[發明專利]一種渦輪風扇發動機箍環風扇冷卻系統

有效

• 申請號: 202010789696.6
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN112049823B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 李傳鵬;鄒如萍;胡駿;阮立群;彭寧航;陳斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/58
• 分類號: F04D29/58;F04D29/32;F04D29/38;F01D25/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明公開了一種渦輪風扇發動機箍環風扇冷卻系統，包含套筒和離心壓氣機。本發明利用風扇主軸上的微小型離心壓氣機將徑向間隙的氣流從箍環、風扇葉片、輪轂抽出來，增壓后排進增壓級后的主流流道中。吸走的間隙氣流能夠將熱量帶走，從而避免機匣與高速運動的箍環之間間隙的氣流摩擦熱積聚而形成高溫。

技術領域

本發明涉及航空發動機設計領域，尤其是渦輪風扇發動機中的風扇/壓氣機系統，具體涉及一種渦輪風扇發動機箍環風扇冷卻系統。

背景技術

對于民用客機和運輸機而言，往往使用大涵道比的渦扇發動機。但是對于風扇而言，葉片長度的增加會帶來強度的下降，所以在保證重量的不大幅增加的前提下，保證風扇的強度是設計者需要考慮的問題。此外，在渦扇發動機的運行過程中，在葉尖發生失速是對風扇造成重大威脅的因素之一，這會使得風扇葉片發生振動，容易使葉片折斷。

葉尖失速的一個重要原因就是葉尖泄漏流的影響。由于葉片與發動機機匣存在相對運動，因此需要葉片在葉尖處留有一定的間隙，而氣體在葉片兩側的壓力差驅動下會翻過葉片，從而產生了葉尖泄漏流。葉尖泄漏是誘發葉尖附近失速的重要原因。

對于渦扇發動機中的風扇葉片強度和葉尖泄漏這兩個問題，研究人員想出了使用箍環將整個風扇葉排連接起來的方法。使用箍環可以阻止氣體翻過葉尖間隙，并且能增加葉片的強度，減少共振。但使用箍環風扇也帶來了一些問題，例如鼓風熱。中國開展箍環風扇的研究非常早，在1994年，中國燃氣渦輪研究院開展了帶箍環的高性能風扇研究，設計出的箍環風扇性能超過了美國當時的預研風扇指標。

在風扇葉排使用箍環后，風扇葉尖與機匣的間隙變為箍環與機匣之間的間隙，在風扇高速旋轉過程中，由于壁面處的氣體的速度與壁面相同，箍環表面的氣體隨著箍環一起高速運動，機匣表面的氣體與機匣一起保持靜止，而且箍環與機匣的間隙十分小，所以氣體之間的相對運動會產生大量的熱量，即鼓風熱。在航空發動機中，為了減輕發動機的重量，機匣大量使用復合材料。因此，在箍環與機匣的縫隙處由于鼓風熱堆積大量熱量時，機匣處的復合材料會融化甚至燃燒，從而造成發動機事故。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種渦輪風扇發動機箍環風扇冷卻系統。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種渦輪風扇發動機箍環風扇冷卻系統，所述箍環風扇包括主軸、輪轂、若干風扇葉片和箍環，所述輪轂固定在主軸上；所述若干風扇葉片周向均勻的設置在所述輪轂和箍環之間，風扇葉片的根部和輪轂密閉固連、尖部和箍環內側密閉固連；所述箍環和發動機的機匣之間留有空隙；

所述渦輪風扇發動機箍環風扇冷卻系統還包含套筒和離心壓氣機；

所述風扇葉片內設有貫穿其根部和尖部的通道；

所述輪轂呈空心狀，其內設有空腔，且輪轂上設有用于用于和各個風扇葉片根部通道相聯通的通孔；

所述箍環為空心環狀結構，其面對機匣的一側周向均勻設有若干通孔，使得箍環與機匣之間的間隙和箍環內部的空腔相聯通、氣體能夠從箍環與機匣間隙流入箍環空腔；所述箍環上還設有用于和各個風扇葉片尖部通道相聯通的通孔；

所述離心壓氣機固定在發動機中、和主軸同軸，離心壓氣機的輸出口和發動機增壓級后的管道相聯通；

所述套筒套在所述主軸外、和主軸同軸，套筒一端和所述輪轂密閉固定相連、另一端和所述離心壓氣機的輸入口通過軸承轉動相連，且所述輪轂上周向設有若干用于與套筒和主軸形成的通道相聯通的通孔；

所述離心壓氣機用于利用離心力將箍環與機匣徑向間隙的氣流依次通過箍環、風扇葉片的通道、輪轂抽出后加壓排入發動機增壓級后的管道，以降低箍環與機匣間隙處的溫度。