本發(fā)明涉及一種控制渦輪靜子流動(dòng)分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，屬于葉輪機(jī)械
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)代高涵道比航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪尺寸增大、級(jí)數(shù)增多，為了減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，通常采用減少渦輪級(jí)數(shù)或者渦輪級(jí)葉片數(shù)的設(shè)計(jì)方法，這導(dǎo)致渦輪葉片的負(fù)荷增加，高負(fù)荷或超高負(fù)荷渦輪葉型對(duì)應(yīng)的葉片吸力面局部逆壓力梯度增大，使得葉片表面容易出現(xiàn)流動(dòng)分離、葉型損失相應(yīng)增大。由于在大展弦比渦輪葉片中葉型損失占渦輪葉片損失的大部分，故渦輪葉片負(fù)荷的增加將導(dǎo)致渦輪效率下降，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率增大，因此，運(yùn)用合適的控制手段來(lái)減小吸力面的流動(dòng)分離、降低葉型損失是先進(jìn)渦輪設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)。為了抑制渦輪靜子葉片的吸力面邊界層流動(dòng)分離從而減小分離流動(dòng)損失，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種手段。被動(dòng)控制主要包括在渦輪葉片吸力面加拌線、V型槽、球窩、矩形條等控制策略，促發(fā)轉(zhuǎn)捩提前發(fā)生，減小吸力面分離泡的大小，進(jìn)而降低葉型損失。然而在不同飛行條件下，渦輪處于不同的工作狀態(tài)，被動(dòng)控制手段無(wú)法在復(fù)雜工況下保持良好的控制效果，甚至?xí)捎诠r改變對(duì)渦輪帶來(lái)不利影響。主動(dòng)控制方法主要包括利用定?；蛎}動(dòng)的氣流射流來(lái)控制渦輪葉片吸力面的分離；近年來(lái)等離子體主動(dòng)控制等新型手段也取得了良好的主控效果,這些主動(dòng)控制相較于被動(dòng)控制方法而言，具有適應(yīng)工作裕度寬、控制效果好等突出特點(diǎn)，但脈沖射流或等離子體的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在渦輪流動(dòng)控制上還沒(méi)有進(jìn)入應(yīng)用階段。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、控制效果良好的控制渦輪靜子流動(dòng)分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)控制渦輪靜子葉片吸力面處的流動(dòng)分離，減小分離流動(dòng)損失。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種控制渦輪靜子流動(dòng)分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、主控效果良好等優(yōu)點(diǎn)，且能夠良好工作在設(shè)計(jì)工況下及復(fù)雜非設(shè)計(jì)工況下，有效抑制渦輪靜子葉片吸力面處的流動(dòng)分離，從而減小分離流動(dòng)損失，提高渦輪的工作效率。技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種控制渦輪靜子流動(dòng)分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，包括靜葉輪轂及靜葉機(jī)匣，在靜葉輪轂及靜葉機(jī)匣之間沿圓周方向均勻設(shè)置有若干靜子葉片；每個(gè)靜子葉片的吸力面上方設(shè)置有可調(diào)偏轉(zhuǎn)角的分流小葉，分流小葉呈弧面板狀，其前緣與尾緣處均為弧面；所述分流小葉的上表面為吸力面，分流小葉的下表面為壓力面，分流小葉的上、下表面均為靜子葉片的吸力面上與其對(duì)應(yīng)部位的三維弧面；分流小葉的中弧線中點(diǎn)處設(shè)置有沿分流小葉葉高方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與分流小葉連為一體且旋轉(zhuǎn)軸的兩端伸出分流小葉外；靜葉輪轂及靜葉機(jī)匣上均設(shè)置有與旋轉(zhuǎn)軸相配合的軸承，分流小葉通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與軸承的配合沿圓周方向均勻安裝于靜葉輪轂及靜葉機(jī)匣之間；當(dāng)分流小葉繞其旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)0度時(shí)，分流小葉的壓力面與靜子葉片的吸力面之間的距離處處相等。當(dāng)渦輪靜子葉片由于工況改變將要發(fā)生吸力面大尺度流動(dòng)分離時(shí)，增大分流小葉的偏轉(zhuǎn)角，使分流小葉的尾緣靠近靜子吸力面、分流小葉的前緣遠(yuǎn)離靜子吸力面；分流小葉的壓力面與靜子葉片的吸力面形成局部收縮流道，實(shí)現(xiàn)對(duì)吸力面流體的局部增壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靜子葉片吸力面處流動(dòng)分離的抑制。優(yōu)選的，所述分流小葉繞其旋轉(zhuǎn)軸的偏轉(zhuǎn)角在0-10度內(nèi)。負(fù)角度偏轉(zhuǎn)會(huì)擴(kuò)大靜子葉片吸力面處的流動(dòng)分離，正角度過(guò)大會(huì)引起流道堵塞，正角度過(guò)小會(huì)使抑制流動(dòng)分離的效果不明顯。優(yōu)選的，為了保證分流小葉與靜葉輪轂、靜葉機(jī)匣之間不會(huì)發(fā)生干涉從而影響分流小葉的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，所述分流小葉的內(nèi)、外側(cè)面分別與靜葉輪轂、靜葉機(jī)匣的內(nèi)壁形狀相適配，且分流小葉與靜葉輪轂、靜葉機(jī)匣之間均有轉(zhuǎn)動(dòng)間隙。優(yōu)選的，所述分流小葉的弦長(zhǎng)為靜子葉片的10％，分流小葉的葉高與靜子葉片相同。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)軸的直徑為小葉弦長(zhǎng)的50％。優(yōu)選的，所述分流小葉距靜子葉片吸力面的距離為靜子葉片柵距的10％。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上安裝有調(diào)節(jié)分流小葉偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)整桿，調(diào)整桿與旋轉(zhuǎn)軸成90°夾角并伸出至靜葉機(jī)匣外。有益效果：本發(fā)明提供的一種控制渦輪靜子流動(dòng)分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，具有良好的主控效果，且適用于多種結(jié)構(gòu)類型的渦輪靜子葉片；2、其適應(yīng)工作裕度寬，能夠良好工作在設(shè)計(jì)工況下的同時(shí)在復(fù)雜的非設(shè)計(jì)工況下能夠有效抑制渦輪靜子葉片吸力面處的流動(dòng)分離，有效減小了分離流動(dòng)損失，提高渦輪的工作效率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明中分流小葉與靜子葉片的剖面圖；圖2為本發(fā)明中分流小葉與靜子葉片的立體圖；圖3為本發(fā)明一種控制渦輪靜子流動(dòng)分離的分流小葉結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中分流小葉與靜葉機(jī)匣的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中分流小葉與靜葉輪轂的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖中包括：1、靜葉輪轂，2、靜葉機(jī)匣，3、靜子葉片，4、分流小葉，5、旋轉(zhuǎn)軸。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示為一種控制渦輪靜子流動(dòng)分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，包括靜葉輪轂1及靜葉機(jī)匣2，在靜葉輪轂1及靜葉機(jī)匣2之間沿圓周方向均勻設(shè)置有若干靜子葉片3；每個(gè)靜子葉片3的近吸力面處設(shè)置有可調(diào)偏轉(zhuǎn)角的分流小葉4，分流小葉4呈弧面板狀，其前緣與尾緣處均為弧面；所述分流小葉4的上表面為小葉吸力面，分流小葉4的下表面為小葉壓力面，分流小葉4的上、下表面均為靜子葉片3的吸力面上與其對(duì)應(yīng)部位的三維弧面；分流小葉4的中弧線中點(diǎn)處設(shè)置有沿分流小葉4葉高方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸5，旋轉(zhuǎn)軸5與分流小葉4連為一體且旋轉(zhuǎn)軸5的兩端伸出分流小葉4外；靜葉輪轂1及靜葉機(jī)匣2上均設(shè)置有與旋轉(zhuǎn)軸5相配合的軸承，分流小葉4通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸5與軸承的配合沿圓周方向均勻安裝于靜葉輪轂1及靜葉機(jī)匣2之間；當(dāng)分流小葉4繞其旋轉(zhuǎn)軸5偏轉(zhuǎn)0度時(shí)，分流小葉4的壓力面與靜子葉片3的吸力面之間的距離處處相等。所述分流小葉4繞其旋轉(zhuǎn)軸5的偏轉(zhuǎn)角在0-10度內(nèi)。負(fù)角度偏轉(zhuǎn)會(huì)擴(kuò)大靜子葉片吸力面處的流動(dòng)分離，正角度過(guò)大會(huì)引起流道堵塞，正角度過(guò)小會(huì)使抑制流動(dòng)分離的效果不明顯。所述分流小葉4的內(nèi)、外側(cè)面分別與靜葉輪轂1、靜葉機(jī)匣2的內(nèi)壁形狀相適配，且分流小葉4與靜葉輪轂1、靜葉機(jī)匣2之間均有轉(zhuǎn)動(dòng)間隙；所述分流小葉4的弦長(zhǎng)為靜子葉片3的10％，分流小葉4的葉高與靜子葉片3相同；所述旋轉(zhuǎn)軸5的直徑為小葉弦長(zhǎng)的50％；所述分流小葉4距靜子葉片3吸力面的距離為靜子葉片3柵距的10％；所述旋轉(zhuǎn)軸5的內(nèi)端上安裝有調(diào)節(jié)分流小葉4偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)整桿，調(diào)整桿與旋轉(zhuǎn)軸5成90°夾角并伸出至靜葉機(jī)匣2外。分流小葉4在渦輪靜子中的軸向位置由其控制的渦輪葉型可能出現(xiàn)大尺度分離位置決定，一般為靜子葉片3吸力面發(fā)生倒流處。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。本實(shí)施例中，渦輪靜子葉片3葉型為T106A型，分流小葉4的軸向位置位于靜子葉片3軸向弦長(zhǎng)55％處，分流小葉4的中弧線中點(diǎn)連線距渦輪靜子葉片3吸力面的距離為15mm。本實(shí)施例中，渦輪靜子葉片3的具體參數(shù)見(jiàn)表1：表1參數(shù)數(shù)值弦長(zhǎng)198mm軸向弦長(zhǎng)170mm安裝角30.7°柵距208mm(高載荷工況)柵距/弦長(zhǎng)1.05(高載荷工況)葉高375mm(全)進(jìn)氣角37.7°出氣角62.4°本實(shí)施例中，分流小葉4的具體參數(shù)見(jiàn)表2：表2參數(shù)數(shù)值弦長(zhǎng)29.7mm軸向弦長(zhǎng)23.7mm安裝角37.5°柵距208mm(高載荷工況)葉高375mm(全)其中渦輪靜子葉片3、分流小葉4的葉高均為T106A葉片全葉高，且平面葉柵的計(jì)算可以說(shuō)與葉高無(wú)關(guān)，但是具體應(yīng)用中葉高可以做出適當(dāng)修改。。分流小葉4的葉高與靜子葉片3的葉高相同，但在具體應(yīng)用時(shí)，分流小葉4可以結(jié)合工況、控制效果調(diào)整葉高使用，也就是說(shuō)用于同樣的渦輪葉片，小葉葉高可以為渦輪葉高的100％、75％、50％、25％等。本發(fā)明的具體實(shí)施方式如下：首先選取傳統(tǒng)的可能在高負(fù)荷或變工況條件下發(fā)生大尺度吸力面流動(dòng)分離的渦輪靜子葉片3，在其近吸力面處可調(diào)偏轉(zhuǎn)角的分流小葉4。在渦輪葉片正常工作時(shí)保持分流小葉4的壓力面與靜子葉片3的吸力面之間的距離處處相等，即0度偏轉(zhuǎn)角位置。在渦輪靜子葉片3由于工況改變將要發(fā)生吸力面大尺度流動(dòng)分離時(shí)，增大分流小葉4的偏轉(zhuǎn)角，使分流小葉4的尾緣靠近靜子葉片3吸力面，分流小葉4的前緣遠(yuǎn)離靜子葉片3吸力面；分流小葉4的壓力面與靜子葉片3的吸力面形成局部收縮流道，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜子葉片3吸力面流體的局部增壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)分離的抑制。本發(fā)明提出了一種主動(dòng)控制渦輪靜子葉片吸力面流動(dòng)分離的方法，進(jìn)一步挖掘了航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪靜子的優(yōu)化設(shè)計(jì)潛力，提出了設(shè)置有可調(diào)偏轉(zhuǎn)角分流小葉的主控結(jié)構(gòu)，在對(duì)渦輪單級(jí)靜子性能沒(méi)有明顯影響的情況下，提高渦輪的性能和穩(wěn)定工作域度，適用于多種結(jié)構(gòu)類型的渦輪靜子葉片。本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)設(shè)計(jì)精度、造價(jià)、裝備難度等靈活選取所述的分流小葉的結(jié)構(gòu)位置與偏轉(zhuǎn)角度。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3