一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110145370A(43)申请公布日2019.08.20(21)申请号201910362243.2(22)申请日2019.04.30(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人崔佳欢刘俭王稳(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人邱启旺(51)Int.Cl.F01D5/14(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图3页(54)发明名称一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片(57)摘要本发明公开了一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片，适用于降低航空发动机高负荷及超高负荷低压涡轮叶片叶型损失，所述低压涡轮叶片包括叶片前缘、叶片吸力侧、叶片压力侧和叶片尾缘，所述的叶片吸力侧的形状为沿叶高方向延伸的波浪面，波浪面始于叶片前缘，终于叶片尾缘，波浪面由波峰和波谷交替衔接而成，从叶片前缘到叶片尾缘，波浪形的波峰和波谷之间沿叶栅距方向的距离变化为从0到2A线性增加，再从2A到0线性减少，其中A为波浪面的最大振幅，最大振幅处为流体分离位置。该叶片结构可有效地降低叶片流体分离，减少损失，提高低压涡轮性能。CN110145370ACN110145370A权利要求书1/1页1.一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片，适用于降低航空发动机高负荷及超高负荷低压涡轮叶片叶型损失，所述低压涡轮叶片包括叶片前缘、叶片吸力侧、叶片压力侧和叶片尾缘等，其特征是：所述的叶片吸力侧的形状为沿叶高方向延伸的波浪面，波浪面始于叶片前缘，终于叶片尾缘，波浪面的波峰和波谷交替衔接而成，从叶片前缘到叶片尾缘，波浪面的波峰和波谷之间沿叶栅距方向的距离变化为从0到2A线性增加，再从2A到0线性减少，其中A为波浪面的最大振幅，最大振幅处为流体分离位置。2.根据权利要求1所述的一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片，其特征在于，所述波浪面沿叶高方向的一个截面的形状为正弦形或余弦形。2CN110145370A说明书1/2页一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片技术领域[0001]本发明涉及民用航空技术领域，尤其涉及一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片，适用于航空发动机高负荷及超高负荷低压涡轮叶片。背景技术[0002]航空发动机被誉为“工业之花”，是一个国家综合国力的体现。低压涡轮是航空发动机的重要部件之一，其重量约为整机重量的25％，成本约为整机成本的15％。如低压涡轮效率提高1％，整机油耗将降低0.5％-1.0％。[0003]现今，低压涡轮效率已超过90％，对其进一步提高已十分困难。对低压涡轮性能提升的主要方式已从单个叶片的气动性能转移到提高低压涡轮的综合性能，其主要包括：提高单个叶片载荷，减少叶片数量，降低低压涡轮重量，进而降低综合成本(制造成本和飞行成本)。然而，提高低压涡轮叶片载荷将增大边界层分离风险，甚至出现开式分离。如设计稍有偏差，超高载荷低压涡轮会大幅增加耗油率和综合成本。出于保守设计，为避免边界层发生分离，传统低压涡轮设计负荷相对较低。但近年来，罗罗/GE等公司尝试采用超高负荷低压涡轮设计理念，超高负荷低压涡轮的设计将大幅降低叶片数量和涡轮重量。[0004]超高载荷低压涡轮虽能大幅降低叶片数量及低压涡轮重量，但研究发现相对传统叶片，超高载荷叶片较难在所有工况下保持高效率运行。已有研究人员开始利用流动控制方法，抑制低压涡轮吸力面分离泡及二次流损失。现有的流动控制方案分为主动控制和被动控制两大类。主动控制有流向动量注入，边界层抽吸，流向涡生成和激发不稳定性等方法。被动控制有涡生成器，端壁拦截(endwallfence)，叶片前缘与端壁面交接处增厚等。本发明属于被动分离方法，利用波浪型吸力面，产生对转涡，增强主流与边界层的动量交换，最终抑制超高载荷低压涡轮吸力面上分离泡的生成，抑制损失，降低落后角。发明内容[0005]为了克服航空发动机高负荷及超高负荷低压涡轮在低雷诺数工况下运行吸力面流体易于分离，损失加剧的问题。本发明提供一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片，在吸力面增加波浪形设置，可以降低分离泡带来的损失，从而提高涡轮效率。[0006]为了达到上述目的，通过以下技术方案来实现的：一种吸力面波浪形的低压涡轮叶片，适用于降低航空发动机高负荷及超高负荷低压涡轮叶片叶型损失，所述低压涡轮叶片包括叶片前缘、叶片吸力侧、叶片压力侧和叶片尾缘，所述的叶片吸力侧的形状为沿叶高方向延伸的波浪面，波浪面始于叶片前缘，终于叶片尾缘，波浪面由波峰和波谷交替衔接而成，从叶片前缘到叶片尾缘，波浪面的波峰和波谷之间沿叶栅距方向的距离变化为从0到2A线性增加，再从2A到0线性减少，其中A为波峰面和波谷面的最大振幅，最大振幅处为流体分离位置。[0007]优选的，所述波浪面沿叶高方向的一个界面的形状为正弦波。[0