(19)中华 人民共和国 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 202111522842.X (22)申请日 2021.12.13 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 孙士珺　刘艳明　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 代理人 王松 (51)Int.Cl. F04D 29/32(2006.01) F04D 29/34(2006.01) F04D 29/38(2006.01) F04D 29/66(2006.01) F02K 3/06(2006.01)G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种轴向超音通流风扇串列构型及串列构 型优化方法 (57)摘要 本发明公开的一种轴 向超音通流风扇串列 构型及构型优化方法， 属于航空航天叶轮机械气 动布局技术领域。 本发明采用串列叶片构型降低 轴向超音来流条件下单个叶片轴向弯矩， 增强叶 栅结构稳定性， 避免叶片颤振失稳。 本发明使得 后排叶片在周向方向上位于前排叶片吸力侧， 通 过调节周向节距比改善前排叶片与后排叶片形 成的缝隙附近的激波结构， 使前排叶片尾迹贴附 于后排叶片压力面， 抑制前排叶片尾迹与后排叶 片表面附面层的掺混程度， 降低气动总压损失。 本发明通过调节周向节距比和轴向重叠度， 进一 步降低气动总压损失。 本发明通过调节轴向重叠 度， 避免轴向重叠度过小导致前排叶片压力面流 体窜流到后排叶片吸力侧， 诱发前排叶片尾迹厚 度增厚。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114165477 A 2022.03.11 CN 114165477 A 1.一种轴向超音通流风扇串列构型， 其特征在于： 对单排叶片进行串列 改型形成串列 构型， 所述串列构型 由至少两个叶片串列形成； 前端叶片前缘型线与单排叶片前缘型线相 同， 末端叶片尾缘型线与单排叶片尾缘型线相同， 以保证前缘激波损失和尾缘尾迹掺混损 失不变； 单排叶片与串列每排叶片最大厚度不变， 以保证串列叶片具有不低于单排叶片的 强度； 通过采用串列叶片构型降低轴向超音来流条件下单个叶片轴向弯矩， 增强 叶栅结构 稳定性， 避免叶片 颤振失稳； 在布局串列叶片相对位置的过程中， 使得后排叶片在周向方向 上位于前排叶片吸力侧， 通过调节周向节距比改善前排叶片与后排叶片形成的缝隙附近的 激波结构， 使前排叶片尾迹贴附于后排叶片压力面， 抑制前排叶片尾迹与后排叶片表面附 面层的掺混程度， 降低气动总压损失； 此外， 通过调节周向节距比和轴向重叠度， 使得靠近 后排叶片前缘压力侧的低能流体诱发的斜激波冲击到相邻叶片吸力面， 而不是与相邻叶片 尾迹直接干涉， 进一步降低 气动总压损失； 通过调节轴向重叠度， 避免轴向重叠度过小导致 前排叶片压力面 流体窜流到后排叶片吸力侧， 诱发前排叶片尾迹厚度增厚。 2.如权利要求1所述的一种 轴向超音通 流风扇串列构型， 其特 征在于： 所述周向节 距比是指前排叶片与后排叶片形成的周向节 距比， 通过公式(1)获得： PP＝s/t                        (1) 其中： s为后排叶片前缘较大的周向坐标减去前排叶片尾缘较小的周向坐标， t为后排 叶片节距； 所述轴向重叠度 是指前排叶片与后排叶片形成的轴向重叠度， 表征前排叶片和后排叶 片在轴向方向上的重 叠程度， 通过公式(2)获得： AO＝Δx1/Δx2                             (2) 其中： Δx1为前排叶片尾缘轴向坐标减去后排叶片前缘轴向坐标， 当Δx1为正时， 表明 后排叶片进入了前排叶片通道， 当Δx1为负时， 表明后排叶片远离前排叶片通道。 3.如权利要求2所述的一种轴向超音通流风扇串列构型， 其特征在于： 串列构型由至少 两个叶片串列形成， 叶片数量越多， 单个叶片轴向弯矩越小， 但气动总压损失越大， 根据单 个叶片轴向弯 矩要求和气动性能要求， 优化选择串列构型的叶片数量。 4.如权利要求2所述的一种轴向超音通流风扇串列构型， 其特征在于： 调节周向节距比 为1.02～1.06， 改善前排叶片与后排叶片形成的缝隙附近的激波结构， 使前排叶片尾迹贴 附于后排叶片压力面， 抑制前排叶片尾迹与后排叶片表面附面层的掺混程度， 降低气动总 压损失。 5.如权利要求4所述的一种轴向超音通流风扇串列构型， 其特征在于： 调节周向节距比 为1.03， 改善缝隙附近以及后排叶栅通道内激波结构， 进一步削弱靠近后排叶片前缘压力 侧斜激波强度， 降低气动总压损失。 6.如权利要求2所述的一种轴向超音通流风扇串列构型， 其特征在于： 通过调节周向节 距比和轴向重叠度， 使得靠近后排叶片前缘压力侧的低能流体诱 发的斜激波冲击到相 邻叶 片吸力面， 而不是与相邻叶片尾迹直接 干涉， 进一 步降低气动总压损失。 7.如权利要求2所述的一种轴向超音通流风扇串列构型， 其特征在于： 通过调节轴向重 叠度为‑0.02～0.01， 避免轴向重叠度过小导致前排叶片压力面流体窜流到后排叶片吸力 侧， 诱发前排叶片尾迹厚度增厚。 8.一种轴向超音通流风扇串列构型优化方法， 用于优化如权利 要求1、 2、 3、 4、 5、 6或7所权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114165477 A 2述的一种轴向超音通流风扇串列构型， 使 单个叶片轴向弯矩小、 气动 负荷高、 气动总压损失 低的综合气动性能最优， 其特 征在于： 包括如下步骤， 步骤一： 按照所述 一种轴向超音通 流风扇串列构型 结构建模； 步骤二： 根据单个叶片轴向弯 矩要求和气动性能要求， 优化选择串列构型的叶片数量； 步骤三： 将单个叶片轴向弯矩小、 气动负荷高、 气动总压损失低作为多目标优化， 优化 的综合气动性能最优， 保证目的效果； 步骤四： 通过调节周向节距比和轴向重叠度， 使得靠近后排叶片前缘压力侧的低 能流 体诱发的斜激波冲击到相邻叶片吸力面， 而不是与相邻叶片尾迹直接干涉， 进一步降低气 动总压损失； 通过调节轴向重叠度为范围 ‑0.02～0.01， 避免轴向重叠度过小导致前排叶片压力面 流体窜流到后排叶片吸力侧， 诱发前排叶片尾迹厚度增厚。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114165477 A 3