不同耐高溫軸流風(fēng)機(jī)靜葉設(shè)計(jì)點(diǎn)90%葉片高度剖面上的壓力分布。從圖中不難看出，原型直葉片的進(jìn)口具有明顯的正攻角，端彎葉片的載荷由于分離流動(dòng)而減小。由于受葉片端部彎曲的影響，三維葉片的攻角幾乎為零，并且由于端部流動(dòng)的改善，載荷甚至略高于原型直葉片。研究了不同靜葉對(duì)單級(jí)風(fēng)扇級(jí)性能的影響。耐高溫軸流風(fēng)機(jī)帶有三個(gè)不同定子葉片的單級(jí)風(fēng)扇級(jí)的效率特性。從耐高溫軸流風(fēng)機(jī)中不難看出，端部彎曲定子可以有效地提高裕度，但由于定子損耗的增加，級(jí)效率降低了1.39%。前緣彎曲引起的葉片反向彎曲效應(yīng)被葉片正向彎曲疊加所抵消。舞臺(tái)效率略有提高，耐高溫軸流風(fēng)機(jī)，高點(diǎn)提高0.26%。失速邊界越近，風(fēng)扇級(jí)效率越明顯。同時(shí)，耐高溫軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子出口頂部的靜壓力隨著定子葉片頂部的功能力的增加而降低（如圖21所示，轉(zhuǎn)子葉片出口直徑上的靜壓力）。在方向分布上，將定子出口處的背壓設(shè)置為接近失速的原型級(jí)工況，背壓為114451pa，風(fēng)機(jī)的失速裕度進(jìn)一步從27.1%擴(kuò)大到48.8%，推遲了葉尖泄漏引起的失速。

從耐高溫軸流風(fēng)機(jī)的一般參數(shù)出發(fā)，可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)，通過(guò)一維徑向參數(shù)和子午向徑向參數(shù)的設(shè)計(jì)，得到了初步設(shè)計(jì)方案的性能預(yù)測(cè)和幾何參數(shù)。初步方案利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)葉片型線對(duì)三維葉片進(jìn)行幾何建模，通過(guò)求解三維穩(wěn)定流場(chǎng)對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。一維參數(shù)設(shè)計(jì)主要是求解平均半徑氣動(dòng)參數(shù)的控制方程。采用逐級(jí)疊加法對(duì)多級(jí)壓縮系統(tǒng)進(jìn)行了氣動(dòng)計(jì)算。同時(shí)調(diào)整了耐高溫軸流風(fēng)機(jī)相應(yīng)的攻角、滯后角和損失模型。后，不銹鋼耐高溫軸流風(fēng)機(jī)，得到了平均半徑和子午線流型下的基本氣動(dòng)參數(shù)。計(jì)算中使用的損失和氣流角模型需要大量的葉柵試驗(yàn)作為支撐。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)模型包括經(jīng)典亞音速葉片型線NACA65、C4和BC10，基本滿足了風(fēng)機(jī)的初步設(shè)計(jì)要求。為了準(zhǔn)確、快速地得到初步設(shè)計(jì)方案，將現(xiàn)有的經(jīng)典葉片型線直接用于一維設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)負(fù)荷超過(guò)原模型時(shí)，采用MISES方法對(duì)S1流面進(jìn)口斷面進(jìn)行分析，耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)，得到初始滯后角，如本文對(duì)高負(fù)荷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。在S2流面設(shè)計(jì)中，耐高溫軸流風(fēng)機(jī)采用流線曲率法對(duì)S2流面進(jìn)行了流量計(jì)算。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，將計(jì)算假設(shè)為無(wú)粘性和恒定絕熱，忽略了實(shí)際渦輪機(jī)械中的三維、非定常和粘性流動(dòng)特性，引入了葉排損失來(lái)表示葉柵中流體粘度的影響。通過(guò)三維流場(chǎng)的數(shù)值分析，修正了求解S2流面過(guò)程中的損失，并通過(guò)迭代得到了初步設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)以往對(duì)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)亞音速定子葉片的研究，前緣彎曲用于匹配迎角[20]，根部彎曲高度為20%，端部彎曲角度為20，頂部彎曲高度為30%，端部彎曲角度為40，如圖18左側(cè)所示。彎曲高度和彎曲角度的選擇是基于流入流的流動(dòng)角度條件：如圖5中藍(lán)色箭頭所示，定子葉片的流入角度受上游動(dòng)葉片的影響，靠近端壁有兩個(gè)不符合主流分布趨勢(shì)的區(qū)域，而彎曲高度末端彎板的T應(yīng)覆蓋與流動(dòng)角度匹配的區(qū)域；末端彎板角度的選擇基于區(qū)域和主流流動(dòng)角度之間的差異。

根據(jù)前面的研究，耐高溫軸流風(fēng)機(jī)前緣彎曲的定子葉片可以有效地消除流入攻角，但葉片的局部端部彎曲會(huì)導(dǎo)致葉片局部反向彎曲的形狀效應(yīng)。在保證端部攻角減小的同時(shí)，定子葉片端部的阻塞量增大，損失增大。在端部彎曲建模的基礎(chǔ)上，適當(dāng)疊加葉片正彎曲建模，可以減小端部攻角，保證定子葉片和級(jí)間的有效流動(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，得到了合適的前彎參數(shù)：耐高溫軸流風(fēng)機(jī)彎曲高度60%，輪轂彎曲角度40，翼緣彎曲角度20，基本符合以往研究得出的彎曲葉片設(shè)計(jì)參數(shù)選擇規(guī)則。不同葉柵的吸力面徑向壓力梯度和出口段邊界層邊界的徑向壓力梯度可以很好地進(jìn)行比較。在帶端彎和正彎葉片的三維復(fù)合葉片表面，存在兩個(gè)明顯的徑向壓力梯度增大區(qū)域，形成從端彎到流道中徑的徑向力，引導(dǎo)耐高溫軸流風(fēng)機(jī)葉片表面邊界層的徑向重排。從出口段附面層的邊界形狀可以看出，復(fù)合三維葉片試圖使葉片的徑向附面層均勻化，消除了葉片角部區(qū)域的低能流體積聚，對(duì)提高葉片邊緣起到了明顯的作用。

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