发明内容

为克服现有技术中存在的在超声速来流条件下采用吸附式叶片会产生激波/壁面干扰效应，诱使激波增强并且位置改变，产生更大的流动分离现象的不足，本发明提出了一种超声速吸附式压气机串列静子叶片。

本发明包括多个前排叶片、多个后排叶片；由各所述前排叶片与后排叶片一一对应组成多个串列静子叶片。所述前排叶片的吸力面与压力面之间开有抽吸腔，该抽吸腔沿叶片叶展方向贯通该叶片。在所述前排叶片的吸力面上有抽吸缝；所述抽吸缝为连续抽吸缝或间断抽吸缝或间断错位抽吸缝。所述抽吸缝沿该前排叶片的展向分布，并与抽吸腔贯通。所述各抽吸缝的宽度均为1.8mm。

所述的前排叶片通过在吸力面开抽吸缝以及该前排叶片内部的抽吸腔，与后排叶片级联，固定在轮毂上，同时在轮毂吸力面端壁处沿吸力面开抽吸缝，形成本发明所述的超声速吸附式压气机串列静子叶片。所述轮毂上增加了多个前排叶片端壁抽吸缝和后排叶片端壁抽吸缝。

将各串列静子叶片的叶根安装在压气机的轮毂的外圆周表面，将各串列静子叶片的叶尖安装在压气机整流机匣的内圆周表面,并使各串列静子叶片的前缘朝向来流。

所述抽吸腔位前缘一端顶点在弦长方向上距该叶片前缘22.4％弦长，该抽吸腔位后前缘一端顶点在弦长方向上距叶片前缘73.9％弦长。该抽吸腔上表面的型面与所述叶片吸力面的型面相同；该抽吸腔下表面的型面与所述压力面的型面相同。所述抽吸腔的两端均为半径为0.4mm的圆弧。所述抽吸腔的壁厚为0.5mm。

当采用连续抽吸缝时，该抽吸缝为连续的矩形凹槽，并使该抽吸缝宽度方向的中心线位于该前排叶片43％弦长处。

当采用间断抽吸缝时，该抽吸缝由多个沿叶展方向排列的单个抽吸缝组成，并使该抽吸缝宽度方向的中心线位于该前排叶片43％弦长处。各所述单个抽吸缝的长度为18mm，两个抽吸缝之间相邻边缘的距离为2mm。所述单个抽吸缝自叶尖处开始排布。

当采用间断错位抽吸缝时，该抽吸缝由多个沿叶展方向排列的单个抽吸缝组成，并且各单个抽吸缝在该前排叶片吸力面上交错排布为两列，使其中一列抽吸缝宽度方向的中心线位于该前排叶片43％弦长处，另一列抽吸缝宽度方向的中心线位于该前排叶片45％弦长处。各所述单个抽吸缝的长度为18mm。

同一串列叶片中：

前排叶片中弧线与该前排叶片前缘的交点为该串列叶片的前缘，后排叶片中弧线与该后排叶片后缘的交点为该串列叶片的后缘，做所述前缘与后缘之间的连线，得到所述的串列叶片总弦长；串列叶片总弦长为65mm。

前排叶片后缘与后排叶片前缘之间的轴向距离为-3mm，并使前排叶片后缘与后排叶片前缘之间的周向偏距为4mm。

前排叶片中弧线在该前排叶片前缘点的切线与后排叶片中弧线在该后排叶片后缘点的切线之间的夹角为总弯角，总弯角为13°。

安装时，各所述串列静子叶片中前排叶片的前缘位于该轮毂轴向长度的5％处。各所述串列叶片的总安装角为37°。

所述前排叶片的叶高为100mm，叶片弦长为45mm，进口几何角为14°，出口几何角为-14°。将叶片安装在轮毂上时，相邻的前排叶片之间的间距为30.55mm，安装角为47°，进口气流角为61°。

所述前排叶片的凸弧面为吸力面，凹弧面为压力面。该前排叶片的最大厚度位置点位于42％叶片弦长处。所述最大厚度位置点与该前排叶片的后缘之间的吸力面的半径为150mm的圆弧面；该最大厚度位置点与该前排叶片的前缘之间的吸力面为平面；所述圆弧面与平面在该最大厚度位置点处平滑相交。该前排叶片的压力面采用半径为170mm的圆弧面。

所述后排叶片的弦长为33mm，叶高为100mm；最大厚度位于该后排叶片弦长的50％处，最大厚度为14mm；该后排叶片的凸弧面为吸力面，凹弧面为压力面；该吸力面的半径为87.8mm，该压力面的半径为138mm。

所述前排叶片端壁抽吸缝位于该前排叶片吸力面一侧并沿弦向延伸；该前排叶片端壁抽吸缝的宽度为1.8mm；该前排叶片端壁抽吸缝宽度方向的中心线至叶片吸力面的距离为3mm；该前排叶片端壁抽吸缝的形状与所述前排叶片吸力面的型面相同；

所述前排叶片抽吸缝分为前段和后段；所述前段抽吸缝为连续的抽吸缝，起点位于距该前排叶片前缘8％～13％弦长处，终点位于距该前排叶片前缘43％弦长处；该后段抽吸缝由多个不连续的小抽吸缝组成，并使该后段抽吸缝的起点位于距该前排叶片前缘45％的弦长处，终点位于距该前排叶片前缘100％弦长处；所述后段间断抽吸缝中各相邻的小抽吸缝之间的间隔距离为前排叶片弦长的2％；各所述小抽吸缝的长度为该前排叶片弦长的3％。

所述后排叶片端壁抽吸缝位于该后排叶片吸力面一侧并沿弦向延伸，该后排叶片端壁抽吸缝的宽度为1.8mm；该后排叶片端壁抽吸缝的形状与所述后排叶片吸力面的型面相同；该后排叶片端壁抽吸缝分为第一抽吸缝与第二抽吸缝；

所述第一抽吸缝分为前段和后段；该第一抽吸缝的前段为连续的抽吸缝，起点位于距该后排叶片前缘3％弦长处，终点位于距该后排叶片前缘78％弦长处；该第一抽吸缝的后段由多个不连续的小抽吸缝组成，并使该后段的起点位于距该后排叶片前缘80％的弦长处，终点位于距该后排叶片前缘100％弦长处；该第一抽吸缝宽度方向的中心线至叶片吸力面的距离为6mm；

该第二抽吸缝亦分为前段和后段；该第一抽吸缝的前段为连续的抽吸缝，起点位于距该后排叶片前缘17％弦长处，终点位于距该后排叶片前缘78％弦长处；该第二抽吸缝的后段由多个不连续的小抽吸缝组成，并使该后段的起点位于距该后排叶片前缘80％的弦长处，终点位于距该后排叶片前缘100％弦长处；该第二抽吸缝宽度方向的中心线至叶片吸力面的距离为3mm；

所述第一抽吸缝后段的小抽吸缝中与第二抽吸缝后段的小抽吸缝中，相邻的小抽吸缝之间的间隔距离为后排叶片弦长的2％；各所述小抽吸缝的长度为该后排叶片弦长的3％。

本发明中压气机的串列静子叶片分为前排的静子叶片和后排的静子叶片，简称为前排叶片与后排叶片。为了尽可能地减弱流动分离现象，进行流动控制，通过该串列叶片以保证在提高负荷的条件下，产生较小的流动分离。前排叶片承担大部分负荷，后排叶片负责折转气流。

所述前排叶片承担大部分负荷，由于叶片叶型曲率及其导数将直接影响叶片的性能，因而其叶片的叶型设计的具体理论分析为，通过边界层沿吸力面侧增长的规律确定型线在吸力面侧从前缘至后缘的曲率分布变化，从曲率分布变化中推导出吸力面侧各点坐标，再确定横截面的面积分布，综合约束条件计算出型线在压力面侧曲率分布，同样，推导出压力面侧各点坐标。为使型线吸力面与压力面闭合，将压力面侧前缘与吸力面侧前缘平滑连接，将压力面侧后缘与吸力面侧后缘平滑连接，得到完整的前排叶片二维剖面叶型。

与现有技术相比较，本发明取得的有益效果为：

本发明采用全三维气动优化设计方法进行叶片设计。设计中采用吸力面附面层抽吸控制叶片流动分离、减弱激波/壁面干扰效应、增加叶片结构强度，利用预压缩叶型来降低激波波前马赫数。超声速吸附式压气机串列静子叶片初步设计完成后，将该超声速吸附式压气机串列静子叶片按设计工况排布为叶栅，并对该叶栅进行三维数值模拟。

采用抽吸缝对超声速来流条件下的流动分离进行控制会存在激波/壁面干扰现象,抽吸反而使得激波进一步增强，而且使激波位置改变，而激波位置的改变诱导出更强的流动分离。

本发明通过前排叶片端壁排布的间断的抽吸缝，使得激波在激波冲击点7处恰好打在间断的抽吸缝上，进而产生膨胀波，膨胀波与激波相交，进而彼此减弱或抵消，使得抽吸所引起的激波/壁面干扰现象减弱或消失，将抽吸在超声速来流条件下的效果完整地体现出来，控制流动分离现象。抽吸的低能流体汇聚到低能流体汇聚处8收集起来。

由于本发明采用的是串列叶片，因而前排叶片会存在尾迹与端壁区的低能流体，而后排叶片端壁抽吸缝采用双缝构造，第一抽吸缝针对前排叶片的尾迹与端壁区低能流体进行抽吸，第二抽吸缝则针对后排叶片的低能流体进行抽吸，同时，为了控制抽吸流量，在抽吸缝长度的78％的位置采用间断的抽吸缝，避免流量损失。

同时采用吸附式串列静子叶片可以减小静子叶片重量，同时消除流动分离现象。

在未进行抽吸的串列叶片的叶栅通道中，气流经过弓形激波6产生流动分离，流动分离区面积很大，造成严重损失。

本发明所提出的超声速吸附式压气机串列静子叶片叶栅通道内，气流经过激波后在抽吸以及串列叶片的流动控制技术二者耦合的作用下，流动分离区面积显著减小，流动分离几乎被完全消除。