【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机，具体为一种压气机导叶设计方法。
技术介绍
1、航空发动机压气机零级导叶需对进入压气机内部的气流起到导向作用，满足性能相关要求，这通过建立压气机外部叶型来实现。同时，零级导叶与大气直接接触，寒冷的大气中存在的液态水撞击在压气机零级叶片上结冰，压气机零级叶片上结冰会影响发动机的正常工作，严重时会损害发动机，影响飞行安全。通常是通过引入一定热气流来防止压气机零级叶片结冰。
2、传统导叶在设计过程中，首先会根据压气机的性能需求来设计导叶的叶型，随后经过对导叶的防冰需求分析后对导叶内热气流腔进行设计，随着航空发动机的不断更新，对航空发动机的性能要求越来越高，在导叶内热气流腔进行设计时，经常会遇到对内腔改进难以达到导叶防冰需求的情况，而现在主流的解决手段是引入更多的热气流量及引入更高温的压缩空气，这样就使得需要从发动机中引出更多的热气用于导叶的防冰，会降低发动机的整体性能，不利于发动机的快速迭代设计。
3、基于此，本专利技术设计了一种压气机导叶设计方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种压气机导叶设计方法，其特征在于，包括：
2、s1，设计满足压气机性能要求的初始叶型；
3、s2，分析运行包线内的导叶防冰需求，确定导叶防冰区域以及防冰热气流量；
4、s3，选定一个基准的内腔构形对导叶进行步骤初始内腔结构设计，并进行热气流量与内腔结构的匹配分析，确保所设计的内腔
5、对导叶进行步骤热平衡计算，分析运行包线内的导叶防冰效果，如满足导叶叶身最低温度>0℃的设计要求，则直接进行步骤s5；
6、如不满足设计要求，则进行步骤s4；
7、s4，导叶设计优化：
8、第一层次优化，在热气引排气压力裕度允许的前提下，通过改进导叶内腔结构设计，增加内部换热能力，以提升防冰加热效果，如最终导叶热平衡计算满足导叶叶身最低温度>0℃的设计要求，则直接进行步骤s5，如不满足设计要求，则进行步骤第二层次优化；
9、第二层次优化，根据第一层优化后的导叶热平衡计算结果，改进导叶的叶型设计和/或内腔结构，并进行导叶热平衡计算；
10、s5，输出设计结果。
11、作为本专利技术的进一步方案，步骤s1中，设计导叶的初始叶型包括：
12、s11，采用常规的轴流静子叶片的设计方法，在满足压气机导叶攻角特性及流动损失的基础上，设计满足气动性能的初始叶型；
13、s12，针对影响导叶内部热气流防冰内腔结构的前缘直径、尾缘直径、中弦内切圆直径，开展参数敏感性分析，获得导叶尺寸对于导叶攻角特性及流动损失的影响范围，形成导叶的设计允许包线。
14、作为本专利技术的进一步方案，步骤s2中，确定导叶防冰区域以及防冰热气流量步骤如下：
15、s21，获取发动机运行包线内的典型防冰需求工况点，同时参考导叶的攻角特性情况，开展导叶积冰分析，确定导叶需要防冰的区域；
16、s22，根据压气机导叶的主流工况、防冰引气状态及导叶迎风面分布情况，应用进口导叶的防冰需求分析方法，确定导叶的防冰热气流量。
17、作为本专利技术的进一步方案，步骤s3中，热气流量与内腔结构的匹配分析方法为：
18、通过搭建导叶内腔流动网络，应用内部流阻与流量的匹配分析方法，确定在给定热气流量下的进气口、内部流阻分布及排气窗的基本流通面积以及最小节流面积。
19、作为本专利技术的进一步方案，步骤s4中，第一层次优化包括：
20、s41，增大尾缘排气窗的节流面积，减小该处热气出流阻力；
21、s42，增加内腔热气流动的流程长度，如径向单流程修改为径向双流程，增大内腔流动行程；
22、s43，针对部分防冰能力不足的区域，增加内腔扰流柱阵列。
23、作为本专利技术的进一步方案，步骤s4中，在进行第二层次优化时，当防冰不足的区域为叶片尾缘区，则缩短该半径方向的叶片弦长，减少叶片尾缘结冰区域，当内腔改进设计中，主要面临内腔热气流阻过大的问题，则增大导叶的前缘直径和/或尾缘直径和/或中弦内切圆直径，当内腔面临内腔尺寸过大而导致的换热能力不足，则减小导叶的中弦区内切圆直径。
24、作为本专利技术的进一步方案，步骤s4中，在进行步骤第二层次优化时，需要使导叶的叶型设计处于设计允许包线内。
25、本专利技术具有以下有益效果：
26、本方法通过在对导叶进行叶型设计时形成导叶的设计允许包线，并将导叶防冰设计的优化分为两个层次，第一层次为正常的导叶内腔结构的改进，而当第一层次优化无法达到导叶的防冰需求时，则进行第二层次优化，第二层次优化会根据第一层优化的结果在导叶的叶型设计允许包线内针对性的对导叶的叶型和/或内腔结构进行结构优化，增加导叶的可优化空间，无需增大导叶的防冰引气流量，可降低对发动机的性能影响，有利于发动机的快速迭代设计。
27、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种压气机导叶设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤S1中，设计导叶的初始叶型包括：
3.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤S2中，确定导叶防冰区域以及防冰热气流量步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤S3中，热气流量与内腔结构的匹配分析方法为：
5.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤S4中，第一层次优化包括：
6.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤S4中，在进行第二层次优化时，当防冰不足的区域为叶片尾缘区，则缩短该半径方向的叶片弦长，减少叶片尾缘结冰区域，当内腔改进设计中，主要面临内腔热气流阻过大的问题，则增大导叶的前缘直径和/或尾缘直径和/或中弦内切圆直径，当内腔面临内腔尺寸过大而导致的换热能力不足，则减小导叶的中弦区内切圆直径。
7.根据权利要求6所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤S4中，在进行步骤第二层次优化时，需要
...【技术特征摘要】
1.一种压气机导叶设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤s1中，设计导叶的初始叶型包括：
3.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤s2中，确定导叶防冰区域以及防冰热气流量步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤s3中，热气流量与内腔结构的匹配分析方法为：
5.根据权利要求1所述的一种压气机导叶设计方法，其特征在于：步骤s4中，第一层次优化包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，史善广，田江涛，李洋，高勇强，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。