Профилирование сверхзвуковых компрессорных лопаток

Сверхзвуковые ступени характеризуются тем, что поток в относительном движении на входе в рабочее колесо является сверхзвуковым, т.е. >1,0. Для таких ступеней в §4.1 и §5.3 уже рассматривались вопросы, относящиеся к особенностям выбора основных параметров сверхзвуковой решетки и сверхзвукового профиля лопатки . Поэтому в данном параграфе рассмотрим вопросы по выбору средней линии профиля, базового аэродинамического профиля и построению проектируемого профиля.

Средняя линия сверхзвукового профиля, его спинка и вогнутая часть могут быть описаны дугами окружностей, параболическими и гиперболическими кривыми, лемнискатой Бернули или кривыми более высокого порядка. В данной работе рассматривается вариант, когда средняя линия очерчивается по дуге окружности. В этом случае, как отмечалось §5.3, положение максимального прогиба средней линии соответствует половине хорды, т.е. , а углы .

Для каждого расчетного сечения строится средняя линия профиля, представляющая дугу окружности, которая опирается на хорду профиля . При этом радиус средней линии рассчитывается по формуле

.

Максимальный прогиб средней линии определяется по выражению

.

Из технологических и прочностных соображений входная и выходная кромки профиля не могут быть выполнены бесконечно тонкими.

Обычно в сверхзвуковых профилях радиус входной и выходной кромок выполняются одинаковыми. Их величина может быть подсчитана по формуле , где , причем, чем больше , тем меньше должен быть радиус.

В качестве базового профиля может быть выбран симметричный аэродинамический профиль. В качестве примера взят подобный профиль с относительной толщиной и с . Вид базового профиля представлен на рис. 6.4, а его координаты заданы в табличном виде (табл. 6.2).

Рис. 6.4. Базовый симметричный аэродинамический профиль с

Таблица 6.2

	0,0	0,05	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5
	0,0045	0,0132	0,0208	0,0282	0,0342	0,0430	0,0482	0,05

	0,6	0,7	0,8	0,85	0,9	0,95	1,0
	0,0482	0,0430	0,0342	0,0282	0,0208	0,0132	0,0045

Координаты при и даны с учетом утолщения входной и выходной кромок в соответствии с вышесказанными рекомендациями.

Если в качестве базового профиля выбирается другой симметричный профиль с , то координаты базового профиля, приведенные в табл.6.2, следует пересчитать с учетом коэффициента .

На каждом расчетном сечении по высоте лопатки, с учетом выбранных для этих сечений и , определяются координаты исходного профиля по формулам ; .

Результаты расчета для каждого сечения представляются в виде таблицы, подобной таблице 6.2.

Все дальнейшие построения целесообразно выполнит в масштабе 10:1 или 5:1.

Построив среднюю линию для каждого расчетного сечения и зная координаты исходного профиля в этих сечениях, строятся поверхности спинки и вогнутой части проектируемого профиля. Для этого на хорде профиля откладываются координаты . В конце каждого образовавшегося отрезка восстанавливаются перпендикуляры, делящие среднюю линию профиля на такое же количество отрезков (см. рис. 6.5).

Рис. 6.5. К построению поверхностей спинки и корыта исходного профиля

В конце каждого отрезка на средней линии восстанавливается нормаль к ней, и откладываются по обе стороны от средней линии вдоль нормали величины . Полученные точки соединяются лекальными линиями, образующими поверхности спинки и вогнутой части проектируемого профиля.

После построения профиля целесообразно построить решетку профилей на каждом расчетном сечении, и аналогично тому, как это делалось для дозвуковых профилей (см. §6.1), построить эквивалентный диффузор и проверить отношение , которое обеспечивает максимальную производительность компрессора и характеризует правильность выбора оптимального угла атаки. При >1,2 – 1,3 углы атаки близки к минимальным углам атаки, определяющим запирание решетки.

Эквивалентный диффузор должен иметь угол раскрытия не более и не быть бочкообразным. Корректировка диффузора в этом случае, а, следовательно, и профиля лопатки, должна проводится за счет изменения очертания вогнутой поверхности профиля.

Ширина горла в каждом расчетном сечении определяется графически так же, как и в дозвуковых решетках (см. §6.1). Величина определяется по формуле

.

При этом в каждом расчетном сечении по высоте трансзвуковой или сверхзвуковой лопаток необходимо обеспечить

.

Если в результате расчета и построения будет получаться, что величина <1,05, то в этих сечениях необходимо или увеличить угол атаки на 1⁰ – 2⁰, или уменьшить относительную толщину профиля до нижнего рекомендуемого предела, либо изменить густоту решетки. В последнем случае необходимо проверить запас решетки по срыву потока, для чего необходимо рассчитать величину фактора диффузорности D (см. §4.1, п.34).

Дата добавления: 2015-10-29