具有齿形的翼型制造技术

一种翼型，比如气动翼，该翼型具有前缘和尾缘，该翼型的前缘和尾缘中的一者或两者的至少一部分具有齿形轮廓，齿形轮廓包括多个邻接的齿，每个齿具有表示齿的局部最大弦长方向延伸范围的顶端点，并且在顶端点的每一侧的展长方向上具有根端点，根端点表示齿的局部最小弦长方向延伸范围，并且在根端点处，齿与相应的相邻的齿邻接，其中，齿边轮廓在顶端点与根端点之间以Ogee型曲线变化，使得齿在顶端点的邻域中和根端点的邻域中比在顶端点与根端点之间的位置处更尖锐。间的位置处更尖锐。间的位置处更尖锐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有齿形的翼型

技术介绍

[0001]本公开涉及降低诸如气动翼(aerofoil)和水翼(hydrofoil)之类的翼型(foil)的噪声。
[0002]机翼噪声在广泛的应用(例如风力涡轮、航空发动机、高速螺旋桨和风扇)中很重要。降低机翼噪声的技术需求普遍存在。
[0003]机翼噪声很复杂，并且通常被认为是由多种物理噪声生成机制产生的噪声组合。这些噪声包括由于尾缘对湍流边界层的散射而引起的噪声、翼尖涡流形成噪声、以及由于前缘对来流(incoming)的湍流阵风的散射而引起的噪声。
[0004]在许多应用中，尤其是在安装了一排以上的转子的情况下，机翼前缘对非恒定流的散射在噪声生成中起着至关重要的作用。例如，在反向旋转的开放转子系统(例如，螺桨式风机发动机)中，来自前排的尾流撞击到下游叶片上。这导致不稳定的尾流与下游叶片前缘之间的强烈相互作用，从而导致高效的噪声辐射。该噪声通常被称为前缘噪声(leading
‑
edge noise)，并且被认为是类似多排转子系统中的主要噪声来源，所述多排转子系统例如是喷气发动机(即，诸如涡轮风扇或涡轮螺旋桨发动机之类的燃气涡轮发动机)。
[0005]对前缘噪声的研究可以追溯到1940年代。早期尝试研究了平板在集中于不可压缩流的正弦阵风作用下的空气动力学响应。后来研究被扩展到可压缩流。在一种方法中，使用Schwarzschild法以及Kirchhoff和Curle理论获得了由于单个正弦进入阵风引起的声学响应。然后，远场声音与垂直速度波动的波数频谱密度有关。如果能够准确地模拟该波数频谱密度，就可以使用该方法鲁棒地预测远场声音，并且该远场声音与实验结果非常吻合。
[0006]由于前缘噪声在许多应用中的重要性，前缘降噪技术多年来一直受到研究者的关注。研究中最广泛的方法之一是使用受仿生学启发的齿形前缘。实验已表明，齿形的使用会有效的降低前缘噪声，以及高攻角下的改善的空气动力学性能。在许多近期工作中，也对使用齿形的声学优越性进行了数值研究，其中表明，无量纲量在确定齿形的有效性中起到重要作用，其中表示在流向(stream
‑
wise)方向上的流体动力学波数，并且表示齿形的根端到顶端长度的一半。
[0007]尽管已经证明齿形能够有效地降低前缘噪声，但是迄今为止，尚未解答哪种齿形几何形状会达到最大降噪效果的问题。齿形几何形状如何改变声学性能，以及如何能设计出在声学上更有效的齿形这些问题一直来备受关注。

技术实现思路

[0008]已经针对翼型(例如气动翼和水翼)的前缘、尾缘或前缘和尾缘两者开发出减少噪声生成的齿形轮廓。
[0009]根据本公开的第一方面，提供了一种翼型，所述翼型具有前缘和尾缘，所述翼型的所述前缘和所述尾缘中的一者或两者的至少一部分具有齿形轮廓，所述齿形轮廓包括多个邻接的齿，每个齿具有表示所述齿的局部最大弦长方向延伸范围的顶端点，并且在所述顶
端点的每一侧的展长方向上具有根端点，所述根端点表示所述齿的局部最小弦长方向延伸范围，并且在所述根端点处，所述齿与相应的相邻的齿邻接，其中，所述顶端点与相邻根端点之间的齿边的轮廓受到限制，所述限制由所述齿边在第一中间位置、第二中间位置、第三中间位置和第四中间位置处的弦长方向相对位置限定，所述第一中间位置、第二中间位置、第三中间位置和第四中间位置分别位于从所述顶端点到所述根端点的展长方向距离的5％、35％、65％和95％处；所述第二中间位置与所述第三中间位置之间的弦长方向距离小于所述第一中间位置与所述第二中间位置之间的弦长方向距离；并且所述第二中间位置与所述第三中间位置之间的弦长方向距离小于所述第三中间位置与所述第四中间位置之间的弦长方向距离，其中，所述顶端点与所述相邻根端点之间的所述齿边的所述轮廓受到另外的限制，所述另外的限制是，在所述齿边上的处在所述第一中间位置与所述第四中间位置之间的任何位置处，所述齿边的切线都不垂直于弦长方向。
[0010]根据本公开的另一方面，提供了一种降噪装置，所述降噪装置具有用于在翼型的前缘或尾缘处附接的齿形轮廓，所述齿形轮廓包括多个邻接的齿，每个齿具有表示所述齿的局部最大弦长方向延伸范围的顶端点，并且在所述顶端点的每一侧的展长方向上具有根端点，所述根端点表示所述齿的局部最小弦长方向延伸范围，并且在所述根端点处，所述齿与相应的相邻的齿邻接，其中，所述顶端点与相邻根端点之间的齿边的轮廓受到限制，所述限制由所述齿边在第一中间位置、第二中间位置、第三中间位置和第四中间位置处的弦长方向相对位置限定，所述第一中间位置、第二中间位置、第三中间位置和第四中间位置分别位于从所述顶端点到所述根端点的展长方向距离的5％、35％、65％和95％处；所述第二中间位置与所述第三中间位置之间的弦长方向距离小于所述第一中间位置与所述第二中间位置之间的弦长方向距离；并且所述第二中间位置与所述第三中间位置之间的弦长方向距离小于所述第三中间位置与所述第四中间位置之间的弦长方向距离，其中，所述顶端点与所述相邻根端点之间的所述齿边的所述轮廓受到另外的限制，所述另外的限制是，在所述齿边上的处在所述第一中间位置与所述第四中间位置之间的任何位置处，所述齿边的切线都不垂直于弦长方向。
[0011]根据本公开的另一方面，提供了一种翼型，所述翼型具有前缘和尾缘，所述翼型的所述前缘和所述尾缘中的一者或两者的至少一部分具有齿形轮廓，所述齿形轮廓包括多个邻接的齿，每个齿具有表示所述齿的局部最大弦长方向延伸范围的顶端点，并且在所述顶端点的每一侧的展长方向上具有根端点，所述根端点表示所述齿的局部最小弦长方向延伸范围，并且在所述根端点处，所述齿与相应的相邻的齿邻接，其中，所述顶端点与相邻根端点之间的齿边的轮廓是相对于中点来限定的，该中点是所述齿边在所述顶端点与所述根端点之间的展长方向距离的50％处的位置，其中，由经过所述顶端点的弦长方向线、经过所述中点的展长方向线、以及所述齿边在所述顶端点与所述中点之间的轮廓来限定的2D形状的形心位于小于从所述中点到所述顶端点的弦长方向距离的1/3的弦长方向位置处，并且由经过所述根端点的弦长方向线、经过所述中点的展长方向线、以及所述齿边在所述中点与所述根端点之间的轮廓来限定的2D形状的形心位于小于从所述中点到所述根端点的弦长方向距离的1/3的弦长方向位置处，其中，所述顶端点与所述相邻根端点之间的所述齿边的轮廓受到另外的限制，所述另外的限制是，在所述齿边上的处在从所述顶端点到所述根端点的展长方向距离的5％至95％之间的任何位置处，所述齿边的切线都不垂直于弦长方向。
[0012]根据本公开的另一方面，提供了一种降噪装置，所述降噪装置具有用于在翼型的前缘或尾缘处附接的齿形轮廓，所述齿形轮廓包括多个邻接的齿，每个齿具有表示所述齿的局部最大弦长方向延伸范围的顶端点，并且在所述顶端点的每一侧的展长方向上具有根端点，所述根端点表示所述齿的局部最小弦长方向延伸范围，并且在所述根端点处，所述齿与相应的相邻的齿邻接，其中，所述顶端点与相邻根端点之间的齿边的轮廓是相对于中点来限定的，该中点是所述齿边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种翼型，所述翼型具有前缘和尾缘，所述翼型的所述前缘和所述尾缘中的一者或两者的至少一部分具有齿形轮廓，所述齿形轮廓包括多个邻接的齿，每个齿具有表示所述齿的局部最大弦长方向延伸范围的顶端点，并且在所述顶端点的每一侧的展长方向上具有根端点，所述根端点表示所述齿的局部最小弦长方向延伸范围，并且在所述根端点处，所述齿与相应的相邻的齿邻接，其中，所述顶端点与相邻根端点之间的齿边的轮廓受到限制，所述限制由所述齿边在第一中间位置、第二中间位置、第三中间位置和第四中间位置处的弦长方向相对位置限定，所述第一中间位置、第二中间位置、第三中间位置和第四中间位置分别位于从所述顶端点到所述根端点的展长方向距离的5％、35％、65％和95％处；所述第二中间位置与所述第三中间位置之间的弦长方向距离小于所述第一中间位置与所述第二中间位置之间的弦长方向距离；并且所述第二中间位置与所述第三中间位置之间的弦长方向距离小于所述第三中间位置与所述第四中间位置之间的弦长方向距离，其中，所述顶端点与所述相邻根端点之间的齿边轮廓受到另外的限制，所述另外的限制是，在所述齿边上的处在所述第一中间位置与所述第四中间位置之间的任何位置处，所述齿边的切线都不垂直于弦长方向。2.根据权利要求1所述的翼型，其中，所述前缘具有齿形轮廓。3.根据权利要求2所述的翼型，其中，所述尾缘具有齿形轮廓。4.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述齿的轮廓按照以下方式在所述第一中间位置与所述第四中间位置之间的平滑路径上变化：所述齿边的弦长方向位置相对于所述齿边的展长方向位置的梯度在所述第一中间位置与所述第四中间位置之间是连续的。5.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述顶端点和所述根端点中的一者或两者是钝的，且具有所述齿边的切线垂直于所述弦长方向的区域。6.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述齿边在所述第一中间位置与所述第四中间位置之间的展长方向位置作为所述齿边的弦长方向位置的Ogee形函数而变化。7.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述第一位置与所述第四位置之间的齿边轮廓呈具有拐点的Ogee形，在所述拐点处，切线不垂直于所述弦长方向，其中，优选地，所述齿边轮廓在所述顶端点与所述根端点之间呈Ogee形。8.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，在所述翼型中，两个相邻的齿的共用根端点与所述两个相邻的齿中的第一齿的顶端点之间的弦长方向距离等于所述共用根端点与所述两个相邻的齿中的第二齿的顶端点之间的弦长方向距离的5％或在所述共用根端点与所述两个相邻的齿中的第二齿的顶端点之间的弦长方向距离的5％以内，优选地是在2％以内，更优选地是在1％以内，甚至更优选地是在0.5％以内。9.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述齿边在所述顶端点与所述根端点之间的弦长方向位置作为所述齿边的展长方向位置的单值函数而变化。10.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述第一中间位置与所述齿边位于中点处的位置之间的齿轮廓和所述中点与所述第四中间位置之间的齿轮廓具有旋转对称性，所述中点在所述第一中间位置与所述第四中间位置之间，其中优选地，所述顶端点与所述齿边位于所述中点处的位置之间的齿轮廓和所述中点与所述根端点之间的齿轮廓具有
旋转对称性。11.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述齿形轮廓的所述多个邻接的齿中的各个齿具有相同的展长方向宽度或在所述多个邻接的齿的平均展长方向宽度的20％以内的展长方向宽度，优选地是具有在所述多个邻接的齿的平均展长方向宽度的10％以内的展长方向宽度，更优选地是具有在所述多个邻接的齿的平均展长方向宽度的5％以内的展长方向宽度。12.根据权利要求1至10中任一项所述的翼型，其中，所述齿形轮廓的所述邻接的齿的展长方向宽度在所述齿形轮廓上变化，优选地是在所述齿形轮廓上非周期性地变化，更优选地是在所述齿形轮廓上单调地变化。13.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，齿的长度被限定为从齿的所述顶端点到该齿的所述根端点的平均弦长方向位置的弦长方向距离，所述齿的长度在所述齿形轮廓上变化，优选地是在所述齿形轮廓上非周期性地变化，更优选地是在所述齿形轮廓上单调地变化。14.根据前述权利要求中任一项所述的翼型，其中，所述顶端点与所述根端点之间的弦长方向距离和所述顶端点与根端点之间的展长方向距离的比值大于0.5，优选地大于1，更优选地大于1.25，甚至更优选地大于2.5，甚至更优选地大于5，甚至更优选地大于10。15.一种涡轮机，所述涡轮机例如是蒸汽涡轮、燃气涡轮、风力涡轮、泵、风扇或压缩机，所述涡轮机包括一个或更多个根据权利要求1至14中任一项所述的翼型。16.一种飞行器，所述飞行器包括根据权利要求1至14中的任一项所述的翼型。17.一种水运工具，所述水运工具包括根据权利要求1至14中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕本帅，
申请(专利权)人：吕本帅，
类型：发明
国别省市：