[发明专利]离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种离心压气机扩压器叶片边界层流动控制增效装置，属于航空航天器发动机技术领域。

(二)背景技术：

微小型无人机、靶机、巡航导弹以及各类轻型微型飞行器，在现代军事领域得到了广泛的运用和快速发展，国内外针对微型涡轮发动机的研制工作受到越来越多的重视。离心压气机特性平缓，单级压比较高，加工工艺较好，主要应用于微型涡轮发动机中。离心压气机一般具有高转速、高压比、进口跨音等工作要求，径向/轴向扩压器容易出现流动分离，影响压气机的气动性能。从气动设计的角度改善扩压器叶片的设计，减弱或抑制流动分离是十分困难的。采用边界层吸气技术实现流动控制，能够在很小的流量损失的情况下，非常有效的减弱甚至抑制流动分离，使得大尺度流动分离所导致的气动损失显著降低。

普朗特早在1904年就已经提出了用吹/吸附面层来延缓气流分离的办法，并在超音速进气道中得到应用。一般来讲，流动控制定义为用细小的流动变化来改变比其大得多的流动特性，如延缓分离、加强或减弱混合、建立“虚拟”形状，以及减小阻力等，广泛应用于航空航天器、舰船和其他流体机械领域。研究表明，在叶片表面吸气，可以延缓气流分离，提高扩散度，从而提高级压比。在叶片吸力面表面开槽/开孔，吸除叶片表面的低能流体，防止或推迟附面层分离，使叶型可以达到很大的弯度，风扇或压气机负荷大大提高。图3、4所示为某叶栅及其尾缘加吸气槽的网格示意图。从图5、6马赫数等值线分布可以清楚的看出，经过尾缘吸气之后，该叶栅尾缘的流动分离状况得到了显著的改善，尾迹明显减薄。

(三)发明内容：

本发明的目的在于：提供一种离心压气机扩压器叶片表面局部引气的增效装置，以改善离心压气机扩压器流动分离的问题，采用了叶片表面边界层流动控制技术。

本发明一种离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置，其技术方案在于：该装置由扩压器、扩压器叶片表面的吸气槽(或吸气孔)、扩压器叶片内部的引气管和在机匣(或轮毂)设置的集气室构成。扩压器是离心压气机中的某个扩压器叶片；吸气槽(或吸气孔)位于扩压器叶片吸力面表面存在流动分离的相近区域，可以为一个或多个；引气管位于扩压器叶片内部，是一个连通各个吸气管的通气管道；集气室位于机匣流道外部，是扩压器表面吸气槽(或吸气孔)抽吸小股低能气流之后通过引气管气流汇集的腔室。吸气槽(或吸气孔)将扩压器吸力面表面的低能流体吸入引气管，并将其输运至集气室，经过混压之后排出系统。该发明的核心在于通过离心扩压器叶片表面局部引气，抑制离心压气机径向/轴向扩压器边界层分离，降低损失，提高压气机性能，同时，引出的气体可用于发动机热端部件冷却和进气防冰。

其中，该集气室可位于轮毂流道外部。

其中，离心压气机扩压器，叶片表面开设吸气孔或吸气槽，抑制离心压气机径向/轴向扩压器边界层分离，降低损失，提高压气机性能，同时，引出的气体可用于发动机热端部件冷却和进气防冰。

本发明一种离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置，其优点及功效在于：

1、易于加工，对结构设计要求不高。在扩压器叶片表面开吸气孔或吸气槽2，以及在叶片内部通引气管对于当前的加工工艺水平来说都不难实现。

2、实现扩压器叶片边界层流动控制。在扩压器叶片表面通过小股气流的抽吸，就能够实现边界层流动的良好控制，提高流动稳定性；同时，引出的气流还可以进一步用于发动机热端部件的冷却以及进气防冰。

(四)附图说明：

图1离心压气机扩压器叶片内引气流动控制增效装置示意图

图2离心压气机扩压器叶片表面内引气装置三维实体图

图3某叶栅

图4某叶栅尾缘吸气网格示意

图5未吸气的原型叶栅内马赫数等值线分布

图6尾缘吸气叶栅内马赫数等值线分布

图中具体标号如下：

1、扩压器    2吸气槽(或吸气孔)    3、引气管

4、集气室    5、机匣              6、轮毂

(五)具体实施方式：