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
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).
|