專利名稱：渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其涉及該發(fā)動(dòng)機(jī)的 功率提升方法。
背景技術(shù)：
具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)輸機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的功能是將高溫燃?xì)獾臒崮芎蛪毫?能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，用于帶動(dòng)壓氣機(jī)、螺旋槳和附件工作。燃?xì)饬鬟^環(huán)形的渦輪導(dǎo)向葉片及渦 輪工作葉片所形成的通道，實(shí)現(xiàn)燃?xì)獾呐蛎涀龉^程。渦輪所發(fā)出的功約有66%供帶動(dòng)壓 氣機(jī)，其余34%供給傳動(dòng)附件和螺旋槳。三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪包括第1級(jí)導(dǎo)向葉片、第1級(jí)工作葉片、第2級(jí)導(dǎo)向葉片、第 2級(jí)工作葉片、第3級(jí)導(dǎo)向葉片和第3級(jí)工作葉片，渦輪的做功原理如圖1所示，在圖1中， 各符號(hào)表示的含義如下C為絕對(duì)速度；T為溫度；P為壓力；U為切線速度，W為角速度。各 符號(hào)的角標(biāo)1表示導(dǎo)向葉片進(jìn)口，角標(biāo)2表示導(dǎo)向葉片出口、工作葉片進(jìn)口，角標(biāo)3表示工 作葉片出口。對(duì)于三級(jí)軸流反應(yīng)渦輪來說，從燃燒室流出的速度為Cl、壓力為Pl和溫度為Tl的 燃?xì)饨?jīng)過導(dǎo)向葉片的收斂形葉柵通道膨脹后，速度由Cl增至C2，溫度和壓力分別降至T2和 P2。燃?xì)怆m對(duì)導(dǎo)向器不做功，但因有摩擦和散熱損失從而使經(jīng)過導(dǎo)向器后的燃?xì)馑哂械?總能量略有減少。氣流沿導(dǎo)向葉片所構(gòu)成的通道方向，進(jìn)入具有切線速度U的渦輪工作葉片組成的 收斂形通道后，繼續(xù)膨脹，到流出工作葉片時(shí)，壓力從P2降到P3，同時(shí)氣流相對(duì)于工作葉片 的速度W2提高到W3，方向也有改變，但絕對(duì)速度C2卻因做功而降為C3，溫度也由T2降至 T3。氣流從前一級(jí)工作葉片流出而進(jìn)入后一級(jí)導(dǎo)向葉片，又重復(fù)上述作功過程。因?yàn)闅饬髦鸺?jí)膨脹，而又要保證氣流的絕對(duì)速度沿氣流通道變化不大，以減少損 失，由于是亞音速渦輪，根據(jù)氣體力學(xué)原理，為把燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能，因而葉柵通道 逐漸收斂而氣流通道沿出口方向逐漸擴(kuò)大。為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛當(dāng)量功率的小幅提升例如提升20%的要求，需要對(duì)渦槳性航 空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，然而如何對(duì)該類發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)未見相關(guān)研究和報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功 率提升方法，以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛當(dāng)量功率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的高原起動(dòng)性能。為此，本發(fā)明提供了一種具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提 升方法，包括以下步驟在保持發(fā)動(dòng)機(jī)安裝接口、工作轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)規(guī)律基本不變的情況下， 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的 升后的起飛當(dāng)量功率，重新確定渦輪的燃?xì)饬髁?；通過減少渦輪的第1級(jí) 導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角來增加渦輪的流通能力，以滿足對(duì)重新確定的燃?xì)饬髁康囊?；以及?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)，并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)渦輪 的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角進(jìn)行修正，直至滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的工作 氣動(dòng)穩(wěn)定性要求。進(jìn)一步地，上述功率提升方法還包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)的步驟。進(jìn)一步地，上述功率提升方法還包括改進(jìn)主燃油噴嘴的結(jié)構(gòu)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流 量加大后的燃燒室出口溫度場與改進(jìn)前基本一致的步驟。進(jìn)一步地，上述第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角減小1. 5°，第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角減 小1°。進(jìn)一步地，上述渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片和第2級(jí)渦輪導(dǎo)向葉片的材料均為高溫合 金 K423A。進(jìn)一步地，上述渦輪的第1級(jí)工作葉片和第2級(jí)工作葉片的材料均為定向結(jié)晶高 溫合金DZ22B，第3級(jí)工作葉片的材料為鎳基高溫合金GH4133B。根據(jù)本發(fā)明的功率提升方法，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)安裝接口、工作轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)規(guī)律基本 不變的前提下，通過減小渦輪第1級(jí)導(dǎo)向葉片和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角，增大了渦輪的流 通能力，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)起飛當(dāng)量功率在提升后對(duì)燃?xì)饬髁康囊?，如此，在最大燃油流量?高的情況下，可使發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛當(dāng)量功率得以小幅提升，進(jìn)而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的高原起動(dòng)性能。除了上面所描述的目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明具有的其它目的、特征、和優(yōu) 點(diǎn)，將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


構(gòu)成本說明書的一部分、用于進(jìn)一步理解本發(fā)明的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。圖中圖1示出了具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪的做功原理圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的 各級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角的示意圖；以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 提升方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪 各級(jí)導(dǎo)向葉片安裝角的示意圖，該圖是渦輪導(dǎo)向葉片安裝角的慣常表示方法，其中，標(biāo)號(hào)13 指的是導(dǎo)向葉片安裝緣板，標(biāo)號(hào)11指的是導(dǎo)向葉片本體，a為導(dǎo)向葉片的安裝角。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 提升方法的流程圖。如圖3所示，該功率提升方法包括以下步驟在保持發(fā)動(dòng)機(jī)安裝接口、 工作轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)規(guī)律基本不變的情況下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的提升后的起飛當(dāng)量功率，重新確定 渦輪的燃?xì)饬髁?；通過減少渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角來 增加渦輪的流通能力，以滿足對(duì)重新確定的燃?xì)饬髁康囊?；以及?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)，并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的 安裝角進(jìn)行修正，直至滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性要求。其中，第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角的減小量和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角的減小量預(yù) 先根據(jù)程序計(jì)算獲得，之后通過發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性試驗(yàn)加以驗(yàn)證，以確定該安裝角 的減小量是否能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性要求，若不滿足氣動(dòng)穩(wěn)定性要求，則對(duì)安 裝角的減小量進(jìn)行修正，重新進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性試驗(yàn)，直至其滿足氣動(dòng)穩(wěn)定性 要求。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性試驗(yàn)是一種常規(guī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，其試驗(yàn)大綱可由本 領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)具體型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)來編制。上述功率提升方法還包括改進(jìn)主燃油噴嘴的結(jié)構(gòu)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量加大后的 燃燒室出口溫度場與改進(jìn)前基本一致的步驟。上述功率提升方法還包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)的步驟。根據(jù)分析，發(fā)現(xiàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)包括導(dǎo)向葉片和工作葉片，其改進(jìn)措施包括應(yīng)用新材料、在葉片的葉身 上增加涂層保護(hù)例如增加耐磨層、榫頭噴丸等措施提高葉片的耐高溫能力和零件的使用可靠性?？紤]到三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性的要求和減少 反復(fù)修正第1級(jí)導(dǎo)向葉片和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角的次數(shù)，上述第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝 角的減小量優(yōu)選為1.5°，上述第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角的減小量優(yōu)選為Γ。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的功率提升方法而改進(jìn)的某型渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)安裝 接口、工作轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)規(guī)律基本不變的前提下，渦輪第1級(jí)導(dǎo)向葉片安裝角減小了 1.5度， 第2級(jí)渦輪導(dǎo)向葉片的安裝角減小了 1度，渦輪的流通能力提高了，同時(shí)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工作氣 動(dòng)穩(wěn)定性要求。在發(fā)動(dòng)機(jī)起飛當(dāng)量功率從3125kW提高到3750kW的要求下，確定渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的最 大燃油流量從1030kg/h增加至1200kg/h，渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟葟?065K提高至1160K。上述渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的材料均優(yōu)選為高溫合金K423A，替 代原先的高溫合金K403，以改善導(dǎo)向葉片的耐高溫性能。上述渦輪的第1級(jí)工作葉片和第2級(jí)工作葉片的材料優(yōu)選為定向結(jié)晶高溫合金 DZ22B,替代原先的高溫合金K403，第3級(jí)工作葉片的材料優(yōu)選為鎳基高溫合金GH4133B，代 替原先的高溫合金GH4033，以改善工作葉片的耐高溫性能。通過以上描述可以看出，根據(jù)本發(fā)明的功率提升方法，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)安裝接口、工 作轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)規(guī)律基本不變的前提下，通過改變渦輪導(dǎo)向葉片的安裝角，增大了燃?xì)饬髁浚?如此，在最大燃油流量提高的情況下，可使得發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛當(dāng)量功率得以小幅提升。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法，其特征在于，包括以下步驟在保持發(fā)動(dòng)機(jī)安裝接口、工作轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)規(guī)律基本不變的情況下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的提升后的起飛當(dāng)量功率，重新確定渦輪的燃?xì)饬髁?；通過減少渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角來增加渦輪的流通能力，以滿足對(duì)重新確定的燃?xì)饬髁康囊?；以及?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)，并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)所述渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角進(jìn)行修正，直至發(fā)動(dòng)機(jī)滿足工作氣動(dòng)穩(wěn)定性要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法，其特征在于，還包括對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法，其特征在于，還包括改 進(jìn)主燃油噴嘴的結(jié)構(gòu)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量加大后的燃燒室出口溫度場與改進(jìn)前基本一致 的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法，其特征在于，所述渦輪 的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角減小1.5°，所述第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角減小Γ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法，其特征在于，所述渦輪 的第1級(jí)導(dǎo)向葉片和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的材料均為高溫合金Κ423Α。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法，其特征在于，所述渦輪 的第1級(jí)工作葉片和第2級(jí)工作葉片的材料均為定向結(jié)晶高溫合金DZ22B，第3級(jí)工作葉片 的材料為鎳基高溫合金GH4133B。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有三級(jí)軸流反應(yīng)式渦輪的渦槳型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升方法，包括以下步驟在保持發(fā)動(dòng)機(jī)安裝接口、工作轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)規(guī)律基本不變的情況下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的提升后的起飛當(dāng)量功率，確定渦輪的燃?xì)饬髁?；通過減少渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角來增加渦輪的流通能力；以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)并且根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)渦輪的第1級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角和第2級(jí)導(dǎo)向葉片的安裝角進(jìn)行修正。根據(jù)本發(fā)明的功率提升方法，通過改變渦輪導(dǎo)向葉片的安裝角和加大最大燃油流量，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛當(dāng)量功率得以小幅提升，如此改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的高原起動(dòng)性能。
文檔編號(hào)F02C9/22GK101963104SQ20101050498
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者楊春華, 王軍民 申請(qǐng)人:中國南方航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司