[發明專利]一種能提高軸流式壓氣機性能的轉子/可控靜子運動機構

有效

• 申請號: 201210140666.8
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102644609A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 孫曉峰;杜林;李磊;王曉宇;張偉光;侯薇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D19/00
• 分類號: F04D19/00;F04D29/26
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及一種能提高軸流式壓氣機性能的轉子/可控靜子運動機構，它是一種包含轉子/可控靜子運動機構，具體的說就是靜子葉片根據相鄰轉子葉片排隨主軸轉動的情況，實時做一定頻率、振幅的往復擺動。屬于航空發動機技術領域。

背景技術

軸流式壓氣機作為一種對氣體做功從而提高其壓力及流速的裝置，廣泛應用于航空發動機、地面燃氣輪機、船用動力裝置等等。隨著航空工業的不斷發展，對航空發動機推重比的要求和整體性能要求不斷提高，作為航空發動機三大核心部件之一的壓氣機需要提供更高的壓比，即更大的做功能力。

目前壓氣機設計都基于定常升力機制，設計過程中盡力避免流動分離和葉片升力的非定常波動。為了獲得更大的做功能力，通常會盡量提高轉子的轉動速度以獲得更大的升力系數。在實際工作中由于轉子葉片葉尖速度的不斷提高往往導致激波的出現，從而造成激波損失，也會對設計帶來許多困難。因此，采用目前傳統轉子/靜子的運動機構設計的軸流壓氣機的做功能力要進一步提高十分困難。

發明內容

為了進一步提高壓氣機系統的做功能力，本發明提供了一種能提高軸流式壓氣機性能的轉子/可控靜子運動機構，以此利用轉子/可控靜子之間的相對運動產生非定常升力，從而大幅度提高壓氣機做功性能。

本發明的技術方案是：本發明一種能提高軸流式壓氣機性能的轉子/可控靜子運動機構，包含由主軸帶動的轉子葉片排和以預定頻率、振幅繞自身徑向軸周期性擺動的可控靜子葉片排，它們之間的位置連接關系是：轉子按傳統壓氣機的結構轉動，轉子葉片相對后排靜子葉片的位置由測量反饋系統提供，根據轉子葉片相對后排可控靜子葉片的位置，實時的通過驅動裝置控制靜子葉片不斷的以預定的振幅擺動，與掠過它的轉子葉片產生相互作用，提高載荷。

所述轉子葉片排是通常所采用的壓氣機轉子葉片；

所述可控靜子葉片排是通常所采用的壓氣機靜子葉片，主要特點在于它可以在驅動裝置的作用下，繞其徑向軸做預定幅度的周期性往復擺動；

其中，可控靜子葉片排周期性擺動的頻率范圍是300到2000之間；

其中，可控靜子葉片排周期性擺動的幅度范圍是在正負10度之間。

靜子葉片的擺動動力由主軸通過齒輪、萬向節和凸輪等作為傳動裝置提供，也可通過對靜子葉片加裝步進電機提供。這種機構相對轉子/固定靜子的機構，可以通過轉子和可控靜子之間的相對運動產生非定常力，從而提高轉子葉片的做功能力，增加整個壓氣機系統的壓升系數和壓比。進一步地，可控靜子的擺動頻率、振幅都應根據轉子的轉動情況和實際需要設定。可控靜子相對轉子葉片的擺動相位必須經過優化，實現轉子和可控靜子之間形成附著在葉片表面的非定常渦以生產非定常升力，這對于整體性能的提高尤為重要。

采用以上技術方案，本發明的有益效果是：可以通過轉子/可控靜子之間的配合運動，在轉子葉片產生較高的非定常升力，其平均值會大于靜子固定情況下的結果。轉子升力系數的提高意味著壓氣機系統做功能力的增強，出口氣體的總壓升會增加。而相對傳統的轉子/固定靜子軸流壓氣機系統，本發明提出的轉子/可控靜子運動機構不會增加壓氣機設計的長度和體積，而又能產生更高的做功能力。本發明的可控靜子的擺動幅度只在正負10度以內，靜子的擺動本身只需很小的能量，也不會帶來過多的損失。

附圖說明

圖1本發明轉子/可控靜子機構運動示意圖

圖中y為周向方向，x為軸向方向，u為轉子轉動的周向速度，ω為可控靜子的擺動角頻率，第一排為轉子葉片，第二排為可控靜子。

圖2以主軸作為動力源，齒輪傳動機構作為傳動裝置的轉子/可控靜子機構示意圖

圖中1、進口導葉，2、轉子，3、靜子，4、齒輪組，5、驅動裝置，6、主軸。

圖3以步進電機作為靜子擺動動力源的裝置示意圖

圖4在可控靜子作用下轉子葉片升力系數的變化結果示意圖

圖5在可控靜子配合作用下，在不同流量系數的情況下總壓升系數的提高示意圖

具體實施方式