CN114109918A - 吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅 - Google Patents

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Abstract

一种吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅，其是在吸力面上尾缘附近，从端壁开始沿展向设置多个依次首尾相接且“左倾”和“右倾”交替分布的斜向小肋组；每个斜向小肋组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向小肋组成，由此形成展向阵列。本发明效果：通过在静子叶栅吸力面尾缘处布置斜向小肋，一方面可以通过斜向小肋产生的尾涡搅动分离区内的气流，使附面层上部的高能气流得以与近壁的低能气流混合而增加近壁流体的动量和能量，从而延缓分离；另一方面是利用小肋产生的尾涡阻隔角区低能流体向展向吸力面的传播，从而达到控制角区分离，提高压气机性能和稳定性的目的。

Description

吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅
技术领域
本发明属于航空燃气涡轮发动机技术领域，特别是涉及一种吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅。
背景技术
压气机是航空燃气涡轮发动机的核心压缩部件，其性能的优劣对航空燃气涡轮发动机的工作和性能具有至关重要的影响。随着航空燃气涡轮发动机推重比的提高，压气机单级负荷在不断提升的同时，也更大程度地诱发了角区分离。角区的流动分离会导致通道堵塞、叶片载荷以及扩压能力的下降，从而造成总压损失和效率下降，严重时会引起航空燃气涡轮发动机的失速和喘振。因此，设法抑制压气机的角区分离，对于提高压气机的性能和运行安全是至关重要的。
目前，针对压气机静子叶栅角区分离的流动控制技术主要可以分为主动控制和被动控制两大类。其中主动控制技术主要包括附面层抽吸技术、等离子体激励技术、合成射流等；被动控制技术主要包括涡流发生器、翼刀、叶根开槽、端壁造型等。
由于被动控制方法具有结构简单、改型方便以及成本低廉等优点，因此目前已经广泛应用于许多型号的航空燃气涡轮发动机中。但以涡流发生器为代表的传统被动控制方法，在获取气动增益的同时，也会引入附加损失，因此如何在气动增益与附加损失之间寻求平衡，一直都是学术界和工业界广泛关注的话题。因此，角区分离的流动控制方法仍然需要进一步的研究。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅。
为了达到上述目的，本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅包括多个叶片和端壁；其中，叶片的吸力面上尾缘附近，从端壁开始沿展向设置多个依次首尾相接且“左倾”和“右倾”交替分布的斜向小肋组；每个斜向小肋组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向小肋组成，由此形成展向阵列。
所述斜向小肋组的轴向起始位置选取在附面层分离点的附近，由此向尾缘的方向布置斜向小肋，每个斜向小肋组中斜向小肋的数量为50-100个。
所述斜向小肋的延伸方向与来流方向L间的夹角β为30°—60°。
所述斜向小肋组的展向宽度a为0.05l—0.15l，其中l为叶片的弦长。
所述斜向小肋的横截面呈三角形，底边b为0.0009l—0.0036l，高c为0.0003l—0.001l。
每个斜向小肋组中相邻斜向小肋之间的距离d为0.0004l—0.0008l。
本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅具有如下有益效果：通过在静子叶栅吸力面尾缘处布置斜向小肋，一方面可以通过斜向小肋产生的尾涡搅动分离区内的气流，使附面层上部的高能气流得以与近壁的低能气流混合而增加近壁流体的动量和能量，从而延缓分离；另一方面是利用小肋产生的尾涡阻隔角区低能流体向展向吸力面的传播，从而达到控制角区分离，提高压气机性能和稳定性的目的。
与传统的“涡流发生器”相比，本发明采用的斜向小肋结构尺寸很小，因此在斜向小肋附近所产生的附加损失几乎可以忽略不计，从而可以更小的代价实现流动控制的效果；另外，展向阵列采用了“分布式”的思想，相较于传统涡流发生器，可以根据静子叶栅具体的分离情况，更加灵活地布置斜向小肋的位置，从而达到更加精细的控制效果。
附图说明
图1为本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅结构立体图。
图2为本发明中斜向小肋组结构示意图。
图3为本发明中斜向小肋横截面示意图。
图4是吸力面上未布置斜向小肋的原型压气机静子叶栅轮毂附近的三维流线图。
图5是本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅轮毂附近的三维流线图。
图6是本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅与未布置斜向小肋的原型静子叶栅总压损失系数对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅包括多个叶片1和端壁4；其中，叶片1的吸力面2上尾缘3附近，从端壁4开始沿展向设置多个依次首尾相接且“左倾”和“右倾”交替分布的斜向小肋组；每个斜向小肋组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向小肋5组成，由此形成展向阵列。
如图2所示，根据原型静子叶栅的流场情况，斜向小肋组的轴向起始位置选取在附面层分离点的附近，由此向尾缘3的方向布置斜向小肋5，每个斜向小肋组中斜向小肋5的数量可调，通常为50-100个，本发明选择60个。
所述斜向小肋5的延伸方向与来流方向L间的夹角β的大小与斜向小肋(5)的横截面形状共同影响流动控制效果，其中夹角β的大小可调，通常夹角β为30°—60°。本发明中选择夹角β＝40°。
所述斜向小肋组的展向宽度a可调，通常展向宽度a为0.05l—0.15l，本发明中选择展向宽度a＝0.104l，其中l为叶片1的弦长。
如图3所示，所述斜向小肋5的横截面呈三角形，并且底边b和高c的尺寸都是可调的，通常底边b为0.0009l—0.0036l，高c为0.0003l—0.001l。本发明中选择底边b＝0.0026l，高c＝0.001l。
每个斜向小肋组中相邻斜向小肋5之间的距离d可调，距离d的大小决定了斜向小肋5沿弦向的稠密度，通常距离d为0.0004l—0.0008l，本发明中选择距离d＝0.00067l。
为了验证本发明的效果，本发明人对吸力面上未设置斜向小肋的原型压气机静子叶栅和本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅进行了数值模拟。具体模拟参数和结果如下：
用于模拟的原型叶栅叶型参数如下表所示：
Figure BDA0003377043660000041
如图4、图5所示，通过对比吸力面上未设置斜向小肋的原型压气机静子叶栅和本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅前后端壁附近的三维流线可以发现，本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅的吸力面与端壁所形成的分离流动区域明显减小，因此可以延缓及抑制角区分离的发生。
如图6所示，通过数值模拟的总压损失系数的对比结果来看，本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅与吸力面上未设置斜向小肋的原型压气机静子叶栅相比，总压损失系数减小了18％。
可见，本发明提供的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅的压气机静子叶栅一方面可以通过斜向小肋产生的尾涡搅动分离区内的气流，增加近壁流体的动量和能量，从而延缓角区分离；另一方面可以利用斜向小肋产生的尾涡阻隔角区低能流体向展向吸力面的传播，从而达到控制角区分离的目的，进而减小了角区分离所导致的损失，有利于提高压气机性能及其稳定性。

Claims (6)

1.一种吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅，其特征在于：所述吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅包括多个叶片(1)和端壁(4)；其中，叶片(1)的吸力面(2)上尾缘(3)附近，从端壁(4)开始沿展向设置多个依次首尾相接且“左倾”和“右倾”交替分布的斜向小肋组；每个斜向小肋组由多条沿弦向间隔距离平行设置的斜向小肋(5)组成，由此形成展向阵列。
2.根据权利要求1所述的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅，其特征在于：所述斜向小肋组的轴向起始位置选取在附面层分离点的附近，由此向尾缘(3)的方向布置斜向小肋(5)，每个斜向小肋组中斜向小肋(5)的数量为50-100个。
3.根据权利要求1所述的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅，其特征在于：所述斜向小肋(5)的延伸方向与来流方向L间的夹角β为30°—60°。
4.根据权利要求1所述的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅，其特征在于：所述斜向小肋组的展向宽度a为0.05l—0.15l，其中l为叶片(1)的弦长。
5.根据权利要求1所述的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅，其特征在于：所述斜向小肋(5)的横截面呈三角形，底边b为0.0009l—0.0036l，高c为0.0003l—0.001l。
6.根据权利要求1所述的吸力面上带有斜向小肋的压气机静子叶栅，其特征在于：每个斜向小肋组中相邻斜向小肋(5)之间的距离d为0.0004l—0.0008l。
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