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申请/专利权人：中国人民解放军空军工程大学

摘要：提供一种前缘掉块叶片的修复方法，包括下列步骤：步骤一、对前缘掉块叶片几何特征进行参数化描述；步骤二、生成前缘掉块叶片的几何数据；步骤三、建立和前缘掉块叶片几何特征与压气机叶型气动特性变化相关的特征参数；步骤四、修复前缘掉块叶型。通过将压气机气动特性变化与前缘掉块叶片几何特征的参数相关联，本发明能够实现前缘掉块叶片的快速修复。本发明将压气机气动特性与前缘掉块叶片的几何参数特征相关联，能够快速获得前缘掉块几何特征对该叶片气动性能的影响程度，并在特征参数的指导下对其几何特征进行调整，实现前缘掉块叶片的修复，在优化具有前缘掉块叶片的压气机的气动性能、节约经济与时间成本方面具有广泛的应用前景。

主权项：1.一种前缘掉块叶片的修复方法，其特征在于，具体包括下列步骤：。步骤一、对前缘掉块叶片几何特征进行参数化描述；具体如下：step1:压气机级环境下叶型生成；建立空间直角坐标系，z轴为压气机的旋转轴，以z轴为中心生成回转面S2；回转面S2与压气机叶片相交形成的截面曲线即为压气机叶型，通过改变叶片进口半径r1和叶片出口半径r2的数值，能够获得不同叶高位置的压气机叶型；step2:掉块叶型几何特征的参数化；对于硬物打伤导致的叶尖前缘掉块，首先确定掉块沿叶高方向的尺度Δr，在Δr范围内提取不同叶高处的压气机叶型，对于每个压气机叶型，都存在一个前缘掉块区域，利用叶片吸力面和压力面型面沿叶片轴向的起始点坐标xs和xp和掉块截面与所在中弧线的夹角，在坐标系里来参数化表征叶型前缘掉块区域，轴向即x轴；对于正常的压气机叶型，叶片吸力面和压力面型面沿x轴的起始点均在前缘点，对应的起始点坐标均为x0，x0代表该叶型前缘点在坐标系里的位置，叶片吸力面和压力面型面沿x轴的结束点均在尾缘点，对应的结束点坐标均为xe，从x0到xe沿x轴的距离记为总轴向弦长Ca；出现前缘掉块时，吸力面型面沿x轴的起始点坐标变为xs，压力面型面沿x轴的起始点坐标变为xp，x0到xs沿x轴方向的距离除以Ca记为吸力面损伤部位轴向尺度占叶片总轴向弦长的比例Sx，x0到xp沿x轴方向的距离除以Ca记为压力面损伤部位轴向尺度占叶片总轴向弦长的比例Px，前缘掉块区域的几何特征用参数Sx和Px来表征；步骤二、生成前缘掉块叶片的几何数据；对于步骤一中的参数xs和xp，根据航空燃气涡轮发动机服役过程中压气机叶片硬物打伤案例数据预估最大值xsm和xpm；前缘掉块发生时，叶片几何变化不可预见、具有很强的随机性，因此，在0，xsm与0，xpm两个区间内分别抽取N个数值，即xsi和xpi，i＝1～N；将xsi和xpi组合能够获得N组前缘掉块几何特征；对于任意一组xsi和xpi，首先利用压气机叶型几何型面气动设计方法，生成原始的压气机叶型；之后，过xsi和xpi所对应的压力面和吸力面上的两点作一条直线，用该直线将原始叶型截断，截断后叶型的后半部分与该直线共同组成前缘掉块叶型，一共可在原始叶型的基础之上产生N个前缘掉块叶型，其中叶型后半部分指x大于xsi和xpi的部分，前半部分是掉块；对于掉块叶片，在发生前缘掉块的Δr范围内作不同叶高处的回转面S1与该掉块叶片相交，获得不同的叶型几何，假设一共提取了m个压气机叶型，每个叶型都能够利用上述方法产生N个前缘掉块叶型；步骤三、建立和前缘掉块叶片几何特征与压气机叶型气动特性变化相关的特征参数；具体如下：Step1:计算掉块叶型的气动特性与气动特性变化规律；对于步骤二中m个压气机叶型中的第k个压气机叶型，利用计算流体力学或实验测试获得原始叶型和N个前缘掉块叶型的气动参数，获得前缘掉块影响下压气机叶型总压损失的变化；对于给定的第k个压气机叶型，通过步骤二生成N个前缘掉块的压气机叶型，对原始叶型和前缘掉块叶型分别计算同一来流马赫数、进气攻角时叶型的总压损失；对于第k个压气机叶型的原始叶型，其相应的总压损失为ωk；对于第k个压气机叶型的第i个前缘掉块叶型，其相应的总压损失为ωki，k＝1～m，i＝1～N；根据仿真结果总结前缘掉块叶片几何特征与压气机叶型气动特性变化的关系，发现Sxi和Pxi越大，ωki越大；αi越接近某一特定值，ωki越大；step2:计算特征参数；根据前缘掉块叶片几何特征与压气机叶型气动特性变化的关系，确定特征参数Dα，其表达式如下： 其中，e为自然底数；Sx和Px各自的系数a、b∈[0,1]，且a+b＝1；参数αc,αn∈0,180°]，αc是一临界值，当αc取一确定值时，Dα随着|α-αc|的减小而增大；αn为归一化参数；将公式1中的a、b、αc、αn添上下角标k，能够获得第k个压气机叶型的特征参数Dαk，对于第k个压气机叶型的第i个前缘掉块叶型，其前缘掉块几何特征为Gki，即为对应的第i个前缘掉块的吸力面损伤部位轴向尺度占叶片总轴向弦长的比例Sxi、压力面损伤部位轴向尺度占叶片总轴向弦长的比例Pxi和夹角αi；将Sxi、Pxi和αi带入Dαk的表达式中，得到第i个前缘掉块叶型对应的特征参数Dαki；皮尔逊Pearson相关系数，其公式为 式中，xi、yi为两个变量的样本点的数据，为两个变量的样本均值，n为样本数量、r为皮尔逊相关系数；两个变量分别代表损失系数ω和特征参数Dα，即xi、yi分别代表Dαki和ωki；对于第k个压气机叶型，将其N个前缘掉块叶型的几何特征Sxi、Pxi和αi带入表达式1，i＝1～N，对a、b、αc、αn进行遍历，得到不同a、b、αc、αn对应的特征参数表达式，并将Sxi、Pxi和αi带入这些特征参数表达式中，得到第j个特征参数表达式下，第i个前缘掉块叶型的特征参数Dαji，j＝1～q，q为遍历后得到的特征参数表达式的总数量；将Dαji和ωki带入表达式2，得到使相关系数r最大的aj、bj、αcj、αnj，记为ak、bk、αck、αnk，代回表达式1，得到第k个压气机叶型对应的特征参数表达式；步骤四、修复前缘掉块叶型；步骤三得到的与几何特征相关联的特征参数与前缘掉块叶型的损失系数呈线性正相关，利用打磨的方式来改变原掉块叶型的几何特征，新的几何特征能够在规定的打磨范围内使特征参数取值最小，这样就完成了叶型的修复；针对第k个压气机叶型，其特征参数表达式为 对于第k个压气机叶型的第i个前缘掉块叶型，其特征参数为Dαki，对应的几何特征为Gki、损失系数为ωki，Gki即为Sxi、Pxi和αi，记打磨后掉块叶型的几何特征为Gkie，即为Sxie、Pxie和αie，规定Sxie和Pxie不得超过a，即Sxie∈[Sxi，a]，Pxie∈[Pxi，a]；在该范围内每隔一定步长将Sx和Px以及相应的α带入表达式3计算得到特征参数Dαk，找到令特征参数Dαk最小的一组Sx、Px和α，即为Sxie、Pxie和αie，该几何特征对应的前缘掉块叶型即为修复后叶型。

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