[發明專利]利用導流葉片抑制過渡段內流動分離的方法

有效

• 申請號: 200810239450.0
• 申請日: 2008-12-10
• 公開（公告）號: CN101424228A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 李紹斌;侯安平;闕曉斌;陸亞鈞;周盛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F02K3/04
• 分類號: F02K3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

一種利用導流葉片抑制小涵道比航空渦輪風扇發動機壓縮系統過渡段內流動分離的方法，該發明可有效減小航空發動機風扇與高壓壓氣機之間過渡段的長度。

背景技術

渦輪風扇發動機是現代航空發動機的主流，而小涵道比渦扇發動機是軍用發動機的主流。而幾乎所有的小涵道比渦扇的風扇出口及高壓進口之間都存在著過渡段。而隨著對航空發動機推重比要求的逐步提高。減小過渡段的長度能有效提高渦扇發動機的緊湊程度，提高其推重比。

近年來，渦扇發動機過渡段引起了大家的重視，但研究集中于大涵道比民用發動機。例如，2004年歐洲啟動了針對大涵道比發動機的高負荷過渡段氣動研究計劃，其目標是將過渡段長度減小20％或在過渡段長度不變的情況下增加20％高低壓之間的落差或增加20％過渡段的擴張率。而小涵道比渦扇發動機的過渡段與大涵道比渦扇發動機的過渡段相比，其過渡段的設計更為陡峭，更容易在過渡段的內壁面產生流動分離。而過渡段是連接風扇與高壓壓氣機的重要部件，其流動的好壞將影響到下游高壓壓氣機的性能，同時也會與上游風扇之間產生干涉，影響風扇的性能。因此，如何在實現過渡段長度縮短的同時又保證過渡段內的流動性能不下降具有重要的工程應用價值，也是設計者們所追求的目標之一。

過渡段內壁面容易產生分離，主要是由于其沿著流向存在較大的逆壓力梯度。在內壁面第一個彎道處，凸曲率使該處壓力值降低，而其后壓力則逐漸增加，在第二彎道處的凹曲率又使壓力增至最大，因此在內壁面第一個彎道之間存在著較大的壓差，具有較大的逆壓力梯度。

而目前用于縮短過渡段長度的方法主要為引入原本使用與飛機機翼的渦流器。在過渡段內壁面布置渦流器可以將能量較高的主流區域的流動卷入趨于分離的過渡段內壁面低能附面層中，從而抑制過渡段的分離。該方法在抑制過渡段內流動分離的同時，引入了額外的損失，同時引入附加部件，增加了系統復雜性，同時也增加發動機的重量。

發明內容

一種抑制小涵道比航空渦輪風扇發動機壓縮系統(見圖1)過渡段內流動分離的方法。該發明將導流葉片置于壓氣機過渡段內壁第一個彎道處(見圖2)，利用葉片對過渡段內壁面附近流體的徑向力抑制過渡段的流動分離。通過改變傳統葉片的徑向積疊線，使葉片積疊線與徑向線在周向上呈一定的夾角(見圖3)，即使葉片壓力面向內壁面傾斜，這樣葉片將對過渡段流道的內壁面施加徑向力，從而產生與葉片力相反的壓力梯度，該壓力梯度可以部分或完全抵消由過渡段內壁面流道彎曲而形成的壓力梯度，因此，可有效提高過渡段內彎道處的壓力值，從而減小過渡段內壁沿流向的壓力梯度(見圖4)，大大降低過渡段內流動分離的風險。葉片積疊線與徑向線在周向上的夾角是該發明的關鍵參數，通過調節該參數可以控制彎道附近壓力值的大小。由于導流葉片積疊線與徑向線的夾角過大時，導流葉片內將產生較為嚴重的徑向流動，影響導流葉片的流動性能，因此，出于對過渡段流動及導流葉片內流動兩者的折衷考慮，本發明中將該角度的上限值設為40°。同時，若過渡段最大曲率位置過于接近導流葉片的前緣或尾緣時，將使葉片對彎道的包裹程度不足，從而影響控制分離的效果，因此，本發明進一步限定導流葉片的位置，使過渡段第一個彎道的最大曲率點位于距導流葉片前緣0.2～0.8倍導流葉片軸向弦長處。

由于該方法可以抑制過渡段內流動分離，因此可以增大過渡段的彎曲程度，減小過渡段長度。同時，該方法將導流葉片放置于過渡段內也有效利用了過渡段空間，其效益相當可觀的。預計采用該方法后過渡段長度可縮短約20％，從而使發動機推重比提高約1％。

附圖說明

圖1是本發明所適用的小涵道比航空渦輪風扇發動機壓縮系統流路簡圖。

圖2是本發明的過渡段結構示意圖。

圖3是本發明的導流葉片的A-A向視圖。

圖4是適用本發明前后過渡段內壁面壓力分布的對比圖。

圖中：1.過渡段內壁面??2.過渡段機匣3.導流葉片??4.承力支板??5.分流環

具體實施方式

為更清楚地描述本發明，本具體實施方式以一個抑制過渡段內流動分離的方法為例，結合附圖對本發明作進一步的說明。

首先是確定導流葉片的安裝位置。本例中，過渡段結構見圖2，過渡段的總長度為0.35m，導流葉片的軸向弦長為0.06m。過渡段第一個彎道的最大曲率位于離過渡段進口0.064m處，使其位于距導流葉片前緣0.6倍軸向弦長位置，則導流葉片前緣位于離過渡段進口0.04m的位置，尾緣位于離過渡段進口0.1m處。