CN115977999A - 一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法，其中，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，所述叶顶间隙设置为由所述转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。本申请的亚声速压气机的转子叶片，通过在叶顶与机匣内壁之间构建渐扩型泄漏通道，借助渐扩型流道对泄漏气流的减速控制效果实现间隙泄漏泄漏流量和叶尖吸力面流动分离的有效抑制，并最终实现压气机流动扩稳的目的。

Description

一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法

技术领域

本发明涉及亚声速压气机或燃气轮机领域，具体涉及一种亚声速压气机、转子叶片及流动扩稳控制方法。

背景技术

针对高负荷亚声速压气机所面临的由叶尖吸力面分离和间隙泄漏流/涡共同诱发流动堵塞进而导致压气机叶尖流动失稳、损失加剧等显著问题，目前常用做法除了适当卸载或优化亚声速压气机转子叶尖基元级的流向载荷分布外，主要是采用流动控制方法以有效抑制泄漏流的强度和叶尖吸力面分离程度，进而延迟压气机旋转失速的发生。其中在主动式流动控制方法方面，主要通过借助于外部能量输入以增强叶尖主流流体的抗干扰和抗分离能力，如微喷气、射流、等离子体激励等。相比之下，被动式流动控制方法目前应用较多，如机匣处理、叶片弯掠、涡流发生器等。考虑到目前常用的主动控制方法需要额外提供流动控制所需的外部能量并附带相应的作动和辅助机构等，一定程度上制约了其工程应用；而一些被动控制方法则存在非设计工况下可能失效、影响叶片总体负荷以及干涉正常主流流动等问题。

目前广泛采用的机匣处理方法，无论是轴向槽还是轴向倾斜缝，在明显改善轴流亚声速压气机失速裕度的同时，会一定程度上影响高负荷压气机叶尖区域的工作效率和增压能力。另有一些通过在叶尖所在区域的压力侧壁上设置导流结构，使得气体经过导流结构的导向后，气体在叶尖的顶部端面外侧因泄漏流动产生的分离泡增大，以此减小径向间隙，从而抑制泄漏流的流量和泄漏涡强度，然而该方法收效甚微，且适用压气机类型有限。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择，本发明提供一种亚声速压气机的转子叶片、亚声速压气机以及基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，以抑制间隙泄漏流流量和叶尖吸力面流动分离、改善叶尖流场、延迟压气机发生失速等。

一方面地，本发明提出一种亚声速压气机的转子叶片，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，所述叶顶间隙形状设置为由所述亚声速压气机转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。

进一步地，所述转子叶片的叶顶具有斜切面，所述斜切面与机匣内壁之间的夹角为斜切角α，其中，α≤8°。

进一步地，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。

进一步地，所述转子叶片的叶顶设有朝向压力面侧延伸的第一延伸面，或者朝向吸力面侧延伸的第二延伸面。

另一方面地，本发明提出一种亚声速压气机，包括上述亚声速压气机的转子叶片。

另一方面地，本发明提出一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，应用于亚声速压气机，所述亚声速压气机包括轮毂、机匣以及转子叶片，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理，以使得所述叶顶间隙形成为由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。

进一步地，所述转子叶片的吸力面与叶顶端面相交的边缘线为第二切割线，所述转子叶片的压力面与叶顶端面相交的边缘线为第一切割线，所述第一切割线和所述第二切割线组合形成叶顶的基准拉伸面，叶顶前缘点与尾缘点连线形成叶顶弦线；对所述叶顶进行切削处理包括如下步骤：以所述基准拉伸面作为旋转面，以所述叶顶弦线作为旋转轴，所述旋转轴正向为由前缘点指向尾缘点，使所述旋转面绕所述旋转轴沿顺时针旋转，形成斜切面，所述斜切面与所述基准拉伸面形成斜切角α；以所述斜切面为切割工具面，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理。

进一步地，所述斜切角α≤8°。

进一步地，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。

进一步地，对所述叶顶进行切削处理之前还包括如下步骤：使所述转子叶片的叶顶朝向压力面侧扩展以形成第一延伸面；或者使所述转子叶片的叶顶朝向吸力面侧扩展以形成第二延伸面。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1.本申请的亚声速压气机的转子叶片，通过在叶顶与机匣内壁之间构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，借助渐扩型流道对间隙泄漏气流的减速控制效果实现对间隙泄漏流流量和叶尖吸力面分离的双重抑制目的。具体地，对于亚声速压气机转子，利用渐扩型泄漏通道实现亚声速间隙泄漏射流的减速目的，进而减小间隙泄漏流射流速度及影响范围，降低泄漏射流由叶顶间隙吸力面侧进入主流流场时的速度和流量，从而有效削弱泄漏流强度及对主流流体的干扰和堵塞效应；同时叶尖流场在泄漏涡与吸力面之间形成的靠近吸力面的局部加速气流还可以有效抑制吸力面出现的流动分离，从而减小由分离引起的气流堵塞效应。最终得益于泄漏流和吸力面分离的双重抑制效果，进而使得亚声速压气机的叶尖流动特性和稳定工作裕度等得到明显改善。

其中，“渐扩型”做广义理解，所对应的渐扩型流道的径向尺寸变化既可以是线性的，也可以是非线性的。

2.作为一种优选的实施方式，所述转子叶片的叶顶具有斜切面，所述斜切面与机匣内壁之间的夹角为斜切角α，其中，α≤8°；本申请采用叶顶斜切的方式，在叶顶形成斜切面，对原有转子叶片的改造简单，既不需要引入额外的能量和附加作动装置、机构等，也无需复杂的调控策略，具有实施方便、潜在技术风险小等优点；通过进一步限定斜切角的范围，有助于对叶尖流场的做功能力、工作裕度、气动收益等多方面进行优化。

3.作为一种优选的实施方式，所述叶顶间隙为由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值；通过限定转静交截面之间的间隙值形成由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，通过抑制泄漏流强度和叶尖吸力面分离，可有效改善亚声速压气机转子的叶尖流动特性和稳定工作裕度。

4.作为一种优选的实施方式，所述压气机转子叶片的叶顶设有朝向压力面侧延伸的第一延伸面；或者所述转子叶片的叶顶设有朝向吸力面侧延伸的第二延伸面；通过设置第一延伸面或第二延伸面，可增加叶顶端面面积，而在增加叶顶端面面积的基础上构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可进一步提升对间隙泄漏流和叶尖吸力面流动分离的双重抑制效果。

5.本申请的基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，通过对亚声速压气机转子叶片的叶顶斜切构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可有效抑制间隙泄漏流的流量和强度，显著减小叶尖吸力面的流动分离，进而提升亚声速压气机的综合性能和稳定工作裕度，既不需要引入额外的能量和附加作动装置、机构等，也无需复杂的调控策略，具有控制效果明显、结构简单、实施方便、潜在技术风险小等优点；相较于现有的其他被动式流动控制方法，本申请在抑制高负荷亚声速压气机叶顶间隙泄漏流强度和叶尖吸力面流动分离的同时，不仅对亚声速压气机叶尖流场的做功能力和工作效率等无负面影响，反而在一定程度上能够改善高负荷亚声速压气机的总体性能和工作裕度，具有明显的气动和结构优势。

6.作为一种优选的实施方式，通过使压气机转子叶顶基准拉伸面绕叶尖弦线沿顺时针旋转(旋转轴的正向为由叶尖前缘点指向尾缘点)形成斜切面(该斜切面作为切割工具面)，再对转子进行叶顶斜切，可形成由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，对不同载荷水平的亚声速压气机均能够实现流动扩稳和叶尖流场改善目的，扩大了应用范围。

7.作为一种优选的实施方式，对所述叶顶进行切削处理之前还包括如下步骤：使所述转子叶片的叶顶朝向压力面侧扩展以形成第一延伸面；或者使所述转子叶片的叶顶朝向吸力面侧扩展以形成第二延伸面；通过设置第一延伸面或第二延伸面，可增加叶顶端面面积，而在增加叶顶端面面积的基础上构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可进一步提升对间隙泄漏流强度和叶尖吸力面流动分离的抑制效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请一种实施方式下的亚声速压气机转子的总体结构布局示意图。

图2-1为改进之前的压气机转子叶顶间隙的示意图。

图2-2为改进之后的由叶尖压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道的示意图。

图3为本申请一种实施方式下转子叶顶的几何参数示意图。

图4为本申请一种实施方式下转子叶顶斜切过程的示意图。

图5为本申请一种实施方式下斜切后的转子叶顶的结构示意图。

图6-1为本申请一种实施方式下通过转子叶顶朝向压力面侧扩展以增加叶顶面积进而形成的新叶顶的结构示意图。

图6-2为本申请另一种实施方式下通过转子叶顶朝向吸力面侧扩展以增加叶顶面积进而形成的新叶顶的结构示意图。

图7-1为叶顶斜切方案与原型方案的等熵效率随流量变化的变化曲线对比示意图。

图7-2为叶顶斜切方案与原型方案的总压比随流量变化的变化曲线对比示意图。

图8为近失速工况叶顶斜切方案与原型方案的叶尖间隙流场相对马赫数分布云图示意图。

图9为选取转子叶顶间隙区三处不同流向位置的分布示意图。

图10-1为图9中位置一处(对应l ine3)的叶顶斜切方案与原型方案在叶顶间隙通道内(垂直于弦向方向)的速度分布对比示意图。

图10-2为图9中位置二处(对应l ine4)的叶顶斜切方案与原型方案在叶顶间隙通道内(垂直于弦向方向)的速度分布对比示意图。

图10-3为图9中位置三处(对应l ine5)的叶顶斜切方案与原型方案在叶顶间隙通道内(垂直于弦向方向)的速度分布对比示意图。

图11为转子叶顶斜切后叶尖间隙流场堵塞效应的变化图。

附图标记：

1-机匣回转面，2-转子叶片，3-轮毂回转面，4-第一切割线，5-叶顶端面，6-第二切割线，7-叶顶弦线，8-前缘线，9-尾缘线，10-基准拉伸面，11-斜切面，13-斜切角，14-新的叶顶端面，121-吸力面，122-压力面，21-第一延伸面，22-第二延伸面，110-渐扩型泄漏通道。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接的两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

增加压气机的级压比以实现压缩部件的减级、减重是高推重比航空发动机未来发展的必然趋势。然而压气机级压比的提升，会使转子叶片不同叶高基元级载荷明显增加，叶片两侧的静压差也会不断增大，其内部三维流场变得更加复杂。尤其在压气机转子叶尖区域，在叶顶两侧较大静压差的驱动下，会在转子间隙区诱发强泄漏流，泄漏流与通道二次流、吸力面边界层相互干涉，并与主流流体相互剪切，会在压气机转子叶尖流场诱发较大的低速区，其与压气机叶尖吸力面的流动分离共同成为诱发高负荷压气机叶尖流场恶化和旋转失速的主要诱因。

本申请面向亚声速压气机转子，在不注入外部能量、不增加附带机构或作动装置的情况下，通过采用叶顶斜切构建由转子叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏流道结构，对间隙区的亚声速泄漏射流气流进行减速控制。借助于亚声速泄漏流射流在渐扩型间隙泄漏通道内的减速效应，可有效减小泄漏流由间隙区吸力面侧进入叶尖主流流场时的射流速度和流量，同时凭借在泄漏涡与吸力面之间形成局部加速气流，实现对转子叶尖吸力面侧流动分离的有效抑制，从而有效减小间隙泄漏流和吸力面分离对转子叶尖通道的堵塞效应，最终实现亚声速压气机叶尖流场特性和稳定工作裕度的显著改善。

基于转子叶顶斜切的亚声速压气机流动扩稳控制方法，对高性能压气机转子叶片的优化设计同样提出了借鉴或参考思路，可作为优化亚声速压气机叶尖流场特性的一个关键几何优化因素，对改善亚声速压气机的综合气动性能具有重要的支撑作用。

本申请的基于转子叶顶斜切的亚声速压气机流动扩稳控制方法不仅适用于航空燃气轮机的亚声速压气机级，还适用于地面/舰船燃气轮机的压缩部件、工业通风机、矿井风机以及化工领域的扩压式叶轮机械等。

如图1和图2-1、图2-2所示，亚声速压气机转子包括机匣回转面1、轮毂回转面3、以及转子叶片2，转子叶片2的根部设于轮毂回转面3，转子叶片2的叶顶与机匣回转面1的内壁之间形成有叶顶间隙。转子叶片2具有吸力面121和压力面122，通常情况下，如图2-1所示，叶顶间隙均匀，即d1＝d2。本申请通过改造转子叶片2的叶顶结构，可形成如图2-2所示的由叶顶压力面122侧指向吸力面121侧的渐扩型泄漏通道110，其中d6>d5。

通过在原有转子叶片2结构基础上对其叶顶结构进行斜切改造，使得图2-2的叶顶间隙形成由压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可实现亚声速压气机间隙泄漏流流量和叶尖吸力面流动分离的双重抑制，削弱间隙泄漏射流和叶尖流动分离对叶尖通道的堵塞效应，最终实现亚声速压气机叶尖流动特性和稳定工作裕度的显著改善。具体地，对于亚声速压气机，通过在转子叶顶构建由压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道110，亚声速间隙泄漏射流在渐扩通道中随着通流截面面积的不断增大，其对应的泄漏射流流速不断减小，从而有效抑制了间隙泄漏流的强度及其对叶尖通道的干涉。同时在削弱后的叶尖泄漏涡与吸力面之间还会形成局部加速气流，对叶尖吸力面侧的流动分离抑制效果显著。在此基础上，借助于转子叶顶渐扩型泄漏通道，最终可以实现对叶尖泄漏流和吸力面流动分离的双重抑制目的，进而实现压气机叶尖流动特性和综合性能的显著改善。

本申请采用转子叶顶斜切的方式构建由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道110，具体方法如下。本申请实施方式的描述以亚声速轴流压气机转子为例，可以理解的是，实施对象不限于亚声速轴流压气机转子，亦可扩展至亚声速的离心、斜流以及组合式压气机、工业风机等。

如图3所示，定义亚声速压气机转子三维叶片的吸力面121、压力面122、叶顶端面5、前缘线8、尾缘线9等位置。

进一步地，以吸力面121与叶顶端面5相交的边缘线为第二切割线6，以压力面122与叶顶端面5相交的边缘线为第一切割线4，第一切割线4和第二切割线6组合形成叶顶的基准拉伸面10，叶顶前缘点与尾缘点连线形成叶顶弦线7。

进一步地，如图4所示，以基准拉伸面10作为旋转面，以叶顶弦线7作为旋转轴，使旋转面绕旋转轴沿顺时针方向进行旋转(旋转轴正向为由前缘点指向尾缘点)，形成斜切面11，该斜切面11与基准拉伸面10形成斜切角13，即斜切角α。

进一步地，如图5所示，以斜切面11为切割工具面，对转子叶片的叶顶进行切削处理。切除掉斜切面以外少量的叶顶几何部分后，在亚声速压气机转子叶顶形成新的叶顶端面14，此新的叶顶端面14与机匣回转面1之间形成由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道110，且对应的间隙通道渐扩角即为斜切角13，即斜切角α。

优选地，斜切角α≤8°。可以理解的是，斜切角不局限于该角度范围，具体视最终的叶尖流场结构和气动收益而定。

优选地，转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。即在兼顾气动性能改善效果的同时，通过合理调整斜切角α的数值，确保d5不小于斜切前的转子径向冷态间隙值。

在上述实施方式的基础上，为进一步优化渐扩间隙通道对间隙泄漏流射流和叶尖吸力面分离的双重抑制效果，对叶顶进行切削处理之前，可先增加叶顶端面面积(对应增加转子叶片叶尖基元级叶型厚度)，如图6-1所示，转子叶片2的叶顶朝向压力面122侧扩展以形成第一延伸面21，也即新的更大端面面积的转子叶顶，通过对新的叶顶进行斜切以形成由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可进一步提升渐扩型间隙结构对叶尖泄漏流强度和吸力面流动分离的双重抑制效果。

在上述实施方式的基础上，为进一步优化渐扩间隙通道对间隙泄漏流射流和叶尖吸力面分离的双重抑制效果，对叶顶进行切削处理之前，可先增加叶顶端面面积(对应增加转子叶片叶尖基元级叶型厚度)，如图6-2所示，转子叶片2的叶顶朝向吸力面121侧扩展以形成第二延伸面22，也即新的更大端面面积的转子叶顶，通过对新的叶顶进行斜切以形成由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道，可进一步提升渐扩型间隙结构对叶尖泄漏流强度和吸力面流动分离的双重抑制效果。

基于本申请的亚声速压气机流动扩稳控制新方法，本申请可提供一种改进的转子叶片，该叶顶斜切方法可融入到亚声速压气机转子叶片的三维造型中，作为叶型设计的一个调控几何参数。进一步地，本申请可提供一种基于上述改进的转子叶片的亚声速压气机，以此改善亚声速压气机的综合性能。

实施例一：以1.5级亚声速轴流亚声速压气机的转子为实施对象，对转子叶片进行叶顶斜切改造，并对其气动性能进行验证。具体地，斜切角α取6°，同时保证转子叶顶压力面侧的叶顶间隙与设计间隙保持不变。

如图7-1、图7-2和表1所示，采用叶顶斜切方案后，亚声速轴流压气机转子在设计转速下的稳定工作裕度相较于原型方案相对提升了3.6％。

表1叶顶斜切方案与原型方案的设计转速气动性能对比

基于最高效率点的工作裕度计算公式如式(1)所示：

其中，

G_NS—近失速工况点出口流量

G_PE—最高效率点处流量分布

π_PE—最高效率点总压比

π_NS—近失速工况点总压比

进一步地，图8揭示了叶顶斜切处理方法对亚声速轴流压气机转子内流流场的作用效果。采用叶顶斜切方案之后，间隙泄漏流轨迹与叶片吸力面之间的夹角明显减小，充分说明间隙泄漏流的强度明显减弱，同时采用叶顶斜切后的压气机转子叶尖吸力面的流动分离区显著也得到明显抑制。压气机叶尖流场的变化充分表明，采用叶顶斜切在压气机转子叶顶构建由压力面侧指向吸力面侧的渐扩型间隙泄漏通道后，压气机转子间隙泄漏流强度及叶尖吸力面分离均得到显著抑制，这也亚声速压气机转子稳定工作裕度提升的根本原因。

进一步地，图9和图10-1、图10-2、图10-3示出了近失速工况叶顶斜切方案和原型方案转子叶顶不同弦长位置处间隙区由压力面侧至吸力面侧的速度分布。由图10-1、图10-2、图10-3可见，采用叶顶斜切方案之后，由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型叶顶间隙区内泄漏流出口射流速度明显减小。表2为近失速工况叶顶斜切方案和原型方案转子叶顶间隙泄漏流流量的对比。采用叶顶斜切后，得益于间隙泄漏流射流速度的减小，亚声速压气机转子的间隙泄漏流流量也明显减小，从而使得间隙泄漏流的强度得到有效抑制，这也是叶顶斜切结构引起亚声速压气机转子稳定工作裕度提升其中一个原因。

表2叶顶斜切方案与原型方案在近失速工况的间隙泄漏流流量对比

方案	叶顶间隙泄漏流量
		原型方案	0.0035479kg/s
叶顶斜切方案(α＝6°)	0.0017493kg/s

进一步地，如图11所示，借助于亚声速泄漏流射流在渐扩型间隙泄漏通道内的减速效应，可有效减小泄漏流由间隙区吸力面侧进入叶尖主流流场时的射流速度和流量，同时凭借在泄漏涡与吸力面之间形成局部加速气流，实现对转子叶尖吸力面侧流动分离的有效抑制，从而有效减小间隙泄漏流和吸力面分离对转子叶尖通道的堵塞效应，最终实现亚声速压气机叶尖流场特性和稳定工作裕度的显著改善。

基于本申请的亚声速压气机流动扩稳控制方法，通过构建亚声速压气机转子叶顶由压力面侧指向吸力面侧的渐扩型间隙泄漏流道结构，可实现对高载荷条件下转子叶顶间隙泄漏流强度和叶尖吸力面流动分离的双重控制，进而有效改善亚声速压气机叶尖流动特性和稳定工作范围。

本发明所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本发明的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种亚声速压气机的转子叶片，所述亚声速压气机包括轮毂和机匣，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，其特征在于，

所述叶顶间隙形状设置为由所述亚声速压气机转子叶片的叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。

2.根据权利要求1所述的一种亚声速压气机的转子叶片，其特征在于，

所述转子叶片的叶顶具有斜切面，所述斜切面与机匣内壁之间的夹角为斜切角α，其中，α≤8°。

3.根据权利要求1所述的一种亚声速压气机的转子叶片，其特征在于，

所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。

4.根据权利要求1所述的一种亚声速压气机的转子叶片，其特征在于，

所述转子叶片的叶顶设有朝向压力面侧延伸的第一延伸面，或者朝向吸力面侧延伸的第二延伸面。

5.一种亚声速压气机，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的亚声速压气机转子叶片。

6.一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，应用于亚声速压气机，所述亚声速压气机包括轮毂、机匣以及转子叶片，所述转子叶片的根部设于所述轮毂，所述转子叶片的叶顶与机匣内壁之间形成有叶顶间隙，其特征在于，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理，以使得所述叶顶间隙形成为由叶顶压力面侧指向吸力面侧的渐扩型泄漏通道。

7.根据权利要求6所述的一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，其特征在于，

所述转子叶片的吸力面与叶顶端面相交的边缘线为第二切割线，所述转子叶片的压力面与叶顶端面相交的边缘线为第一切割线，所述第一切割线和所述第二切割线组合形成叶顶的基准拉伸面，叶顶前缘点与尾缘点连线形成叶顶弦线；

对所述叶顶进行切削处理包括如下步骤：

以所述基准拉伸面作为旋转面，以所述叶顶弦线作为旋转轴，所述旋转轴正向为由前缘点指向尾缘点，使所述旋转面绕所述旋转轴沿顺时针旋转，形成斜切面，所述斜切面与所述基准拉伸面形成斜切角α；

以所述斜切面为切割工具面，对所述转子叶片的叶顶进行切削处理。

8.根据权利要求7所述的一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，其特征在于，

所述斜切角α≤8°。

9.根据权利要求7所述的一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，其特征在于，

所述转子叶片叶顶压力面侧与机匣内壁之间的间隙值不小于转子径向冷态间隙值。

10.根据权利要求7所述的一种基于叶顶斜切的流动扩稳控制方法，其特征在于，

对所述叶顶进行切削处理之前还包括如下步骤：

使所述转子叶片的叶顶朝向压力面侧扩展以形成第一延伸面；或者

使所述转子叶片的叶顶朝向吸力面侧扩展以形成第二延伸面。

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