[科普中国]-推进器叶片叶型

跨声速叶片

通常，航空发动机中的压气机工作叶片均按进入叶片的气流相对速度低于声速设计，即所谓的亚声速叶型，但为了提高级增压比，要大幅度提高叶片叶尖切线速度（WP6为315m/s，WP7为380m/s，CFM56为400m/s，M53为420m/s，GE90位455m/s，F100为460~470m/s），因此，进入叶片的气流相对速度将大于当地声速，特别是前几级叶片中，空气的温度较低，更易于达到或超过声速。为此，叶型设计成超声速的。在长叶片中（在前几级压气机中，均属于长叶片），叶尖处半径与叶根处半径相差较大，使两处的切线速度相差较大，叶尖处气流相对速度大于声速，而叶根处则远低于声速，即一个叶片上，叶尖处按超声速设计，叶根处按亚声速设计。故称这种叶片为跨声速叶片。现在较先进的涡扇发动机中，几乎在第1级处均采用跨声速的叶型设计。在WP7发动机的6压气机中，前4级均做成跨声速的，第5级叶尖相对速度也等于声速，这是少有的。1

可控扩散度叶型自从20世纪80年代中期投入使用的PW4000发动机中采用可控扩散度叶型设计后，目前在一些新发动机中不仅工作叶片，有的在静子叶片中也采用这种叶型。

所谓的可控扩散度叶型（CDA）是指在叶型通道中的扩散度是按设计要求所控制的，通常所用的叶型如右图（a）所示，在尾缘叶背处，由于附面层的作用，会产生分离的漩涡，不仅减少了有效的流通面积，而且会降低效率，易引起喘振。另外，前后缘处的厚度较薄，在砂尘的磨蚀作用下，叶形易发生变化，使发动机性能恶化快。在采用CDA叶型后，通过改变叶片流道的扩散度，消除了尾缘处的附面层分离现象，不仅减小了损失，有效的流通面积加大，而且使喘振裕度加大；另外，这种CDA叶型的前后缘较厚，如右图（b）所示，对抗外来的砂尘磨蚀有好处，而且叶弦较大，在保持一定的稠度下叶片数目可减少42%左右。1

宽弦设计叶型宽弦（即小展弦比）的高压压气机工作叶片已逐渐取代常规的大展弦比工作叶片。右图示出GE公司三种典型发动机CF6-80C2、CFM56与GE90的第1级高压压气机工作叶片的照片图。图中可看出CF6-84C2的叶片细而长，当然其厚度也小，而GE90的叶片显得十分强壮。实际上，采用小展弦比叶片后，不仅叶片在强度与振动方面有较好的特性，而且气动性能也较好。右图表中列出集中发动机的压气机参数。

普惠公司为100座支线客机发展的PW6000发动机中，高压压气机与增压压气机的工作叶片均采用了小展弦比的设计。按原计划该发动机于1998年底取得适航证，2000年装支线客机投入航线营运（后因飞机计划取消，发动机未能继续发展）。因此，它是民用发动机中较新的型号。这个事例说明，民用发动机中不仅高压压气机将用小展弦比叶片取代大展弦比叶片，而且增压压气机也将是这个趋势。1