王 前，胡 駿，王 爽

(1.南京航空航天大學能源與動力學院江蘇省航空動力系統(tǒng)重點實驗室，江蘇 南京 210016)

(2.武漢船用機械有限責任公司，湖北 武漢 430084)

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DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2015.09.001

可變彎度導向器的基礎葉型設計

王 前1，胡 駿1，王 爽2

(1.南京航空航天大學能源與動力學院江蘇省航空動力系統(tǒng)重點實驗室，江蘇 南京 210016)

(2.武漢船用機械有限責任公司，湖北 武漢 430084)

為了設計出適用于核心機驅動風扇級中可變彎度導向器的基礎葉型，采用數(shù)值計算方法詳細分析了葉型彎角、最大撓度相對位置、最大厚度相對位置以及稠度等參數(shù)對基礎葉型性能的影響。計算結果表明：葉型彎角和最大撓度相對位置對葉柵性能的影響相互關聯(lián)；在低亞聲速流動條件下，最大厚度位置越靠近前緣，葉柵性能越好；最大撓度位置向后緣移動，可有效實現(xiàn)載荷后移；稠度增大，葉柵的氣流轉折能力增大，最小損失也增大，不同的氣流轉折角對應著不同的最佳稠度。

可變彎度導向器；基礎葉型；葉型參數(shù)；葉柵性能

從20世紀60年代開始，國外軍用發(fā)動機相繼采用了可變彎度導向器，帶有核心機驅動風扇級的變循環(huán)發(fā)動機是第四代發(fā)動機的典型代表之一，可變彎度導向器的設計是保證核心機驅動風扇級性能的一項關鍵技術[1]?？勺儚澏葘蚱魇菍⒒A葉型從弦長的某處分開，前段固定，后段可旋轉。國內(nèi)外關于可變彎度導向器的研究都是在某一特定的基礎葉型上進行的[2-3]，沒有對基礎葉型參數(shù)與導向器性能的關聯(lián)進行研究，且大多側重于對可變彎度導向器擴大壓氣機穩(wěn)定工作范圍、調(diào)節(jié)流量能力的論證，所設計的可變彎度導向器在低損失范圍內(nèi)可以提供的出口氣流角調(diào)節(jié)范圍達不到核心機驅動風扇級的要求。關于核心機驅動風扇級可變彎度導向器基礎葉型的設計方法，未見公開文獻報道。

筆者試圖采用數(shù)值計算方法研究葉型彎角、最大撓度相對位置、最大厚度相對位置、葉柵稠度等參數(shù)對基礎葉型的性能及葉片表面壓力分布的影響，以便為核心機驅動風扇級可變彎度導向器的設計提供基礎支持。

1 葉型構造方法

葉型構造的方法有2種：一種是直接給出葉盆、葉背上一些關鍵點的坐標或導數(shù)，通過插值生成型線；另一種是在中弧線上疊加厚度分布，采用包絡線的方式生成型線。前者經(jīng)驗性較強，且不好做方案比較。后者可以調(diào)節(jié)葉型參數(shù)，便于探討葉片氣動性能與幾何參數(shù)之間的關聯(lián)，因此本文采用后一種方法，采用拋物線形式的中弧線[4]，用三次多項式樣條函數(shù)定義厚度分布，通過編寫MATLAB程序，輸入弦長、厚度分布、葉型的前緣角和后緣角，即可輸出中弧線、吸力面、壓力面的坐標。

2 葉型參數(shù)影響研究

2.1 計算模型及計算方法

2.2 葉型彎角、最大撓度相對位置對葉柵性能的影響

圖1 計算網(wǎng)格示意圖

表1 厚度分布參數(shù)

圖2 葉柵的正常特性

圖3 不同葉型彎角、不同最大撓度相對位置葉柵的提取特性

圖4 最大撓度相對位置對葉型表面壓力分布的影響

2.3 最大厚度相對位置對葉柵性能的影響

圖5 最大厚度位置和進口馬赫數(shù)對葉柵提取特性的影響

2.4 稠度對葉柵性能的影響

圖6 不同稠度

3 結束語

文章采用數(shù)值計算方法，結合核心機驅動風扇級的進口條件，對可變彎度導向器的基礎葉型進行了參數(shù)化研究，為可變彎度導向器設計提供基礎支持。由于條件和成本限制，未能進行驗證試驗，因而更傾向于理論研究。同時研究結果也有一定的局限性，需要更多的數(shù)據(jù)儲備以及試驗驗證來完善可變彎度導向器的設計體系。

[1] 方昌德. 航空發(fā)動機的發(fā)展研究[M]．北京：航空工業(yè)出版社, 2009.

[2] 劉占民，趙風聲，牟尚軍，等.變彎度葉柵的試驗研究[J]．熱能動力工程，1991，6(3)：113-121.

[3] 楚武利，朱俊強. 變幾何葉片對壓氣機特性影響的實驗研究及分析[J]．應用力學學報，2003，20(1)：78-80.

[4] 胡駿，吳鐵鷹，曹人靖. 航空葉片機原理[M]．北京：國防工業(yè)出版社, 2006.

Fundamental blade profile design for the variable camber vanes

WANG Qian1, HU Jun1, WANG Shuang2

(1.School of Energy and Motivation Engineering, Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power Systems,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu Nanjing, 210016, China)

(2.Wuhan Marine Machinery Plant Co., Ltd.,Hubei Wuhan, 430084, China)

In order to design the fundamental blade profiles which are suitable to variable camber vanes in the core driven fan stage, it studies the influences of the camber angle, the relative position of maximum deflection, the relative position of maximum thickness and the cascade solidity on the performances of fundamental cascade in numerical simulation method. The results show that the relationship between the camber angle and the relative position of maximum deflection are interrelated for the performances of fundamental cascade; the performance of the cascade is better when the maximum thickness position is closer to the leading edge at low subsonic flow conditions; moving the maximum deflection position toward to the trailing edge can effectively achieve the rear load shift; the cascade flow turning capacity and minimum loss is increased with the increasing of the cascade solidity and the different flow turning angles correspond to different optimum solidity.

variable camber vanes; fundamental blade profile; blade profile parameters; cascade performance

2015-08-04

南京航空航天大學青年科技創(chuàng)新基金資助項目(NS2014021)

王前(1991—)，女，安徽宿州人，南京航空航天大學碩士研究生，主要研究方向為葉輪機械氣體動力學。

V231.3

A

2095-509X(2015)09-0001-03