CN104612758A - 一种低损失的低压涡轮叶片 - Google Patents

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孙爽
王伟
卢新根
赵胜丰
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Abstract

一种低损失的低压涡轮叶片。其是将原有低压涡轮叶片沿叶高方向划分成叶根端区、叶尖端区和二维流动区，同时在其前缘上进行波浪形切割而使前缘部位形成多个锯齿，并对原有低压涡轮叶片进行3％轴向弦长的加长，以弥补切割后叶型做功能力的下降，该延长通过在叶片中弧线前缘点沿中弧线切线方向进行。本发明提供的低损失的低压涡轮叶片是对原有的低压涡轮叶片前缘进行了改进，目的是在原有抑制二维流动区分离的同时降低高Re状态波浪形前缘造成的额外损失，提高这种被动控制方案的适用范围，并使这种控制方案可以对端区三维分离进行有效的控制。

Description

一种低损失的低压涡轮叶片
技术领域
本发明属于民用航空技术领域，特别是涉及一种低损失的低压涡轮叶片。
背景技术
当前，由于大涵道比涡扇发动机具有出色的耗油率及推力特性，因而已广泛应用于民用航空领域。这种发动机90％的推力来自于风扇，这就造成驱动风扇的低压涡轮级数较多，通常低压涡轮重量可占整台发动机的20％～30％。而降低低压涡轮重量是发动机减重的有效途径之一,同时也可提高发动机推重比、降低制造和运营维护成本。目前研究较多的减重方案是通过提高叶片的负荷来进行。高负荷叶片设计就是通过减小叶片稠度来提高单个叶片的气动负荷，从而在保持原有级载荷水平的基础上减小单级叶片数目。提高叶片负荷，流道中后部的逆压梯度将有所升高，由此导致其上附面层易于分离。同时，这也使得叶片尾缘附近的吸力面和端壁面角区形成三维分离，这两种分离均使得涡轮叶型损失增加。另外，对于民用大涵道比涡扇发动机来说，其设计状态(巡航状态)下的低压涡轮始终处于低Re数工作状态，这进一步加剧了低压涡轮叶片吸力面附面层的分离与端区三维分离，从而大幅增加了叶型损失，并且可能影响低压涡轮的气动效率，甚至造成叶片失速，最终导致整台发动机无法正常工作。
对于涡轮叶片二维分离控制的方法很多，其中主动控制包括射流、等离子体等方案，被动控制包括凸台、拌线、前缘波形等。对于涡轮叶片端区三维分离的控制也分为主动与被动两种方式，其中主动控制包括壁面抽气、喷气等方案，被动控制包括多种非轴对称端面设计等。但没有一种控制方式可以兼顾两方面的损失控制。
另外，目前使用波浪形前缘控制涡轮叶片分离尚处于机理研究阶段，这种控制方案主要是通过在低压涡轮叶片前缘设置恒定大小的波浪形前缘，从而在一定的涡轮工作范围内降低涡轮的二维叶型损失。但这种控制手段的工作区间较窄(在高Re时损失较大)，同时对端区大尺度分离的控制效果较弱。
发明内容
为了解决低压涡轮低Re下分离严重的问题，本发明的目的在于提供一种可有效降低分离损失的涡轮叶片，从而提高航空发动机效率。
为了达到上述目的，本发明提供的低损失的低压涡轮叶片是将原有低压涡轮叶片沿叶高方向划分成叶根端区、叶尖端区和二维流动区，同时在其前缘上进行波浪形切割而使前缘部位形成多个锯齿，并对原有低压涡轮叶片进行3％轴向弦长的加长，以弥补切割后叶型做功能力的下降，该延长通过在叶片中弧线前缘点沿中弧线切线方向进行。
所述的锯齿分为多种不同的尺寸，其中在二维流动区中交替设置1型锯齿与2型锯齿，用于降低高Re数下波浪前缘造成的额外损失；在叶根端区，叶尖端区与二维流动区交界处设置3型锯齿；在叶根端区与二维流动区交界处至叶根方向依次设置3型、4型、5型至N型锯齿，并且3型至N型锯齿相邻两波峰之间的间距以及齿深逐渐增大；在叶尖端区与二维流动区交界处至叶尖方向依次设置3型、4型、5型至N型锯齿，并且3型至N型锯齿相邻两波峰之间的间距以及齿深逐渐增大。
本发明提供的低损失的低压涡轮叶片是对原有的低压涡轮叶片前缘进行了改进，目的是在原有抑制二维流动区分离的同时降低高Re状态波浪形前缘造成的额外损失，提高这种被动控制方案的适用范围，并使这种控制方案可以对端区三维分离进行有效的控制，从而可以扩大其适用范围。
附图说明
图1为本发明提供的低损失的低压涡轮叶片结构示意图；
图2为本发明提供的低损失的低压涡轮叶片结构局部结构剖视图；
图3为本发明提供的低损失的低压涡轮叶片结构俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的低损失的低压涡轮叶片进行详细说明。
如图1—图3所示，本发明提供的低损失的低压涡轮叶片是将原有低压涡轮叶片(1.4>＝Zweifel>＝1.0)沿叶高方向划分成叶根端区A、叶尖端区B和二维流动区C，叶根端区A、叶尖端区B和二维流动区C的区域由对原始叶型的叶栅实验确定，同时在其前缘上进行波浪形切割而使前缘部位形成多个锯齿D，并对原有低压涡轮叶片进行3％轴向弦长的加长，以弥补切割后叶型做功能力的下降，该延长通过在叶片中弧线前缘点沿中弧线切线方向进行。
所述的锯齿D分为多种不同的尺寸，其中在二维流动区C中交替设置1型锯齿与2型锯齿，用于降低高Re数下波浪前缘造成的额外损失；在叶根端区A，叶尖端区B与二维流动区C交界处设置3型锯齿；在叶根端区A与二维流动区C交界处至叶根方向依次设置3型、4型、5型至N型锯齿，并且3型至N型锯齿相邻两波峰之间的间距以及齿深逐渐增大；在叶尖端区B与二维流动区C交界处至叶尖方向依次设置3型、4型、5型至N型锯齿，并且3型至N型锯齿相邻两波峰之间的间距以及齿深逐渐增大。但为了不过度破坏涡轮叶片的前缘结构，锯齿D的尺度不宜过大。
现将本发明提供的低损失的低压涡轮叶片的工作原理阐述如下：在使用过程中，这种结构的低压涡轮叶片通过在波浪突起的下游形成一对流向涡，将主流高能流体的能量卷入附面层，以提高附面层抵抗分离的能力。另外这种流向对涡提高了附面层的不稳定性，促使附面层转捩提前，使得转捩后的附面层流动转变为湍流，进而提高附面层的抗分离能力。同时，本发明通过改变叶片二维流动区域的规则波浪造型来降低高Re状态下由于前缘造型带来的额外损失。对于端壁分离，分离的尺度较大，针对这一物理现象，本发明通过提高叶片叶根与叶尖处的前缘波浪尺度，在前缘突起的下游形成更大尺度的对涡来抵抗端区分离。

Claims (2)

1.一种低损失的低压涡轮叶片，其特征在于：其是将原有低压涡轮叶片沿叶高方向划分成叶根端区(A)、叶尖端区(B)和二维流动区(C)，同时在其前缘上进行波浪形切割而使前缘部位形成多个锯齿(D)，并对原有低压涡轮叶片进行3％轴向弦长的加长，以弥补切割后叶型做功能力的下降，该延长通过在叶片中弧线前缘点沿中弧线切线方向进行。
2.根据权利要求1所述的低损失的低压涡轮叶片，其特征在于：所述的锯齿(D)分为多种不同的尺寸，其中在二维流动区(C)中交替设置1型锯齿与2型锯齿，用于降低高Re数下波浪前缘造成的额外损失；在叶根端区(A)，叶尖端区(B)与二维流动区(C)交界处设置3型锯齿；在叶根端区(A)与二维流动区(C)交界处至叶根方向依次设置3型、4型、5型至N型锯齿，并且3型至N型锯齿相邻两波峰之间的间距以及齿深逐渐增大；在叶尖端区(B)与二维流动区(C)交界处至叶尖方向依次设置3型、4型、5型至N型锯齿，并且3型至N型锯齿相邻两波峰之间的间距以及齿深逐渐增大。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105626159A (zh) * 2016-03-03 2016-06-01 哈尔滨工程大学 一种带有动叶片波浪状前缘凹陷结构的变几何涡轮
CN104985387B (zh) * 2015-05-21 2017-05-17 上海长知实业有限公司 一种叶片叶尖整体修复的方法
CN108019237A (zh) * 2017-11-28 2018-05-11 武汉大学 一种抑制流动分离的汽轮机仿生叶型
CN109058023A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 武汉大学 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机
CN110985410A (zh) * 2019-12-19 2020-04-10 中国航空发动机研究院 带有仿生波状结构前缘的跨音速压气机平面叶栅
FR3087483A1 (fr) * 2018-10-18 2020-04-24 Safran Aircraft Engines Structure profilee pour aeronef ou turbomachine pour aeronef
CN112610513A (zh) * 2020-12-04 2021-04-06 北京航空航天大学 一种非均布式波浪形前缘静叶及其造型方法
EP3867498B1 (fr) * 2018-10-18 2023-04-19 Safran Aircraft Engines Structure profilee pour aeronef ou turbomachine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050271513A1 (en) * 2004-06-02 2005-12-08 Erik Johann Compressor blade with reduced aerodynamic blade excitation
CN101716995A (zh) * 2009-10-12 2010-06-02 章成谊 波形翼与物体的波形表面
CN102926818A (zh) * 2012-05-03 2013-02-13 李仕清 高稳定低颤叶片,或聚能复合叶片,或高效高强度发动机
US20130164488A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 General Electric Company Airfoils for wake desensitization and method for fabricating same
WO2014026246A1 (en) * 2012-08-16 2014-02-20 Adelaide Research & Innovation Pty Ltd Improved wing configuration

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050271513A1 (en) * 2004-06-02 2005-12-08 Erik Johann Compressor blade with reduced aerodynamic blade excitation
CN101716995A (zh) * 2009-10-12 2010-06-02 章成谊 波形翼与物体的波形表面
US20130164488A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 General Electric Company Airfoils for wake desensitization and method for fabricating same
CN102926818A (zh) * 2012-05-03 2013-02-13 李仕清 高稳定低颤叶片,或聚能复合叶片,或高效高强度发动机
WO2014026246A1 (en) * 2012-08-16 2014-02-20 Adelaide Research & Innovation Pty Ltd Improved wing configuration

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104985387B (zh) * 2015-05-21 2017-05-17 上海长知实业有限公司 一种叶片叶尖整体修复的方法
CN105626159A (zh) * 2016-03-03 2016-06-01 哈尔滨工程大学 一种带有动叶片波浪状前缘凹陷结构的变几何涡轮
CN108019237A (zh) * 2017-11-28 2018-05-11 武汉大学 一种抑制流动分离的汽轮机仿生叶型
CN109058023A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 武汉大学 拓宽水泵水轮机运行稳定性区域的方法和水泵水轮机
FR3087483A1 (fr) * 2018-10-18 2020-04-24 Safran Aircraft Engines Structure profilee pour aeronef ou turbomachine pour aeronef
US11560796B2 (en) 2018-10-18 2023-01-24 Safran Aircraft Engines Profiled structure for an aircraft or turbomachine for an aircraft
EP3867498B1 (fr) * 2018-10-18 2023-04-19 Safran Aircraft Engines Structure profilee pour aeronef ou turbomachine
US11732588B2 (en) 2018-10-18 2023-08-22 Safran Aircraft Engines Profiled structure for an aircraft or turbomachine for an aircraft
CN110985410A (zh) * 2019-12-19 2020-04-10 中国航空发动机研究院 带有仿生波状结构前缘的跨音速压气机平面叶栅
CN112610513A (zh) * 2020-12-04 2021-04-06 北京航空航天大学 一种非均布式波浪形前缘静叶及其造型方法
CN112610513B (zh) * 2020-12-04 2021-08-31 北京航空航天大学 一种非均布式波浪形前缘静叶及其造型方法

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