申请/专利权人：北京理工大学;清华大学

申请日：2024-03-12

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN118228380A

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F18/25;G06F111/04

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.21#公开

摘要：本发明涉及一种端壁周向单调的叶片端壁融合设计方法，属于航空发动机设计领域。首先根据最大融合厚度、位置及前尾缘融合尺度确定叶片融合形状，然后根据横向二次流流动特征确定端壁单调坡角及位置，最后根据每个轴向位置通道面积不变的约束，确定端壁及叶片几何，实现端壁周向单调的叶片端壁融合设计。本方法强化了对端壁与叶片所构成角区二面角分布的调控能力，可同时控制吸力面及前缘、尾缘的融合形状，根部叶片基元截面及端壁均被包含于气动设计空间，保证了每个轴向截面的通道面积不变，避免了金属堵塞面积变化引发质量流量变化及工况偏移，更具备工程应用价值。端壁造型采用周向单调曲线构造，在控制横向二次流的同时保证良好的工况适应性。

主权项：1.一种端壁周向单调的叶片端壁融合设计方法，其特征在于，首先根据最大融合厚度、位置及前尾缘融合尺度确定叶片融合形状，然后根据横向二次流流动特征确定端壁单调坡角及位置，最后根据每个轴向位置通道面积不变的约束，确定端壁及叶片几何；步骤1：输入数据准备与检查；所要准备的输入数据包括叶片及端壁几何坐标、叶片栅距t、前缘金属角β1k及尾缘金属角β2k、前缘融合尺度WLE及尾缘融合尺度WTE、吸力面最大融合厚度Ws及轴向位置Wsx、压力面最大融合厚度Wp及轴向位置Wpx、融合倾角θ、单调端壁坡角β、最大坡角位置btx，以及叶片Bezier曲线控制参数a1、b1、c1、d1，端壁Bezier曲线控制参数a2、b2、c2、d2；参数a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2、d2的取值范围为0到1；其中，需要检查的输入数据包括叶片通道几何需满足周期性、原型叶片端区几何已加密；步骤2：确定前缘、尾缘融合形状；根据前缘金属角β1k确定融合尺度方向，最大融合尺度为WLE，尾缘融合造型采用β2k和WTE确定，Bezier曲线控制长度由a1确定；步骤3：计算吸力面最大融合位置处几何坐标；根据吸力面最大融合厚度Ws、轴向位置Wsx及融合倾角θ，确定吸力面叶片部分的融合造型；其中，吸力面最大融合位置处径向坐标Y1表示为：Y1＝H+Ws-tanβ0.5t-Ws·tanθ1其中，H为最大坡角处径向坐标，β为输入的最大坡角参数，t表示叶片栅距；步骤4：压力面最大融合位置处几何坐标计算；根据压力面最大融合厚度Wp、轴向位置Wpx和融合倾角θ，确定压力面叶片部分的融合造型；其中，与吸力面同理，压力面最大融合位置处径向坐标Y4表示为：Y4＝H+Wp+tanβ0.5t-Wp·tanθ2其中，H为最大坡角处径向坐标，β为输入的最大坡角参数，t表示叶片栅距；步骤5：单调端壁轴向几何截面构造；对于平面叶栅，由压力面叶片融合造型部分至吸力面叶片融合部分，端壁型线为以最大坡角为斜率的直线，径向位置由压力面至吸力面单调下降；对于回转叶片，端壁半径由压力面至吸力面单调下降；步骤6：端壁径向位置坐标计算；给定每个轴向截面通道几何面积与原型一致的约束条件，在每个轴向位置上，相比于原型，吸力面与压力面叶片融合部分增加的金属面积与单调端壁下压的金属面积相加为0，表达式为： 进一步带入步骤3中吸力面叶片融合几何坐标Y1及步骤4中压力面叶片融合几何坐标Y4，得到最大坡角位置处的径向位置坐标H为：H＝-0.5[Ws2+Wp2tanθ+tanβWs2-Wp2]t4当得到最大坡角位置处径向坐标位置后，带入步骤3及步骤4，得到吸力面与压力面最大融合位置处几何坐标；步骤7：叶片及端壁型线构造；当确定了叶片通道的轴向截面后，叶片及端壁周向型线分别采用两段Bezier曲线控制；其中，对于叶片部分，第一段Bezier曲线起点为前缘，摇杆长度为a1；终点为吸力面最大融合位置处，摇杆长度为b1；第二段Bezier曲线起点为最大融合位置处，摇杆长度为c1；终点为尾缘，摇杆长度为d1；对于周向单调端壁，以最大坡角位置btx为分界，采用两段Bezier曲线控制，第一段曲线前缘处摇杆长度为a2，最大坡角位置处摇杆长度为b2；第二段曲线最大坡角位置处摇杆长度为c2，尾缘处摇杆长度为d2；最后，将前缘、尾缘叶身融合造型与吸力面、压力面造型光滑连接，至此，完成了整个端壁周向单调的叶片端壁融合造型。

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权利要求：

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