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CN111237254A - 高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片 - Google Patents

高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片 Download PDF

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CN111237254A
CN111237254A CN201811447682.5A CN201811447682A CN111237254A CN 111237254 A CN111237254 A CN 111237254A CN 201811447682 A CN201811447682 A CN 201811447682A CN 111237254 A CN111237254 A CN 111237254A
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CN
China
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compressor blade
reynolds number
saw teeth
noise reduction
high reynolds
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Pending
Application number
CN201811447682.5A
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English (en)
Inventor
冯和英
杨成浩
蒋玲莉
贺艳文
屈伟
王俊娇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University of Science and Technology
Original Assignee
Hunan University of Science and Technology
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Publication date
Application filed by Hunan University of Science and Technology filed Critical Hunan University of Science and Technology
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Publication of CN111237254A publication Critical patent/CN111237254A/zh
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
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Abstract

本发明涉及高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，包括压气机叶片，所述压气机叶片的尾缘处设置有三角形锯齿，且压气机叶片的尾缘处设置有平整区域，所述平整区域均匀分布在三角形锯齿的上下方，所述各组三角形锯齿的齿宽W均相等，且各组三角形锯齿的齿高H均相同，所述两组平整区域面积大小相等，所述压气机叶片的叶高Z的数值为120mm。该高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，能够改善压气机叶片翼型的气动性能，降低尾迹流动损失，增加尾迹流动掺混，且能够在高雷诺数条件下利用锯齿结构将集中在尾缘处的大涡破碎并细化，从而有效降低了气动噪声，同时让气动损失最小，使得压气机运行的效率和稳定性大大提高。

Description

高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片
技术领域
本发明属于航空机械技术领域，具体涉及高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片。
背景技术
航空发动机的噪声一直是人们关注的热点，压气机是航空发动机的重要组成部分，它的噪声在航空发动机噪声中占据重要地位，压气机叶片尾缘结构对其噪音影响重大，目前减小叶片尾缘噪声的一种重要的方法就是在压气机叶片尾缘处设置锯齿，即在叶片尾缘部分设置不同形状的锯齿，该方法启发于大自然鸮类翅膀尾缘，属于一种仿生方法，其中三角形尾缘锯齿结构得到了人们的特别关注，在风力发电机组和空调外机降噪领域得到了较大程度应用。
但是在目前实际情况中，不论是飞机起飞、降落还是巡航状态，发动机内部气流速度非常高，在高速、高雷诺数的流动状态下，航空压气机在工作时就会产生很大的噪音，但是目前面对航空压气机在高速、高雷诺数工况下降噪的研究还不够充分，不能够进行有效的降噪，因此针对航空压气机叶片在高速、高雷诺数工况下的降噪还需要展开深入研究。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述问题，从而提供一种结构简单，设计合理的高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，包括压气机叶片，所述压气机叶片的尾缘处设置有三角形锯齿，且压气机叶片的尾缘处设置有平整区域，所述平整区域均匀分布在三角形锯齿的上下方，采用内切法对压气机叶片进行加工。
作为本发明的进一步优化方案，所述各组三角形锯齿的齿宽W均相等，且各组三角形锯齿的齿高H均相同，所述两组平整区域面积大小相等，所述压气机叶片的叶高Z的数值为120mm，三角形锯齿的齿高、齿宽决定了三角形锯齿的齿顶角ε，H＝W/2tan(ε/2)。
作为本发明的进一步优化方案，所述三角形锯齿齿宽W的范围为10～20mm，且三角形锯齿齿高H的范围为5～25mm。
作为本发明的进一步优化方案，所述三角形锯齿的相对齿宽：
W/C＝0.12
其中，C为三角形锯齿的基准叶片弦长，C的数值为127mm，W的数值为15mm。
作为本发明的进一步优化方案，所述三角形锯齿的齿高宽比：
H/W＝1.2
其中，H的数值为18mm。
本发明的有益效果在于：
1)本发明在航空压气机叶片一侧边缘设置了三角形锯齿，三角形锯齿的设置能够改善压气机叶片翼型的气动性能，降低尾迹流动损失，增加尾迹流动掺混，且能够在高雷诺数条件下利用锯齿结构将集中在尾缘处的大涡破碎并细化，从而有效降低了气动噪声，同时让气动损失最小，使得压气机运行的效率和稳定性大大提高；
2)本发明结构简单，设计合理，便于实现。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明三角形锯齿与压气机叶片的相配合视图；
图3是本发明锯齿结构与总压损失系数的关系图。
图4是本发明锯齿结构与声压级的关系图。
图5是本发明H/W＝0时的涡核结构分布图。
图6是本发明H/W＝1.2时的涡核结构分布图。
图中：1压气机叶片、2三角形锯齿、3平整区域。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1与图2所示，高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，包括压气机叶片1，压气机叶片1的尾缘处设置有三角形锯齿2，且压气机叶片1的尾缘处设置有平整区域3，平整区域3均匀分布在三角形锯齿2的上下方，各组三角形锯齿2的齿宽W均相等，且各组三角形锯齿2的齿高H均相同，两组平整区域3面积大小相等，压气机叶片1的叶高Z的数值为120mm，三角形锯齿2齿宽W的范围为10～20mm，且三角形锯齿2齿高H的范围为5～25mm，三角形锯齿2的相对齿宽：
W/C＝0.12
其中，C为三角形锯齿2的基准叶片弦长，C的数值为127mm，W的数值为15mm，
三角形锯齿2的齿高宽比：
H/W＝1.2
其中，H的数值为18mm。
如图3-图6所示，基准叶片弦长C＝127mm，叶高Z＝120mm，齿高H＝18mm，齿宽W＝15mm时，通过内切的方式获得H/W＝1.2的锯齿尾缘叶片，而在各种翼型中，H/W＝1.2时总压损失系数最小，达到降噪的效果的同时将气动性能损失降到最小，针对压气机在Ma＝U/u＝0.3的情况，流体定义为空气，空气密度ρ为1.23kg/m3，运动粘度υ＝1.46×10-5m/s，主流速度U＝102m/s，雷诺数Re＝8.87×105的工况下，根据Powell的涡声理论，流场中有涡就有气动声源，单音尖峰噪声的减小是由于叶片展向方向的涡破碎导致，由大尺度涡变成小尺度涡，涡量的减小有利于降低噪声，引用Q准则作为涡的判定依据，即：Q＝1/2(||Ω||2-||E||2)，其中Ω为涡量张量，E为应变率张量，根据仿真软件进行仿真后所得到的数据验证，此时压气机所获得的降噪效果最佳，相较于原翼形，当采用齿高宽比H/W＝1.2，齿高H＝18mm、齿宽W＝15mm的锯齿时，能够改善压气机叶片翼型的气动性能，降低尾迹流动损失，增加尾迹流动掺混，且能够在高雷诺数条件下利用锯齿结构将集中在尾缘处的大涡破碎并细化，从而有效降低了气动噪声，同时让气动损失最小，使得压气机运行的效率和稳定性大大提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，包括压气机叶片(1)，其特征在于：所述压气机叶片(1)的尾缘处设置有三角形锯齿(2)，且压气机叶片(1)的尾缘处设置有平整区域(3)，所述平整区域(3)均匀分布在三角形锯齿(2)的上下方。
2.根据权利要求1所述的高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，其特征在于：所述各组三角形锯齿(2)的齿宽W均相等，且各组三角形锯齿(2)的齿高H均相同，所述两组平整区域(3)面积大小相等，所述压气机叶片(1)的叶高Z的数值为120mm。
3.根据权利要求2所述的高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，其特征在于：所述三角形锯齿(2)齿宽W的范围为10～20mm，且三角形锯齿(2)齿高H的范围为5～25mm。
4.根据权利要求3所述的高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，其特征在于：所述三角形锯齿(2)的相对齿宽：
W/C＝0.12
其中，C为三角形锯齿(2)的基准叶片弦长，C的数值为127mm，W的数值为15mm。
5.根据权利要求4所述的高雷诺数条件下一种具有降噪功能的航空压气机叶片，其特征在于：所述三角形锯齿(2)的齿高宽比：
H/W＝1.2
其中，H的数值为18mm。
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