(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211046487.8 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中国航发湖南动力机 械研究所 地址 412002 湖南省株洲市芦淞区董家塅 高科园中国航发动研所 (72)发明人 王政　谭锋　陈晨　张绍文　 陈奕宏　 (74)专利代理 机构 北京三聚阳光知识产权代理 有限公司 1 1250 专利代理师 王丹 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) F01D 5/14(2006.01) F01D 5/30(2006.01) (54)发明名称 一种非轴对称 造型方法、 工作叶片及燃气涡 轮 (57)摘要 本发明公开了一种非轴对称 造型方法， 周向 控制线直接采用半周期三角函数， 因此只要 给定 上中弧线和下中弧线的幅值便可确定周向控制 线， 而轴向根据控制点的坐标值生成非均匀有理 B样条曲线， 作为轴向控制线； 在某一轴向位置， 轴向控制线的径向位置即为周向控制线的幅值， 从而决定了端壁凹区和凸区的造型幅度； 本发明 中， 利用端壁的三维凹凸来使得端壁附近区域的 气流加速或减速从而改变端壁区域的压力场分 布， 改善叶栅通道内的通道涡以及壁面附面层的 二次流动， 获得较好的涡轮气动性能。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 115391952 A 2022.11.25 CN 115391952 A 1.一种非轴对称参数化造型 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 基于小展弦比燃气涡轮工作叶片常规轴对称端壁几何， 在叶栅通道中沿轴向布置 多条周向控制线， 周向控制线采用半周期三角函数进行拟合； 在周向通过给定上中弧线和 下中弧线的幅值确定各条周向控制线两端点的径向幅值， 在轴向通过给定的径向幅值生成 非均匀有理B样条曲线， 形成两条 上中弧线和下中 弧线的轴向控制线； S2、 对具有非轴对称造型端壁的燃气涡轮工作叶片进行结构化网格划分， 对两级燃气 涡轮进行三维计算及其分析。 2.根据权利要求1所述的非轴对称参数化造型方法， 其特征在于， 步骤S2具体包括： 进 行结构化网格划分， 进 行三维计算及其分析， 其中， 湍流模型选取为k ‑ε模型， 采用单通道模 型； 进口边界条件给定总温径向分布、 总压进口均匀以及气流角垂直于进口， 出口边界条件 给定平均静压 。 3.根据权利要求1所述的非轴对称参数化造型方法， 其特征在于， 步骤S2之后还包括步 骤S3： 通过后处理获取燃气涡轮工作叶片端区流场分布和二次流结构， 与常规轴对称端壁 进行对比分析， 考察工作叶片排气动损失和燃气涡轮性能是否提升； 若 是， 则非轴对称端壁 优化设计完成； 如否， 则返回步骤S1， 重新调整周向控制线的幅值， 迭代完成非端造型几何 调整设计， 直到燃气涡轮的效率和功率以及工作叶片自身损失较常规轴对称端壁结构有提 升后结束。 4.根据权利要求1 ‑3任一项所述的非轴对称参数化造型方法， 其特征在于， 周向控制线 为7条。 5.根据权利要求1 ‑3任一项所述的非轴对称参数化造型方法， 其特征在于， 周向控制线 采用余弦半周期三角函数进行拟合。 6.根据权利要求1 ‑3任一项所述的非轴对称参数化造型方法， 其特征在于， 周向控制线 的起始点和终止点分别位于吸力面和压力面。 7.一种工作叶片， 包括叶身、 端壁和榫头， 所述端壁设于所述叶身的下端， 所述榫头设 于所述端壁的下端， 其特征在于， 所述端壁靠近所述叶身的一侧为 非轴对称端壁， 所述 非轴 对称端壁的端壁曲面下凹或上凸的造型采用如权利要求1 ‑5任一项所述的方法成型。 8.根据权利要求7所述的工作叶片， 其特征在于， 下凹或上凸的造型 幅度与所述叶身的 高度的相对比值 为6％‑8％。 9.根据权利要求7所述的工作叶片， 其特征在于， 所述非轴对称端壁的最大高度差为3 ‑ 4mm。 10.一种燃气涡轮， 包括涡轮盘和多个工作叶片， 其特征在于， 所述工作叶片为权利要 求7‑9任一项所述的工作叶片， 所述工作叶片通过 所述榫头安装在所述涡轮 盘上。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115391952 A 2一种非轴对称造型方 法、 工作叶片及燃 气涡轮 技术领域 [0001]本发明涉及燃气涡轮技术领域， 特别涉及一种非轴对称造型方法、 工作叶片及燃 气涡轮。 背景技术 [0002]涡轮是燃气涡轮发动机动力装置 的核心部件之一， 是将高温、 高压燃气的能量转 变为动能和机械能的叶轮机械。 高温、 高压燃气从涡轮进口流经导向叶片排转弯 膨胀， 将燃 气压力势能转换成燃气动能， 高速燃气通过工作叶片排发出了机械功， 并由燃气涡轮轴提 供给压气机进行空气压缩。 涡轮设计的优劣决定了发动机整体设计水平。 端壁流动是涡轮 通道内部流动极为复杂的三 维流动， 包括前缘马蹄涡、 通道涡、 角涡、 壁面涡 等， 是涡轮损失 的一个主要来源。 端壁损失控制是进一步提升涡轮效率的一个主要因素， 尤其小流量涡轮 端壁三维流动更强、 端壁损失比例更高。 发明内容 [0003]本申请的目的在于提供一种 非轴对称造型方法、 工作叶片及燃气涡轮， 以解决上 述背景技 术中提出的问题。 [0004]为实现上述目的， 本申请提供如下技 术方案： [0005]本发明的一种非轴对称参数化造型 方法， 包括以下步骤： [0006]S1、 基于小展弦比燃气涡轮工作叶片常规轴对称端壁几何， 在叶栅通道中沿轴向 布置多条周向控制线， 周向控制线采用半周期三角函数进行拟合； 在周向通过给定上中弧 线和下中弧线的幅值确定各条周向控制线两端点的径向幅值， 在轴向通过给定的径向幅值 生成非均匀有理B样条曲线， 形成两条 上中弧线和下中 弧线的轴向控制线； [0007]S2、 对具有非轴对称造型端壁的燃气涡轮工作叶片进行结构化网格划 分， 对两级 燃气涡轮进行三维计算及其分析。 [0008]进一步地， 步骤S2 具体包括： 进行结构 化网格划分， 进行三维计算及其分析， 其中， 湍流模型选取为k ‑ε模型， 采用单通道模型； 进口边界条件给定总温径向分布、 总压进口均 匀以及气流角垂直于进口， 出口边界条件给定平均静压 。 [0009]进一步地， 步骤S2之后还包括步骤S3： 通过后 处理获取燃气涡轮工作叶片端区流 场分布和 二次流结构， 与常规轴对称端壁进行对比分析， 考察工作叶片排气动损失和燃气 涡轮性能是否提升； 若 是， 则非轴对称端壁优化设计完成； 如否， 则返回步骤S1， 重新调整周 向控制线的幅值， 迭代完成非端造型几何调整设计， 直到燃气涡轮的效率和功率以及工作 叶片自身损失较常规轴对称端壁结构有提升后结束。 [0010]进一步地， 周向控制线为7 条。 [0011]进一步地， 周向控制线采用余弦半周期三角函数进行拟合。 [0012]进一步地， 周向控制线的起始点和终止点分别位于吸力面和压力面。 [0013]本发明的一种工作叶片， 包括叶身、 端壁和榫头， 所述端壁设于所述叶身的下端，说　明　书 1/4 页 3 CN 115391952 A 3