用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法。

背景技术

平面叶栅试验是航空发动机和燃气轮机中的压气机叶片和涡轮叶片设计的基础性试验。平面叶栅试验可以独立研究叶片的一些重要参数，从而为发动机叶片的设计积累大量的可供实际参考数据。

随着风扇/压气机、涡轮的气动负荷及效率的提高，试验件进、出口马赫数越来越高，超音速范围的平面叶栅吹风试验越来越受重视，由于超音速叶片在试验过程中受力特殊，在超音速启动过程中常常因为叶片强度不够而造成叶片损毁，最终无法完成试验。因此合理设计一种超音速平面叶栅试验件显得尤为重要。现有的超音速平面叶栅试验件一种是靠有叶片型孔的左右栅板将叶片固定在流道中，对于前后缘较薄的叶片，这种固定形式的叶片两端固定位置常常在试验过程中损坏。

为了解决叶片损坏的问题，一般是通过增大叶片的弦长或是将叶片前后缘应力较大位置从固定位置释放出来实现。然而对于同一试验器，增大叶片的弦长会造成栅板叶片数目减少，流场周期性不好，对试验精度产生不良影响；而将叶片前后缘从固定位置完全释放到流场中，会造成叶片前后缘较大变形。

发明内容

本申请的目的是提供了一种用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构设计方法，包括：

根据叶栅试验中叶片的叶型构建具有叶片型孔的栅板，通过具有所述叶片型孔的栅板将所述叶片固定在流道中，计算叶片在试验状态下的应力场，根据所述应力场进一步确定叶片的前缘和尾缘应力集中位置和范围；

对于叶片前缘和尾缘附近的应力集中区域，分别在所述叶片型孔的前缘和尾缘作圆得到做圆后的叶片型孔，从而得到用于支撑所述叶片的栅板，其中，前缘和尾缘作圆的圆心位于叶型中弧线；

将叶片置于栅板做圆后的叶片型孔中，所述叶片与做圆后的叶片型孔之间具有间隙，向所述间隙内填充减振材料，所述减振材料在栅板的流道一侧与栅板内侧面持平，所述减振材料在栅板的流道外一侧形成直径较大的圆柱部，所述圆柱部与栅板外侧面保持持平且粘合，从而得到圆柱型堵头，用于支撑所述叶片的栅板和所述圆柱型堵头构成叶片固定结构。

在本申请优选实施方式中，所述叶片型孔的前缘和尾缘做圆的半径根据前缘和尾缘应力集中的范围确定。

在本申请优选实施方式中，所述叶片型孔的前缘和后缘做的圆与叶片型线的连接位置进行倒圆处理。

在本申请优选实施方式中，所述减振材料包括减振橡胶。

另一方面，本申请提供的技术方案是：用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，包括：

栅板，所述栅板具有若干数量的叶片型孔，所述叶片型孔的前缘和尾缘作圆而得到做圆后的叶片型孔，其中，所述叶片型孔的前缘和尾缘作圆的圆心位于叶型的中弧线；以及

圆柱型堵头，所述圆柱型堵头包括直径较大的圆柱部和通过填充至叶片与做圆后的叶片型孔之间的间隙而得到的堵头部，所述堵头部内具有适配叶片前缘和/或尾缘型面的配合部，所述堵头部的端面与栅板流道一侧的内表面持平，所述圆柱部与堵头部的连接面与栅板流道外的外表面持平。

在本申请优选实施方式中，所述叶片型孔的前缘和尾缘作的圆根据设置在无圆的叶片型孔的栅板上的叶片在流道中进行试验，计算得到的叶片前缘和尾缘在试验状态下应力集中位置和范围确定。

在本申请优选实施方式中，所述圆柱型堵头采用减振材料制成。

在本申请优选实施方式中，所述减振材料包括减振橡胶。

在本申请优选实施方式中，所述连接面通过粘接的方式与栅板流道外的外表面粘合。

在本申请优选实施方式中，所述粘合采用可拆卸软胶。

本申请中通过在栅板的叶片型孔的前后缘设置圆形结构，在圆形结构内通过圆柱型堵头减振缓冲以解决超音速平面叶栅叶片在试验过程中集中应力过大而发生损坏，同时通过橡胶材质的圆柱型堵头的较大阻尼系数降低叶片振幅，从而减小叶片试验过程中疲劳毁坏的概率，延长试验叶片的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的叶片固定结构设计方法流程图。

图2为本申请的原始栅板结构示意图。

图3为本申请中做圆后的栅板结构示意图。

图4为本申请中叶片放置在做圆后的栅板中示意图。

图5为本申请中减振材料填充位置示意图。

图6为本申请中的圆柱型堵头结构示意图。

图7为本申请中的叶片固定结构示意图。

附图标记：

10-栅板

11-叶片型孔

12-做圆后的叶片型孔

20-叶片试验件

30-减振堵头

31-圆柱部

32-堵头部

33-配合部

34-连接面

35-端面

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了解决超音速平面叶栅叶片在试验过程中由于应力集中过大而损坏的问题，同时降低叶片在试验过程中的振动幅度，本申请提供了一种用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构及其设计方法。

如图1所示，本申请首先提供了该用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构设计方法，包括如下过程：

步骤S1：根据叶栅试验中叶片的叶型构建具有叶片型孔的栅板，通过具有叶片型孔的左右两个栅板将叶片固定在流道中，计算叶片在试验状态下的应力场，根据应力场进一步确定叶片的前缘和尾缘应力集中位置和范围。

如图2所示为本申请一实施例中根据叶片的叶型构建的栅板10，其中，栅板10上具有叶片型孔11。

步骤S2：对于叶片前缘和尾缘附近应力集中的区域，分别在叶片型孔的前缘和尾缘作圆，圆心位于中弧线，从而得到用于固定叶片的支撑固定结构。其中，叶片型孔的前缘和尾缘做圆的半径根据前缘和尾缘应力集中的范围确定。

如图3所示为本申请该实施例中在栅板10的叶片型孔前缘和尾缘做圆后的叶片型孔12，其中，叶片型孔的前缘和后缘与叶片型线的连接位置进行倒圆处理，以降低应力集中。

步骤S3、将叶片置于栅板做圆后的叶片型孔中能够形成间隙区域，向该间隙区域内填充减振材料，减振材料在栅板的流道一侧与栅板内侧面持平，减振材料在栅板的流道外一侧形成直径较大的圆柱部，该圆柱部与栅板外侧面保持持平且粘合，从而该减振材料形成圆柱型堵头30。

如图4所示，当叶片20安装在栅板10做圆后的叶片型孔12内时，叶片20与该叶片型孔12在前缘和后缘位置具有间隙，向间隙内填充减振材料，如图5所示，该减振材料可以为减振橡胶材质。减振材料经凝固后可形成圆柱型堵头30。

如图6所示为本申请中圆柱型堵头30结构示意图，圆柱型堵头30包括直径较大的圆柱部31和通过填充得到的堵头部32，堵头部32内具有适配叶片前缘或尾缘型面的配合部33，堵头部32的端面35与栅板10流道内侧的平面持平，圆柱部31与堵头部32的连接面34与栅板10流道外侧的平面持平。其中，连接面34可通过粘接的方式与栅板10流道外侧的平面粘合，该粘合采用可拆卸软胶。

如图7所示，本申请还提供了一种用于超音速平面叶栅试验的叶片固定结构，该叶片固定结构包括：左右两个栅板10和圆柱型堵头30。

左右两个栅板10为对称结构，本申请以任一的栅板进行阐述。栅板10上具有若干数量的叶片型孔11，叶片型孔11的前缘和尾缘作圆而得到做圆后的叶片型孔12，圆心位于叶型的中弧线。

其中，做圆后的叶片型孔12中的圆根据设置在无圆的叶片型孔11的栅板10上的叶片在流道中进行试验，计算得到的叶片前缘和尾缘在试验状态下应力集中位置和范围确定。

圆柱型堵头30包括直径较大的圆柱部31和通过填充至叶片20与做圆后的叶片型孔12之间的间隙而得到的堵头部32，堵头部32内具有适配叶片前缘和/或尾缘型面的配合部33，堵头部32的端面35与栅板10流道内侧的平面持平，圆柱部31与堵头部32的连接面34与栅板10流道外侧的平面持平。其中，连接面34可通过粘接的方式与栅板10流道外侧的平面粘合，该粘合采用可拆卸软胶。

本申请中通过在栅板的叶片型孔的前后缘设置圆形结构，在圆形结构内通过圆柱型堵头减振缓冲以解决超音速平面叶栅叶片在试验过程中集中应力过大而发生损坏，同时通过橡胶材质的圆柱型堵头的较大阻尼系数降低叶片振幅，从而减小叶片试验过程中疲劳毁坏的概率，延长试验叶片的使用寿命。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。