專利名稱：一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)扇/壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)增效的效果，特別適用于高性能航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
為了使得發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能指標(biāo)顯著提高，其中最重要的手段是提高推重比。這就對(duì)壓氣機(jī)/風(fēng)扇的設(shè)計(jì)水平提出了更高的要求。更高的單級(jí)壓比和效率，在更少的級(jí)數(shù)上實(shí)現(xiàn)更高的負(fù)荷就成為壓氣機(jī)、特別是風(fēng)扇研制所追求的目標(biāo)。追求更高的級(jí)壓比一直是各國(guó)研制風(fēng)扇/壓氣機(jī)的發(fā)展方向。然而，風(fēng)扇/壓氣機(jī)級(jí)的負(fù)荷越高，對(duì)其穩(wěn)定工作裕度條件的要求也更加苛刻，追求更高的級(jí)壓比與提高壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度之間存在著一定的矛盾。而作為現(xiàn)代飛機(jī)主要 動(dòng)カ裝置的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，卻要求能在廣闊的飛行速度范圍內(nèi)以及各種畸變和不穩(wěn)定的來(lái)流條件下保持穩(wěn)定的工作，而發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作范圍是由風(fēng)扇/壓氣機(jī)的工作點(diǎn)與失速邊界之間可能的流量變化范圍決定的，如果這個(gè)范圍很小，或者說失速裕度過小，一旦壓縮系統(tǒng)進(jìn)入這類非穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)，將導(dǎo)致(I)壓縮機(jī)性能極度下降，以致難以維持正常的熱力循環(huán)過程；(2)整機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重惡化，極易導(dǎo)致壓氣機(jī)或渦輪葉片的斷裂；(3)燃燒室內(nèi)的高溫氣體回火，常常導(dǎo)致燒壞壓氣機(jī)末級(jí)靜葉；(4)失速的滯后性質(zhì)又嚴(yán)重影響著它的解除過程，甚至在FlOO發(fā)動(dòng)機(jī)中因不可解除的失速現(xiàn)象而導(dǎo)致了機(jī)毀人亡的惡性事故。這就迫使設(shè)計(jì)者們必須預(yù)留足夠的失速裕度來(lái)預(yù)防這類流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生，然而，典型壓氣機(jī)高效和高參數(shù)運(yùn)行區(qū)域通常臨近壓氣機(jī)流動(dòng)失穩(wěn)邊界，這種保證一定失速裕度的做法對(duì)壓氣機(jī)的性能來(lái)說無(wú)疑是個(gè)極大的浪費(fèi)。因此希望壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍越寬越好，以使壓氣機(jī)盡量在接近高效和高參數(shù)運(yùn)行區(qū)域工作。另ー方面，更寬的穩(wěn)定工作范圍可以允許發(fā)動(dòng)機(jī)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)更遠(yuǎn)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的抗畸變能力以及為飛行器提供更寬的飛行包線等?，F(xiàn)有的縫式機(jī)匣處理結(jié)構(gòu)，由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉且無(wú)需變更價(jià)格昂貴的葉片，改型方便，再加上可靠性高，擴(kuò)穩(wěn)效果好，抗畸變能力強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于許多發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際型號(hào)中，如JT-9D發(fā)動(dòng)機(jī)、米格23用P-29發(fā)動(dòng)機(jī)、蘇27用發(fā)動(dòng)機(jī)，米格29用PJI-33發(fā)動(dòng)機(jī)以及國(guó)內(nèi)的渦噴_7甲發(fā)動(dòng)機(jī)，渦噴-13，渦噴-14發(fā)動(dòng)機(jī)等，面對(duì)現(xiàn)代高負(fù)荷壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中所面臨的穩(wěn)定工作裕度不足的問題，機(jī)匣處理已成為當(dāng)今世界上用于擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的重要手段之一。如圖1-3所示，傳統(tǒng)的軸向縫式處理機(jī)匣是在機(jī)匣上沿壓氣機(jī)的軸向開槽，其槽深方向與壓氣機(jī)的徑向成一定夾角。當(dāng)槽深方向?qū)?zhǔn)來(lái)流方向時(shí)，無(wú)論來(lái)流是均勻流或發(fā)生進(jìn)ロ畸變，穩(wěn)定裕度都有較大改善。但這類處理機(jī)匣的缺點(diǎn)是穩(wěn)定裕度的改善以損失壓氣機(jī)的效率為代價(jià)。傳統(tǒng)的處理機(jī)匣之所以會(huì)降低壓氣機(jī)的峰值效率，其中ー個(gè)很重要的原因便是處理槽的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，沒有很好地組織處理機(jī)匣內(nèi)部流動(dòng)。傳統(tǒng)軸向縫傾斜縫處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)同時(shí)利用了葉頂兩側(cè)的壓カ梯度以及葉片通道較大的流向壓カ梯度，再加上處理槽槽道沿徑向朝葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜了一定角度，處理槽扮演著沖壓作用，使得葉片通道內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)入處理槽槽道，處理槽對(duì)葉片通道上游的這種抽吸作用使的穩(wěn)定工作裕度得以提高。然而這種做法使得處理槽內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的射流，由于這股較強(qiáng)的射流具有較大的周向速度分量，并且其方向與葉片旋轉(zhuǎn)方向相反，因此，這股較強(qiáng)的射流是處理機(jī)匣流動(dòng)損失的主要來(lái)源，其對(duì)壓氣機(jī)的效率具有較大的影響一方面，射流相當(dāng)高的周向速度以及與主流方向的不一致性使得射流與主流之間的摻混很強(qiáng)，從而帶來(lái)較高的損失；另ー方面，射流使得葉頂來(lái)流攻角増大，惡化了葉頂來(lái)流條件，使得壓氣機(jī)效率明顯下降。而公開號(hào)為CN101761511A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種開槽寬度為拋物線的離心壓氣機(jī)非対稱自循環(huán)處理機(jī)匣，該方案里然可以可以提高離心式壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)維持效率基本不變，但是存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造成本高等問題，難于在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)上應(yīng)用
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供ー種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、即實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定工作裕度提升又不犧牲壓氣機(jī)效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子葉片和機(jī)匣外殼組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是所述的機(jī)匣外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有圓弧形縫處理槽，所述圓弧形縫處理槽采用順轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜的半圓弧型設(shè)計(jì)，所述圓弧形縫處理槽分為處理槽上游區(qū)域、處理槽下游區(qū)域，所述處理槽上游區(qū)域與處理槽下游區(qū)域的開ロ處具有不同的周向開放度和徑向傾角。圓弧形縫處理槽采用半圓弧型設(shè)計(jì)，使處理槽內(nèi)部流動(dòng)更加順暢,盡量減小處理槽槽道內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的損失。為了兼顧壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作裕度與效率，本實(shí)用新型所述圓弧形縫處理槽的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的6-8倍。處理槽槽數(shù)越多，擴(kuò)穩(wěn)效果越明顯，但會(huì)大幅降低壓氣機(jī)的效率；而處理槽槽數(shù)少則擴(kuò)穩(wěn)效果不明顯。為了兼顧壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作裕度與效率，本實(shí)用新型所述圓弧形縫處理槽的圓弧直徑為60% 80%轉(zhuǎn)子葉片葉頂軸向弦長(zhǎng)。圓弧的直徑大擴(kuò)穩(wěn)效果明顯，但損失也較大；圓弧直徑小的擴(kuò)穩(wěn)效果不明顯。作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的處理槽下游區(qū)域覆蓋轉(zhuǎn)子葉片葉頂上游30%_50%軸向弦長(zhǎng)范圍。作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述處理槽上游區(qū)域的周向開放度為30% 50%，處理槽下游區(qū)域的開放度為50% 70%。將覆蓋轉(zhuǎn)子葉頂上游30% 50%葉頂軸向弦長(zhǎng)的處理槽開ロ處的開放度増加，使得葉片通道流更容易進(jìn)入處理槽，盡量増加處理槽內(nèi)的回流量，提高處理機(jī)匣的擴(kuò)穩(wěn)能力；作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的圓弧形縫處理槽沿著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的傾角a 為 45 60。。作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述處理槽下游區(qū)域開ロ處的徑向傾角爲(wèi)為30° 45°，處理槽上游區(qū)域開ロ處的徑向傾角爲(wèi)為60。 80°。[0016]適當(dāng)減小處理槽開ロ處的徑向傾角4,使得葉片通道流更容易進(jìn)入處理槽，盡量増加處理槽內(nèi)的回流量，提高處理機(jī)匣的擴(kuò)穩(wěn)能力。將處理槽上游開ロ處的周向開放度減小，同時(shí)適當(dāng)増加槽下游開ロ處的徑向傾角爲(wèi)，在保證處理槽幾何結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上對(duì)射流的方向施以恰當(dāng)?shù)目刂?，盡量減小它與
通道主流之間的夾角，減弱處理槽向葉片通道的射流對(duì)壓氣機(jī)的負(fù)面影響。本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及效果1)處理槽采用半圓弧型設(shè)計(jì)，使處理槽內(nèi)部流動(dòng)更加順暢，盡量減小處理槽槽道內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的損失；(2)將覆蓋轉(zhuǎn)子葉頂上游30% 50%葉頂軸向弦長(zhǎng)的處理槽開ロ處的開放度増加，并適當(dāng)減小處理槽開ロ處
的徑向傾角A，使得葉片通道流更容易進(jìn)入處理槽，盡量増加處理槽內(nèi)的回流量，提高處理
機(jī)匣的擴(kuò)穩(wěn)能力；(3)將處理槽上游開ロ處的周向開放度減小，同時(shí)適當(dāng)增加槽下游開ロ
處的徑向傾角爲(wèi)，在保證處理槽幾何結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上對(duì)射流的方向施以恰當(dāng)?shù)目刂疲?br> 盡量減小它與通道主流之間的夾角，減弱處理槽向葉片通道的射流對(duì)壓氣機(jī)的負(fù)面影響。

圖I為傳統(tǒng)的縫式處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。圖2為圖I的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為傳統(tǒng)的縫式處理機(jī)匣的子午視圖。圖4為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。圖5為圖4的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖4的B-B向結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖5的C-C向結(jié)構(gòu)示意圖。標(biāo)號(hào)說明轉(zhuǎn)子葉片I、機(jī)匣外殼2、圓弧形縫處理槽3、處理槽上游區(qū)域4、處理槽下游區(qū)域5。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例I :如圖4至7所示，本實(shí)施例用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子葉片I、機(jī)匣外殼2組成，機(jī)匣外殼2的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有圓弧形縫處理槽3，圓弧形縫處理槽3分為處理槽上游區(qū)域4、處理槽下游區(qū)域5兩個(gè)部分。為了提高其穩(wěn)定工作裕度，在機(jī)匣外殼2上設(shè)計(jì)了圓弧直徑為60% 80%轉(zhuǎn)子葉片I葉頂軸向弦長(zhǎng)的半圓弧形縫式圓弧形縫處理槽3。圓弧形縫處理槽3的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片I數(shù)目的6 8倍，圓弧形縫處理槽3覆蓋了轉(zhuǎn)子葉片I葉頂上游30% 50%軸向弦長(zhǎng)范圍，且處理槽上游區(qū)域4、處理槽下游區(qū)域5的開ロ處具有不同的開放度(周向開槽面積與機(jī)匣外殼2壁表面積之比)，其中處理槽上游區(qū)域4的周向開放度為30% 50%，處理槽下游區(qū)域5的開放度為50% 70%。所有圓弧形縫處理槽3順壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片I旋轉(zhuǎn)方向傾斜45° 60°，而在處理槽上游區(qū)域4、處理槽下游區(qū)域5開ロ處沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向具有不同徑向傾角，其中處理槽下游區(qū)域5開ロ處的徑向傾角爲(wèi)為30° 45°，處理槽上游區(qū)域4開ロ處的徑向傾角勺60° 80°。工作時(shí)，借助轉(zhuǎn)子葉片I葉頂區(qū)域的壓カ梯度(吸力面和壓カ面兩側(cè)的壓カ梯度以及轉(zhuǎn)子葉片I通道較大的流向壓カ梯度)以及圓弧形縫處理槽3的沖壓作用，使得轉(zhuǎn)子葉片I通道流進(jìn)入圓弧形縫處理槽3的槽道，對(duì)轉(zhuǎn)子葉片I葉頂上游區(qū)域產(chǎn)生抽吸作用，從而提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。另外，通過優(yōu)化處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)射流的方向施以恰當(dāng)?shù)目刂疲鯃A弧形縫處理槽3向葉片通道的射流對(duì)壓氣機(jī)的負(fù)面影響。綜上所述，本實(shí)用新型可直接用于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)風(fēng)扇/機(jī)壓氣機(jī)，在大幅度提高風(fēng)扇/機(jī)壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作裕度的同時(shí)提高壓氣機(jī)的效率。本實(shí)用新型的思路是從優(yōu)化處理槽的幾何結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計(jì)出ー種處理槽內(nèi)流動(dòng)損失較小的處理機(jī)匣，打破了 “機(jī)匣處理可以擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度，但要降低效率”的傳
統(tǒng)觀念，成為本實(shí)用新型所述工作的初衷。此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本實(shí)用新型專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡(jiǎn)單變化，均包括于本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子葉片和機(jī)匣外殼組成，其特征是所述的機(jī)匣外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有圓弧形縫處理槽，所述圓弧形縫處理槽采用順轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜的半圓弧型設(shè)計(jì)，所述圓弧形縫處理槽分為處理槽上游區(qū)域、處理槽下游區(qū)域，所述處理槽上游區(qū)域與處理槽下游區(qū)域的開口處具有不同的周向開放度和徑向傾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述圓弧形縫處理槽的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的6-8倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述圓弧形縫處理槽的圓弧直徑為60% 80%轉(zhuǎn)子葉片葉頂軸向弦長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述的處理槽下游區(qū)域覆蓋轉(zhuǎn)子葉片葉頂上游30%-50%軸向弦長(zhǎng)范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述處理槽上游區(qū)域的周向開放度為30% 50%，處理槽下游區(qū)域的開放度為50% 70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述的圓弧形縫處理槽沿著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的傾角為45 60°。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，其特征是所述處理槽下游區(qū)域開口處的徑向傾角A為30° 45°，處理槽上游區(qū)域開口處的徑向傾角總為 60。 80。。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子葉片和機(jī)匣外殼組成，機(jī)匣外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有圓弧形縫處理槽，所述圓弧形縫處理槽采用順轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)方向傾斜的半圓弧型設(shè)計(jì)，所述圓弧形縫處理槽分為處理槽上游區(qū)域、處理槽下游區(qū)域，所述處理槽上游區(qū)域與處理槽下游區(qū)域的開口處具有不同的周向開放度和徑向傾角。圓弧形縫處理槽采用半圓弧型設(shè)計(jì)，使處理槽內(nèi)部流動(dòng)更加順暢，盡量減小處理槽槽道內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的損失。本實(shí)用新型具有既實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定工作裕度提升又不犧牲壓氣機(jī)效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F04D29/40GK202545354SQ20122012263
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者張學(xué)鋒 申請(qǐng)人:杭州諾沃能源科技有限公司