涡轮叶片气动设计软件BladeDesign

李剑白，卿雄杰，周 山，曾 军

(中国燃气涡轮研究院，四川 成都610500)

1 引言

涡轮气动设计是一个较为复杂的系统工程，需要在一维设计、S2流面设计、叶栅几何设计、S1流面计算、叶片积叠、准三维计算、全三维计算之间进行反复迭代，因此，越来越依赖于先进的设计软件。在这个过程中，迭代最频繁的是叶栅几何设计、S1流面计算、叶片积叠三个环节，涡轮叶片设计软件BladeDesign[1]将这三个环节整合，成为较为有效的涡轮叶片设计工具。

在叶栅几何设计中，前缘、尾缘通常使用圆弧曲线，而叶身线型的选择多种多样。早期的叶身线型往往采用多项式曲线造型方法[2～5]，涡轮气动设计软件包(TADP)[6]中可以选择双扭线、对数螺线、抛物线、圆弧、五次多项式或其变形曲线以及用户自定义曲线。这类造型方法中，各段曲线需通过基本叶栅参数求解得到，该方法灵活性较差，对经验的依赖性较高，因此，国内外研究者倾向于使用Bezier曲线和B样条曲线进行涡轮叶栅的造型[7～10]。BladeDesign早期版本[1]的叶栅线型采用Bezier曲线，可通过控制点的调节对叶型进行设计，大大提高了设计的灵活性，并且具有较高的稳定性，但在前缘和喉部存在曲率连续性的问题。

S1流面计算评估是叶栅设计的重要环节，其计算精度是叶型优化的关键之一。TADP和BladeDesign的早期版本中使用的S1流面计算评估软件包括：基于Euler方程的S1R和基于NS方程的S1NS[5]。这两款软件的计算速度较快，但计算精度不够高，尤其是在跨声速状态，对于叶面马赫数的评估精度也大大降低。……