[發明專利]一種減小旋轉螺栓風阻的導向器結構

有效

• 申請號: 201910745964.1
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110529194B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 丁水汀;邱天;高自強;劉傳凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F01D9/00
• 分類號: F01D9/00;F02C7/18
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明公開一種減小旋轉螺栓風阻的導向器結構，在冷卻空氣通過的轉靜系盤腔內設計板狀導向器，導向器上端與封嚴環末端間相接，導向器與篦齒盤盤面相對的一側底部為螺栓遮擋面，用于遮擋篦齒盤螺栓；其余為導向面，用于改變氣流方向。當氣流經篦齒盤上方篦齒流入，由導向器導向面使氣流轉向，沿徑向流動；氣流轉向后由于哥氏力作用，使篦齒盤螺栓周圍的氣體周向加速，減小了氣體與篦齒盤螺栓的相對速度，使篦齒盤螺栓與氣流間的相互作用減弱，減小了帶動篦齒盤螺栓攪拌氣體所浪費的軸功，同時減小了由于篦齒盤螺栓做功導致篦齒盤螺栓表面溫度急劇增大的負面影響。

技術領域

本發明屬于航空發動機空氣系統結構優化領域，涉及一種用于減小螺栓旋轉風阻，降低渦輪前溫度的導向器結構。

背景技術

航空發動機現在己成為一個國家的科技水平、工業水平和軍事實力的重要標志之一。目前世界上比較先進的航空發動機，其渦輪前溫度一般都要高于1600℃，超過了大部分現有材料的耐溫極限。提高航空燃氣渦輪發動機的單位推力和循環熱效率，應在充分考慮渦輪葉片的材料、冷卻空氣量及渦輪葉片的壽命等條件的前提下，盡可能提高渦輪前溫度。為了解決高渦輪前溫度與材料耐溫極限間的矛盾，一方面可以通過降低冷卻氣體的損耗，進行合理有效的冷卻來保護葉片，另一方面可以通過提高渦輪功效率，在產生同樣的推力下降低渦輪前溫度。

在內部空氣系統的冷卻過程中，來自風扇和壓氣機的冷卻空氣在流過發動機轉靜系盤腔內的旋轉和固定表面時，會由于粘性的耗散而產生風阻。冷卻氣體在流動過程中與旋轉螺栓相互作用，一方面消耗了旋轉件的軸功，另一方面由于黏性耗散使得冷卻氣體的溫度升高，這種現象稱為風阻。轉靜系盤腔內突出的螺栓是風阻產生的重要原因，也是高溫集中的主要區域。由于溫度過高，轉靜系盤腔內旋轉螺栓可能會超過材料自身的耐溫極限，影響發動機安全；同時，轉靜系盤腔螺栓的風阻會造成軸功效率下降，導致渦輪效率降低，渦輪前溫度升高。既不利于提高發動機推力也不利于發動機高溫部件冷卻，所以設計合理的新型結構降低風阻帶來的不利影響對于提高發動機性能和安全性有重要意義。

發明內容

針對上述問題，本發明公開一種減小旋轉螺栓風阻的導向器結構，在結構設計方面，加入一種導向器結構，具體為在冷卻空氣通過的轉靜系盤腔內設置一個導向器，為板狀結構，上端與封嚴環末端間相接。導向器與篦齒盤盤面相對的一側底部為螺栓遮擋面，用于遮擋篦齒盤螺栓；其余為導向面，用于改變氣流方向；

由此在轉靜系盤腔中使流過篦齒的氣體經擋板發生氣流轉向，沿徑向流動。在流動過程中，螺栓周圍氣流受到哥氏力作用產生較明顯的周向加速，減小了氣體與旋轉螺栓的相對速度，使螺栓與氣流間的相互作用明顯減弱，極大地減小了帶動螺栓攪拌氣體所浪費的軸功，同時也減小了由于螺栓做功導致螺栓表面溫度急劇增大的負面影響。

本發明的優點在于：

1、本發明導向器結構，可以周向加速氣流，有助于減弱旋轉螺栓與氣體之間的相互作用，減小軸功消耗，在產生同樣的單位推力下可以降低渦輪前溫度，提高發動機性能；

2、本發明導向器結構，可以減小由于旋轉螺栓與氣體間的摩擦所產生的熱量，降低冷卻氣流的溫度，有助于對于渦輪盤及渦輪葉片的高效冷卻。

3、本發明導向器結構，與原結構相比，降低風阻效果更強，渦輪前降溫效果更明顯，經實驗驗證幾乎降低了70％的效果。

附圖說明

圖1為轉靜系盤腔冷卻氣體流動示意圖。

圖2為本發明導向器的結構及安裝位置示意圖。

圖3為本發明導向器適應平面篦齒盤盤面時結構示意圖；

圖4為本發明導向器適應曲面篦齒盤盤面時結構示意圖；

圖5為本發明導向器可拆分結構設計示意圖。

圖中：