CN111814273A - 一种多圆弧叶型设计方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于多圆弧叶型设计技术领域，具体涉及一种多圆弧叶型设计方法，包括：确定多圆弧叶型的典型几何及气动参数；基于典型几何及气动参数建立多圆弧叶型的样本空间；设定失速攻角范围；设定初始参数，基于初始参数在样本空间中选定多个多圆弧叶型；在选定的多个多圆弧叶型中选取满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，若选定的多个多圆弧叶型中不存在满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，则更新初始参数。

Description

一种多圆弧叶型设计方法
技术领域
本申请属于多圆弧叶型设计技术领域，具体涉及一种多圆弧叶型设计方法。
背景技术
当前以及可预见的未来，航空发动机、燃气轮机的压缩部件多处于常规负荷水平，相应的其叶片也处于常规负荷水平，相交于高负荷的叶片叶型设计，其叶片叶型设计在满足设计要求的前提下更多的追求可加工性、可靠性，并不需要过度追求造型的复杂性。
多圆弧叶型造型简单，在进口马赫数小于1.2时均可适用，是常规负荷水平下航空发动机、燃气轮机的压缩部件中应用较为广泛的叶型，目前，在对多圆弧叶型缺少比较明确的沿轴向、径向的参数选取规律，设计者选择的参数较为随意，存在过度设计的现象，设计效率较低，不利于设计方案的优化，以及不利于可加工性的增加。
鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请的目的是提供一种多圆弧叶型设计方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种多圆弧叶型设计方法，包括：
确定多圆弧叶型的典型几何及气动参数；
基于典型几何及气动参数建立多圆弧叶型的样本空间；
设定失速攻角范围；
设定初始参数，基于初始参数在样本空间中选定多个多圆弧叶型；
在选定的多个多圆弧叶型中选取满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，若选定的多个多圆弧叶型中不存在满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，则更新初始参数。
根据本申请的至少一个实施例，上述多圆弧叶型设计方法中，典型几何及气动参数包括：BFB、FFS、inc、
Figure BDA0002579989390000021
Xmax、Sol、Xcarter、Xf、Camber、Stagger、Ma、AVDR、A/A*；其中，
BFB为弦长比，第一段圆弧对应弦长占总弦长的比例；
FFS为弯度比，第一段圆弧弯度占总弯度的比例；
inc为进口几何角相对于进口气流角件的夹角；
Figure BDA0002579989390000022
为最大相对厚度；
Xmax为最大相对厚度位置；
Sol为稠度；
Xcarter为卡塔尔落后角修正量；
Xf为最大挠度位置；
Camber为叶型弯角；
Stagger为安装角；
Ma为进口马赫数；
AVDR为密流比；
A/A*为槽道面积裕度系数。
根据本申请的至少一个实施例，上述多圆弧叶型设计方法中，初始参数包括：多圆弧叶型厚度分界点位置、稠度、最大相对厚度、最大相对厚度位置、前缘及尾缘厚度、进口马赫数、密流比、槽道面积裕度系数。
根据本申请的至少一个实施例，上述多圆弧叶型设计方法中，还包括：
建立多圆弧叶型性能参数与典型几何及气动参数的关联关系；
基于关联关系得到满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型的性能参数，提取其中性能参数较优的多圆弧叶型。
根据本申请的至少一个实施例，上述多圆弧叶型设计方法中，关联关系为：
y＝a0+∑aixh+∑bjxpxq+∑ckxlxmxn；其中，
y为性能参数，为最小损失、最小损失点落后角、攻角范围或者为中间攻角；
xh、xp、xq、xl、xm、xn均循环遍历各个典型几何及气动参数；
a0、ai、bj、ck分别为常数项、一阶、二阶及三阶项的系数。
附图说明
图1是本申请实施例提供的多圆弧叶型设计方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
一种多圆弧叶型设计方法，包括：
确定多圆弧叶型的典型几何及气动参数；
基于典型几何及气动参数建立多圆弧叶型的样本空间；
设定失速攻角范围；
设定初始参数，基于初始参数在样本空间中选定多个多圆弧叶型；
在选定的多个多圆弧叶型中选取满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，若选定的多个多圆弧叶型中不存在满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，则更新初始参数。
对于上述实施例公开的多圆弧叶型设计方法，领域内技术人员可以理解的是，其基于确定的典型几何及气动参数建立多圆弧叶型的样本空间，在设定失速攻角范围约束条件下，自样本空间内选取符合条件的多圆弧叶型，该种多圆叶型设计方法，在一定程度上限制了设计者参数选择的随意性，防止过度设计，具有相对较高的设计效率，利于设计方案的优化，以及利于可加工性的增加。
对于上述实施例公开的多圆弧叶型设计方法，领域内技术人员可以理解的是，失速攻角范围是叶型设计中重要且通常为需要优先满足的项，其可按照在叶排的径向位置、轴向位置设定。
在一些可选的实施例中，上述多圆弧叶型设计方法中，典型几何及气动参数包括：BFB、FFS、inc、
Figure BDA0002579989390000051
Xmax、Sol、Xcarter、Xf、Camber、Stagger、Ma、AVDR、A/A*；其中，
BFB为弦长比，第一段圆弧对应弦长占总弦长的比例；
FFS为弯度比，第一段圆弧弯度占总弯度的比例；
inc为进口几何角相对于进口气流角件的夹角；
Figure BDA0002579989390000052
为最大相对厚度；
Xmax为最大相对厚度位置；
Sol为稠度；
Xcarter为卡塔尔落后角修正量；
Xf为最大挠度位置；
Camber为叶型弯角；
Stagger为安装角；
Ma为进口马赫数；
AVDR为密流比；
A/A*为槽道面积裕度系数；
上述14个典型几何及气动参数编号如下：
Figure BDA0002579989390000061
在一些可选的实施例中，上述多圆弧叶型设计方法中，初始参数包括：多圆弧叶型厚度分界点位置、稠度、最大相对厚度、最大相对厚度位置、前缘及尾缘厚度、进口马赫数、密流比、槽道面积裕度系数。
对于上述实施例公开的多圆弧叶型设计方法，初始参数中多圆弧叶型厚度分界点位置可根据设计经验设定；稠度、最大相对厚度、最大相对厚度位置、前缘及尾缘厚度可根据设计经验，考虑结构、强度设计给定；进口马赫数、密流比、槽道面积裕度系数可根据流场设计结果给定。
在一些可选的实施例中，上述多圆弧叶型设计方法中，还包括：
建立多圆弧叶型性能参数与典型几何及气动参数的关联关系；
基于关联关系得到满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型的性能参数，提取其中性能参数较优的多圆弧叶型。
在一些可选的实施例中，上述多圆弧叶型设计方法中，关联关系为：
y＝a0+∑aixh+∑bjxpxq+∑ckxlxmxn；其中，
y为性能参数，为最小损失、最小损失点落后角、攻角范围或者为中间攻角；
xh、xp、xq、xl、xm、xn均循环遍历各个典型几何及气动参数，即其下标h、p、q、l、m、n＝1～14；
a0、ai、bj、ck分别为常数项、一阶、二阶及三阶项的系数。
对于上述实施例公开的多圆弧叶型设计方法，领域内技术人员可以理解的是，其将性能参数与几何及气动参数进行三阶多元非线性关联，在一个具体的实施例中最小损失、最小损失点落后角、攻角范围、中间攻角对应的各阶变量及对应的系数如下表所示：
Figure BDA0002579989390000071
Figure BDA0002579989390000081
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多圆弧叶型设计方法，其特征在于，包括：
确定多圆弧叶型的典型几何及气动参数；
基于典型几何及气动参数建立多圆弧叶型的样本空间；
设定失速攻角范围；
设定初始参数，基于初始参数在样本空间中选定多个多圆弧叶型；
在选定的多个多圆弧叶型中选取满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，若选定的多个多圆弧叶型中不存在满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型，则更新初始参数。
2.根据权利要求1所述的多圆弧叶型设计方法，其特征在于，
典型几何及气动参数包括：BFB、FFS、inc、
Figure FDA0002579989380000011
Xmax、Sol、Xcarter、Xf、Camber、Stagger、Ma、AVDR、A/A*；其中，
BFB为弦长比，第一段圆弧对应弦长占总弦长的比例；
FFS为弯度比，第一段圆弧弯度占总弯度的比例；
inc为进口几何角相对于进口气流角件的夹角；
Figure FDA0002579989380000012
为最大相对厚度；
Xmax为最大相对厚度位置；
Sol为稠度；
Xcarter为卡塔尔落后角修正量；
Xf为最大挠度位置；
Camber为叶型弯角；
Stagger为安装角；
Ma为进口马赫数；
AVDR为密流比；
A/A*为槽道面积裕度系数。
3.根据权利要求2所述的多圆弧叶型设计方法，其特征在于，
初始参数包括：多圆弧叶型厚度分界点位置、稠度、最大相对厚度、最大相对厚度位置、前缘及尾缘厚度、进口马赫数、密流比、槽道面积裕度系数。
4.根据权利要求3所述的多圆弧叶型设计方法，其特征在于，
还包括：
建立多圆弧叶型性能参数与典型几何及气动参数的关联关系；
基于关联关系得到满足失速攻角范围要求的多圆弧叶型的性能参数，提取其中性能参数较优的多圆弧叶型。
5.根据权利要求4所述的多圆弧叶型设计方法，其特征在于，
关联关系为：
y＝a0+∑aixh+∑bjxpxq+∑ckxlxmxn；其中，
y为性能参数，为最小损失、最小损失点落后角、攻角范围或者为中间攻角；
xh、xp、xq、xl、xm、xn均循环遍历各个典型几何及气动参数；
a0、ai、bj、ck分别为常数项、一阶、二阶及三阶项的系数。
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Citations (2)

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CN109779972A (zh) * 2019-01-25 2019-05-21 杭州汽轮动力集团有限公司 一种兼顾低雷诺数工况性能的压气机二维叶型优化方法
CN110245408A (zh) * 2019-06-05 2019-09-17 杭州汽轮机股份有限公司 一种汽轮机单圆弧压力面叶型设计方法

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阙晓斌等: "重型燃气轮机压气机高雷诺数前转捩叶型设计", 《航空动力学报》 *

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