[發明專利]一種轉靜葉聯合自適應調節的多級軸流壓氣機

有效

• 申請號: 201710605464.9
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107165864B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 陸利蓬;唐雨萌;柳陽威;王鳴
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F04D29/54;F04D29/08;F04D27/00;F04D19/02
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本發明涉及多級軸流壓氣機，公開了一種轉靜葉聯合調節的多級軸流壓氣機，包括目標轉子葉片、下游靜子葉片、下游靜子葉片輪盤、目標轉子葉片輪盤及與發動機軸同步旋轉的轉子輪盤引流腔結構；通過射流氣體導流腔中導向葉片使得引流氣體具有與轉子相同的牽連速度，并進一步通過射流槽分別作用于目標轉子葉片端區及葉尖。根據多級壓氣機逐級加壓的特點，在下游靜子組合抽吸槽與目標轉子端區及葉尖形成自適應的抽吸及附壁射流，有效抑制了多級壓氣機轉靜子三維角區分離流動，改善了轉子葉尖泄漏流動，有效防止了由于三維角區分離及葉尖處前緣溢流、尾緣反流造成的旋轉失速，增強了目標轉子的旋轉穩定性，提高了裕度，拓寬了壓氣機的穩定工作工況范圍。

技術領域

本發明涉及多級軸流壓氣機領域，特別涉及一種轉靜葉聯合自適應調節的多級軸流壓氣機。

背景技術

壓氣機是航空燃氣渦輪發動機的核心組成部件，由多級轉子和靜子順序交錯排列組成，其功用是提高氣體壓升；在壓氣機內部的流動中，由于流動空間小，流體所承受的逆壓梯度作用強，具有復雜的渦系結構；位于靜子端區的角區分離結構及位于轉子葉尖的泄漏流結構是壓氣機內部主要的二次流結構，是壓氣機內部流動損失和堵塞的主要來源，對壓氣機的壓比、效率、裕度等性能具有至關重要的影響，嚴重時會引起壓氣機的失速和喘振，帶來災難性后果；經過幾十年的研究，眾多科研工作者們已經對壓氣機角區分離流動及葉尖泄漏流動有了較深的認識，但由于其空間的局限性，流動的復雜性，目前還未能很好地根據已有的研究結果實現壓氣機內流動的有效控制；尤其是充分利用壓氣機內流動逐級增壓的特點，通過某種自循環調節機構，同時利用并改善不利于性能的流動結構，達到改善壓氣機性能的目的。

對壓氣機轉靜子端區而言，三維角區分離/失速所造成的流動擁堵使得壓氣機性能急劇下降；現代航空發動機的發展對壓氣機性能提出了更高要求，尤其是單級負荷的增大以及更寬的有效工作范圍；然而隨著壓氣機負荷的增大，三維角區分離程度急劇增大，有效工作攻角范圍急劇縮減；目前，針對壓氣機轉靜子葉片三維角區分離與失速的流動控制技術，從是否額外引入能量，可以分為主動控制技術和被動控制技術兩大類：主動控制技術主要有等離子體激勵，附面層吹吸技術、合成射流等；被動控制技術主要有旋渦發生器、翼刀、端壁造型等；主動控制技術中附面層抽吸技術具有適應范圍廣，收益明顯的特點，但需要額外引入能量，不易于工程實現；現有的傳統被動控制技術，不具有自適應性，有效工作的工況范圍往往有限，未能解決工程上下一代高負荷壓氣機角區分離的問題。

對壓氣機轉子葉尖而言，葉尖泄漏流動對壓氣機的穩定工作狀態有著重要影響，轉子葉尖前緣溢流及尾緣反流是壓氣機發生失速的兩個先兆，通過在轉子葉尖合理引入射流，可有效改善轉子葉尖的泄漏流動，提高轉子的失速裕度，起到較好的擴穩效果；傳統的轉子葉尖吹氣技術多是主動控制，需額外引入能量，不利于工程實現；亦有采用自流通機匣的方案，但其射流出口沿周向間歇性陣列分布，無法形成周向均勻的射流，對旋轉穩定性造成干擾。

研究手段的進步使得現代研究者們對壓氣機內部流動機理及性能特征的認識逐漸提升，其設計思路也對應發生了重大變化；壓氣機的研究出現了由局部單排甚至單個葉片/葉型的研究向全局多排葉片研究的轉變，由孤立關注單排葉片設計工況性能到關注全局匹配后有效工況及性能特點的轉變；因此，充分利用壓氣機逐級增壓的流動特點，實現不同級間的自適應流場調控，是改善壓氣機流場結構，提升新一代高負荷壓氣機性能的一大策略。

發明內容

(一)待解決的技術問題