[發明專利]多級軸流壓氣機靜子內引氣增效防喘擴穩裝置

無效

• 申請號: 200710119702.1
• 申請日: 2007-07-30
• 公開（公告）號: CN101092978A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 桂幸民;孫曉峰;金東海;陳迪;殷明霞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/54
• 分類號: F04D29/54;F04D29/66
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域：

本發明提供一種兼顧軸流壓氣機靜子葉片邊界層流動控制和級間放氣的防喘擴穩裝置，屬于航空航天器發動機技術領域。

(二)背景技術：

目前軸流風扇/壓氣機朝著高性能、高負荷和高穩定性方向發展，研究表明，非定常的轉靜子干涉會影響發動機的使用壽命，并且產生大量的噪聲，上游靜子出口流場內的壓力損失會加劇下游轉子進口的非定常性和非均勻性，而且還有可能引起發動機的高周疲勞，因此研究一種氣流控制措施來有效的減弱靜子通道內的流動分離，具有重要的意義。

普朗特早在1904年就已經提出了用吹/吸附面層來延緩氣流分離的辦法，并在超音速進氣道中得到應用。一般來講，流動控制定義為用細小的流動變化來改變比其大得多的流動特性，如延緩分離、加強或減弱混合、建立“虛擬”形狀，以及減小阻力等，廣泛應用于航空航天器、艦船和其他流體機械領域。研究表明，在葉片表面吸氣，可以延緩氣流分離，提高擴散度，從而提高級壓比。在葉片吸力面表面開槽/開孔，吸除葉片表面的低能流體，防止或推遲附面層分離，使葉型可以達到很大的彎度，風扇或壓氣機負荷大大提高。圖3所示為一個大彎度葉柵，圖4為其尾緣加吸氣槽的網格示意圖。從圖5和圖6馬赫數等值線分布可以清楚的看出，經過尾緣吸氣之后，大彎度葉柵尾緣的流動分離狀況得到了顯著的改善，尾跡明顯減薄。

軸流壓氣機必須要有足夠的喘振裕度，才能保證發動機在整個飛行包線范圍內和所有機動飛行狀態下正常穩定可靠地工作。喘振是發動機工作中必須極力避免出現的狀態，因此在壓氣機上必須有防止壓氣機在非設計狀態下喘振的措施。一般在壓氣機中間級處設置有放氣口，或采用多排可調靜子葉片，或將壓氣機做成兩個轉速不同的轉子等措施來改變流道的流通能力。如圖7A、圖7B所示，放氣活門置于壓氣機中間偏后的某一級處，正常工作時，放氣活門在高壓空氣的作用下處于關閉狀態；當發動機轉速降到某一設定值后，作動筒感受到應該打開放氣活門的轉速信號后，作動筒內的控制高壓空氣的閥門被關閉，放氣活門在彈簧力的作用下被打開，一部分已被壓縮的空氣從中間級流出去(在渦輪噴氣發動機中流入大氣，在渦扇發動機中流道外涵道內)。

(三)發明內容：

本發明的目的在于：提供一種軸流壓氣機靜子表面局部引氣防喘擴穩裝置，以解決軸流壓氣機級間放氣防喘擴穩以及靜子葉片表面邊界層流動控制的問題。

本發明一種多級軸流壓氣機靜子內引氣增效防喘擴穩裝置，其技術方案為：該裝置是由靜子、靜子葉片表面的吸氣槽(或吸氣孔)、在靜子葉片內部的引氣管和在靜子外機匣設置的集氣室構成。靜子是多級軸流壓氣機中的某個靜子葉片；吸氣槽(或吸氣孔)位于靜子的吸力面表面存在流動分離的相近區域，可以為一個或多個；引氣管位于靜子的葉片內部，是一個連通各個吸氣管的通氣管道；集氣室位于流道機匣外部，是靜子表面吸氣槽(或吸氣孔)抽吸小股低能氣流之后通過引氣管氣流匯集的腔室。吸氣槽(或吸氣孔)將靜子吸力面表面的低能流體吸入引氣管，并將其輸運至集氣室，經過混壓之后排出系統。該發明的核心在于將葉片表面邊界層流動控制與多級軸流壓氣機級間放氣的防喘擴穩措施融合為一體，綜合實現吸除低能流團增效，以及中間放氣防喘擴穩的作用。

其中，軸流壓氣機引氣和放氣是通過靜子表面局部區域開設吸氣孔或吸氣槽實現。

其中，靜子表面局部開設吸氣槽(或吸氣孔)實現引氣和放氣，與此同時，抑制靜子邊界層流動分離，提高靜子總壓恢復系數和壓氣機穩定裕度。

本發明一種多級軸流壓氣機靜子內引氣增效防喘擴穩裝置，其優點及功效在于：

1、易于加工，對結構設計要求不高。在靜子葉片表面開槽，以及在靜子葉片內部通引氣管對于當前的加工工藝水平來說都不難實現。

2、通過靜子葉片表面吸氣，實現邊界層流動控制，吸除低能流團提高氣動性能，同時多級壓氣機中間放氣實現防喘擴穩。

(四)附圖說明：

圖1靜子內引氣增效防喘擴穩裝置示意圖

圖2靜子內引氣增效防喘擴穩裝置三維實體示意圖

圖3大彎度葉柵

圖4大彎度葉柵尾緣吸氣網格示意圖

圖5原型葉柵內馬赫數等值線分布

圖6吸氣葉柵內馬赫數等值線分布

圖7A軸流壓氣機典型引氣裝置放氣活門打開示意圖

圖7B軸流壓氣機典型引氣裝置放氣活門關閉示意圖

圖中序號說明如下：

1、靜子????2、吸氣槽(或吸氣孔)????3、引氣管????4、集氣室

5、轉子????6、機匣????????????????7、放氣活門

(五)具體實施方式：