为矩形，垂直于叶片主体的展向方向，有利于阻挡削弱叶尖漩涡，从而减小叶尖功率损失，矩形长为叶尖弦长的100％～110％，高为叶尖弦长的10％～30％，可在大幅提高功率系数的同时不额外增加过多的叶片重量。所述扰流板与叶片主体1的连接处有倒圆角处理，有利于保证整个叶片的结构强度。
所述扰流板被叶尖分开的上表面面积与下表面面积基本相等，在有效减小损失、提高效率的同时，不对叶根旋转轴产生过大的偏心力。
所述扰流板质量不超过叶片主体的8％，从而可以在大幅提高功率系数的同时，不额外增加过大重量。
整个叶片采用一体化成型，即扰流板与叶片主体一体成型制造，以保证结构强度，同时避免装配间隙，提高表面气动性能。
另外，叶尖扰流板2不严格限定为矩形，可为其它形状，如在矩形四个角开设倒角，成多边形，只要不让叶尖外露，满足叶片气动性能要求即可。
请参阅图2，本发明设计的冲压空气涡轮叶片简单可靠，在冲压空气涡轮中的安装与传统叶片相同，其安装在涡轮中的两侧。
本发明在叶尖处增加一片矩形扰流板，通过抑制旋转叶尖漩涡，改善叶尖处表面压力分布，从而提高功率系数。特别是本发明通过对扰流板的形状、尺寸、重量进行特殊设计，从而大幅改善叶尖表面的气动性能，经试验验证，可将冲压空气涡轮最大功率系数提高7.6％；且其作用效果随尖速比的增大而提高，当尖速比为4.03时，功率系数提高了31.4％。而由于外形改变而增加的叶片重量仅约10g，从而在不显著增加叶片重量情形下，有效降低叶尖损失，提高功率系数，特别是能够提高低来流速度下的功率系数，可在达到同样的功率需求的前提下，减小系统尺寸及总重量，可使系统安装更加灵活，同时也提高了飞机的经济型。

Claims (8)

1.一种冲压空气涡轮叶片，其特征在于，在叶片主体的叶尖外侧设置有扰流板。
2.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮叶片，其特征在于，所述叶片主体和扰流板连接处有倒圆角。
3.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮叶片，其特征在于，所述叶片主体和扰流板为一体化成型。
4.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮叶片，其特征在于，所述扰流板为矩形。
5.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮叶片，其特征在于，所述扰流板矩形长为叶尖弦长的100％～110％，高为叶尖弦长的10％～30％。
6.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮叶片，其特征在于，所述扰流板与叶片展向方向垂直。
7.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮叶片，其特征在于，所述扰流板被叶尖分开的上表面面积与下表面面积基本一致。
8.根据权利要求1所述的冲压空气涡轮叶片，其特征在于，所述扰流板质量不超过叶片主体的8％。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09296704A (ja) * 1988-08-24 1997-11-18 United Technol Corp <Utc> ガスタービンエンジン用軸流タービン
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Non-Patent Citations (1)

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Title
张冬雨等: "冲压空气涡轮叶尖扰流片研究", 《2016第五届民用飞机航电系统国际论坛论文集》 *

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