[發明專利]一種超聲速吸附式壓氣機串列靜子葉片

有效

• 申請號: 202110840561.2
• 申請日: 2021-07-24
• 公開（公告）號: CN113446261B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 曹志遠;郭偉;宋澄;王楚旋;高璽;張翔
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F04D29/38
• 分類號: F04D29/38;F04D29/66;F04D21/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種超聲速吸附式壓氣機串列靜子葉片，前排葉片與后排葉片一一對應組成多個串列靜子葉片。所述前排葉片的吸力面與壓力面之間開有抽吸腔，該抽吸腔沿葉片葉展方向貫通該以減弱流動分離現象，進行流動控制，通過該串列葉片以保證在提高負荷的條件下，產生較小的流動分離。葉片。在所述前排葉片的吸力面上有抽吸縫；所述抽吸縫為連續抽吸縫或間斷抽吸縫或間斷錯位抽吸縫。本發明提出的超聲速吸附式壓氣機串列靜子葉片葉柵通道內氣流經過激波后在抽吸以及串列葉片的流動控制技術二者耦合的作用下，流動分離區面積顯著減小，流動分離幾乎被完全消除。

技術領域

本發明涉及航空發動機壓氣機領域，具體為一種超聲速吸附式串列靜子葉片。

背景技術

隨著現代先進航空動力裝置的迅猛發展，大推重比發動機的需求日益迫切。高推重比發動機要求壓氣機在高壓比、高效率和寬裕度條件下工作，導致壓氣機的負荷不斷提高，高壓比使得壓氣機內部存在強逆壓梯度，因而控制強逆壓梯度作用下葉片吸力面的流動分離已成為壓氣機氣動研究需要考慮的重要因素。因此，在壓氣機轉速受到限制的條件下，發展新型流動控制方法已成為航空發動機壓氣機氣動設計的重要研究內容。

串列葉柵作為一種被動流動控制技術手段,U.K.Saha,與B.Roy在“ExperimentalInvestigations?on?Tandem?Compressor?Cascade?Performance?at?Low?Speeds”(《Experimental?Thermal?and?Fluid?Science》1997年版第3期第14卷)中、以及E.-G.Feindt在《Exact?Calculation?of?the?Flow?of?a?Staggered?Tandem?Cascade?withMoving?Second?Blade?Row》(《Archive?of?Applied?Mechanics》2001年第9期第71卷)中表示可以在航空發動機上采用串列葉柵的形式，即在同一級靜子葉片上采用前排葉片和后排葉片串列的形式減小流動分離現象。

附面層抽吸技術作為主動流動控制技術的一種，自1997年MIT的就J.L.Kerrebrock等人在《Proceedings?of?the?ASME?1997International?Gas?Turbineand?Aeroengine?Congress?and?Exhibition》1997年第1卷中的《Aspirated?Compressors》中最早提出了吸附式壓氣機的概念，附面層抽吸技術逐漸得到研究者的重視。MIT的AliMerchant在《Design?and?Analysis?of?Axial?Aspirated?Compressor?Stages》(《ThesisMassachusetts?Institute?of?Technology》1999年)中介紹的以其為主完成的單級吸附式跨聲速壓氣機使附面層抽吸技術成功得到了驗證。

國內對附面層抽吸技術的研究主要集中在葉柵的數值模擬方面，陳浮等人在《工程熱物理學報》2005年第2期中的《附面層吸除對壓氣機葉柵稠度特性影響》以及葛正威等人在《航空動力學報》2007年第8期中的《吸附式跨聲速壓氣機葉柵流場數值模擬》介紹了關于葉柵數值模擬方面的研究，研究表明吸附式葉柵對壓氣機的單級的質量影響較小，能夠有效提高航空發動機的推重比，同時需要指出，動葉抽氣會導致葉片強度方面的問題，而在靜葉上抽氣則不存在上述問題。

蘭發祥等人在《跨、超聲速吸附式壓氣機平面葉柵試驗》(《航空動力學報》2010年第5期)中分別對跨/超聲速吸附式壓氣機葉柵進行試驗研究，探究抽吸縫位置、抽吸流量、激波強度等對葉柵流場的影響，結果表明，最佳抽吸位置位于通道激波下游，且激波強度越大，抽吸效果越明顯。

曹志遠的博士學位論文《附面層抽吸對軸流壓氣機流動控制及性能影響的研究》中所設計的單級壓比超過4.5的壓氣機，在超聲速來流條件下，通過單排葉片實難實現擴壓和導流。

在申請號為202011316109.8的發明創造中公開了一種基于多孔的超聲速吸附式壓氣機葉片，通過在超聲速壓氣機葉片上進行多孔抽吸，減小流動分離現象。