一種高壓渦輪跨音速導向葉片葉柵設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高壓渦輪葉柵設計，特別是涉及一種高壓渦輪跨音速導向葉片葉柵設 計方法。
【背景技術】
[0002] 為了實現渦輪高功率、結構緊湊并降低成本的目標，航空渦輪發動機及燃氣輪機 高壓渦輪普遍采用了高膨脹比設計。由于級負荷的提高，渦輪導向葉片葉柵中的流動由亞 音流動轉變為跨音流動，出口馬赫數也達到超音水平。因此，超音條件下的氣流在葉柵折轉 過程中產生的激波損失取代葉柵摩擦損失成為跨音速導向葉片葉柵中的主要損失。現有的 葉柵設計方法主要基于亞音速葉柵環境，在跨音條件下因不能抑制激波損失而形成較大的 葉柵損失。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供了一種高壓渦輪跨音速導向葉片葉柵設計方法，至少解決現 有葉柵設計方法在跨音條件下因不能抑制激波損失而形成較大的葉柵損失的問題。
[0004] 本發明的技術方案是：
[0005] -種高壓渦輪跨音速導向葉片葉柵設計方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一、增強葉柵通道進口至葉柵通道幾何喉部前區域的載荷；
[0007] 步驟二、將葉柵的通道進口至音速線之間劃分為前部區域，將葉柵的音速線至內 尾波之間劃分為喉部區域，將葉柵的內尾波至通道出口之間劃分為擴散區域；
[0008] 步驟三、提高所述前部區域氣流的加速性，并增加所述擴散區域長度；
[0009] 步驟四、減弱所述喉部區域中超音速氣流的膨脹加速；
[0010] 步驟五、減低所述擴散區域氣流的加速性；
[0011] 步驟六、在所述擴散區域中靠近所述通道出口位置處構造壓縮波進行減速；
[0012] 步驟七、根據葉柵11參數造型方法完成葉柵設計。
[0013] 優選的，所述葉柵11參數造型方法包括如下參數：
[0014] 葉片數、葉型截面半徑、前緣直徑、尾緣直徑、弦長、安裝角、前楔角、尾楔角、尾緣 彎折角、進口幾何角以及出口幾何角；
[0015] 另外，在所述葉柵11參數造型方法中，葉背采用2段3階Bezier曲線控制，葉盆采用 1段Bezier曲線控制。
[0016] 優選的，在所述步驟一中，是通過減少葉柵的葉片數、弦長以及安裝角，來增強葉 柵通道進口至葉柵通道幾何喉部前區域的載荷。
[0017] 優選的，在所述步驟三中，是通過增大葉柵厚度且縮短軸向弦長，來提高所述前部 區域氣流的加速性以及增加所述擴散區域長度。
[0018] 優選的，在所述步驟四中，是通過減小尾緣彎折角，并對喉部附近型線進行曲率優 化，從而減弱所述喉部區域中超音速氣流的膨脹加速。
[0019] 優選的，在所述步驟五和步驟六中，是通過對尾緣彎折角、尾楔角以及出口構造角 的優化，以及對尾緣附近型線的曲率優化，從而減低所述擴散區域氣流的加速性。
[0020] 本發明的優點在于：
[0021] 本發明的高壓渦輪跨音速導向葉片葉柵設計方法，可在葉柵設計中控制激波系損 失，實現低損失跨音速葉柵設計，為高壓渦輪氣動設計奠定基礎。
【附圖說明】
[0022] 圖1是葉柵11參數造型法中各參數分布示意圖；
[0023] 圖2是本發明中將葉柵的葉型簡化為葉背線后的結構示意圖；
[0024] 圖3是本發明中葉柵經過步驟一設計后的結構示意圖；
[0025] 圖4是通過本發明高壓渦輪跨音速導向葉片葉柵設計方法得到的一個具體葉柵的 結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中 的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類 似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明 一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用 于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人 員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下 面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0027]在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內"、"外"等指示的方位或位置關系為基于附圖所 示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護 范圍的限制。
[0028] 下面結合附圖1至圖3對本發明高壓渦輪跨音速導向葉片葉柵設計方法做進一步 詳細說明。
[0029] 如圖1所示，常規的葉柵11參數造型方法中，該11個獨立參數分別為：葉片數Z、葉 型截面半徑R、前緣直徑Dl、尾緣直徑D2、弦長b(或軸向弦長B)、安裝角辦、前楔角Wl、尾楔角 W2、尾緣彎折角δ、進口幾何角β?以及出口幾何角β2。其中涉及的所有角度(例如安裝角、前 楔角等）均定義為與葉柵額線的夾角。另外，為了實現葉型的唯一控制，葉背采用2段3階 Bezier曲線控制，葉盆采用1段Bezier曲線控制。
[0030] 通常高壓渦輪導葉的流動是從低亞音(進口馬赫數0.1~0.2)到超音（出口馬赫數 >1.0)的過程。如圖2所示，為跨音速導葉葉柵流動特征，為便于說明，圖2中將二維葉柵型 面簡化為一條曲線;其中，氣流是從左側流入。
[0031] 特別是針對出口馬赫數小于1.3的跨音速高壓渦輪導向葉片，其葉柵內主要的激 波損失源是內尾波、內尾波葉背反射波以及外尾波，而降低激波損失的主要方式是