NASA37型跨音速压气机转子结构设计

该转子是轴流压气机核心做功部件，主要应用于航空燃气涡轮发动机高压压气机首级、地面重型燃气轮机压气机组以及工业流程用离心式压缩设备的核心级段，是跨音速压气机设计领域的标准验证构型，承担着对来流气体完成动能输入与压力提升的核心功能，是整台压缩设备实现气体增压的核心载体。在实际运行场景中，该转子安装于压气机机匣内部的主轴上，随主轴做高速旋转运动，通过叶片的三维曲面构型对流入叶道的气体做功，将转轴输入的机械能转化为气体的压力能与动能，为后续静叶的扩压整流、下游燃烧室的稳定燃烧提供符合压力与流量要求的压缩工质，其气动性能直接决定整台压气机的增压比、效率与稳定工作裕度。从功能特性来看，该转子采用跨音速叶型设计，叶片尖部区域来流相对速度超过音速，叶身通过合理的掠型设计、弦长分布与积叠规律，有效控制叶尖激波的强度与位置，降低激波与附面层的干涉损失，同时兼顾根部亚音速区域的流动效率，在设计转速下可实现较高的级增压比，同时具备较宽的喘振边界，能够在变工况运行条件下保持稳定的做功能力，避免叶道内出现大尺度流动分离导致的压气机失速、喘振等故障。在设计思路层面，该转子的构型完全遵循三元流动理论开展设计，首先通过通流计算确定各级的速度三角形与径向功分配，针对叶尖、叶中、叶根三个典型截面分别设计适配当地流动条件的叶型，叶尖区域采用预压缩叶型控制激波前后的马赫数梯度，叶根区域采用大折转角亚音速叶型提升根部做功能力，再通过沿叶高的弯掠积叠优化，控制叶道内的二次流迁移，降低端壁损失与叶尖泄漏损失，同时兼顾叶片的结构强度要求，通过合理的叶身厚度分布，保证高速旋转下叶片的离心应力、振动应力均在材料许用范围内，避免出现共振、高周疲劳等结构失效问题。在外形尺寸与安装边界方面，该转子的轮盘与叶片采用一体化构型设计，轮盘中心设置与主轴配合的安装止口与键槽结构，可直接与压气机主轴实现定位装配，转子的外径与压气机机匣内壁保持均匀的小间隙配合，间隙值控制在叶高的千分级范围内，既避免叶片旋转时与机匣发生碰磨，又尽可能降低叶尖泄漏流对气动效率的影响；转子的轴向安装尺寸与上下游的静叶排保持设计要求的轴向间距，保证动静叶排之间的流场匹配，避免动静干涉带来的额外流动损失与结构振动激励，叶片前缘与来流方向保持精准的几何进气角匹配，确保不同工况下气流能够顺畅流入叶道，减少攻角损失。