一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法，对原型叶片基元进行参数化造型，并基于贝塞尔曲线设计出曲率连续前缘，进而根据正弦型曲线方程对叶片基元进行仿生前缘设计，最后通过叶片尾缘径向积叠的方式设计出压气机静子叶片。本发明专利技术利用贝塞尔曲线对压气机静子叶片前缘进行改型设计，改型前缘结合了仿生前缘和曲率连续前缘的优点，既增大了叶片的可用攻角范围，又通过降低前缘叶片表面吸力峰大小，进而优化叶片表面气流流动状态，降低小攻角状态下的总压损失。降低小攻角状态下的总压损失。降低小攻角状态下的总压损失。

【技术实现步骤摘要】
一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，具体是一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法。

技术介绍

[0002]压气机静子叶片前缘对于压气机叶片性能有较大的影响。上世纪60年代，就有研究者发现叶片前缘尺寸对叶片的损失及可用攻角范围均有较大的影响，随后发展出了椭圆型前缘以及曲率连续前缘，数值仿真及实验均表明前缘改型对压气机静子叶片的性能提升明显。但是随着航空技术的发展，特别是S弯进气道及变循环技术的提出，对压气机静子叶片的可用攻角范围及总压损失提出了更高的要求。对压气机叶片进行前缘改型设计成为当前提升压气机叶片性能的重要手段之一。
[0003]现有专利技术CN105298924A公开了一种基于座头鲸鳍状肢的压气机仿生学静叶及其实现方法，利用波浪形结状突起低阻力的特性，控制静叶吸力面的流动分离，从而提高叶片气动性能，但是该专利技术并未具体阐述叶片前缘的造型方法；专利CN111734678B公开了一种压气机非对称前缘设计方法，通过三次NURBS曲线对叶型前缘进行参数化，减小压力面侧前缘设计空间来扩展吸力面侧前缘设计空间，生成非对称前缘型线。该方法既实现了前缘曲率连续的要求，同时实现了吸、压力面两侧非对称的前缘型线构造，吸力面侧前缘型线曲率进一步缩小，吸力峰强度以及叶型损失降低。但是该专利技术只针对二维平面叶栅，不涉及前缘凹凸造型。常规仿生前缘设计叶片虽然能扩大压气机叶片可用攻角范围，但是在小攻角状态下往往总压损失有所增大；而曲率连续叶片虽然能有效降低总压损失，但是可用攻角范围往往变化不大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法，利用贝塞尔曲线对压气机静子叶片前缘进行改型设计，改型前缘结合了仿生前缘和曲率连续前缘的优点，既增大了叶片的可用攻角范围，又通过降低前缘叶片表面吸力峰大小，进而优化叶片表面气流流动状态，降低小攻角状态下的总压损失。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、对原型叶片基元进行参数化造型，点P
c
‑
suc
和点P
c
‑
pre
是过弦向位置点P
c
的直线分别与叶片基元吸力面和压力面的交点，所述过弦向位置点P
c
的直线垂直于切点为点P
c
的中弧线切线，直线l1过点P
c
‑
suc
且与叶片基元吸力面相切，直线l2过点P
c
‑
pre
且与叶片基元压力面相切，直线l
le
是过叶片基元中弧线前缘点P
LE
的中弧线切线，点P0位于直线l
le
上，直线l0过点P0且与直线l
le
垂直，点P1‑
suc
和点P1‑
pre
是直线l0上可移动的点，点P2‑
suc
是直线l1上可移动的点，点P2‑
pre
是直线l2上可移动的点；
[0007]步骤二、以点P0为起点、P
c
‑
suc
为终点、点P1‑
suc
和P2‑
suc
为控制点构建叶片基元吸力面的贝塞尔曲线；以点P0为起点、点P
c
‑
pre
为终点、点P1‑
pre
和P2‑
pre
为控制点构建叶片基元压力面的贝塞尔曲线；
[0008]步骤三、通过改变点P0在直线l
le
上的位置对叶片前缘造型，使叶片前缘变化形成波浪形曲线，所述波浪形曲线为正弦型曲线，所述正弦型曲线的方程为：其中：H
b
为当前叶片基元距轮毂的径向距离，L
0h
为当前叶片基元前缘的前伸量，L
0ori
为原型叶片基元前缘的前伸量，A为正弦型曲线的波幅，W为正弦型曲线的波长；
[0009]步骤四、将得到的多个叶片基元进行径向积叠，积叠轴为叶片尾缘圆心连线。
[0010]进一步地，所述弦向位置点P
c
为0.01C
‑
0.05C，其中C为叶片弦长。
[0011]进一步地，所述前伸量记为qyscale，所述前伸量qyscale为线段P0P
LE
的长度与叶片基元前缘厚度Le
thickness
的比值，所述前伸量qyscale的取值范围为0.5≤qyscale≤2，其中，线段P0P
LE
的长度为点P0与叶片基元中弧线前缘点P
LE
连线的线段长度，记为L0，通过控制L0的大小可以改变P0的位置；叶片基元前缘厚度Le
thickness
为线段P
LE
‑
suc
P
LE
‑
pre
的长度，所述线段P
LE
‑
suc
P
LE
‑
pre
为过中弧线前缘点P
LE
且垂直于直线l
le
的线分别与叶片基元吸力面与压力面的交点即点P
LE
‑
suc
和点P
LE
‑
pre
的连线。
[0012]进一步地，通过调整控制点P1‑
suc
和P1‑
pre
使叶片基元吸力面曲线段P0P
c
‑
suc
和叶片基元压力面曲线段P0P
c
‑
pre
在P0处的斜率均与直线l0的斜率相等，且叶片基元吸力面曲线段P0P
c
‑
suc
和叶片基元压力面曲线段P0P
c
‑
pre
在P0处的曲率连续；通过调整控制点P2‑
suc
使叶片基元吸力面曲线段P0P
c
‑
suc
在点P
c
‑
suc
处的斜率与直线l1的斜率相等，且叶片基元吸力面曲线段P0P
c
‑
suc
在点P
c
‑
suc
处与叶片基元曲率连续；通过调整控制点P2‑
pre
使叶片基元压力面曲线段P0P
c
‑
pre
在点P
c
‑
pre
处的斜率与直线l2的斜率相等，且叶片基元压力面曲线段P0P
c
‑
pre
在点P
c
‑
pre
处与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对原型叶片基元进行参数化造型，点P
c
‑
suc
和点P
c
‑
pre
是过弦向位置点P
c
的直线分别与叶片基元吸力面和压力面的交点，所述过弦向位置点P
c
的直线垂直于切点为点P
c
的中弧线切线，直线l1过点P
c
‑
suc
且与叶片基元吸力面相切，直线l2过点P
c
‑
pre
且与叶片基元压力面相切，直线l
le
是过叶片基元中弧线前缘点P
LE
的中弧线切线，点P0位于直线l
le
上，直线l0过点P0且与直线l
le
垂直，点P1‑
suc
和点P1‑
pre
是直线l0上可移动的点，点P2‑
suc
是直线l1上可移动的点，点P2‑
pre
是直线l2上可移动的点；步骤二、以点P0为起点、P
c
‑
suc
为终点、点P1‑
suc
和P2‑
suc
为控制点构建叶片基元吸力面的贝塞尔曲线；以点P0为起点、点P
c
‑
pre
为终点、点P1‑
pre
和P2‑
pre
为控制点构建叶片基元压力面的贝塞尔曲线；步骤三、通过改变点P0在直线l
le
上的位置对叶片前缘造型，使叶片前缘变化形成波浪形曲线，所述波浪形曲线为正弦型曲线，所述正弦型曲线的方程为：其中：H
b
为当前叶片基元距轮毂的径向距离，L
0h
为当前叶片基元前缘的前伸量，L
0ori
为原型叶片基元前缘的前伸量，A为正弦型曲线的波幅，W为正弦型曲线的波长；步骤四、将得到的多个叶片基元进行径向积叠，积叠轴为叶片尾缘圆心连线。2.按照权利要求1所述的一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法，其特征在于，所述弦向位置点P
c
为0.01C
‑
0.05C，其中C为叶片弦长。3.按照权利要求1所述的一种基于贝塞尔曲线的压气机静子叶片仿生前缘设计方法，其特征在于，所述前伸量记为qyscale，所述前伸量qyscale为线段P0P
LE
的长度与叶片基元前缘厚度Le
thickness
的比值，所述前伸量qyscale的取值范围为0.5≤qyscale≤2，其中，线段P0P
LE
的长度为点P0与叶片基元中弧线前缘点P
LE
连线的线段长度，记为L0，通过控制L0的大小可以改变P0的位置；叶片基元前缘厚度Le
thickness
为线段P
LE
‑
suc
P
LE
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉洋，牟裕阳，殷峰竣，韦镇宇，于锦禄，程邦勤，张小博，王志多，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：