加工誤差對(duì)壓氣機(jī)葉柵氣動(dòng)性能的影響

邵文博，胡博,2，李雪松，任曉棟,2，顧春偉,2

航空航天裝備

加工誤差對(duì)壓氣機(jī)葉柵氣動(dòng)性能的影響

邵文博1，胡博1,2，李雪松1，任曉棟1,2，顧春偉1,2

（1.清華大學(xué)無(wú)錫應(yīng)用技術(shù)研究院 燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同研發(fā)中心，江蘇 無(wú)錫 214072；2.清華大學(xué) 能源與動(dòng)力工程系 熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

研究不同區(qū)域加工誤差對(duì)葉片氣動(dòng)性能的影響。選用軸流壓氣機(jī)出口級(jí)靜葉葉中截面，以葉型厚度變化和中弧線變化為特征，分別在葉型前緣、最大厚度和尾緣區(qū)域添加加工誤差，采用數(shù)值模擬方法，對(duì)比設(shè)計(jì)葉型氣動(dòng)性能，研究葉型各區(qū)域幾何偏差對(duì)性能的影響。葉型前緣幾何偏差對(duì)氣動(dòng)性能的影響最大，偏差造成的中弧線偏移對(duì)性能變化起主導(dǎo)作用。尾緣區(qū)域幾何偏差對(duì)性能的影響趨勢(shì)與前緣區(qū)域完全相反?？紤]葉型整體偏差時(shí)，輪廓度正偏差造成的性能惡化更加顯著。所得的幾何偏差影響規(guī)律可為實(shí)際葉片加工過(guò)程中工藝的制定和超差審理提供數(shù)據(jù)支持。

壓氣機(jī)葉片；加工誤差；厚度變化；中弧線變化；平面葉柵；數(shù)值模擬；氣動(dòng)性能

理想情況下，壓氣機(jī)葉片可以完全按照預(yù)先設(shè)計(jì)的幾何形狀進(jìn)行加工，以滿足預(yù)想的氣動(dòng)性能。但是受加工精度的影響，實(shí)際葉片幾何往往會(huì)偏離理論葉片（設(shè)計(jì)葉片），導(dǎo)致葉片氣動(dòng)性能偏離設(shè)計(jì)值。為了研究實(shí)際葉片幾何偏差的空間分布和偏移量，不少研究人員對(duì)實(shí)際葉片進(jìn)行了測(cè)量，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析了葉片幾何偏差的主要類型。Garzón等[1]測(cè)量了軸流壓氣機(jī)某級(jí)動(dòng)葉150個(gè)葉片樣本，采用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）分析了13個(gè)葉高葉型與設(shè)計(jì)葉型的偏差，發(fā)現(xiàn)實(shí)際葉型與理論葉型存在不同程度的偏差，而前緣部分偏差最為顯著。Lejon等[2]采用光坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量了在5軸加工機(jī)床上加工成形的1.5級(jí)跨音軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，發(fā)現(xiàn)偏差最大區(qū)域位于葉頂尾緣區(qū)域和輪轂附近前緣、尾緣區(qū)域。劉佳鑫等[3]通過(guò)批量測(cè)量高壓壓氣機(jī)出口級(jí)葉中截面，發(fā)現(xiàn)葉型輪廓度和進(jìn)出口幾何角容易出現(xiàn)正偏差，導(dǎo)致前緣和尾緣區(qū)域局部偏差偏離正態(tài)分布。可以發(fā)現(xiàn)，受葉片幾何形狀和局部曲率的影響，幾何偏差非均勻分布在葉片表面。

根據(jù)現(xiàn)有公開(kāi)文獻(xiàn)研究成果，葉片不同部位、不同類型的偏差對(duì)其性能變化的貢獻(xiàn)不同。相比葉片其他部位，前緣幾何變化更容易對(duì)氣動(dòng)性能產(chǎn)生影響[4-12]。Wheeler等[4-5]和Walraevens等[6]研究發(fā)現(xiàn)，圓弧型前緣吸力面?zhèn)群腿~身的連接點(diǎn)處容易產(chǎn)生分離泡，引起邊界層轉(zhuǎn)捩，增大葉型損失，但橢圓形前緣能夠消除或減小前緣分離泡，推遲邊界層轉(zhuǎn)捩，從而減小損失。而后其他學(xué)者[7-8]也發(fā)現(xiàn)，采用曲率連續(xù)性前緣，有利于減小前緣流動(dòng)分離，減小損失，增加攻角范圍。對(duì)于實(shí)際葉片，性能對(duì)前緣偏差也較為敏感。Goodhand等[9]通過(guò)研究攻角范圍對(duì)葉片前緣偏差的敏感性，發(fā)現(xiàn)吸力面前3%的前緣偏差是造成前緣流動(dòng)分離的主要因素，而該部分的偏差會(huì)導(dǎo)致正攻角范圍減小10%左右。Garzon等[10]通過(guò)研究跨音葉片發(fā)現(xiàn)，前緣幾何偏差導(dǎo)致前緣流動(dòng)損失增加，葉片性能發(fā)生惡化。Schnell等[11]研究表明，跨音葉片前緣偏差導(dǎo)致壓力面?zhèn)绒D(zhuǎn)捩發(fā)生的位置提前，流動(dòng)過(guò)早分離，導(dǎo)致?lián)p失明顯提升。Giebmanns等[12]發(fā)現(xiàn)，由于磨損導(dǎo)致的前緣鈍化會(huì)加劇前緣流動(dòng)沖擊，沖擊損失提升，導(dǎo)致葉片整體性能下降。除前緣區(qū)域偏差，葉片扭轉(zhuǎn)角偏差和厚度偏差等也會(huì)對(duì)葉片性能產(chǎn)生一定程度的影響。Zheng等[13]和Reitz等[14]發(fā)現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)角偏差對(duì)壓氣機(jī)性能有明顯影響，以周向類正弦分布的扭轉(zhuǎn)角偏差可以有效減小偏差對(duì)壓氣機(jī)性能的影響。Lange等[15-17]研究表明，與葉型厚度相關(guān)的幾何偏差對(duì)高壓壓氣機(jī)性能的影響最大，前緣區(qū)域厚度增大會(huì)導(dǎo)致駐點(diǎn)附近低動(dòng)量區(qū)氣流加速，從而使損失增大。國(guó)內(nèi)不少學(xué)者[18-22]也采用單因素分析方法研究了葉片輪廓度、扭轉(zhuǎn)度、弦長(zhǎng)和前尾緣角等偏差引起的性能變化，發(fā)現(xiàn)輪廓度、扭轉(zhuǎn)角和前緣角偏差對(duì)性能的影響較為重要，弦長(zhǎng)偏差引起的性能變化不明顯。

上述研究主要集中在葉片前緣、尾緣等局部偏差，以及輪廓度和扭轉(zhuǎn)角等整體偏差對(duì)其性能的影響。對(duì)于實(shí)際葉片，無(wú)論局部偏差或者整體偏差，最終都是導(dǎo)致葉片某一截面厚度和中弧線發(fā)生變化，需要進(jìn)一步研究加工誤差引起的葉型厚度和中弧線變化對(duì)氣動(dòng)性能的影響。因此，本文選用軸流壓氣機(jī)出口級(jí)靜葉葉中截面為研究對(duì)象，采用平面葉柵作為算例，重點(diǎn)研究前緣、最大厚度和尾緣區(qū)域偏差引起的葉型厚度和中弧線變化對(duì)氣動(dòng)性能的影響。根據(jù)性能對(duì)各類型偏差的敏感程度，為實(shí)際葉片加工過(guò)程中工藝的制定和超差審理提供數(shù)據(jù)支持。

1 偏差葉型構(gòu)建

現(xiàn)有研究表明，加工誤差容易發(fā)生在葉型前緣和尾緣區(qū)域[1-4]，而前緣加工誤差對(duì)性能的影響最為顯著[9-10]。另外，葉型其他區(qū)域厚度分布變化也是影響性能的主要因素之一[14-16]。因此，本文針對(duì)所選葉型，分別對(duì)前緣、最大厚度和尾緣3個(gè)區(qū)域添加加工誤差。另外，考慮到葉型前15%弦長(zhǎng)位置完全包含前緣，且該區(qū)域存在流動(dòng)邊界層轉(zhuǎn)捩，微小幾何擾動(dòng)對(duì)葉型性能的影響較為顯著[9]，因此選擇前15%弦長(zhǎng)葉型添加前緣幾何偏差。為了統(tǒng)一葉型前緣、最大厚度、尾緣偏差添加區(qū)域，取最大厚度處前后15%為葉型最大厚度區(qū)域，弦長(zhǎng)后15%葉型為尾緣區(qū)域，葉型分區(qū)如圖1所示。

本文采用標(biāo)準(zhǔn)正弦函數(shù)作為權(quán)重函數(shù)，對(duì)偏差添加區(qū)域各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏差進(jìn)行加權(quán)，前緣區(qū)域、最大厚度區(qū)域和尾緣區(qū)域偏差權(quán)重函數(shù)自變量范圍分別為(π/2, π)、(0, π)和(0, π/2)，以實(shí)現(xiàn)葉型前緣區(qū)域偏差權(quán)重從1～0、最大厚度區(qū)域偏差權(quán)重從0～1～0、尾緣區(qū)域偏差權(quán)重從1～0的過(guò)渡，可保證偏差加入后葉型型線依然光滑。各區(qū)域權(quán)重函數(shù)如圖2所示。

針對(duì)葉型每個(gè)區(qū)域，本文分別構(gòu)建了厚度變化、中弧線變化以及厚度和中弧線同時(shí)變化的3種偏差葉型。厚度變化通過(guò)對(duì)稱改變壓力面和吸力面的輪廓度來(lái)實(shí)現(xiàn)；中弧線變化通過(guò)同向等量偏移壓力面和吸力面型線來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中前緣和尾緣區(qū)域中弧線的變化實(shí)質(zhì)改變的是幾何進(jìn)口、出口角，最大厚度區(qū)域中弧線變化實(shí)質(zhì)是改變了葉型撓度；最大厚度區(qū)域壓力面和吸力面型線非對(duì)稱變化可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域葉型厚度和中弧線同時(shí)改變。

圖1 葉型分區(qū)

圖2 不同區(qū)域權(quán)重函數(shù)

葉型前緣區(qū)域、最大厚度區(qū)域和尾緣區(qū)域3種類型偏差葉型如圖3a—c所示，輪廓度均勻偏差葉型和扭轉(zhuǎn)角偏差葉型如圖3d所示，用以進(jìn)一步研究葉型整體厚度變化和中弧線變化對(duì)其性能的影響。根據(jù)各研究人員實(shí)際測(cè)量結(jié)果，以及國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段葉片加工工藝要求和加工水平，葉身輪廓度一般在±0.05 mm范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)角或幾何進(jìn)口、出口角誤差一般在±1°范圍內(nèi)[3,16]。通常，前、尾緣輪廓度公差要求略高于葉身，但由于其本身尺寸較小，加之前、尾緣加工過(guò)程中需要手工打磨，導(dǎo)致這2個(gè)區(qū)域精度一般較差。依據(jù)現(xiàn)有研究成果，實(shí)際葉片前、尾緣輪廓度偏差一般也在±0.05 mm范圍內(nèi)[15]。綜上所述，本文偏差葉型構(gòu)建時(shí)，葉型各區(qū)域最大輪廓度偏差取±0.05 mm，最大幾何進(jìn)口、出口角偏差為±1°。

圖3 偏差葉型示意圖

2 數(shù)值方法及驗(yàn)證

使用NUMECA/AutoGrid5對(duì)葉柵進(jìn)行網(wǎng)格劃分，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用O4H型。由于采用周期性和對(duì)稱性假設(shè)，考慮計(jì)算成本，本文建立單通道計(jì)算域，徑向尺寸為1/2葉高，計(jì)算域入口位于前緣上游1倍弦長(zhǎng)處，出口位于尾緣下游2倍弦長(zhǎng)處。近壁面第1層網(wǎng)格的高度為1×10?6m，對(duì)應(yīng)壁面+<0.8?？紤]到加工誤差引起的幾何偏差較小，網(wǎng)格疏密對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較大，因此本文在網(wǎng)格無(wú)關(guān)性的基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行了加密，最終網(wǎng)格數(shù)量確定為76萬(wàn)。

選用CFX軟件進(jìn)行偏差葉型的性能評(píng)估，選用SST湍流模型，并激活-轉(zhuǎn)捩模型，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為該模型能較好捕捉含有層流/湍流過(guò)渡的邊界層特征[23-25]。設(shè)置進(jìn)口為總溫、總壓，出口靜壓，展向采用對(duì)稱邊界，葉片壁面為絕熱無(wú)滑移?；诒疚乃芯咳~型現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)上述數(shù)值方法進(jìn)行驗(yàn)證，葉型攻角–損失曲線如圖4所示。由圖4可知，設(shè)計(jì)工況附近，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。隨攻角增大，葉柵表面流動(dòng)分離明顯，湍流模型引入的誤差增大，計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差逐漸增大，但總體分布與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。設(shè)計(jì)點(diǎn)葉片表面馬赫數(shù)分布如圖5所示，計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果也基本吻合，故本文所采用數(shù)值模型具有較高可靠性。

圖4 攻角–損失曲線

圖5 葉片表面馬赫數(shù)分布

3 結(jié)果與討論

研究各種類型偏差對(duì)氣動(dòng)性能的影響時(shí)，以0°攻角總壓損失和低損失攻角范圍為關(guān)注目標(biāo)，衡量葉型氣動(dòng)性?？倝簱p失定義如式（1）所示，其中01表示進(jìn)口處總壓，02表示出口處總壓，1表示進(jìn)口處?kù)o壓。低損失攻角范圍定義為2倍最小損失所包含的攻角范圍[26-27]。

3.1 前緣區(qū)域幾何偏差對(duì)性能的影響

根據(jù)偏差葉型前緣區(qū)域厚度和中弧線變化情況，本文分別計(jì)算了厚度變化的偏差葉型+p和?p，中弧線變化的偏差葉型+a和?a，以及厚度和中弧線同時(shí)變化的偏差葉型+p+a、?p+a、+p?a、?p?a，共8種情況。其中，p表示葉型輪廓度偏差；a表示幾何進(jìn)口角偏差，正值表示正偏差，負(fù)值與之相反。各偏差葉型攻角范圍變化和總壓損失變化情況如圖6所示，橫坐標(biāo)表示偏差葉型總壓損失變化情況，縱坐標(biāo)表示攻角范圍變化情況。設(shè)計(jì)葉型位于坐標(biāo)原點(diǎn)處，代表偏差葉型的散點(diǎn)距離坐標(biāo)原點(diǎn)越遠(yuǎn)，表示該偏差葉型的性能變化越大。另外，散點(diǎn)落入第二象限，表示該葉型攻角范圍增大，設(shè)計(jì)點(diǎn)損失減小，性能提升；散點(diǎn)落入第四象限，表示該葉型攻角范圍減小，設(shè)計(jì)點(diǎn)損失增大，性能惡化。由圖6可知，葉型前緣幾何偏差引起的厚度變化主要影響總壓損失，前緣輪廓度正偏差造成總壓損失增大1.95%，說(shuō)明前緣厚度增大容易造成葉型性能下降。葉型幾何偏差引起的中弧線變化主要影響攻角范圍，幾何進(jìn)口角偏大1°，造成攻角范圍減小4.26%，進(jìn)口角偏小1°，造成攻角范圍增大3.32%。當(dāng)葉型幾何偏差導(dǎo)致厚度分布和中弧線同時(shí)變化時(shí)，輪廓度正偏差和幾何進(jìn)口角正偏差造成的性能惡化最為顯著，分別造成總壓損失增大2.47%，攻角范圍減小6.85%。

圖6 前緣區(qū)域幾何偏差時(shí)的攻角范圍和0°攻角總壓損失變化

為了更加直觀地對(duì)比不同類型偏差對(duì)葉型性能的影響，本文采用加權(quán)方法，假設(shè)葉型性能參數(shù)：0°攻角總壓損失和低損失攻角范圍同等重要，對(duì)2個(gè)性能分別施加1/2權(quán)重，以加權(quán)函數(shù)衡量葉型性能變化，加權(quán)函數(shù)可表示為：

= 0.5×總壓損失變化+0.5×攻角范圍變化 (2)

前緣區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)各偏差葉型性能變化情況如圖7所示，葉型值為負(fù)代表性能惡化。由圖7可知，輪廓度和幾何進(jìn)口角同時(shí)發(fā)生正偏差時(shí)，葉型性能惡化最為明顯。若只考慮單一偏差，幾何進(jìn)口角正偏差對(duì)葉型性能惡化的貢獻(xiàn)大于輪廓度正偏差。綜合兩者發(fā)生負(fù)偏差時(shí)的情況，表明葉型前緣幾何偏差導(dǎo)致的中弧線變化對(duì)性能的影響更顯著。因此，葉型加工時(shí)應(yīng)盡量避免前緣區(qū)域中弧線發(fā)生偏移。

圖7 前緣區(qū)域幾何偏差時(shí)的葉型性能變化

3.2 最大厚度區(qū)域幾何偏差對(duì)性能的影響

葉型最大厚度區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)總壓損失和攻角范圍變化情況如圖8所示。偏差葉型包括厚度變化+u+d和?u?d，中弧線變化+u?d和?u+d，以及厚度和中弧線同時(shí)變化+u、?u、+d、?d。其中，u和d分別表示葉型吸力面和壓力面輪廓度偏差，正值表示型線向葉型外側(cè)偏移，負(fù)值表示型線向內(nèi)側(cè)偏移。由圖8可知，最大厚度區(qū)域厚度變化時(shí)，主要影響葉型攻角范圍，輪廓度增大，導(dǎo)致攻角范圍減小2.34%，輪廓度減小，導(dǎo)致攻角范圍增加0.63%。葉型該區(qū)域厚度不變，中弧線向吸力面?zhèn)绕?，?duì)總壓損失和攻角范圍的影響較小，向壓力面?zhèn)绕茣r(shí)，攻角范圍增大1.34%。該區(qū)域厚度和中弧線同時(shí)變化時(shí)，吸力面輪廓度負(fù)偏差和壓力面輪廓度正偏差都會(huì)導(dǎo)致總壓損失增大和攻角范圍減小。

最大厚度區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)，各偏差葉型的性能變化情況如圖9所示。葉型最大厚度增大造成的性能惡化最為明顯，中弧線變化對(duì)性能的影響較小。另外，造成葉型最大厚度減小的吸力面和壓力面單側(cè)輪廓度偏差也會(huì)導(dǎo)致一定程度的性能惡化?？傮w來(lái)說(shuō)，葉型最大厚度區(qū)域幾何偏差比前緣區(qū)域幾何偏差對(duì)性能的影響小很多。

圖9 最大厚度區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)的葉型性能變化

3.3 尾緣區(qū)域幾何偏差對(duì)性能的影響

葉型尾緣區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)的總壓損失和攻角范圍變化情況如圖10所示。偏差葉型類型與前緣區(qū)域的基本一致，不同在于a表示葉型幾何出口角。由圖10可知，尾緣區(qū)域厚度變化會(huì)同時(shí)影響總壓損失和攻角范圍，輪廓度正偏差導(dǎo)致總壓損失減小1.25%，攻角范圍增大0.78%，而輪廓度負(fù)偏差導(dǎo)致總壓損失增大1.34%，攻角范圍減小1.51%，與前緣區(qū)域情況完全相反。中弧線變化對(duì)攻角范圍的影響較小，幾何出口角偏小1°，導(dǎo)致總壓損失增大1.38%。厚度和中弧線同時(shí)變化時(shí)，輪廓度和出口角正偏差造成總壓損失減小2.55%，攻角范圍增大1.6%，而輪廓度和出口角負(fù)偏差造成總壓損失增大2.25%、攻角范圍減小0.93%，也和前緣區(qū)域情況完全相反。

圖10 尾緣區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)的攻角范圍和0°攻角總壓損失變化

尾緣區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)，各偏差葉型的性能變化情況如圖11所示。由圖11可知，輪廓度和幾何出口角同時(shí)發(fā)生負(fù)偏差時(shí)，葉型性能惡化最為明顯，單一輪廓度負(fù)偏差造成的性能惡化次之。綜合對(duì)比各偏差葉型計(jì)算結(jié)果，表明葉型尾緣幾何偏差導(dǎo)致的厚度分布變化對(duì)性能的影響更顯著。葉型尾緣加工時(shí)應(yīng)主要考慮輪廓度偏差。

圖11 尾緣區(qū)域發(fā)生偏差時(shí)的葉型性能變化

3.4 均勻和非均勻分布幾何偏差對(duì)性能的影響

總壓損失變化和攻角范圍變化如圖12所示。由圖12可知，輪廓度均勻偏差主要影響總壓損失，均勻正偏差造成總壓損失3.72%，輪廓度非均勻偏差主要影響攻角范圍，非均勻正偏差造成攻角范圍減小5.27%。扭轉(zhuǎn)角偏差對(duì)總壓損失和攻角范圍變化都有顯著影響，扭轉(zhuǎn)角正偏差造成總壓損失增大5.71%，攻角范圍增大3.08%，負(fù)偏差造成總壓損失減小2.25%，攻角范圍減小3.93%。幾何進(jìn)口、出口角同時(shí)發(fā)生正偏差，造成攻角范圍減小4.17%，同時(shí)發(fā)生負(fù)偏差，造成總壓損失增大1.38%。

圖12 幾何偏差均勻和非均勻分布時(shí)的攻角范圍和0°攻角總壓損失變化

偏差均勻分布和非均勻分布時(shí)，葉型的性能變化情況如圖13所示。由圖13可知，均勻分布和非均勻分布偏差對(duì)葉型性能的影響趨勢(shì)基本一致，考慮葉型整體幾何偏差的情況下，偏差引起的厚度分布變化對(duì)葉型性能的影響更為顯著。

圖13 幾何偏差均勻和非均勻分布時(shí)葉型性能變化

4 結(jié)論

本文以前緣區(qū)域、最大厚度區(qū)域和尾緣區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)研究區(qū)域，根據(jù)偏差葉型厚度變化和中弧線變化為特征，分別構(gòu)建了不同區(qū)域厚度變化、中弧線變化以及厚度和中弧線同時(shí)變化的偏差葉型。計(jì)算分析了性能對(duì)葉型各區(qū)域偏差的敏感性和不同特征偏差對(duì)葉型性能的影響，并對(duì)比了均勻分布和非均勻分布偏差葉型的性能變化，進(jìn)一步討論了葉型厚度分布變化和中弧線變化對(duì)性能的影響。得出如下主要結(jié)論：

1）該葉型性能變化對(duì)前緣區(qū)域偏差最為敏感，前緣區(qū)域中弧線變化是造成性能變化的主要原因。最大厚度區(qū)域除輪廓度正偏差外，其他類型幾何偏差對(duì)葉型性能的影響較小。尾緣區(qū)域偏差對(duì)性能的影響大于最大厚度區(qū)域，且該區(qū)域幾何偏差對(duì)性能的影響趨勢(shì)與前緣區(qū)域完全相反。

2）前緣區(qū)域和尾緣區(qū)域厚度變化主要影響葉型0°攻角總壓損失，而前緣中弧線變化主要影響低損失攻角范圍，尾緣中弧線變化主要影響總壓損失?？紤]葉型整體幾何偏差時(shí)，均勻分布和非均勻分布偏差對(duì)葉型性能的影響趨勢(shì)基本一致，輪廓度正偏差造成的性能惡化更加顯著。

3）根據(jù)所獲得幾何偏差對(duì)性能的影響規(guī)律，建議葉型加工時(shí)應(yīng)盡量避免輪廓度正偏差，另外需重點(diǎn)關(guān)注前緣區(qū)域，避免前緣區(qū)域中弧線發(fā)生偏移。

致謝：感謝清華大學(xué)無(wú)錫應(yīng)用技術(shù)研究院對(duì)該研究工作的支持！

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Impact of Manufacturing Variations on Aerodynamic Performance of Compressor Blade

SHAO Wen-bo2, HU Bo1,2, LI Xue-song1, REN Xiao-dong1,2, GU Chun-wei1,2

(1. Collaborative R&D Center for Key Technology of Gas Turbine, Wuxi Research Institute of Applied Technologies, Tsinghua University, Jiangsu Wuxi 214072, China; 2. Key Laboratory of Thermal Science and Power Engineering of the Ministry of Education, Department of Energy and Power Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

The work aims to study the impact of manufacturing variations of different regions on the aerodynamic performance of the blade. The middle section of export-grade static blade of axial compressor was selected. With the blade thickness change and midline change as the characteristics, manufacturing variations were added to leading edge, maximum thickness and trailing edge of blade. The numerical simulation method was used to compare the aerodynamic performance of designed blade and study the impact of geometric variations of different regions on the performance. The geometric variations of leading edge of blade had the greatest impact on aerodynamic performance and the deviation of midline caused by the variations played a leading role in the performance change. The impact trend of geometric variations of trailing edge on the performance was completely opposite to that of geometric variations of leading edge. Considering the overall variations of blade, the performance deterioration caused by the positive deviation of profile was more obvious. The obtained impact law of geometric variations can provide data support for the formulation of process and over-variation trial in the actual blade manufacturing process.

compressor blade; manufacturing variations; thickness change; midline change; numerical simulation; plane blade; aerodynamic performance

V231.1

A

1672-9242(2023)01-0022-08

10.7643/ issn.1672-9242.2023.01.004

2022–05–18；

2022-05-18；

2022–05–31

2022-05-31

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2017-II-0007-0021）；國(guó)家自然科學(xué)基金（52176039）；江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金（BA2020026）

National Science and Technology major projects (2017-II-0007-0021); The National Natural Science Foundation of China (52176039); Special Fund Project for the Transformation of Scientific and Technological Achievements in Jiangsu Province (BA2020026)

邵文博（1993—），男，碩士，主要研究方向?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械數(shù)值計(jì)算與氣動(dòng)熱分析。

SHAO Wen-bo (1993-), Male, Master, Research focus: numerical calculation and aero-thermal analysis of rotating machinery.

任曉棟（1985—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)閴簹鈾C(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)和高精度算法。

REN Xiao-dong(1985-), Male, Doctor, Associate professor, Research focus: compressor aerodynamics and thermodynamic research, high-precision algorithm research.

邵文博, 胡博, 李雪松, 等. 加工誤差對(duì)壓氣機(jī)葉柵氣動(dòng)性能的影響[J]. 裝備環(huán)境工程, 2023, 20(1): 022-029.

SHAO Wen-bo, HU Bo, LI Xue-song, et al.Impact of Manufacturing Variations on Aerodynamic Performance of Compressor Blade[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(1): 022-029.

責(zé)任編輯：劉世忠