(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 202210685031.X (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0三研 究所 地址 150078 黑龙江省哈尔滨市道里区洪 湖路35号 (72)发明人 王琦　牛夕莹　孙奕晗　吴思宇　 汪作心　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) F04D 29/38(2006.01) (54)发明名称 一种船用 燃气轮机轴流压气机跨音级动叶 片造型方法 (57)摘要 本发明的目的在于提供一种船用 燃气轮机 轴流压气机跨音级动叶片造型方法， 通过大量试 验总结出的可靠公式来计算相关系数， 实现了压 气机跨音级动叶片 的参数化设计， 能够快速、 高 效地完成高性能的跨音级动叶片造型方案， 并且 有效减少了通过三维CFD计算来优化压气机进口 跨音级动叶片造型的迭代次数， 在有效提高压气 机气动设计精度、 提升压气机气动性能水平的前 提下， 可以节省大量的设计时间， 缩短设计周期。 同时， 本发 明不仅局限于船用燃气轮机轴流压气 机， 同样适用于各种具有跨音级的工业用轴流压 缩机、 航空发动机轴流压气机的气动设计过程。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115270318 A 2022.11.01 CN 115270318 A 1.一种船用燃气轮机轴流压气机跨音 级动叶片造型 方法， 其特 征是： (1)确定动叶片数量， 根据轴流压气机通流反问题设计结果， 以跨音级动叶片载荷系数 作为参考基准， 确定最佳叶片数量Z； (2)确定弦长， 根据叶栅稠度与最佳叶片数量， 确定叶片各截面弦长b； (3)计算超音速部分进口尖楔角， 超音速叶型的叶背型线、 叶盆型线在与叶型前缘圆弧 的相切位置形成对应的切线， 二者切线的夹角即为进口尖楔角 ξ， 对跨音级动叶片的超音速 部分， 单独 计算叶型进口尖 楔角 ξ； (4)确定攻角与落后角， 对跨音级动叶片各截面叶型， 按照其叶型种类， 计算攻角i和落 后角 δ； (5)计算进出口几何角与弯角， 根据轴流压气机通流反问题设计结果， 获得跨音级动叶 片各截面的进口气流角β1与出口气流角β2， 通过步骤(4)确定进口攻角i和出口落后角 δ， 从 而确定各截面叶型的进口几何角 β1k＝β1+i， 出口几何角 β2k＝β2+δ， 弯角 ε＝β2k‑β1k； (6)计算进出口楔角， 通过计算跨音级动叶片各截面叶型中弧线 的当量半径R， 确定各 截面叶型的进口楔角 χ1值， 进而得到出口楔角 χ2＝ ε‑χ1； (7)计算叶片安装角， 根据跨音级动叶片各截面叶型的进口几何角β1k和进口楔角 χ1， 计 算各截面叶型的安装角γ＝β1k+χ1； (8)选择原始叶型， 在确定跨音级动叶片各截面叶型的造型设计参数后， 根据叶片各截 面的工作条件， 选择原始叶型， 完成跨音级动叶片各截面的二维叶型设计； 在此基础上， 采 用重心积叠方式将各截面二维 叶型沿径向进行积叠， 生成三维 叶片， 从而形成最终的跨音 级动叶片造型 方案。 2.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机轴流压气机跨音级动叶片造型方法， 其特 征是： 步骤(1)中， 最佳叶片数量Z按下式计算： 式中， σk为叶顶截面叶栅稠度； 为叶片展弦比 ； 为叶片相对平均半径， 为叶片轮毂比； y为叶片顶部与根部弦长比， 其取值与叶片载荷系数Ψ 有关： 当0<Ψ≤0.2时， y取值范围为1.20～1.3 5； 当0.2<Ψ≤ 0.38时， y取值范围为1.3 5～1.50； 根据跨音 级动叶片的载荷系数情况， 按以上 方式选定y值， 从而确定最佳叶片数量Z。 3.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机轴流压气机跨音级动叶片造型方法， 其特 征是： 步骤(2)中所述的根据叶栅稠度与最佳叶片数量， 确定叶片各截面弦长b， 采用如下方 式： 首先根据叶顶截面叶栅稠度σk、 最佳叶片数量Z与跨音级动叶片外径dk， 计算叶顶弦长权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270318 A 2bk， 即 然后根据确定的叶片顶 部与根部弦长比y， 计算叶根弦长 最 后按照叶顶至叶根弦长线性变化， 计算 其余各截面弦长 。 4.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机轴流压气机跨音级动叶片造型方法， 其特 征是： 步骤(3)中所述的对跨音级动叶片的超音速部 分， 单独计算叶型进口尖楔角 ξ， 是通过 求解与叶型最大厚度相关的方程得到的， 该 方程如下： 式中， Cmax为叶型最大厚度； bp为叶型名义弦长， 与叶型弦长b有如下关系： bp＝1.05b， 通 过该方程求解得到超音速叶栅的进口尖 楔角 ξ 。 5.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机轴流压气机跨音级动叶片造型方法， 其特 征是： 步骤(4)中所述的按照其叶型种类， 计算 攻角i和落后角 δ， 采用如下 方式： 对于超音速叶型： 进口攻角i： 式中，△i为超音速叶栅冲角修 正量， 取2°～4°； 出口落后角 δ： 取1 °～2°； 对于亚音速叶型： 进口攻角i： 式中， σ为各截面叶型对应位置的叶栅稠度； 为各截面叶型对应位置的相对半径； mσ ＝1.0为叶型稠度为1时攻角随弯角变化率， 是σ的函数， mσ ＝1.0＝‑0.1686σ2+0.9393σ+ 0.2302， 若计算结果小于0.7， 则取mσ ＝1.0＝0.7；△β 为气流转折角， △β ＝β2‑β1； 为叶 型稠度为1时气流转折角名义值， 是β2的函数， △i为攻角修正量， 根据叶栅平均半径参数来计算， 其中σm为叶 栅平均半径处稠度， β1m为叶栅平均半径处进口气流角， Ωm为叶栅平均半径处反动度； 出口落后角 δ： 式中， m为叶型中弧线系数， 其中 为叶型相对最大挠权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270318 A 3