CN114046269B - 轴流压气机的转子叶片及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴流压气机的转子叶片及其设计方法，该转子叶片包括叶根和叶尖，转子叶片沿高度方向从叶根到叶尖具有若干个基元叶型截面，将各基元叶型截面的重心作为积叠点沿转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；积叠线沿转子叶片的高度方向从叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，第一椭圆弧段靠近叶根设置，且第一椭圆弧段向吸力面弯曲，第二椭圆弧段靠近叶尖设置，且第二椭圆弧段向压力面弯曲，直线段与第一椭圆弧段、以及第二椭圆弧段均相切。本发明通过设置积叠线包括第一椭圆弧段和第二椭圆弧段，达到同时减少根部端壁损失和叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

Description

轴流压气机的转子叶片及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种轴流压气机的转子叶片及其设计方法。

背景技术

随着科技的发展，现代航空发动机对经济性和可靠性的要求越来越高，航空发动机各部件的性能遇到了前所未有的挑战。轴流压气机是航空发动机的核心部件之一，其性能对整个发动机有着举足轻重的影响。然而，随着航空发动机性能指标的不断提高，发动机内部的温度和压比逐渐升高，压气机内流系统的损失问题日趋严重。多级高压比轴流压气机内流损失严重影响其气动性能，进而影响整个发动机性能。

多级高压比轴流压气机内部流场复杂，气流流动三维效应明显。压气机的气流损失主要来源为叶型损失、端壁损失和叶尖泄漏损失。高负荷压气机端壁区域流动十分复杂，端壁附面层损失和叶尖泄漏损失是压气机转子叶片的气流损失的关键因素。

端壁附面层区域低能流体堆积，不仅导致损失加大继而影响压气机效率，并且降低气流流动稳定性，导致失速发生。相比尖部和中部，压气机转子叶片轮毂处切线速度较低，从而导致做功能力相对较差，根部附面层影响尤为明显。

由于压气机转子叶片是转动的，为压气机运转安全考虑，叶尖与机匣之前存在间隙。由于转子叶片压力面和吸力面存在压力差，压气机运行时，气流会沿着该叶尖间隙从压力面泄漏至吸力面，泄漏流与主流相互作用，形成泄漏损失，从而影响叶片气动性能，进而影响整个压气机乃至发动机的性能。

因此，如何有效降低端壁损失和叶尖泄漏损失，是本领域有待解决的一个难题。

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轴流压气机的转子叶片存在气流损失的缺陷，提供一种轴流压气机的转子叶片及其设计方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种轴流压气机的转子叶片，其特点在于，所述转子叶片包括叶根和叶尖，所述转子叶片沿高度方向从所述叶根到所述叶尖具有若干个基元叶型截面，将各所述基元叶型截面的重心作为积叠点沿所述转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；

所述积叠线沿所述转子叶片的高度方向从所述叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，所述第一椭圆弧段靠近所述叶根设置，且所述第一椭圆弧段靠近所述叶根的一端向吸力面弯曲，所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖设置，且所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖的一端向压力面弯曲，所述直线段与所述第一椭圆弧段、以及所述第二椭圆弧段均相切。

在本技术方案中，针对叶根端壁附面层损失，通过设置靠近叶根的第一椭圆弧段向吸力面弯曲，产生叶片力，使吸力面根部端壁的低能流向主流流动，减小根部损失；针对叶尖间隙泄漏损失，设置靠近叶尖的第二椭圆弧段向压力面弯曲，即向与靠近叶根的第一椭圆弧段相反的方向弯曲，产生负压力梯度以减小压力面流至吸力面的叶尖泄漏损失；从而，通过设置第一椭圆弧段和第二椭圆弧段，达到同时减少根部端壁损失和叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，所述第一椭圆弧段从所述叶根到叶尖的方向至少包括A、B、C三个控制点；

其中，A点为位于所述叶根的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第一椭圆弧段的第一端点位置，B点位于所述第一椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第一椭圆弧段的第一椭圆的长轴上，所述第一椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，C点位于所述第一椭圆弧段的第二端点位置，且C点位于所述直线段上；

A点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第一叶片弯曲角；A点距离所述第一椭圆的长轴的距离为第一弯曲高度；A点距离所述第一椭圆的短轴的距离为第一弯曲宽度；

所述第一叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的20%~35%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1~3倍。

在本技术方案中，在考虑叶根端区失速流的区域和强度，通过上述设置得到的第一椭圆弧段能够更好地减少根部端壁（即叶根端壁）损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，所述第一叶片弯曲角的取值范围为60°~65°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的25%~30%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1.5~2.5倍。

在本技术方案中，通过上述设置得到的第一椭圆弧段能够更好地减少根部端壁损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，所述第二椭圆弧段从所述叶根到叶尖的至少包括D、E、F三个控制点；

F点为位于所述叶尖的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第二椭圆弧段的第一端点位置，E点位于所述第二椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第二椭圆弧段的第二椭圆的长轴上，所述第二椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，D点位于所述第二椭圆弧段的第二端点位置，且D点位于所述直线段上；

F点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第二叶片弯曲角；F点距离所述第二椭圆的长轴的距离为第二弯曲高度，F点距离所述第二椭圆的短轴的距离为第二弯曲宽度；

所述第二叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的10%~25%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2.5倍。

在本技术方案中，在综合考虑叶尖泄漏流的区域和强度，以及叶尖亦存在的端壁附面层损失，通过上述设置得到的第二椭圆弧段能够更好地减少叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，所述第二叶片弯曲角的取值范围为55°~60°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的15%~20%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2倍。

在本技术方案中，通过上述设置得到的第二椭圆弧段能够更好地减少叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

一种轴流压气机的转子叶片的设计方法，其特点在于，所述转子叶片包括叶根和叶尖，所述转子叶片沿高度方向从所述叶根到所述叶尖具有若干个基元叶型截面，所述设计方法包括以下步骤：

S1：将各所述基元叶型截面的重心作为积叠点沿所述转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；

S2：设置所述积叠线沿所述转子叶片的高度方向从所述叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，所述第一椭圆弧段靠近所述叶根设置，且所述第一椭圆弧段靠近所述叶根的一端向吸力面弯曲，所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖设置，且所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖的一端向压力面弯曲，所述直线段与所述第一椭圆弧段、以及所述第二椭圆弧段均相切。

在本技术方案中，针对叶根端壁附面层损失，通过设置靠近叶根的第一椭圆弧段向吸力面弯曲，产生叶片力，使吸力面根部端壁的低能流向主流流动，减小根部损失；针对叶尖间隙泄漏损失，设置靠近叶尖的第二椭圆弧段向压力面弯曲，即向与靠近叶根的第一椭圆弧段相反的方向弯曲，产生负压力梯度以减小压力面流至吸力面的叶尖泄漏损失；从而，通过设置第一椭圆弧段和第二椭圆弧段，达到减少根部端壁损失和叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，在步骤S2中，包括：

设置所述第一椭圆弧段从所述叶根到叶尖的方向至少包括A、B、C三个控制点；

其中，A点为位于所述叶根的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第一椭圆弧段的第一端点位置，B点位于所述第一椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第一椭圆弧段的第一椭圆的长轴上，所述第一椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，C点位于所述第一椭圆弧段的第二端点位置，且C点位于所述直线段上；

A点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第一叶片弯曲角；A点距离所述第一椭圆的长轴的距离为第一弯曲高度；A点距离所述第一椭圆的短轴的距离为第一弯曲宽度；

设置所述第一叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的20%~35%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1~3倍。

在本技术方案中，在考虑叶根端区失速流的区域和强度，通过上述设置得到的第一椭圆弧段能够更好地减少根部端壁（即叶根端壁）损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，设置所述第一叶片弯曲角的取值范围为60°~65°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的25%~30%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1.5~2.5倍。

在本技术方案中，通过上述设置得到的第一椭圆弧段能够更好地减少根部端壁损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，在步骤S2中，包括：

设置所述第二椭圆弧段从所述叶根到叶尖的至少包括D、E、F三个控制点；

其中，F点为位于所述叶尖的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第二椭圆弧段的第一端点位置，E点位于所述第二椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第二椭圆弧段的第二椭圆的长轴上，所述第二椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，D点位于所述第二椭圆弧段的第二端点位置，且D点位于所述直线段上；

F点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第二叶片弯曲角；F点距离所述第二椭圆的长轴的距离为第二弯曲高度，F点距离所述第二椭圆的短轴的距离为第二弯曲宽度；

设置所述第二叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的10%~25%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2.5倍。

在本技术方案中，在综合考虑叶尖泄漏流的区域和强度，以及叶尖亦存在的端壁附面层损失，通过上述设置得到的第二椭圆弧段能够更好地减少叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，设置所述第二叶片弯曲角的取值范围为55°~60°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的15%~20%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2倍。

在本技术方案中，通过上述设置得到的第二椭圆弧段能够更好地减少叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

本发明的积极进步效果在于：

本发明针对叶根端壁附面层损失，通过设置靠近叶根的第一椭圆弧段向吸力面弯曲，产生叶片力，使吸力面根部端壁的低能流向主流流动，减小根部损失；针对叶尖间隙泄漏损失，设置靠近叶尖的第二椭圆弧段向压力面弯曲，即向与靠近叶根的第一椭圆弧段相反的方向弯曲，产生负压力梯度以减小压力面流至吸力面的叶尖泄漏损失；从而，通过设置第一椭圆弧段和第二椭圆弧段，达到同时减少根部端壁损失和叶尖泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例轴流压气机的转子叶片的示意图。

图2为本发明一较佳实施例轴流压气机的转子叶片的积叠线周向偏移量示意图。

图3为本发明一较佳实施例轴流压气机的转子叶片的积叠线的示意图。

图4为本发明一较佳实施例轴流压气机的转子叶片的优选的积叠线的示意图。

图5为本发明一较佳实施例轴流压气机的转子叶片的设计方法的流程图。

图6为未采用及采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片的气流流动对比图。

图7为未采用及采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片的叶尖泄漏流对比图。

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。

如图1至图3所示，本实施例提供一种轴流压气机的转子叶片10，转子叶片10包括叶根11和叶尖12，转子叶片10沿高度方向h从叶根11到叶尖12具有若干个基元叶型截面，将各基元叶型截面的重心作为积叠点沿转子叶片的高度方向h进行叠加得到积叠线20。

积叠线20沿转子叶片的高度方向h从叶根11到叶尖12包括依次连接的第一椭圆弧段21、直线段22和第二椭圆弧段23，第一椭圆弧段21靠近叶根11设置，且第一椭圆弧段21靠近叶根11的一端向吸力面13弯曲，第二椭圆弧段23靠近叶尖12设置，且第二椭圆弧段23靠近叶尖12的一端向压力面14弯曲，直线段22与第一椭圆弧段21、以及第二椭圆弧段23均相切。这样，针对叶根11端壁附面层损失，通过设置靠近叶根11的第一椭圆弧段21向吸力面13弯曲，产生叶片力，使吸力面13根部端壁的低能流向主流流动，减小根部损失；针对叶尖12间隙泄漏损失，设置靠近叶尖12的第二椭圆弧段23向压力面14弯曲，即向与靠近叶根11的第一椭圆弧段21相反的方向弯曲，产生负压力梯度以减小压力面14流至吸力面13的叶尖12泄漏损失；从而，通过设置第一椭圆弧段21和第二椭圆弧段23，达到同时减少根部端壁损失和叶尖12泄漏损失，从而改善压气机气动性能。需要说明的是，积叠线20的第一椭圆弧段21和第二椭圆弧段23由于都是椭圆的弧段，即椭圆弧，相较于其他非椭圆弧或非圆弧的曲线的自由度要小，即更容易控制其曲线的走向，且椭圆的弧段的设置及实现均较为简单、便利；并且，椭圆弧相较于其他非椭圆弧或非圆弧的曲线更为光顺，从而最终形成的转子叶片10的三维叶型也更为光顺，而达到进一步减少损失的有益技术效果。

需要说明的是，本实施例中的转子叶片10的二维基元叶型截面由轴流压气机通用气动叶片造型设计流程所得。然后，以位于叶根11的基元叶型截面的重心为基准点，沿转子叶片的高度方向h从叶根11到叶尖12，将各基元叶型截面的重心放置在预先设置的积叠线20上进行积叠，从而生成完整的三维叶型。

请复参阅图2，图2为根据本发明思路设计的转子叶片10的积叠线20周向偏移量示意图。图中横坐标为积叠线20在压气机的转子的周向方向（转轴旋转方向）的偏移量，纵坐标为相对叶高，其中叶根11位置为0，叶尖12位置为1。如图所示，积叠线20以位于叶根11的基元叶型截面的重心为基准点P，沿转子叶片的高度方向h从叶根11到叶尖12，积叠线20在靠近叶根11的部分向吸力面13弯曲，在靠近叶尖12的部分向压力面14弯曲，整体呈现“S”型，即，积叠线20沿转子叶片的高度方向h从叶根11到叶尖12包括依次连接的第一椭圆弧段21、直线段22和第二椭圆弧段23，第一椭圆弧段21靠近叶根11设置，且第一椭圆弧段21靠近叶根11的一端向吸力面13弯曲，第二椭圆弧段23靠近叶尖12设置，且第二椭圆弧段23靠近叶尖12的一端向压力面14弯曲，直线段22与第一椭圆弧段21、以及第二椭圆弧段23均相切。

具体地，请复参阅图3，第一椭圆弧段21从叶根11到叶尖12的方向至少包括A、B、C三个控制点，即第一椭圆弧段21沿转子叶片的高度方向h从叶根11到叶尖12的方向至少包括A、B、C三个控制点。其中，A点为位于叶根11的基元叶型截面的重心位置点（即图2中的P点），且位于第一椭圆弧段21的第一端点位置，B点位于第一椭圆弧段21的弯曲控制位置，且位于形成第一椭圆弧段21的第一椭圆的长轴Q1上，第一椭圆的长轴Q1垂直于转子叶片的高度方向h，C点位于第一椭圆弧段21的第二端点位置，且C点位于直线段22上。

需要说明的是，第一椭圆弧段21的第一端点和第一椭圆弧段21的第二端点分别为第一椭圆弧段21的开始点或者结束点中的一个，即第一椭圆弧段21的第一端点为第一椭圆弧段21的开始点，则第一椭圆弧段21的第二端点为第一椭圆弧段21的结束点；或者，第一椭圆弧段21的第一端点为第一椭圆弧段21的结束点，则第一椭圆弧段21的第二端点为第一椭圆弧段21的开始点。

A点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第一叶片弯曲角α1；A点距离第一椭圆的长轴Q1的距离为第一弯曲高度H1；A点距离第一椭圆的短轴S1的距离为第一弯曲宽度L1。第一椭圆的长轴Q1与第一椭圆的短轴S1的交点即第一椭圆的圆心O1。

第一叶片弯曲角α1的取值范围为50°~70°，第一弯曲高度H1的取值范围为转子叶片的高度（即图2和图3中的叶高）的20%~35%，所述第一弯曲宽度L1的取值范围为所述第一弯曲高度H1的1~3倍。这样，在考虑叶根11端区失速流的区域和强度，通过上述设置得到的第一椭圆弧段21能够更好地减少根部端壁（即叶根11端壁）损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，第一叶片弯曲角α1的取值范围为60°~65°，第一弯曲高度H1的取值范围为转子叶片的高度的25%~30%，第一弯曲宽度L1的取值范围为第一弯曲高度H1的1.5~2.5倍。这样，通过上述设置得到的第一椭圆弧段21能够更好地减少根部端壁损失，从而改善压气机气动性能。

具体地，请复参阅图3，第二椭圆弧段23从叶根11到叶尖12的至少包括D、E、F三个控制点，即第二椭圆弧段23沿转子叶片的高度方向h从叶根11到叶尖12的方向至少包括D、E、F三个控制点。其中，F点为位于叶尖12的基元叶型截面的重心位置点，且位于第二椭圆弧段23的第一端点位置，E点位于第二椭圆弧段23的弯曲控制位置，且位于形成第二椭圆弧段23的第二椭圆的长轴Q2上，第二椭圆的长轴Q2垂直于转子叶片的高度方向h，D点位于第二椭圆弧段23的第二端点位置，且D点位于直线段22上。

需要说明的是，第二椭圆弧段23的第一端点和第二椭圆弧段23的第二端点分别为第二椭圆弧段23的开始点或者结束点中的一个，即第二椭圆弧段23的第一端点为第二椭圆弧段23的开始点，则第二椭圆弧段23的第二端点为第二椭圆弧段23的结束点；或者，第二椭圆弧段23的第一端点为第二椭圆弧段23的结束点，则第二椭圆弧段23的第二端点为第二椭圆弧段23的开始点。

F点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第二叶片弯曲角α2；F点距离第二椭圆的长轴Q2的距离为第二弯曲高度H2，F点距离第二椭圆的短轴S2的距离为第二弯曲宽度L2。第二椭圆的长轴Q2与第二椭圆的短轴S2的交点即第二椭圆的圆心O2。

第二叶片弯曲角α2的取值范围为50°~70°，第二弯曲高度H2的取值范围为转子叶片的高度的10%~25%，第二弯曲宽度L2的取值范围为第二弯曲高度H2的1~2.5倍。这样，在综合考虑叶尖12泄漏流的区域和强度，以及叶尖12亦存在的端壁附面层损失，通过上述设置得到的第二椭圆弧段23能够更好地减少叶尖12泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

较佳地，第二叶片弯曲角α2的取值范围为55°~60°，第二弯曲高度H2的取值范围为转子叶片的高度的15%~20%，第二弯曲宽度L2的取值范围为第二弯曲高度H2的1~2倍。这样，通过上述设置得到的第二椭圆弧段23能够更好地减少叶尖12泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

在本实施例中，优选地，设置转子叶片10的高度为100cm，第一叶片弯曲角α1为60°，第一弯曲高度H1为转子叶片的高度的25%（即为25cm），第一弯曲宽度L1为第一弯曲高度H1的1.5倍（即为37.5cm）；第二叶片弯曲角α2为55°，第二弯曲高度H2为转子叶片的高度的15%（即为15cm），第二弯曲宽度L2为第二弯曲高度H2的1倍（即为15cm）。在前述条件下形成的积叠线20如图4中所示。

如图5所示，本实施例还提供一种轴流压气机的转子叶片10的设计方法，以对上述转子叶片10进行设计。转子叶片10包括叶根11和叶尖12，转子叶片10沿高度方向h从叶根11到叶尖12具有若干个基元叶型截面，所述设计方法包括以下步骤：

步骤100：将各所述基元叶型截面的重心作为积叠点沿所述转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；

步骤200：设置所述积叠线沿所述转子叶片的高度方向从所述叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，所述第一椭圆弧段靠近所述叶根设置，且所述第一椭圆弧段靠近所述叶根的一端向吸力面弯曲，所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖设置，且所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖的一端向压力面弯曲，所述直线段与所述第一椭圆弧段、以及所述第二椭圆弧段均相切。

这样，请复参阅图2和图3，针对叶根11端壁附面层损失，通过设置靠近叶根11的第一椭圆弧段21向吸力面13弯曲，产生叶片力，使吸力面13根部端壁的低能流向主流流动，减小根部损失；针对叶尖12间隙泄漏损失，设置靠近叶尖12的第二椭圆弧段23向压力面14弯曲，即向与靠近叶根11的第一椭圆弧段21相反的方向弯曲，产生负压力梯度以减小压力面14流至吸力面13的叶尖12泄漏损失；从而，通过设置第一椭圆弧段21和第二椭圆弧段23，达到减少根部端壁损失和叶尖12泄漏损失，从而改善压气机气动性能。需要说明的是，积叠线20的第一椭圆弧段21和第二椭圆弧段23由于都是椭圆的弧段，即椭圆弧，相较于其他非椭圆弧或非圆弧的曲线的自由度要小，即更容易控制其曲线的走向，且椭圆的弧段的设置及实现均较为简单、便利；并且，椭圆弧相较于其他非椭圆弧或非圆弧的曲线更为光顺，从而最终形成的转子叶片10的三维叶型也更为光顺，而达到进一步减少损失的有益技术效果。

具体地，在步骤S200中，包括：

请复参阅图3，设置第一椭圆弧段21从叶根11到叶尖12的方向至少包括A、B、C三个控制点；

其中，A点为位于叶根11的基元叶型截面的重心位置点，且位于第一椭圆弧段21的第一端点位置，B点位于第一椭圆弧段21的弯曲控制位置，且位于形成第一椭圆弧段21的第一椭圆的长轴Q1上，第一椭圆的长轴Q1垂直于转子叶片的高度方向h，C点位于第一椭圆弧段21的第二端点位置，且C点位于直线段22上；

A点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第一叶片弯曲角α1；A点距离第一椭圆的长轴Q1的距离为第一弯曲高度H1；A点距离第一椭圆的短轴S1的距离为第一弯曲宽度L1；

设置第一叶片弯曲角α1的取值范围为50°~70°，第一弯曲高度H1的取值范围为转子叶片的高度的20%~35%，第一弯曲宽度L1的取值范围为第一弯曲高度H1的1~3倍。

这样，在考虑叶根11端区失速流的区域和强度，通过上述设置得到的第一椭圆弧段21能够更好地减少根部端壁（即叶根11端壁）损失，从而改善压气机气动性能。

如上所述，第一椭圆弧段21的第一端点和第一椭圆弧段21的第二端点分别为第一椭圆弧段21的开始点或者结束点中的一个，即第一椭圆弧段21的第一端点为第一椭圆弧段21的开始点，则第一椭圆弧段21的第二端点为第一椭圆弧段21的结束点；或者，第一椭圆弧段21的第一端点为第一椭圆弧段21的结束点，则第一椭圆弧段21的第二端点为第一椭圆弧段21的开始点。

较佳地，设置第一叶片弯曲角α1的取值范围为60°~65°，第一弯曲高度H1的取值范围为转子叶片的高度的25%~30%，第一弯曲宽度L1的取值范围为第一弯曲高度H1的1.5~2.5倍。这样，通过上述设置得到的第一椭圆弧段21能够更好地减少根部端壁损失，从而改善压气机气动性能。

具体地，在步骤S200中，包括：

请复参阅图3，设置第二椭圆弧段23从叶根11到叶尖12的至少包括D、E、F三个控制点；

其中，F点为位于叶尖12的基元叶型截面的重心位置点，且位于第二椭圆弧段23的第一端点位置，E点位于第二椭圆弧段23的弯曲控制位置，且位于形成第二椭圆弧段23的第二椭圆的长轴Q2上，第二椭圆的长轴Q2垂直于转子叶片的高度方向h，D点位于第二椭圆弧段23的第二端点位置，且D点位于直线段22上；

F点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第二叶片弯曲角α2；F点距离第二椭圆的长轴Q2的距离为第二弯曲高度H2，F点距离第二椭圆的短轴S2的距离为第二弯曲宽度L2；

设置第二叶片弯曲角α2的取值范围为50°~70°，第二弯曲高度H2的取值范围为转子叶片的高度的10%~25%，第二弯曲宽度L2的取值范围为第二弯曲高度H2的1~2.5倍。

这样，在综合考虑叶尖12泄漏流的区域和强度，以及叶尖12亦存在的端壁附面层损失，通过上述设置得到的第二椭圆弧段23能够更好地减少叶尖12泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

如上所述，第二椭圆弧段23的第一端点和第二椭圆弧段23的第二端点分别为第二椭圆弧段23的开始点或者结束点中的一个，即第二椭圆弧段23的第一端点为第二椭圆弧段23的开始点，则第二椭圆弧段23的第二端点为第二椭圆弧段23的结束点；或者，第二椭圆弧段23的第一端点为第二椭圆弧段23的结束点，则第二椭圆弧段23的第二端点为第二椭圆弧段23的开始点。

较佳地，设置第二叶片弯曲角α2的取值范围为55°~60°，第二弯曲高度H2的取值范围为转子叶片的高度的15%~20%，第二弯曲宽度L2的取值范围为第二弯曲高度H2的1~2倍。这样，通过上述设置得到的第二椭圆弧段23能够更好地减少叶尖12泄漏损失，从而改善压气机气动性能。

轴流压气机的转子叶片的基元叶型通常为10~20个。采用本发明思路获得优化的积叠线形状后，根据各基元叶型的径向叶高位置插值得到各基元叶型对应的积叠点位置，从而生成积叠后的三维叶型。

图6为未采用及采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成转子叶片的气流流动对比图。在图6中，左边的转子叶片为未采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片10’，即若各截面二维基元叶型不采取任何积叠线改进措施时，原始重心积叠线即为直线；右边的转子叶片为采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片10。可以从图6中看到，采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片10的叶尖12与机匣30之间的缝隙40中经过的泄漏流W受叶片力T的影响，要远远小于未采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片10’的叶尖12’与机匣30之间的缝隙40中经过的泄漏流W'。并且，采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片的根部端壁的低能X受叶片力T影响向主流流动从而也有所减小。

图7为未采用及采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片的叶尖泄漏流对比图。在图7中，左边的转子叶片为未采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片10’，右边的转子叶片为采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成的转子叶片10。由图7可得知，采用本发明的轴流压气机的转子叶片的设计方法所形成转子叶片10的叶尖相对马赫数增加，表明三维CFD计算结果表明尖部泄漏流明显减小。

需要说明的是，采用该设计方法形成的转子叶片仍需满足强度应力平衡要求，积叠线整体可根据压力面和吸力面实际应力分布情况和强度要求再做适当调整。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种轴流压气机的转子叶片，其特征在于，所述转子叶片包括叶根和叶尖，所述转子叶片沿高度方向从所述叶根到所述叶尖具有若干个基元叶型截面，将各所述基元叶型截面的重心作为积叠点沿所述转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；

所述积叠线沿所述转子叶片的高度方向从所述叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，所述第一椭圆弧段靠近所述叶根设置，且所述第一椭圆弧段靠近所述叶根的一端向吸力面弯曲，所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖设置，且所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖的一端向压力面弯曲，所述直线段与所述第一椭圆弧段、以及所述第二椭圆弧段均相切；

所述第一椭圆弧段从所述叶根到叶尖的方向至少包括A、B、C三个控制点；

其中，A点为位于所述叶根的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第一椭圆弧段的第一端点位置，B点位于所述第一椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第一椭圆弧段的第一椭圆的长轴上，所述第一椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，C点位于所述第一椭圆弧段的第二端点位置，且C点位于所述直线段上；

A点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第一叶片弯曲角；A点距离所述第一椭圆的长轴的距离为第一弯曲高度；A点距离所述第一椭圆的短轴的距离为第一弯曲宽度；

所述第一叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的20%~35%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1~3倍。

2.如权利要求1所述的轴流压气机的转子叶片，其特征在于，

所述第一叶片弯曲角的取值范围为60°~65°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的25%~30%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1.5~2.5倍。

3.如权利要求1所述的轴流压气机的转子叶片，其特征在于，

所述第二椭圆弧段从所述叶根到叶尖的至少包括D、E、F三个控制点；

F点为位于所述叶尖的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第二椭圆弧段的第一端点位置，E点位于所述第二椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第二椭圆弧段的第二椭圆的长轴上，所述第二椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，D点位于所述第二椭圆弧段的第二端点位置，且D点位于所述直线段上；

F点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第二叶片弯曲角；F点距离所述第二椭圆的长轴的距离为第二弯曲高度，F点距离所述第二椭圆的短轴的距离为第二弯曲宽度；

所述第二叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的10%~25%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2.5倍。

4.如权利要求3所述的轴流压气机的转子叶片，其特征在于，

所述第二叶片弯曲角的取值范围为55°~60°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的15%~20%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2倍。

5.一种轴流压气机的转子叶片的设计方法，其特征在于，所述转子叶片包括叶根和叶尖，所述转子叶片沿高度方向从所述叶根到所述叶尖具有若干个基元叶型截面，所述设计方法包括以下步骤：

S1：将各所述基元叶型截面的重心作为积叠点沿所述转子叶片的高度方向进行叠加得到积叠线；

S2：设置所述积叠线沿所述转子叶片的高度方向从所述叶根到叶尖包括依次连接的第一椭圆弧段、直线段和第二椭圆弧段，所述第一椭圆弧段靠近所述叶根设置，且所述第一椭圆弧段靠近所述叶根的一端向吸力面弯曲，所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖设置，且所述第二椭圆弧段靠近所述叶尖的一端向压力面弯曲，所述直线段与所述第一椭圆弧段、以及所述第二椭圆弧段均相切；

在步骤S2中，包括：

设置所述第一椭圆弧段从所述叶根到叶尖的方向至少包括A、B、C三个控制点；

其中，A点为位于所述叶根的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第一椭圆弧段的第一端点位置，B点位于所述第一椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第一椭圆弧段的第一椭圆的长轴上，所述第一椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，C点位于所述第一椭圆弧段的第二端点位置，且C点位于所述直线段上；

A点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第一叶片弯曲角；A点距离所述第一椭圆的长轴的距离为第一弯曲高度；A点距离所述第一椭圆的短轴的距离为第一弯曲宽度；

设置所述第一叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的20%~35%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1~3倍。

6.如权利要求5所述的轴流压气机的转子叶片的设计方法，其特征在于，

设置所述第一叶片弯曲角的取值范围为60°~65°，所述第一弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的25%~30%，所述第一弯曲宽度的取值范围为所述第一弯曲高度的1.5~2.5倍。

7.如权利要求5所述的轴流压气机的转子叶片的设计方法，其特征在于，在步骤S2中，包括：

设置所述第二椭圆弧段从所述叶根到叶尖的至少包括D、E、F三个控制点；

其中，F点为位于所述叶尖的基元叶型截面的重心位置点，且位于所述第二椭圆弧段的第一端点位置，E点位于所述第二椭圆弧段的弯曲控制位置，且位于形成所述第二椭圆弧段的第二椭圆的长轴上，所述第二椭圆的长轴垂直于所述转子叶片的高度方向，D点位于所述第二椭圆弧段的第二端点位置，且D点位于所述直线段上；

F点的切线与发动机轴向垂线的夹角为第二叶片弯曲角；F点距离所述第二椭圆的长轴的距离为第二弯曲高度，F点距离所述第二椭圆的短轴的距离为第二弯曲宽度；

设置所述第二叶片弯曲角的取值范围为50°~70°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的10%~25%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2.5倍。

8.如权利要求7所述的轴流压气机的转子叶片的设计方法，其特征在于，

设置所述第二叶片弯曲角的取值范围为55°~60°，所述第二弯曲高度的取值范围为所述转子叶片的高度的15%~20%，所述第二弯曲宽度的取值范围为所述第二弯曲高度的1~2倍。

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