整流器、流道結(jié)構(gòu)、組合壓氣機(jī)、航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及具有負(fù)曲率流道的整流器、組合壓氣機(jī)的流道結(jié)構(gòu)、具有該流道結(jié)構(gòu)的組合壓氣機(jī)、以及具有該組合壓氣機(jī)的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
技術(shù)背景
[0002]與大推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)均采用大流量、高壓比的多級(jí)軸流壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)形式不同，組合壓氣機(jī)是中小推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)型式。
[0003]軸流+離心組合壓氣機(jī)結(jié)合了軸流流道平滑、效率高，以及離心級(jí)流量小、工作范圍寬廣、零件少和可靠性高的特點(diǎn)，廣泛用于中小流量的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。
[0004]對(duì)于現(xiàn)代高性能軸流+離心組合壓氣機(jī)，級(jí)間通常采用無(wú)過(guò)渡段設(shè)計(jì)。由于取消了過(guò)渡段，組合壓氣機(jī)的軸向長(zhǎng)度更短，效率更高。然而無(wú)過(guò)渡段的設(shè)計(jì)也給軸流級(jí)、離心級(jí)各自的優(yōu)化及兩者匹配帶來(lái)一定的困難。對(duì)于軸流級(jí)來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)抬高軸流葉輪出口直徑，增加其做功能力，實(shí)現(xiàn)更高的單級(jí)壓比，從而減少壓氣機(jī)的零部件數(shù)、重量和制造成本；而對(duì)于離心葉輪來(lái)說(shuō)，要求大的入口面積、小的入口馬赫數(shù)及小的入口輪轂直徑，以保證離心級(jí)具有較高的效率和喘振裕度，這與軸流級(jí)出口較大的輪轂比是矛盾的，軸流級(jí)整流器出口輪轂直徑的降低會(huì)帶來(lái)軸流級(jí)整流器根部載荷的升高、流動(dòng)出現(xiàn)分離以及損失較大等不利影響。
[0005]因此，亟需探索一種兼顧了軸流壓氣機(jī)高出口 /入口平均半徑比(增強(qiáng)做功能力)和離心壓氣機(jī)低入口輪轂比的雙重要求的新型組合壓氣機(jī)流道結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有中小型航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)采用多級(jí)軸流或者軸流-離心組合壓氣機(jī)所存在的單級(jí)壓比低、級(jí)數(shù)多、重量大、制造成本高的問(wèn)題，提出本發(fā)明。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)方面，提出了一種具有負(fù)曲率流道的整流器，所述整流器的入口適于與軸流壓氣機(jī)相通，而出口適于與離心壓氣機(jī)相通，所述整流器包括:內(nèi)環(huán)面；外環(huán)面；設(shè)置在內(nèi)環(huán)面與外環(huán)面之間的負(fù)曲率流道，所述負(fù)曲率流道由多個(gè)負(fù)曲率管道構(gòu)成，管道在圓周方向上均布且彼此間隔開(kāi)、且彼此間隔開(kāi)且每一個(gè)管道的出口流通面積與入口流通面積之比落入1.2?1.4的范圍內(nèi)。
[0008]可選地，所述管道的截面形狀為圓形、橢圓形或者類(lèi)橢圓形。
[0009]可選地，每一個(gè)管道的中心線與軸流壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的夾角為25°?45° ;每一個(gè)管道的無(wú)量綱比值L/H小于1.5，其中，L為管道的軸向長(zhǎng)度，H為管道出口的徑向高度。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一方面，還提出了一種組合壓氣機(jī)的流道結(jié)構(gòu)，包括:作為第一級(jí)的單級(jí)軸流壓氣機(jī)，具有軸流葉輪；具有負(fù)曲率流道的整流器；和作為第二級(jí)的離心壓氣機(jī)，具有離心葉輪，其中:所述整流器為上述的整流器；每一個(gè)管道的入口與軸流壓氣機(jī)的出口連通，每一個(gè)管道的出口與離心壓氣機(jī)連通；軸流葉輪入口平均半徑小于管道的入口平均半徑，管道的出口平均半徑小于管道的入口平均半徑。
[0011]可選地，所述管道的數(shù)目為軸流葉輪葉片數(shù)的1.5?2倍。
[0012]可選地，所述管道的數(shù)目為離心葉輪葉片數(shù)的1.5?2倍。
[0013]可選地，所述管道的出口相對(duì)于所述管道的入口沿圓周方向上偏移，偏移方向與軸流葉輪的旋轉(zhuǎn)方向一致。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施例還涉及一種組合壓氣機(jī)，包括:轉(zhuǎn)軸；上述的組合壓氣機(jī)的流道結(jié)構(gòu)；設(shè)置在離心葉輪下游的徑向擴(kuò)壓器；以及設(shè)置在徑向擴(kuò)壓器下游的軸向擴(kuò)壓器，其中，所述組合壓氣機(jī)的軸流葉輪和離心葉輪繞轉(zhuǎn)軸的軸線旋轉(zhuǎn)。
[0015]本發(fā)明的實(shí)施例還涉及一種航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括上述的組合式壓氣機(jī)。
[0016]基于本發(fā)明的技術(shù)方案的組合壓氣機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、零部件少、轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度短和加工維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有負(fù)曲率管道式整流器的組合壓氣機(jī)的流道示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的具有負(fù)曲率管道式整流器的組合壓氣機(jī)的三維立體示意圖。
[0019]附圖標(biāo)記說(shuō)明:軸流葉輪1、整流器2、離心葉輪3、徑向擴(kuò)壓器4、軸向擴(kuò)壓器5，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)軸6。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。在說(shuō)明書(shū)中，相同或相似的附圖標(biāo)號(hào)指示相同或相似的底部件。下述參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的說(shuō)明旨在對(duì)本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋?zhuān)粦?yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的一種限制。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提出了一種具有負(fù)曲率流道的整流器2，所述整流器2的入口適于與軸流壓氣機(jī)(在圖1中以軸流葉輪I表示)相通，而出口適于與離心壓氣機(jī)(在圖1中以離心葉輪3表示)相通。參見(jiàn)圖1和圖2，整流器2包括:內(nèi)環(huán)面21 ;外環(huán)面22;設(shè)置在內(nèi)環(huán)面與外環(huán)面之間的負(fù)曲率流道，負(fù)曲率流道由多個(gè)負(fù)曲率管道23構(gòu)成，管道23在圓周方向上均布且彼此間隔開(kāi)、且每一個(gè)管道23的出口流通面積與入口流通面積之比落入1.2?1.4的范圍內(nèi)，例如該比值可以是1.2、1.25、1.3、1.35、1.4，以在保證整流器內(nèi)流動(dòng)不分離的前提下實(shí)現(xiàn)氣流最大整流。
[0022]利用該整流器2，可以將來(lái)自整流器上游的軸流壓氣機(jī)的氣流均勻分布到整流器下游的離心壓氣機(jī)。
[0023]現(xiàn)有技術(shù)中采用葉片式整流器，但是該葉片式整流器存在曲率變化大、加工難度大的問(wèn)題，而且在葉片的根部還存在氣流分離，而本發(fā)明的管道式負(fù)曲率整流器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，同時(shí)避免負(fù)曲率流道下葉片根部分離問(wèn)題，能夠最大程度提高整流器性會(huì)K。
[0024]整流器可以由鋼制成，具體地，可以在具有負(fù)曲率的鋼環(huán)中，在內(nèi)環(huán)面與外環(huán)面之間直接鉆出管道。整流器也可以通過(guò)鑄造工藝一體制成。
[0025]可選地，所述管道的截面形狀為圓形、橢圓形或者類(lèi)橢圓形。如此，各管道相貫形成燕尾型前緣，能夠更好地適應(yīng)軸流葉輪出口不均勻來(lái)流，提高整流器性能。
[0026]如圖1所示，可選地，每一個(gè)管道的中心線與組合壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的夾角Θ為25°?45°，每一個(gè)管道的無(wú)量綱比值L/H小于1.5，以保證整流器具有較高的總壓恢復(fù)性能和出口流場(chǎng)均勻性，其中，L為管道的軸向長(zhǎng)度，H為管道出口的徑向高度。Θ可以為25度、30度、45度。
[0027]相應(yīng)地，本發(fā)明也提出了一種組合壓氣機(jī)的流道結(jié)構(gòu)，如圖1所示，該流道結(jié)構(gòu)包括:作為第一級(jí)的單級(jí)軸流壓氣機(jī)，具有軸流葉輪I ;上述