串列式风扇静子叶片、建模方法及串列式风扇静子结构与流程

1.本技术属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种串列式风扇静子叶片、建模方法及串列式风扇静子结构。

背景技术：

2.现有的风扇静子均采用单排静子叶片结构，但单排静子叶片的气流折转能力有限，其已越来越无法满足高性能涡扇发动机对高负荷能力风扇的需求。因而现有技术中提出了一种类似的串列压气机静子叶片结构，其由两个叶片在发动机轴向上串联形成一个叶片。串列式风扇静子结构目前还处于数值模拟理论计算以及叶栅试验阶段，尚没有进行风扇静子部件试验。
3.现有的单排叶片风扇静子部件试验多采用风扇级间测试叶片，该采用焊接方法将测头与空气管焊接到叶身表面，再将多条空气管集束后从上缘板开孔处引出。对于串列静子叶片来说，若采用该方案，串列式静子叶片前排叶片的叶身上将覆盖大量空气管及焊料堆积，会造成叶型失真，影响串列式风扇静子结构测试数据的准确性。另外，该方案也会使叶片表面凹凸不平，从而对气流稳定性造成不良影响，空气管结构裸露在外对测试安全性也存在风险。另外，焊接质量不稳定对结构强度和测试可靠性也存在结构失效风险。
4.另外，现有技术中还有一体成型式测试叶片结构，该结构为叶片带上下轴颈的轴颈式安装结构，因叶顶截面与轴颈重叠部分远小于叶顶截面面积，只适用测点较少的小尺寸结构，对于多测点(≥6测点)的串列风扇静子叶片，因轴颈尺寸有限，无法实现多测点串列风扇静子叶片的测试需求。该一体成型测试叶片建模方法未考虑风扇叶片测点多、径向和轴向尺寸大、相对壁厚薄等特点，叶片空心管部分壁厚不均，结构可靠性差，带来潜在使用风险。

技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种串列式风扇静子叶片，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
6.一方面，本技术提供了一种串列式风扇静子叶片，所述串列式风扇静子叶片包括串列式风扇静子常规叶片和串列式风扇静子测试叶片，
7.所述串列式风扇静子常规叶片和串列式风扇静子测试叶片均包括前排叶片、后排叶片、上缘板及下缘板，所述前排叶片与后排叶片沿着发动机轴向首尾连接，所述上缘板和下缘板设置在前排叶片与后排叶片径向上下两侧从而形成整体式叶片；
8.其中，所述串列式风扇静子测试叶片还包括测试接头和引气通道，所述测试接头设置在所述前排叶片的前缘，且在径向方向上设置有一个或多个，所述引气通道设置串列式风扇静子测试叶片内部，且自所述前排叶片的前缘延伸至上缘板。
9.进一步的，所述前排叶片与后排叶片在轴向上部分叠加，在周向上具有间隙。
10.进一步的，所述串列式风扇静子常规叶片和/或所述串列式风扇静子测试叶片通
过一体式工艺制造。
11.进一步的，一个或多个所述测试接头的气流方向角根据流场计算结果确定，所述气流方向角相同或均不同。
12.进一步的，测试接头在径向方向的数量根据测试需求或测试设备的通道数确定，相邻两个测试接头在径向方向的间距相同或均不同。
13.进一步的，所述引气通道的延伸部分均位于所述前排叶片内。
14.进一步的，所述上缘板为t型板式结构。
15.另一方面，本技术还提供了一种如上述的串列式风扇静子叶片的建模方法，所述建模方法包括：
16.建立串列式风扇静子叶片的叶型线，通过扫掠方法将所述叶型线建立为叶身型面，所述叶身型面包括叶盆面和叶背面；
17.建立叶顶表面和叶底面，将所述叶身型面和叶顶面、叶底面进行缝合，形成叶身实体，分别建立前排叶片和后排叶片的叶身，将上下缘板截面线沿发动机轴线旋转形成上下缘板，并与前排叶片、后排叶片的叶身实体相加形成串列式风扇静子常规叶片；
18.抽取前排叶片的叶盆面与叶背面之间的中位面；
19.在所述中位面上建立引气通道的轴心曲线，通过所述轴心曲线从叶身实体中减除导管实体形成引起通道；
20.建立测试接头，按照流场中流线方向摆放测试接头，从而完成串列式风扇静子测试叶片的建模。
21.最后，本技术还提供了一种串列式风扇静子结构，所述风扇静子结构包括：
22.外机匣；
23.如上述中的串列式风扇静子叶片；
24.内环前段；
25.内环后段；
26.所述串列式风扇静子叶片的上缘板插接到所述外机匣内，所述内环前段和内环后段设置在串列式风扇静子叶片叶根的前后，通过连接件与所述串列式风扇静子叶片的叶根连接；
27.其中，所述串列式风扇静子叶片包括第一数量的串列式风扇静子常规叶片和第二数量的串列式风扇静子测试叶片，第一数量与第二数量之和为所述串列式风扇静子叶片的总数；
28.其中，所述串列式风扇静子常规叶片周向均匀排列，所述串列式风扇静子测试叶片周向间隔排列在串列式风扇静子常规叶片之间。
29.进一步的，所述串列式风扇静子测试叶片的数量为4个、6个或8个。
30.本技术的串列式风扇静子测试叶片通过将引气通道结构藏于叶身内部，穿过上缘板而引出，可以保证串列式风扇静子结构在流路内叶型表面的光顺性，最大程度的减小外置式引气管及堆积焊料爬在叶型上对流场的扰动作用，保证流场测量的准确性和稳定性，提高结构可靠性和工艺性。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，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技术的一些实施例。
32.图1为本技术中的串列式风扇静子结构示意图。
33.图2为本技术中的串列式风扇静子叶片外形图。
34.图3为本技术中的串列式风扇静子叶片细节图。
35.图4为本技术中的串列式风扇静子结构中常规叶片也测试叶片周向分布示意图。
36.图5为本技术中通过中位面法建立的叶盆侧示意图。
37.图6为本技术中通过中位面法建立的叶背侧示意图。
38.图7为本技术中通过中位面法示意图。
39.图8为本技术中建立的串列式风扇静子测试叶片模型示意图。
40.附图标记：
41.1-外机匣
42.11-安装槽
43.2-串列式风扇静子叶片
44.2a-串列式风扇静子常规叶片
45.2b-串列式风扇静子测试叶片
46.21-前排叶片
47.22-后排叶片
48.23-上缘板
49.24-下缘板
50.25-测试接头
51.26-引气通道
52.27-集气腔
53.3-内环前段
54.4-内环后段
55.51-叶型线
56.52-中位面线
57.53-叶盆面
58.54-叶背面
59.55-中位面
具体实施方式
60.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
61.串列式风扇静子叶片能够提高高负荷风扇的性能，并减少风扇级数，为了实现对串列式风扇静子叶片进行风扇级的部件测试，本技术中提供了一种用于串列式风扇静子部件级试验用的串列式风扇静子叶片、串列式风扇静子结构及串列式风扇静子叶片的建模方法。
62.如图1至图4所示，该串列式风扇静子叶片2主要包括两种——串列式风扇静子常规叶片2a(或简称常规叶片)和具有测试接头25的串列式风扇静子测试叶片2b(或简称测试叶片)。
63.该串列式风扇静子常规叶片2a包括前排叶片21、后排叶片22、上缘板23及下缘板24，前排叶片21与后排叶片22沿着发动机轴向首尾相连，并通过设置在前排叶片21和后排叶片22径向上下两侧的上缘板23和下缘板24形成一整体式叶片。其中，前排叶片21与后排叶片22之间相互独立，在轴向上部分叠加，在周向上具有间隙。
64.串列式风扇静子测试叶片2b同样包括前排叶片21、后排叶片22、上缘板23及下缘板24，前排叶片21与后排叶片22沿着发动机轴向首尾相连，并通过设置在前排叶片21和后排叶片22径向上下两侧的上缘板23和下缘板24形成一整体式叶片。上缘板23、下缘板24的形状和尺寸覆盖前后排叶片的叶尖和叶根区域。
65.需要说明的是，本技术中的串列式风扇静子叶片2中通常只包含2个叶片——即前排叶片21和后排叶片22，但根据需要，串列式风扇静子叶片2也可以包含3个或3个以上叶片，3个或3个以上叶片收尾相连而成一个整体叶片。
66.串列式风扇静子测试叶片2b不同于串列式风扇静子常规叶片2a之处在于，串列式风扇静子测试叶片2b还包括测试接头25和引气通道26。
67.测试接头25设置在前排叶片21的前缘，其在叶片径向方向上设置一个或多个，例如本技术图示实施例中，测试接头25为六个。
68.在本技术优选实施例中，测试接头25根据测试叶片流场计算的气流流向排列在前排叶片21前缘，且测试接头25的气流方向角α根据流场计算值确定。
69.本技术的串列式风扇静子测试叶片2b通过使测头方向根据测点位置不同而不同——即多个测试接头25的角度可以相同、也可以不同，按照流场计算结果，测试接头25沿该测点气流方向布置，与叶型型面完全贴合，从而提高串列静子级间测量的精准性。
70.进一步的，径向方向排布的测试接头25之间的间距可以相同，也可以不同，其根据测试需求或测试设备通道数决定。可以理解的是，径向分布的测试接头25应是越多越好。
71.引气通道26自前排叶片21的前缘大致的横线延伸后，沿着径向继续延伸至上缘板23，测试设备的测试通道接入引起通道26，通过引气通道26实现代替布置于叶片表面的引气管来采集前排叶片21的前缘气流信息。在本技术优选实施例中，引气通道26横向或径向的延伸部分均位于前排叶片21内，其并不延伸至后排叶片22，从而可以避免引气通道26在前后排叶片的交接位置壁厚过于薄而因此压力泄露。
72.本技术的串列式风扇静子测试叶片2b通过将引气通道26结构藏于叶身内部，穿过上缘板23而引出，可以保证串列式风扇静子结构在流路内叶型表面的光顺性，最大程度的减小外置式引气管及堆积焊料爬在叶型上对流场的扰动作用，保证流场测量的准确性和稳定性，提高结构可靠性和工艺性。
73.在本技术一些实施例中，串列式风扇静子常规叶片2a和串列式风扇静子测试叶片2b中的上缘板23除了引起通道26是否穿出外，结构形式均相同，均为t型板式结构。通过采用的t型板式安装结构，可最大限度的利用叶顶截面积，实现尽量多测点(测点数≥6)的测试要求。
74.在本技术优选实施例中，串列式风扇静子测试叶片2b可以采用3d打印的方式一体
成型制成毛坯后，再经精加工制成。或是通过铸造等方式一体成型后在进行加工处理。
75.需要说明的是，在一体成型的串列式风扇静子测试叶片2b中，测试接头25可以通过一体成型加工出来，其也可以采用独立的测试接头，通过螺纹或焊接等方式固定在前排叶片21前缘的引气通道26内。
76.通过一体成型式工艺的串列式风扇静子测试叶片2b可避免焊接工艺不稳定的缺点，可避免现有技术中测试接头及引气管的焊接质量差可能引起测点失效情况的发生，避免测头定位准确性差问题。
77.继续参见图1至图4所示，本技术提供的串列式风扇静子结构(或称串列式风扇整级静子结构)包括外机匣1、串列式风扇静子叶片2、内环后段4、内环前段3，串列式风扇静子叶片2的上缘板23为t型板式结构，其插接到外机匣1上设置的安装槽11内，内环前段3和内环后段4设置在串列式风扇静子叶片2叶根的前后两侧，内环前段3和内环后段4通过螺栓与串列式风扇静子叶片2的下缘板23连接。
78.其中，串列式风扇静子叶片2包括m件周向均匀排列的串列式风扇静子常规叶片2a和n件间隔排列的串列式风扇静子测试叶片2b，m+n为该串列式风扇整级静子结构所需的静子叶片总数，且按周向均布或大致均布排列。在本技术优选实施例的串列式风扇整级静子结构中，串列式风扇静子测试叶片2b的数量n一般取4、6或8，可根据测试需求安排。
79.经周向均匀排布于机匣内，互相贴合形成的串列式风扇整级静子结构安装于风扇部件后，可用于进行部件试验，串列式风扇整机静子结构代替普通的单排叶片风扇静子结构，可提高风扇的负荷能力。而通过在串列式风扇整级静子结构中选用并布置几片串列式风扇静子测试叶片2b作为测试气流采集装置，其大致均匀的间隔排列，从而实现级间测量及监测流路内流场情况的功能。
80.本技术提供的串列式风扇整级静子结构具有长轴距、高稠度、大倾角安装的特点，可实现整环静子的可靠定位，同时可以解决整环串列式风扇静子叶片中最后一片叶片安装时可能出现的干涉问题。
81.本技术中还提供了一种基于三维建模软件进行串列式风扇静子测试叶片的建模方法，首先按常规方法建立串列式风扇静子常规叶片的前后排叶片及上下缘板结构，之后在叶盆面、叶背面基础上利用“抽取中位面法”建立中位面，将引气通道和测试接头的中心置于该中位面上，通过导管指令生成引气通道，完成串列式风扇静子测试叶片的模型建立。
82.其中，本技术中使用的三维建模软件为ug软件，该ug软件存在抽“中位面”指令，方便快捷。
83.具体的，如图5至图7所示，该串列式风扇静子测试叶片建模方法主要包括如下步骤：
84.s1)采用输入点文件的方式建立叶型线51；
85.s2)然后用扫掠方法并根据上述叶型线51建立叶身型面，包括叶盆面53和叶背面54；
86.s3)用n边面法建立叶顶面和叶底面；
87.s4)将步骤s2、s3中建立的叶身型面和叶顶面、叶底面进行缝合，形成叶身实体；
88.s5)对叶身型面抽取中位面线52，根据该中位面线52建立中位面55；
89.s6)在中位面55上建立引气通道26的导管曲线或通道轴心曲线；
90.s7)按常规方法，将上下缘板截面线沿发动机轴线旋转并修剪后形成上下缘板，之后与叶身实体相加形成串列式风扇静子常规叶片2a，并做倒圆等细节处理；
91.s8)利用导管命令建立实心管结构，从叶身实体中减除实心管结构，即完成隐藏式引气通道26的建立；
92.s9)采用常规方法建立测试接头25，按照流场中流线方向摆放测试接头25，从而完成串列式风扇静子测试叶片2b的建模。
93.最后，见图8所示即为根据上述方法得到的一体成型t型板式多测点引气通道隐藏式的串列式风扇静子测试叶片的结构模型示意图。
94.本技术的串列式风扇静子测试叶片建模方法利用“中位面法”建立引气通道，实现在薄叶型风扇静子叶片的内部形成壁厚均匀的串列式风扇静子测试叶片的空气通道，从而可最大限度的避免测试叶片空心部分壁厚不均的情况发生，避免由于叶片壁厚不均造成的结构强度/刚度下降及叠加加工误差等不利因素可能造成的零件报废的风险，提高测试叶片结构的可靠性和工艺方便性。
95.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种串列式风扇静子叶片，其特征在于，所述串列式风扇静子叶片(2)包括串列式风扇静子常规叶片(2a)和串列式风扇静子测试叶片(2b)，所述串列式风扇静子常规叶片(2a)和串列式风扇静子测试叶片(2b)均包括前排叶片(21)、后排叶片(22)、上缘板(23)及下缘板(24)，所述前排叶片(21)与后排叶片(22)沿着发动机轴向首尾连接，所述上缘板(23)和下缘板(24)设置在前排叶片(21)与后排叶片(22)径向上下两侧从而形成整体式叶片；其中，所述串列式风扇静子测试叶片(2b)还包括测试接头(25)和引气通道(26)，所述测试接头(25)设置在所述前排叶片(21)的前缘，且在径向方向上设置有一个或多个，所述引气通道(26)设置串列式风扇静子测试叶片(2b)内部，且自所述前排叶片(21)的前缘延伸至上缘板(23)。2.如权利要求1所述的串列式风扇静子叶片，其特征在于，所述前排叶片(21)与后排叶片(22)在轴向上部分叠加，在周向上具有间隙。3.如权利要求1或2所述的串列式风扇静子叶片，其特征在于，所述串列式风扇静子常规叶片(2a)和/或所述串列式风扇静子测试叶片(2b)通过一体式工艺制造。4.如权利要求1所述的串列式风扇静子叶片，其特征在于，一个或多个所述测试接头(25)的气流方向角根据流场计算结果确定。5.如权利要求1所述的串列式风扇静子叶片，其特征在于，测试接头(25)在径向方向的数量根据测试需求或测试设备的通道数确定，相邻两个测试接头(25)在径向方向的间距相同或均不同。6.如权利要求1所述的串列式风扇静子叶片，其特征在于，所述引气通道(26)的延伸部分均位于所述前排叶片(21)内。7.如权利要求1所述的串列式风扇静子叶片，其特征在于，所述上缘板(23)为t型板式结构。8.一种如权利要求1至7任一所述的串列式风扇静子叶片的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：建立串列式风扇静子叶片的叶型线(51)，通过扫掠方法将所述叶型线(51)建立为叶身型面，所述叶身型面包括叶盆面(53)和叶背面(54)；建立叶顶表面和叶底面，将所述叶身型面和叶顶面、叶底面进行缝合，形成叶身实体，分别建立前排叶片(21)和后排叶片(22)的叶身，将上下缘板截面线沿发动机轴线旋转形成上下缘板，并与前排叶片、后排叶片的叶身实体相加形成串列式风扇静子常规叶片(2a)；抽取前排叶片(21)的叶盆面与叶背面之间的中位面(55)；在所述中位面(55)上建立引气通道(26)的轴心曲线，通过所述轴心曲线从叶身实体中减除导管实体形成引起通道(26)；建立测试接头(25)，按照流场中流线方向摆放测试接头(25)，从而完成串列式风扇静子测试叶片(2b)的建模。9.一种串列式风扇静子结构，其特征在于，所述风扇静子结构包括：外机匣(1)；如权利要求1至7任一所述的串列式风扇静子叶片(2)；内环前段(3)；
内环后段(4)；所述串列式风扇静子叶片(2)的上缘板插接到所述外机匣(1)内，所述内环前段(3)和内环后段(4)设置在串列式风扇静子叶片(2)叶根的前后，通过连接件与所述串列式风扇静子叶片(2)的叶根连接；其中，所述串列式风扇静子叶片(2)包括第一数量的串列式风扇静子常规叶片(2a)和第二数量的串列式风扇静子测试叶片(2b)，第一数量与第二数量之和为所述串列式风扇静子叶片的总数；其中，所述串列式风扇静子常规叶片(2a)周向均匀排列，所述串列式风扇静子测试叶片(2b)周向间隔排列在串列式风扇静子常规叶片(2a)之间。10.如权利要求9所述的串列式风扇静子结构，其特征在于，所述串列式风扇静子测试叶片(2b)的数量为4个、6个或8个。

技术总结

本申请提供了一种串列式风扇静子叶片、建模方法及串列式风扇静子结构，该串列式风扇静子叶片包括串列式风扇静子常规叶片和串列式风扇静子测试叶片，常规叶片和测试叶片均包括前排叶片、后排叶片、上缘板及下缘板，前排叶片与后排叶片沿着发动机轴向首尾连接，上缘板和下缘板设置在前、后排叶片的径向上下两侧从而形成整体式叶片；其中，测试叶片还包括测试接头、引气通道，测试接头设置在前排叶片的前缘，且在径向方向上设置有一个或多个，引气通道设置在串列式风扇静子测试叶片内部，且自前排叶片的前缘延伸至上缘板。该串列式风扇静子测试叶片在流路内叶型表面具有光顺性，最大程度的减小外置式引气管及堆积焊料爬在叶型上对流场的扰动作用。场的扰动作用。场的扰动作用。