(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 202111591339.X (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 上海理工大 学 地址 200093 上海市杨 浦区军工路516号 (72)发明人 王乃安　黄典贵　罗丹　李博　 杨欢　付亚玮　戚乾刚　崔致斐　 王静　许斌　周嘉寅　 (74)专利代理 机构 上海邦德专利代理事务所 (普通合伙) 31312 代理人 周念沙 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于三维Smith图的轴流 透平叶片设计方法， 包括以下步骤： 步骤一， 针对 给定工况进行一维设计得到不同反动度下Smit h 图， 将反动度作为第三个轴， 将原有的二维Smit h 图扩展到三维空间， 得到三维Smith图； 步骤二， 利用叶片的径向反动度分布规律， 使用三维 Smith图指导设计若干对应反动度的二维叶型， 将这些二维叶型沿着重心堆叠从而得到三维叶 型； 步骤三， 对 得到三维叶型进行三维数值模拟， 重复步骤二直至径向反动度分布满足设计要求， 最终得到透平叶。 根据本发明， 消除了传统Smit h 图的部分局限性(只适用于反动度0.5左右工 况)， 比传统的二维Smith图更加准确， 适用范围 更广， 通过三维数值模拟反复修正， 最终得到的 三维叶片能获得更好的气动性能。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114266121 A 2022.04.01 CN 114266121 A 1.一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 输入设计参数； S2、 针对给定 工况进行一维设计得到三维Smith图； S3、 使用三维Smith图得到二维叶型， 通过二维叶型 得到三维叶型； S4、 对步骤S3中的三维叶型进行三维数值模拟得到一个新的径向反动度分布规律， 重 复S3直至径向反动度分布满足设计要求， 最终得到 透平叶片。 2.如权利要求1所述的一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计方法， 其特征在于， 所述步骤S2中一 维设计得到不同反动度下Smith图,将反动度作为第三个轴， 将原有的二维 Smith图扩展到三维空间， 得到三维Smith图。 3.如权利要求1所述的一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计方法， 其特征在于， 所述步骤S3中利用叶片的径向反动度分布规律， 使用三维Smith图指导设计若干对应反动 度的二维叶型， 将这些二维叶型沿着重心堆叠从而得到三维叶型。 4.如权利要求2所述的一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计方法， 其特征在于， 针对给定 工况进行一维设计得到不同反动度下Smith图包括以下步骤： S21、 给定级数N、 流量系数、 载荷系数、 反动度、 轴向速比、 进口速度c1与圆周速度u的比 值； S22、 通过公式： 推导出速度三角形中各个角度值， 其中动叶绝对进气角α2， 动叶绝对出气角 α3， 动叶相对进气角 β2， 动叶相对出气角 β3。 5.如权利要求1所述的一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计方法， 其特征在于， 所述步骤S 3中根据给定的径向反动度分布， 根据三 维Smith图， 得到不同反动度下的二维叶 型， 将这些叶型沿着重心堆叠得到三维叶片。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114266121 A 2一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及动力机械及工程 的技术领域， 特别涉及一种基于三维Smith图的轴流 透平叶片设计方法。 背景技术 [0002]透平作为一种原动机， 能够将流体介质中蕴有的能量转换成机械能， 无论是在航 空航天还是工业生产中都有广泛的应用。 透平性能的优劣直接影响到整个工作系统的稳定 性， 而影响透平内部流动的因素有很多， 如叶片的三维造型、 动静部件之间的匹配、 工质的 热物性、 叶轮转速和运行状态等， 在诸多因素中， 叶片的三维造型是最主要的影响因素之 一。 随着透平不断向着高功 率、 高负荷、 高通流方向发展， 作为透平核心部件的叶片， 对其气 动性能、 冷却 性能以及材料性能等方面的要求都越来越高， 为高性能重型燃气轮机通流设 计带来挑战。 [0003]透平一维设计的主要目的是通过设置气流角或者选取三个无量纲参数流量系数， 载荷系数， 反动度来确定速度三角形的形状。 目前， 一维设计中使用较为广泛的方法为 “Smith图”， 它是由Smith在 1965年通过总结70台航空燃气轮机实验数据后提出。 设计者可 以通过Smith图快速地评估流量系数， 载荷系数以及总总效率三者之间的关系， 极大地提高 了设计效率。 但是传统的Smith图也存在一定的局限性， 如只适用于 反动度0.5左右工况， 没 有考虑雷诺数， 展弦比， 叶顶间隙等 参数的影响等。 发明内容 [0004]针对现有技术中存在的不足之处， 本发明的目的是提供一种基于三维Smith图的 轴流透平叶片设计方法， 消除了传统Smith图的部分局限性(只适用于反动度0.5左右工 况)， 比传 统的二维Smith图更加准确， 适用范围更广， 通过三维数值模拟反复修正， 最终得 到的三维 叶片能获得更好的气动性能。 为了实现根据本发明的上述 目的和其他优点， 提供 了一种基于三维Smith图的轴流透平叶片设计方法， 包括以下步骤： [0005]S1、 输入设计参数； [0006]S2、 针对给定 工况进行一维设计得到三维Smith图； [0007]S3、 使用三维Smith图得到二维叶型， 通过二维叶型 得到三维叶型； [0008]S4、 对步骤S3中的三维叶型进行三维数值模拟得到一个新的径向反动度分布规 律， 重复S3直至径向反动度分布满足设计要求， 最终得到 透平叶片。 [0009]优选的， 所述步骤S2中一维设计得到不同反动度下Smith图,将反动度作为第三个 轴， 将原有的二维Smith图扩展到三维空间， 得到三维Smith图。 [0010]优选的， 所述步骤S3中利用叶片的径向反动度分布规律， 使用三维Smith图指 导设 计若干对应反动度的二维叶型， 将这些二维叶型沿着重心堆叠从而得到三维叶型。 [0011]优选的， 针对给定 工况进行一维设计得到不同反动度下Smith图包括以下步骤： [0012]S21、 给定级数N、 流量系数、 载荷系数、 反动度、 轴向速比、 进口速度c 1与圆周速度 u说　明　书 1/4 页 3 CN 114266121 A 3