一种高通流宽工况涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法与流程

本发明属于涡轮发动机，具体涉及一种高通流宽工况涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法。

背景技术：

1、新型涡轮发动机为降低重量和成本，要求涡轮负荷更高，同时采用较少的级数，由此导致涡轮排气段整流支板进口预旋较高，气动设计难度增加。由于涡轮部件的宽工作范围，导致涡轮出口马赫数变化范围达到0.4～0.7，气流角变化范围达到±15°，从根到尖还存在较大的径向变化，且出口支板需承担整流、承力、传力、引气等功能，导致支板的最大厚度及叶型面积受到限制，往往造成排气段通道扩张明显。在高紧凑结构要求下，通道扩张程度加剧。在上述来流条件和结构限制下，排气支板极易发生流动分离，从而对下游加力燃烧室的稳定工作带来很大困难。同时，由于新型涡轮发动机中加力燃烧室工作时间长、对整机推力影响大，在设计中必须严格控制支板出口的流场品质。因此，设计高轴向马赫数、大攻角和小轴向尺寸下的涡轮排气段，是一项亟待解决的问题。图1为两个典型工况下涡轮排气段进口气流角的径向分布。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明提出一种高通流宽工况涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，针对具有来流马赫数高、攻角变化范围宽以及子午通道扩张大、轴向尺寸紧凑等特点，以解决如何实现支板兼具支撑、提供管路/冷气通路以及低损失和整流的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种高通流宽工况涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，该涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法将涡轮排气段的气动整流作用通过两排叶片实现；涡轮排气段的轮毂型线为s型曲线；涡轮排气段的机匣型线为凸包形状，凸包最高点的轴向位置与前排叶片的最大厚度的轴向位置相同；前排叶片数量为9，后排叶片数量为27，后排三个叶片相对前排叶片的中心角度分别为3.33°、16.67°、30°，前排叶片轴向长度为115mm，后排叶片轴向长度为50mm，前后排叶片轴向间距为0mm。

5、进一步地，轮毂型线和机匣型线均利用line-bezier-line曲线形式设计。

6、进一步地，机匣型线的凸包高度为8.1mm。

7、进一步地，凸包最高点的轴向位置距离前排叶片前缘为50.0mm。

8、进一步地，后排叶片设计为直叶片，根、中、尖截面叶型一致。

9、(三)有益效果

10、本发明提出一种高通流宽工况涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法将涡轮排气段的气动整流作用通过两排叶片实现；涡轮排气段的轮毂型线为s型曲线；涡轮排气段的机匣型线为凸包形状，凸包最高点的轴向位置与前排叶片的最大厚度的轴向位置相同。本发明适用于具有来流马赫数高、攻角变化范围宽、子午流道扩张显著等特征的工况，既能够满足涡轮排气段在结构方面承担的整流、承力、传力、引气等功能，还能够在气动方面实现低损失和整流需求。

技术特征：

1.一种高通流宽工况涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，其特征在于，所述涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法将涡轮排气段的气动整流作用通过两排叶片实现；涡轮排气段的轮毂型线为s型曲线；涡轮排气段的机匣型线为凸包形状，凸包最高点的轴向位置与前排叶片的最大厚度的轴向位置相同；前排叶片数量为9，后排叶片数量为27，后排三个叶片相对前排叶片的中心角度分别为3.33°、16.67°、30°，前排叶片轴向长度为115mm，后排叶片轴向长度为50mm，前后排叶片轴向间距为0mm。

2.如权利要求1所述的涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，其特征在于，所述轮毂型线和机匣型线均利用line-bezier-line曲线形式设计。

3.如权利要求1所述的涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，其特征在于，所述机匣型线的凸包高度为8.1mm。

4.如权利要求1所述的涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，其特征在于，所述凸包最高点的轴向位置距离前排叶片前缘为50.0mm。

5.如权利要求1所述的涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，其特征在于，后排叶片设计为直叶片，根、中、尖截面叶型一致。

技术总结
本发明提出一种高通流宽工况涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法，涡轮排气支板串列叶片气动布局设计方法将涡轮排气段的气动整流作用通过两排叶片实现；涡轮排气段的轮毂型线为S型曲线；涡轮排气段的机匣型线为凸包形状，凸包最高点的轴向位置与前排叶片的最大厚度的轴向位置相同。本发明适用于具有来流马赫数高、攻角变化范围宽、子午流道扩张显著等特征的工况，既能够满足涡轮排气段在结构方面承担的整流、承力、传力、引气等功能，还能够在气动方面实现低损失和整流需求。

技术研发人员：秦勇,郭昊雁,曾军,王大磊,余海生,雷鸣
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>北京动力机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11