[發(fā)明專利]一種非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810239449.8
• 申請(qǐng)日: 2008-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN101446303A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志平;袁巍;李茂義;陸亞鈞;周盛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F04D29/66
• 分類號(hào): F04D29/66;F04D29/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)用壓氣機(jī)的絕熱效率，同時(shí)壓氣機(jī)的總壓升和穩(wěn)定裕度也略有增加的非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器。

背景技術(shù)

目前，葉輪機(jī)械工業(yè)已成為了一個(gè)國民經(jīng)濟(jì)和軍事力量的支柱，在國家戰(zhàn)略中起著主導(dǎo)作用。但是該領(lǐng)域內(nèi)的人都知道，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)內(nèi)部存在著強(qiáng)烈和復(fù)雜的非定常流動(dòng)。一方面，轉(zhuǎn)/靜葉排的相互干擾形成了壓氣機(jī)內(nèi)特有的非定常性；另一方面，壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)還存在一定的非軸對(duì)稱特征和豐富的二次流。這種強(qiáng)烈而無序的非定常流動(dòng)極大地限制了壓氣機(jī)性能的進(jìn)一步提升。但是，隨著人們對(duì)非定常流動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)的逐步深入，已經(jīng)逐漸意識(shí)到非定常流動(dòng)中蘊(yùn)藏著豐富的潛能，因此，人們開始采取了很多方法控制和利用非定常潛能來提高壓氣機(jī)的性能。

在控制和利用壓氣機(jī)內(nèi)部的非定常潛能方面，國內(nèi)外工作者做了大量的研究工作。比如在壓氣機(jī)的外部或內(nèi)部施加合適頻率和幅值的聲激勵(lì)，一般來說內(nèi)部聲激勵(lì)從功率要求和激勵(lì)效果上要優(yōu)于外部聲激勵(lì)。人們還采用合成射流激勵(lì)也取得了一定的正效果。處理機(jī)匣可以大幅提高壓氣機(jī)喘振裕度，在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，北京航空航天大學(xué)的研究者們也發(fā)明了一種軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器。

但上述聲激勵(lì)和合成射流的方法在實(shí)際工程應(yīng)用上難度很大；處理機(jī)匣雖然能大幅提高壓氣機(jī)的喘振裕度，單它往往是以降低壓氣機(jī)的絕熱效率為代價(jià)的；軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器在實(shí)驗(yàn)中對(duì)壓氣機(jī)的總壓升、效率和失速裕度均略有提高，但是，其對(duì)壓氣機(jī)效率的提高仍很少。

因此，如何更有效地控制和利用壓氣機(jī)內(nèi)部的非定常流動(dòng)，設(shè)計(jì)出一種能夠產(chǎn)生多種頻率的激勵(lì)發(fā)生器，使它不僅能對(duì)主流區(qū)進(jìn)行更好地整流而且能對(duì)復(fù)雜的二次流進(jìn)行一定程度的整流，使流場(chǎng)更加有序，減少流動(dòng)損失和減輕葉背分離，在明顯提高壓氣機(jī)絕熱效率的同時(shí)，使得壓氣機(jī)的總壓升和失速裕度也略有提高。這種非定常多頻率激勵(lì)的尾流撞擊發(fā)生器成為本發(fā)明所追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

受到目前在外流方面的一些研究成果以及只能產(chǎn)生單頻率的軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器的的啟發(fā)，并針對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)的非定常流動(dòng)特點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種能產(chǎn)生多頻率激勵(lì)的非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器。其特征是在軸對(duì)稱尾流激勵(lì)發(fā)生器的基礎(chǔ)上去掉50％的進(jìn)口導(dǎo)流葉片。這種非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器包括：機(jī)匣、進(jìn)口直導(dǎo)流葉片和輪轂。進(jìn)口導(dǎo)流葉片的分布分為四個(gè)激勵(lì)區(qū)，四個(gè)激勵(lì)區(qū)和四個(gè)沒有導(dǎo)葉的緩沖區(qū)相間分布，每個(gè)激勵(lì)區(qū)的葉片數(shù)為軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器總?cè)~片數(shù)的12.5％。

這種非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器是在軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)發(fā)明的。首先對(duì)軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1方案A所示，軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器是沿周向均勻分布若干個(gè)導(dǎo)流葉片。導(dǎo)流葉片的個(gè)數(shù)的確定方法為：首先用實(shí)驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算的方法確定某一轉(zhuǎn)速n時(shí)轉(zhuǎn)子葉片的旋渦脫落頻率f_shed，則由式(1)可得到IGV(進(jìn)口導(dǎo)流葉片)的個(gè)數(shù)：

在設(shè)計(jì)好的軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器上分區(qū)地取下50％的導(dǎo)流葉片，具體如圖2方案B所示。方案B中，在激勵(lì)區(qū)，下游流場(chǎng)能感受到連續(xù)的尾跡虧損，而在緩沖區(qū)，下游流場(chǎng)則不能感受到尾跡虧損。尾跡信號(hào)的這種從有到無，再從無到有的轉(zhuǎn)變過程，就是一個(gè)典型的低頻方波激勵(lì)信號(hào)，這是軸對(duì)稱尾流撞擊方案所不能提供的。此外，在激勵(lì)區(qū)，轉(zhuǎn)子流場(chǎng)還會(huì)感受到多個(gè)尾跡連續(xù)經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的高頻率的尾流激勵(lì)信號(hào)。而這個(gè)高頻激勵(lì)信號(hào)就是軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器能對(duì)下游流場(chǎng)產(chǎn)生耦合激勵(lì)頻率。

從非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器對(duì)壓氣機(jī)流場(chǎng)的非定常激勵(lì)頻率分析，可以知道本發(fā)明所述的非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器對(duì)壓氣機(jī)流場(chǎng)的激勵(lì)是多頻率的，而軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的尾流撞擊發(fā)生器對(duì)壓氣機(jī)流場(chǎng)的激勵(lì)頻率為單一頻率。因此，本發(fā)明所述的非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器相對(duì)軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器來說，具有不同的非定常作用機(jī)理。

這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)簹鈾C(jī)主流區(qū)及端壁區(qū)二次流產(chǎn)生明顯的非定常激勵(lì)整流作用，使得流場(chǎng)變得更為有序，而且本發(fā)明相對(duì)于軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器也減少了50％的進(jìn)口導(dǎo)葉，也就減少了堵塞和損失，因而能取得與軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器不同的效果，使壓氣機(jī)絕熱效率明顯提高的同時(shí)，也使得壓氣機(jī)的總壓升和失速裕度略有提高。

附圖說明

圖1為軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器(方案A)示意圖；

圖2為非軸對(duì)稱尾流撞擊發(fā)生器方案B示意圖；

圖3尾流撞擊方案A和B對(duì)壓氣機(jī)效率特性的影響；

圖4尾流撞擊方案A和B對(duì)壓氣機(jī)總壓升特性的影響；

圖5為軸對(duì)稱尾流撞擊方案A激勵(lì)頻譜；