CN113252351B - 一种缩尺试验件及对外涵分墙导叶的截断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缩尺试验件及对外涵分墙导叶的截断方法，一种缩尺试验件，由外涵分墙导叶截断而成，所述缩尺试验件包括：前缘、吸力面、压力面、截断面，所述吸力面和所述压力面连接所述前缘和所述截断面，所述吸力面和所述压力面与所述截断面的连接过渡处为圆弧；还公开了对外涵分墙导叶的截断方法，包括以下步骤：S1、将外涵分墙导叶进行截断，得到缩尺试验件；S2、将缩尺试验件的截断面与吸力面和压力面的过渡进行圆弧处理；S3、将缩尺试验件安装在所持风扇/增压级性能试验件上进行部件性能试验。本发明可以使缩尺试验件能够装上分墙导叶进行试验，且外涵分墙导叶的截断不会对外涵的特性产生影响，提高了试验结果的可靠性。

Description

一种缩尺试验件及对外涵分墙导叶的截断方法

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，特别涉及一种缩尺试验件及对外涵分墙导叶的截断方法。

背景技术

对于大涵道比涡扇发动机，外涵的效率对于发动机的耗油率起决定性因素，另外外涵出口导叶与风扇之间的间距也对发动机的噪声水平有重要影响。为了满足目前适航条款对民用客机发动机在经济性和技术性上越来越高的要求。

目前先进的民用大涵道比涡扇发动机采用的是外涵导叶、支板和分墙融合的设计技术，如图1所示。从图中可以看出，分墙导叶融合叶片叶型（对应图1的B处）相对外涵导叶（OGV）叶型尺寸较大，分墙导叶弦长为OGV叶片弦长的15倍以上。相对于大涵道比涡扇发动机整机试验，风扇/增压级的缩尺性能试验件在结构上对分墙的长度尺寸有限制，因此无法安装完整叶型的分墙叶片，试验一般采用不带分墙的风扇/增压级缩尺性能试验件，这种改变将会导致试验测得的外涵性能与带分墙叶片的风扇/增压级外涵性能有一定的差异，所以需要在不带分墙的缩尺风扇/增压级试验结果的基础上，进行一定的修正，来反映实际带有有分墙的缩尺风扇/增压级试验件的外涵特性，而这种修正需要一定的经验性，存在修正误差。为解决该问题，需要将分墙叶形进行截断，减小叶片弦长来满足试验的要求，使缩尺风扇/增压级性能试验件外涵导叶的构型与整机试验外涵导叶的构型一致。

此外，分墙叶型的最大厚度较大，将分墙截断之后，若采用常规的圆弧连接吸力面和压力面，气流在截断面处叶片表面会产生较大的流动分离，并且分离发生的位置比较靠前，如图2所示，较大的流动分离将会对外涵产生严重的堵塞效应，对上游流场产生明显影响，从而影响风扇/增压级试验结果的准确性。

因此，针对上述缺陷，需要提供一种外涵分墙导叶部件及对外涵分墙导叶的截断方法，使缩尺风扇/增压级性能试验件能够带上外涵分墙导叶进行部件性能试验，同时又不会影响外涵分墙导叶尾缘流动分离对外涵气流流动的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中由于结构尺寸的限制，分墙无法装到试验件上进行试验，且常规的截断方法会引起较大的流动分离将会对外涵产生严重的堵塞效应，对上游流场产生明显影响，从而影响风扇/增压级试验结果的准确性的缺陷，提供一种缩尺试验件及对外涵分墙导叶的截断方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种缩尺试验件，由外涵分墙导叶截断而成，所述缩尺试验件包括：前缘、吸力面、压力面、截断面，所述吸力面和所述压力面连接所述前缘和所述截断面，所述吸力面和所述压力面与所述截断面的连接过渡处为圆弧，且需要满足0.3D≧R≧5mm；

其中，R为所述连接过渡处的圆弧半径，D为所述外涵分墙导叶最大厚度。

较佳地，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为钝头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

较佳地，所述截断面与所述连接过渡处整体形成一个椭圆面的形状，且需要满足0.3D≧a≧5mm；其中a为椭圆短轴。

较佳地，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为尖头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

本发明还提供对外涵分墙导叶的截断方法，包括以下步骤：

S1、将外涵分墙导叶进行截断，得到缩尺试验件；

S2、将缩尺试验件的截断面与吸力面和压力面的过渡处进行圆弧处理；

S3、将缩尺试验件安装在所持风扇/增压级性能试验件上进行部件性能试验。

本技术方案，可以在满足试验条件限制的情况下，使缩尺风扇/增压级性能试验件能够装上分墙导叶进行试验。分墙导叶截断面后分离区稳定在流场下游，不会向上游发展扩大，并且分离区的厚度与分墙导叶的最大厚度尺寸相当，因此分离区对外涵的气流流动基本没有影响，分墙导叶的截断设计不会对外涵的特性产生影响，提高了试验结果的可靠性，从而避免了对不含分墙导叶的试验结果进行修正，试验结果可以直接反映部件性能。

较佳地，外涵分墙导叶的截断位置为在叶型达到最大厚度位置之后，且需要满足L2≧0.3L1；其中，L1为叶片前缘到叶片达到最大厚度位置的轴向弦长；L2为叶片最大厚度位置至截断位置的弦长。

本技术方案在满足试验件结构尺寸的要求的同时保证了分墙基本的气动特征。

较佳地，外涵分墙导叶的所述吸力面和所述压力面与所述截断面的连接过渡处需要满足0.3D≧R≧5mm；其中，R为所述连接过渡处的圆弧半径，D为所述外涵分墙导叶最大厚度。

较佳地，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为钝头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

较佳地，所述截断面与所述连接过渡处整体形成一个椭圆面的形状，且需要满足0.3D≧a≧5mm；其中，a为椭圆短轴。

较佳地，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为尖头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

上述针对外涵分墙导叶截断面与叶片吸力面和压力面的过渡连接方式进行优化设计的三种方案，推迟分墙导叶表面流动的分离，使流动分离发生位置后移到吸/压力面与截断面的过渡位置，分离区稳定在流场下游，并且分离区不发生扩大，从而降低分墙尾缘流动分离对外涵气流流动的影响。

本发明的积极进步效果在于：本发明可以在满足试验条件限制的情况下，使缩尺风扇/增压级性能试验件能够装上分墙导叶进行试验。分墙导叶的截断设计不会对外涵的特性产生影响，提高了试验结果的可靠性，从而避免了对不含分墙导叶的试验结果进行修正，试验结果可以直接反映部件性能。本发明可以保证外涵分墙导叶截断后对OGV叶片基本没有影响，因此带上截断的外涵分墙导叶的性能试验结果可以直接支撑整机部件设计验证。另一方面，本发明对外涵分墙导叶截断的设计方法简单，实施难度低，不需要对叶片进行重新设计，从而减小试验件设计的时间成本。

附图说明

图1为融合式外涵分墙导叶及OGV示意图；

图2为采用常规分墙截断设计方式流场马赫数云图；

图3为完整外涵分墙导叶叶型及截断位置示意图；

图4为外涵分墙导叶截断设计示意图；

图5（a）为截断面与连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为钝头的形状；

图5（b）为截断面与所述连接过渡处整体形成一个椭圆面的形状；

图5（c）为截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为尖头的形状；

图6为外涵分墙导叶截断前后结构对比；

图7为外涵分墙导叶截断前后流场马赫数云图对比；

图8为外涵分墙导叶截断前后叶根、叶中、叶尖表面马赫对比。

附图标记说明：

1-吸力面；2-压力面；3-截断面；4-前缘；5-圆弧；6-钝头；7-椭圆面；8-尖头；A-截断位置；B-外涵分墙导叶；a-椭圆短轴。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

如图3-图6所示，一种缩尺试验件，由外涵分墙导叶截断而成，所述缩尺试验件包括：前缘4、吸力面1、压力面2、截断面3，所述吸力面1和所述压力面2连接所述前缘4和所述截断面3，所述吸力面1和所述压力面2与所述截断面3的连接过渡处为圆弧，且需要满足0.3D≧R≧5mm；

其中，R为所述连接过渡处的圆弧半径，D为所述外涵分墙导叶最大厚度。

截断面3与连接过渡处形成为两头为圆弧5、中间为钝头6的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。或者，截断面3与连接过渡处整体形成一个椭圆面7的形状，椭圆短轴a同样需要满足0.3D≧a≧5mm。或者，截断面与连接过渡处形成为两头为圆弧5、中间为尖头8的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

本方案提供的外涵分墙导叶部件，可以在满足试验条件限制的情况下，使缩尺风扇/增压级性能试验件能够装上外涵分墙导叶进行试验，同时不会对外涵的特性产生影响，提高了试验结果的可靠性。

实施例2

本发明还提供对外涵分墙导叶的截断方法，具体包括以下步骤：

S1、将外涵分墙导叶进行截断，得到缩尺试验件；

具体地，截断的位置需要满足缩尺风扇/增压级性能试验件的尺寸约束，如图3所示A处，截断位置为在叶型达到最大厚度位置之后，且需要满足L2≧0.3L1；其中，L1为叶片前缘到叶片达到最大厚度位置的轴向弦长；L2为叶片最大厚度位置至截断位置的弦长。

S2、将缩尺试验件截断面3与吸力面1和压力面2的过渡处进行圆弧处理；

具体地，外涵分墙导叶的吸力面1和压力面2与截断面3的连接过渡处需要满足0.3D≧R≧5mm；其中，R为所述连接过渡处的圆弧半径，D为所述外涵分墙导叶最大厚度。

需要说明的是，连接过渡处的圆弧半径R过大，也会形成如图3所示的使叶型表面气流分离位置前移，分离区扩大的情况。因此，为了使尾缘分离区稳定在下游不发生扩大，连接圆弧过渡处半径R≦0.3D，此时流场如图7所示。同时，考虑连接处的强度要求，连接圆弧过渡处半径R≧5mm。

以下为三种圆弧过渡处理方案：

第一种，对应图5（a），截断面3与连接过渡处形成为两头为圆弧5、中间为钝头6的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

第二种，对应图5（b），截断面3与连接过渡处整体形成一个椭圆面的形状，且需要满足0.3D≧a≧5mm；其中，a为椭圆短轴。

第三种，对应图5（c），截断面与连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为尖头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

需要说明的是，对压力面和吸力面与截断面的圆弧过渡处的方案不仅限于上述三种，只要能实现分离区稳定在流场下游不发生扩大对上游流场基本没有影响的效果即可。

本技术方案对外涵分墙导叶截断面与叶片吸力面和压力面的过渡连接方式的优化设计，推迟了外涵分墙导叶表面流动的分离，使流动分离发生位置后移到吸/压力面与截断面的过渡位置，分离区稳定在流场下游，并且分离区不发生扩大，从而降低分墙尾缘流动分离对外涵气流流动的影响。

S3、将缩尺试验件安装在所持风扇/增压级性能试验件上进行部件性能试验。

针对上述方法进行的试验，可以得出以下结论：外涵分墙导叶的截断设计不会对外涵的特性产生影响，提高了试验结果的可靠性，从而避免了对不含分墙的试验结果进行修正，试验结果可以从图7、图8直接反映部件性能。图8为分墙截断前后流场马赫数云图的对比，可以看出，分墙导叶截断后，分离区稳定在流场下游不发生扩大，对上游流场基本没有影响。图8为分墙截断前后OGV叶片表面马赫数的对比，其中实线表示截断后，虚线表示截断前，从图中可以看出，实线和虚线基本重合，从而说明本发明可以保证分墙截断后对OGV叶片基本没有影响，因此安装截断的外涵分墙导叶的性能试验结果可以直接支撑整机部件设计验证。

Claims (10)

1.一种缩尺试验件，由外涵分墙导叶截断而成，其特征在于，所述缩尺试验件包括：前缘、吸力面、压力面、截断面，所述吸力面和所述压力面连接所述前缘和所述截断面，所述吸力面和所述压力面与所述截断面的连接过渡处为圆弧，且需要满足0.3D≧R≧5mm；

其中，R为所述连接过渡处的圆弧半径，D为所述外涵分墙导叶最大厚度。

2.如权利要求1所述的缩尺试验件，其特征在于，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为钝头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

3.如权利要求1所述的缩尺试验件，其特征在于，所述截断面与所述连接过渡处整体形成一个椭圆面的形状，且需要满足0.3D≧a≧5mm；

其中a为椭圆短轴。

4.如权利要求1所述的缩尺试验件，其特征在于，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为尖头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

5.一种对外涵分墙导叶的截断方法，其特征在于，得到如权利要求1的缩尺试验件，包括以下步骤：

S1、将外涵分墙导叶进行截断，得到缩尺试验件；

S2、将缩尺试验件的截断面与吸力面和压力面的过渡进行圆弧处理；

S3、将缩尺试验件安装在所持风扇/增压级性能试验件上进行部件性能试验。

6.如权利要求5所述的对外涵分墙导叶的截断方法，其特征在于，外涵分墙导叶的截断位置为在叶型达到最大厚度位置之后，且需要满足L2≧0.3L1；

其中，L1为叶片前缘到叶片达到最大厚度位置的轴向弦长；

L2为叶片最大厚度位置至截断位置的弦长。

7.如权利要求5所述的对外涵分墙导叶的截断方法，其特征在于，外涵分墙导叶的所述吸力面和所述压力面与所述截断面的连接过渡处需要满足0.3D≧R≧5mm；

其中，R为所述连接过渡处的圆弧半径，D为所述外涵分墙导叶最大厚度。

8.如权利要求7所述的对外涵分墙导叶的截断方法，其特征在于，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为钝头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

9.如权利要求7所述的对外涵分墙导叶的截断方法，其特征在于，所述截断面与所述连接过渡处整体形成一个椭圆面的形状，且需要满足0.3D≧a≧5mm；

其中，a为椭圆短轴。

10.如权利要求7所述的对外涵分墙导叶的截断方法，其特征在于，所述截断面与所述连接过渡处形成为两头为圆弧、中间为尖头的形状，且需要满足0.3D≧R≧5mm。

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