專利名稱：用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)扇/壓氣機擴穩(wěn)增效的效果，特別適用于高性能航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。
背景技術(shù)：
為了使得發(fā)動機的整體性能指標(biāo)顯著提高，其中最重要的手段是提高推重比。這就對壓氣機/風(fēng)扇的設(shè)計水平提出了更高的要求。更高的單級壓比和效率，在更少的級數(shù)上實現(xiàn)更高的負(fù)荷就成為壓氣機、特別是風(fēng)扇研制所追求的目標(biāo)。追求更高的級壓比一直是各國研制風(fēng)扇/壓氣機的發(fā)展方向。然而，風(fēng)扇/壓氣機級的負(fù)荷越高，對其穩(wěn)定工作裕度條件的要求也更加苛刻，追求更高的級壓比與提高壓氣機穩(wěn)定工作裕度之間存在著一定的矛盾。而作為現(xiàn)代飛機主要動力裝置的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，卻要求能在廣闊的飛行速度范圍內(nèi)以及各種畸變和不穩(wěn)定的來流條件下保持穩(wěn)定的工作，而發(fā)動機的穩(wěn)定工作范圍是由風(fēng)扇/壓氣機的工作點與失速邊界之間可能的流量變化范圍決定的，如果這個范圍很小，或者說失速裕度過小，一旦壓縮系統(tǒng)進入這類非穩(wěn)定流動狀態(tài)，將導(dǎo)致(I)壓縮機性能極度下降，以致難以維持正常的熱力循環(huán)過程；(2)整機振動嚴(yán)重惡化，極易導(dǎo)致壓氣機或渦輪葉片的斷裂；(3)燃燒室內(nèi)的高溫氣體回火，常常導(dǎo)致燒壞壓氣機末級靜葉；(4)失速的滯后性質(zhì)又嚴(yán)重影響著它的解除過程，甚至在FlOO發(fā)動機中因不可解除的失速現(xiàn)象而導(dǎo)致了機毀人亡的惡性事故。這就迫使設(shè)計者們必須預(yù)留足夠的失速裕度來預(yù)防這類流動失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生，然而，典型壓氣機高效和高參數(shù)運行區(qū)域通常臨近壓氣機流動失穩(wěn)邊界，這種保證一定失速裕度的做法對壓氣機的性能來說無疑是個極大的浪費。因此希望壓氣機的穩(wěn)定工作范圍越寬越好，以使壓氣機盡量在接近高效和高參數(shù)運行區(qū)域工作。另一方面，更寬的穩(wěn)定工作范圍可以允許發(fā)動機偏離設(shè)計狀態(tài)更遠(yuǎn)，從而使發(fā)動機有更高的抗畸變能力以及為飛行器提供更寬的飛行包線等?，F(xiàn)有的縫式機匣處理結(jié)構(gòu)，由于具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且無需變更價格昂貴的葉片，改型方便，再加上可靠性高，擴穩(wěn)效果好，抗畸變能力強等特點而被廣泛地應(yīng)用于許多發(fā)動機實際型號中，如JT-9D發(fā)動機、米格23用P-29發(fā)動機、蘇27用Α -31Φ發(fā)動機，米格29用PJI-33發(fā)動機以及國內(nèi)的渦噴-7甲發(fā)動機，渦噴-13，渦噴-14發(fā)動機等， 面對現(xiàn)代高負(fù)荷壓氣機設(shè)計中所面臨的穩(wěn)定工作裕度不足的問題，機匣處理已成為當(dāng)今世界上用于擴大壓氣機穩(wěn)定工作范圍的重要手段之一。如圖1-3所示，傳統(tǒng)的軸向縫式處理機匣是在機匣上沿壓氣機的軸向開槽，其槽深方向與壓氣機的徑向成一定夾角。當(dāng)槽深方向?qū)?zhǔn)來流方向時，無論來流是均勻流或發(fā)生進口畸變，穩(wěn)定裕度都有較大改善。但這類處理機匣的缺點是穩(wěn)定裕度的改善以損失壓氣機的效率為代價。傳統(tǒng)的處理機匣之所以會降低壓氣機的峰值效率，其中一個很重要的原因便是處理槽的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，沒有很好地組織處理機匣內(nèi)部流動。傳統(tǒng)軸向縫傾斜縫處理機匣結(jié)構(gòu)同時利用了葉頂兩側(cè)的壓力梯度以及葉片通道較大的流向壓力梯度，再加上處理槽槽道沿徑向朝葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜了一定角度，處理槽扮演著沖壓作用，使得葉片通道內(nèi)部流動進入處理槽槽道，處理槽對葉片通道上游的這種抽吸作用使的穩(wěn)定工作裕度得以提高。然而這種做法使得處理槽內(nèi)會產(chǎn)生較強的射流，由于這股較強的射流具有較大的周向速度分量，并且其方向與葉片旋轉(zhuǎn)方向相反，因此，這股較強的射流是處理機匣流動損失的主要來源，其對壓氣機的效率具有較大的影響一方面， 射流相當(dāng)高的周向速度以及與主流方向的不一致性使得射流與主流之間的摻混很強，從而帶來較高的損失；另一方面，射流使得葉頂來流攻角增大，惡化了葉頂來流條件，使得壓氣機效率明顯下降。而公開號為CN101761511A的中國專利申請公開了一種開槽寬度為拋物線的離心壓氣機非對稱自循環(huán)處理機匣，該方案雖然可以可以提高離心式壓氣機的穩(wěn)定工作范圍， 同時維持效率基本不變，但是存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造成本高等問題，難于在實際發(fā)動機型號上應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、即實現(xiàn)了穩(wěn)定工作裕度提升又不犧牲壓氣機效率、結(jié)構(gòu)簡單實用的用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子葉片和機匣外殼組成，其結(jié)構(gòu)特點是所述的機匣外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有圓弧形縫處理槽，所述圓弧形縫處理槽采用順轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜的半圓弧型設(shè)計，所述圓弧形縫處理槽分為處理槽上游區(qū)域、處理槽下游區(qū)域，所述處理槽上游區(qū)域與處理槽下游區(qū)域的開口處具有不同的周向開放度和徑向傾角。圓弧形縫處理槽采用半圓弧型設(shè)計， 使處理槽內(nèi)部流動更加順暢,盡量減小處理槽槽道內(nèi)流動產(chǎn)生的損失。為了兼顧壓氣機的穩(wěn)定工作裕度與效率，本發(fā)明所述圓弧形縫處理槽的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的6-8倍。處理槽槽數(shù)越多，擴穩(wěn)效果越明顯，但會大幅降低壓氣機的效率；而處理槽槽數(shù)少則擴穩(wěn)效果不明顯。為了兼顧壓氣機的穩(wěn)定工作裕度與效率，本發(fā)明所述圓弧形縫處理槽的圓弧直徑為60% 80%轉(zhuǎn)子葉片葉頂軸向弦長。圓弧的直徑大擴穩(wěn)效果明顯，但損失也較大；圓弧直徑小的擴穩(wěn)效果不明顯。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的處理槽下游區(qū)域覆蓋轉(zhuǎn)子葉片葉頂上游30%_50%軸向弦長范圍。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述處理槽上游區(qū)域的周向開放度為30% 50%，處理槽下游區(qū)域的開放度為50% 70%。將覆蓋轉(zhuǎn)子葉頂上游30% 50%葉頂軸向弦長的處理槽開口處的開放度增加，使得葉片通道流更容易進入處理槽，盡量增加處理槽內(nèi)的回流量，提高處理機匣的擴穩(wěn)能力；
作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的圓弧形縫處理槽沿著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的傾角找為45 60。。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述處理槽下游區(qū)域開口處的徑向傾角丨為30° 45°，處理槽上游區(qū)域開口處的徑向傾角爲(wèi)為60° 80°。
適當(dāng)減小處理槽開口處的徑向傾角4,使得葉片通道流更容易進入處理槽，盡量增加處理槽內(nèi)的回流量，提高處理機匣的擴穩(wěn)能力。將處理槽上游開口處的周向開放度減小，同時適當(dāng)增加槽下游開口處的徑向傾角爲(wèi)，在保證處理槽幾何結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上對射流的方向施以恰當(dāng)?shù)目刂?，盡量減小它與
通道主流之間的夾角，減弱處理槽向葉片通道的射流對壓氣機的負(fù)面影響。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點及效果1)處理槽采用半圓弧型設(shè)計，使處理槽內(nèi)部流動更加順暢，盡量減小處理槽槽道內(nèi)流動產(chǎn)生的損失；(2)將覆蓋轉(zhuǎn)子葉頂上游30% 50%葉頂軸向弦長的處理槽開口處的開放度增加，并適當(dāng)減小處理槽開口處的徑
向傾角I使得葉片通道流更容易進入處理槽，盡量增加處理槽內(nèi)的回流量，提高處理機匣
的擴穩(wěn)能力；(3)將處理槽上游開口處的周向開放度減小，同時適當(dāng)增加槽下游開口處的
徑向傾角爲(wèi)，在保證處理槽幾何結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上對射流的方向施以恰當(dāng)?shù)目刂?，盡量
減小它與通道主流之間的夾角，減弱處理槽向葉片通道的射流對壓氣機的負(fù)面影響。






圖I為傳統(tǒng)的縫式處理機匣結(jié)構(gòu)示意簡圖。 圖2為圖I的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為傳統(tǒng)的縫式處理機匣的子午視圖。
圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
圖5為圖4的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖4的B-B向結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7為圖5的C-C向結(jié)構(gòu)示意圖。
標(biāo)號說明轉(zhuǎn)子葉片I、機匣外殼2、圓弧形縫處理槽3、處理槽上游區(qū)域4、處理槽
下游區(qū)域5。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。實施例I :如圖4至7所示，本實施例用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子葉片I、機匣外殼2組成，機匣外殼2的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有圓弧形縫處理槽3，圓弧形縫處理槽 3分為處理槽上游區(qū)域4、處理槽下游區(qū)域5兩個部分。為了提高其穩(wěn)定工作裕度，在機匣外殼2上設(shè)計了圓弧直徑為60% 80%轉(zhuǎn)子葉片I葉頂軸向弦長的半圓弧形縫式圓弧形縫處理槽3。圓弧形縫處理槽3的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片I數(shù)目的6 8倍，圓弧形縫處理槽3覆蓋了轉(zhuǎn)子葉片I葉頂上游30% 50%軸向弦長范圍，且處理槽上游區(qū)域4、處理槽下游區(qū)域5的開口處具有不同的開放度(周向開槽面積與機匣外殼2壁表面積之比)，其中處理槽上游區(qū)域4的周向開放度為30% 50%，處理槽下游區(qū)域5的開放度為50% 70%。所有圓弧形縫處理槽3順壓氣機轉(zhuǎn)子葉片I旋轉(zhuǎn)方向傾斜45° 60°，而在處理槽上游區(qū)域4、處理槽下游區(qū)域5開口處沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向具有不同徑向傾角，其中處理槽下游區(qū)域5開口處的徑向傾角爲(wèi)為30° 45°，處理槽上游區(qū)域4 開口處的徑向傾角勺60° 80°。工作時，借助轉(zhuǎn)子葉片I葉頂區(qū)域的壓力梯度(吸力面和壓力面兩側(cè)的壓力梯度以及轉(zhuǎn)子葉片I通道較大的流向壓力梯度)以及圓弧形縫處理槽3的沖壓作用，使得轉(zhuǎn)子葉片I通道流進入圓弧形縫處理槽3的槽道，對轉(zhuǎn)子葉片I葉頂上游區(qū)域產(chǎn)生抽吸作用，從而提高壓氣機的穩(wěn)定工作范圍。另外，通過優(yōu)化處理機匣結(jié)構(gòu)參數(shù)對射流的方向施以恰當(dāng)?shù)目刂?，消弱圓弧形縫處理槽3向葉片通道的射流對壓氣機的負(fù)面影響。綜上所述，本發(fā)明可直接用于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動風(fēng)扇/機壓氣機，在大幅度提高風(fēng)扇/機壓氣機的穩(wěn)定工作裕度的同時提高壓氣機的效率。本發(fā)明的思路是從優(yōu)化處理槽的幾何結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計出一種處理槽內(nèi)流動損失較小的處理機匣，打破了 “機匣處理可以擴大壓氣機穩(wěn)定工作裕度，但要降低效率”的傳統(tǒng)觀念，成為本發(fā)明所述工作的初衷。此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子葉片和機匣外殼組成，其特征是所述的機匣外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有圓弧形縫處理槽，所述圓弧形縫處理槽采用順轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜的半圓弧型設(shè)計，所述圓弧形縫處理槽分為處理槽上游區(qū)域、處理槽下游區(qū)域，所述處理槽上游區(qū)域與處理槽下游區(qū)域的開口處具有不同的周向開放度和徑向傾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述圓弧形縫處理槽的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的6-8倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述圓弧形縫處理槽的圓弧直徑為60% 80%轉(zhuǎn)子葉片葉頂軸向弦長。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述的處理槽下游區(qū)域覆蓋轉(zhuǎn)子葉片葉頂上游30%-50%軸向弦長范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述處理槽上游區(qū)域的周向開放度為30% 50%，處理槽下游區(qū)域的開放度為50% 70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述的圓弧形縫處理槽沿著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的傾角為45 60°。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述處理槽下游區(qū)域開口處的徑向傾角A為30° 45°，處理槽上游區(qū)域開口處的徑向傾角總為 60° 80。。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于航空發(fā)動機壓氣機的處理機匣結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子葉片和機匣外殼組成，機匣外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有圓弧形縫處理槽，所述圓弧形縫處理槽采用順轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜的半圓弧型設(shè)計，所述圓弧形縫處理槽分為處理槽上游區(qū)域、處理槽下游區(qū)域，所述處理槽上游區(qū)域與處理槽下游區(qū)域的開口處具有不同的周向開放度和徑向傾角。圓弧形縫處理槽采用半圓弧型設(shè)計，使處理槽內(nèi)部流動更加順暢，盡量減小處理槽槽道內(nèi)流動產(chǎn)生的損失。本發(fā)明具有即實現(xiàn)了穩(wěn)定工作裕度提升又不犧牲壓氣機效率、結(jié)構(gòu)簡單實用的優(yōu)點。
文檔編號F04D29/40GK102606529SQ20121008610
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者張學(xué)鋒 申請人:杭州諾沃能源科技有限公司