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申请/专利权人：大连海事大学

摘要：本发明提供一种带有鼓包和凹缝结构的跨声速压气机平面叶栅叶片及其设计方法，包括如下步骤：步骤一、通过数值模拟分析确认鼓包和凹缝的位置；步骤二、将不同的几何参数分别代入鼓包和凹缝的造型公式中，确定鼓包和凹缝的起始位置及长度，构成不同的鼓包和凹缝组合结构方案，使用数值模拟软件进行二维数值模拟，得到效果较好的鼓包和缝组合结构方案；步骤三、根据得到的效果较好的组合结构方案，利用三维建模软件，得到带有鼓包和凹缝的吸力面，将新的吸力面与原始的压力面组合即可得到效果较好的带有鼓包和凹缝的平面叶栅叶片。本发明通过添加鼓包和凹缝结构可对激波和分离进行控制来减弱强激波和分离引起的流动损失，进而提升压气机性能。

主权项：1.一种带有鼓包和凹缝结构的跨声速压气机平面叶栅叶片的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、确认鼓包和凹缝的位置：使用数值模拟软件对原始压气机平面叶栅进行数值模拟，通过结果分析，得到激波在吸力面的位置，进而确定鼓包的布置位置范围，包括鼓包的起始安装位置和鼓包的结束位置；通过附面层分离的位置，确定凹缝的布置位置范围，包括凹缝的起始位置和凹缝的结束位置；步骤二、将鼓包的不同几何参数代入鼓包的造型公式中，同时确定鼓包的起始位置及长度后，根据附面层分离位置确定凹缝的起始位置及长度；将凹缝的不同几何参数代入到凹缝的造型公式中；不同的鼓包高度与长度、凹缝深度与长度以及鼓包与凹缝布置间距相互匹配可以构成不同的鼓包和凹缝组合结构方案，并得到不同鼓包和凹缝组合结构方案的点数据；结合点数据，使用数值模拟软件对不同的组合结构方案进行二维数值模拟，得到效果较好的鼓包和缝组合结构方案；步骤三、根据得到的效果较好的组合结构方案，利用三维建模软件，对原始的吸力面进行改型重构，得到带有鼓包和凹缝的吸力面，将新的吸力面与原始的压力面组合即可得到效果较好的带有鼓包和凹缝的平面叶栅叶片；步骤二中，所述鼓包的造型公式采用CST参数化、多项式插值函数、B样条曲线、三次C-Cardinal样条曲线或p-nary细分曲线造型方式；所述凹缝的造型公式采用CST参数化、多项式插值函数、B样条曲线、三次C-Cardinal样条曲线或p-nary细分曲线造型方式；所述凹缝的造型所涉及到的参数包括所述凹缝的深度H2和长度L2，分别与所述鼓包的高度H1和长度L1相对应；所述CST参数化的形状函数Sx的表达式满足如下公式： 式中，为Bernstein多项式，i为的指数，n为的阶数；为组合数；bi是引进的权重因子，i＝0,1,…,n；X＝xb，b为叶片弦长，x为X轴坐标；所述多项式插值函数y满足如下公式：y＝fx1-x0.5x0.5±gx1-x1.5x0.5式中，fx、gx为多项式插值函数，x为节点矢量；Ai、Bi为多项式系数，可通过最小二乘法对原始叶片数据拟合得到；改变fx中的多项式的系数和阶次，可以改变圆弧曲线的弯曲程度，进而改变鼓包的弯度；改变gx中的多项式的系数和阶次，改变鼓包的厚度；所述B样条曲线为采用控制顶点定义曲线，B样条基函数是可以描述复杂形状并且具有全局性特殊的基函数，其曲线方程Pu满足如下公式： 式中，dj为控制顶点，j＝i-k,i-k+1,…,i，Ni,ku为k次规范B样条基函数，i代表序号，i＝0,1,2,3…n，k为基函数次数，u代表参数，区间为[ui,ui+k+1]；B样条曲线的基函数是多项式样条，不仅与次数有关，还与参数所在的节点区间有关，这增加了B样条调控曲线的灵活性以及多样性；所述三次C-Cardinal样条曲线的数学定义式满足如下公式： 0≤t≤α，i＝0,1,2,…,n-3式中，点bi为给定的型值点，i＝0,1,2,3…n，j为0-3，bi+j包含于bi中，ωj,at为样条基函数，t为节点值，在样条曲线绘制中其值大小决定了所绘曲线的精度，参数α可在不影响曲线连续性下对样条曲线进行微调，亦称之为微调因子，α大于0，曲线段Pit组成的曲线Pt称为三次C-Cardinal样条曲线；所述p-nary细分曲线满足如下公式： 给定初始有序控制顶点集J0为初始有序控制顶点的有限下标集；设为第k次细分后的有序控制顶点集，Jk为相应的有限下标集；其中α＝{αj}为实系数序列，只有有限个分量不为零，称为mask，为形状参数；均匀稳定p-nary细分曲线造型方式在曲线情形下实际包含了定义新有序控制点的p个细分规则： 式中，代表第K+1次细分后的第j个有序控制顶点，Pik代表第K次细分后的第i个有序控制顶点，Z代表整数合集，i代表整数次，给定i小于j，j为初始给定值，αj-pi代表j-pi个实系数参数，p代表整数次细分次数，p大于等于1；β＝j–i，β大于0；若p＝1，则细分规则为： 若p＝2，则细分规则为： 若p＝3，则细分规则为3个，以此类推。

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