(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 20221075895 6.2 (22)申请日 2022.06.29 (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 杨元英　安志强　刘西武　杨晶晶　 彭学敏　扶宗礼　陈璇　朱银方　 (74)专利代理 机构 长沙智嵘专利代理事务所 (普通合伙) 4321 1 专利代理师 廖文岌 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) F04D 29/56(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 进口可调导叶的设计方法、 进口可调导叶及 叶轮机 (57)摘要 本发明公开了一种进口可调导叶的设计方 法， 包括以下步骤： 匹配目标导叶的正攻角， 设计 初始的目标导叶； 匹配目标导叶角度状态； 对目 标导叶的三维流场进行数值模拟； 匹配目标导叶 的叶型参数； 通过迭代获得目标导叶的角度关小 状态下流场品质明显改善的正攻角及流动分离 得到明显抑制的可控分离叶型的叶型参数。 本设 计方法基于进口可调导叶最佳攻角设计和导叶 叶栅通道 流场可控分离设计， 获得可明显抑制导 叶角度关小状态负攻角流动损失、 且同时兼顾宽 低损失角度范围进口可调导叶。 权利要求书1页 说明书8页 附图12页 CN 115098967 A 2022.09.23 CN 115098967 A 1.一种进口可调导叶的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.基于对进口可调导叶的攻角特性和流动损失机理， 匹配目标导叶的正 攻角； S2.基于进口可调导叶应用于低于压气机设计转速的中高转速下的角度状态， 对目标 导叶的三维流场进行 数值模拟； S3.对数值模拟结果分析； S4.匹配目标导叶的叶型参数； S5.获得目标导叶的正 攻角及叶型参数。 2.根据权利要求1所述的进口可调导叶的设计方法， 其特 征在于， 步骤S1包括： 根据目标压气机工作状态下的流动特征， 匹配目标导叶的正攻角， 所述正攻角的匹配 范围为5°至30°。 3.根据权利要求1所述的进口可调导叶的设计方法， 其特 征在于， 步骤S4包括： S41.匹配目标导叶的叶型设计参数； S42,对目标导叶角度开大状态下的三维流场进行 数值模拟； S43.对数值模拟结果分析。 4.根据权利要求3所述的进口可调导叶的设计方法， 其特征在于， 所述叶型参数包括导 叶最大厚度、 最大厚度位置、 最大挠度位置 。 5.根据权利要求4所述的进口可调导叶的设计方法， 其特征在于， 所述导叶最大厚度的 厚度值范围为目标导叶弦长的长度值的8％ ‑15％； 所述最大厚度位置于目标导叶的弦长的 投影位置位于弦长的10％ ‑35％； 最大挠度位置于目标导叶弦长的投影位置位于弦长的长 度位置20％ ‑40％。 6.根据权利要求1所述的进口可调导叶的设计方法， 其特 征在于， 步骤S5包括： S51.获得目标导叶的正 攻角和叶型参数； S52.根据目标导叶的正攻角和叶型参数生成进口可调导叶三维模型， 并构建三维流场 域进行数值模拟； S53.将获得的可调导叶导入压气机三维仿真模型， 进行不同转速特性评估。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的进口可调导叶的设计方法， 其特征在于， 步骤S43中 对数值模拟结果分析时， 步骤S43还 包括： 若符合要求， 转至步骤S5； 若不符要求， 以当前分析结果作 为参考， 转至步骤S41迭代优 化叶型参数， 或转至步骤S1迭代优化 正攻角。 8.根据权利要求1 ‑6任一项所述的进口可调导叶的设计方法， 其特征在于， 步骤S3中对 数值模拟结果分析时， 步骤S3还 包括： 若符合要求， 转至步骤S4； 若分析结果不符要求， 以当前分析结果作为参考， 转至步骤 S1迭代优化 正攻角。 9.一种进口可调导叶， 其特征在于， 所述进口可调导叶使用权利要求1 ‑8任一所述的设 计方法制成。 10.一种叶轮机， 其特 征在于， 应用有权利要求9所述的进口可调导叶。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115098967 A 2进口可调导叶的设计方 法、 进口可调导叶及叶轮机 技术领域 [0001]本发明涉及压气机领域， 特别地， 涉及一种进口可调导叶的设计方法。 此外， 本发 明还涉及一种包括上述进口可调导叶的设计方法的进口可调导叶及叶轮机 。 背景技术 [0002]多级压气机在非设计转速工作时， 前面级和后面级会偏离设计工况， 出现 “前喘后 堵”或“前堵后喘 ”的现象， 且随着设计压比提高会变得更加严重， 甚至可能导致 发动机在非 设计转速无法稳定工作。 为此， 通常在压气机进口设置可通过自身旋转轴调节安装角的可 调导叶。 如图1所示， 在压气机不同转速下基于旋转轴2通过调节进口可调导叶1的安装角 “开大”或“关小”实现对压气机流路开度的控制， 给下游转子3提供与其转速更为匹配的来 流速度和进口气流角， 改善压气机在非设计转速工作时各级存在的偏离设计工况现象， 拓 宽压气机非设计转速稳定 工作裕度。 [0003]如图2所示， 以压气机设计点状态可调导叶安装角为基准零位， 导叶进气边往压力 面偏转定义为可调导叶角度关小； 导叶进气边往吸力面偏转定义为可调导叶角度开大。 根 据压气机性能匹配需求， 当工作转速低于 设计转速时， 需要关小导叶角度； 当工作转速高于 设计转速时， 需要开大导叶角度。 但随着压气 机压比水平增加， 中低转速范围进口导叶角度 需要关小的幅度更 大， 接近60°； 最为常用的中 高转速也需要关小3 0°左右。 [0004]如图3所示， 常规进口可调导叶采用零攻角设计， 即设计安装角下叶型前缘点中弧 线切线方向与来流方向夹角为零。 此时导叶角度 “开大”、“关小”值与叶片正攻角、 负攻角值 一致， 比如角度关小30 °时导叶将处于 ‑30°攻角状态。 一般压气机叶型低损失攻角范围基本 呈正、 负攻角对称分布， 如图4所示的( ‑20°， +20°)状态下低损失攻角范围分布。 由于发动机 常用的压气机导叶角度调节范围偏向关小 方向， 比如某压气 机进口可调导叶调节范围为( ‑ 50°， +10°)、 中高转速常用的进口可调导叶调节范围为( ‑30°， +5°)。 如图5所示， 此时当压气 机工作在 进口导叶角度关小30 °时， 常规导叶将处于 ‑30°攻角状态， 而在负攻角超过20 °后， 导叶压力面将因大攻角出现明显的附面层分离， 导 致压气机效率大幅降低。 发明内容 [0005]本发明提供了一种进口可调导叶的设计方法、 进口可调导叶及叶轮机， 以解决现 有技术中进口可调导叶在非设计转速下角度关小状态流动损失较大的技 术问题。 [0006]本发明采用的技 术方案如下， 一种进口可调导叶的设计方法， 包括以下步骤： [0007]S1.基于对进口可调导叶的攻角特性和流动损失机理， 匹配目标导叶的正 攻角； [0008]S2.基于进口可调导叶应用于低于压气机设计转速的中高转速下的角度状态， 对 目标导叶的三维流场进行 数值模拟； [0009]S3.对数值模拟结果分析； [0010]S4.匹配目标导叶的叶型参数； [0011]S5.获得目标导叶的正 攻角及叶型参数。说　明　书 1/8 页 3 CN 115098967 A 3