一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115749969A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211384463.3(22)申请日2022.11.07(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路(72)发明人茅晓晨冯翰霖刘波张冉张瑞辰(74)专利代理机构西安凯多思知识产权代理事务所(普通合伙)61290专利代理师云燕春(51)Int.Cl.F01D5/14(2006.01)F01D11/00(2006.01)F04D29/30(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片(57)摘要本发明一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，属于叶轮领域；所述转子叶片内部设置有流道，所述流道包括叶片前缘进气孔、叶顶喷气孔和叶片内部腔体，从叶片前缘进气孔处吸入的来流气流经过叶片内部腔体流至叶顶喷气孔处，并从叶顶喷气孔喷向叶尖间隙。本发明避开了主动控制需要附加结构的缺点和主动控制机构对流场的检测和执行的难点，避免带冠叶片和叶顶造型带来端区质量较重的问题，在转子叶片上实现对叶尖泄漏流的被动控制，达到抑制叶尖泄漏流的效果。本发明在转子叶片的前缘与叶顶设连通流道，通过从叶片前缘引气，在叶顶处产生射流，射流在叶尖间隙处起到封严作用，从而抑制叶尖泄漏流，达到减小叶尖泄漏流流量的效果。CN115749969ACN115749969A权利要求书1/1页1.一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述转子叶片内部设置有流道，所述流道包括叶片前缘进气孔、叶顶喷气孔和叶片内部腔体，从叶片前缘进气孔吸入的来流气流经过叶片内部腔体流至叶顶喷气孔处，并从叶顶喷气孔喷向叶尖间隙。2.根据权利要求1所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶顶喷气孔设置于叶尖泄漏涡起始区域附近或叶尖泄漏强度最大区域附近。3.根据权利要求2所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶顶喷气孔沿着叶型中弧线分布，数量为1‑3个。4.根据权利要求1‑3任一项所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶顶喷气孔的孔径占叶顶厚度的20％‑40％。5.根据权利要求4所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶顶喷气孔喷气角度在周向上与泄露流方向相反。6.根据权利要求4所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶顶喷气孔结构采用收缩喷嘴。7.根据权利要求1所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶片前缘进气孔分布在叶片前缘设计工况下的前驻点上。8.根据权利要求7所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶片前缘进气孔分布在60‑90％叶高处，数量为1‑3个，且等距分布。9.根据权利要求1所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶片前缘进气孔的孔径占叶片前缘小圆直径的20％‑50％。10.根据权利要求7‑9任一项所述一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，其特征在于：所述叶片前缘进气孔面向来流方向呈扩张结构，扩张角度为0‑5°。2CN115749969A说明书1/7页一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片技术领域[0001]本发明属于叶轮领域，具体涉及一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的转子叶片，适用于航空发动机。背景技术[0002]叶轮机械中的叶尖间隙是为避免叶片和机匣或者轮毂壁面的摩擦碰撞而引入的，而在叶尖基元叶片压力面和吸力面两侧的压差作用下，部分流体翻过叶尖间隙形成叶尖泄漏流，在与主流速度的合成作用下，这种泄漏流动通常以泄漏涡的形式存在于叶尖区域，它是一种复杂的三维粘性流动。对航空发动机而言，叶尖泄漏流带来的影响主要体现为产生泄漏损失和堵塞——对压气机而言，叶尖泄漏流会降低其效率，降低其压升能力和缩小其稳定工作范围；对涡轮而言，叶尖泄漏流主要影响涡轮效率的降低，且高温泄漏流会使叶顶承受极高的热负荷。且随着叶尖间隙尺寸的增加，叶尖泄漏流的强度增强，造成的负面效应也随之增强。而叶尖间隙无法完全取消，其最小尺寸由叶片尺寸、转速和材料等因素限制，故叶尖泄漏流造成的负面效应长期影响着航空发动机的性能和效益。随着航空发动机向高推重比、高性能发展，对叶尖间隙损失和叶尖泄漏流的控制就显得越来越重要了。[0003]为解决上述问题，国内外对此进行了大量探索研究，目前关于控制叶尖泄漏流及其损失的方法主要有：传统机匣处理、叶尖机匣喷气、主动叶顶喷气、主动叶顶抽吸、带冠叶片及篦齿封严、肋条叶片和叶尖小翼。传统机匣处理主要是指在机匣上布置一些特殊的结构(如槽和缝)，来降低由叶尖泄漏流和环壁附面层等引起的通道堵塞，改善叶尖流动