压气机叶片包括压气机转子叶片和压气机静子叶片。根据所属压气机类型,压气机叶片可分为轴流压气机叶片、离心和斜流压气机叶片。
构成轴流压气机转子、静子叶片的二维叶型形状类似于机翼翼形。造型方法有包络造型法和任意曲线造型法。包络造型法给定中弧线形状,再在中弧线上覆盖厚度分布,得到叶型吸力面和压力面型线。任意曲线造型法采用任意曲线来描述叶型的吸力面和压力面,曲线可以是样条曲线、贝塞尔曲线、多项式等。轴流压气机转子叶片与轮盘采用榫与榫槽连接,也可采用数控铣床进行盘和叶片整体加工,形成整体盘与叶片。轴流压气机静子叶片采用榫头固定在压气机机匣内壁的环形槽内,也可直接焊接到机匣内壁。为了提高静子叶片及整体刚性,静子叶片的末端还可增加保持环。
离心和斜流压气机转子叶片通常采用等厚度或近于等厚度的空间三维薄板。由于离心压气机转子出口半径比进口半径大得多,因而出口处相邻叶片周向间距比进口大得多。气流流经出口时叶片表面附面层增厚,容易产生附面层分离。通常会在转子出口段相邻叶片之间增加一个短叶片,称为分流叶片。离心和斜流压气机转子叶片都采用数控铣床进行一体化加工,形成整体盘与叶片;离心和斜流压气机静子叶片结构与轴流压气机静子叶片结构类似。
轴流压气机叶片及离心和斜流压气机静子叶片由若干叶型沿径向积叠构成,因此典型衡量指标主要由叶型体现,包括气流转角、损失、扩散因子、低损失攻角范围。叶片典型几何参数有展弦比;叶型典型几何参数包括弦长、叶高、弯度、最大厚度。离心和斜流压气机转子叶片通道内流动三维性很强,不能由叶型作为叶片的衡量指标,其典型几何参数有进出口半径、叶片厚度。
航空发动机追求高推重比和功重比,要求压气机高单级增压比和零件轻材质,以减轻压气机重量,因此发动机转子叶尖轮缘速度不断提高,形成了亚声、跨声和超声压气机叶片。压气机叶片承受的离心力随叶尖轮缘速度增加而增大,并且压气机总增压比不断增大,使得通过压气机后面级叶片的气体温度不断升高。为了适应离心力和温度的提高,叶片材料逐渐由高温合金、钛合金取代铝和钢。
压气机转子叶片安装在轮盘上,转动轴带动其旋转对气体产生向后和切向作用力。向后作用力吸入气体;切向作用力对气体做功,使气体的能量(动能、压力能、热能)增加。压气机转子叶片对气体做功,出口气流产生切向分速。压气机静子叶片安装在转子叶片下游,将压气机转子叶片排出的气体再转回轴向、同时进行减速升压。
压气机叶片用于对气体做功,将机械能转化成气体的压力能、动量。它不仅用于航空涡轮喷气发动机、涡轴发动机、涡轮风扇发动机压气机及涡轮风扇发动机的风扇和增压级,还用于通风机、鼓风机、压缩机。随着压气机单级压比不断增加,叶片通道内流动逆压力梯度增大,流动三维性增强。叶片三维气动设计方法、流动控制技术(如等离子体流动控制技术、附面层吸附技术)及适用于提高叶尖轮缘速度的高强度轻质叶片材料技术是高压比高效率压气机叶片设计的关键技术。