[发明专利]多级轴流压气机静子内引气增效防喘扩稳装置

说明书

(一)技术领域：

本发明提供一种兼顾轴流压气机静子叶片边界层流动控制和级间放气的防喘扩稳装置，属于航空航天器发动机技术领域。

(二)背景技术：

目前轴流风扇/压气机朝着高性能、高负荷和高稳定性方向发展，研究表明，非定常的转静子干涉会影响发动机的使用寿命，并且产生大量的噪声，上游静子出口流场内的压力损失会加剧下游转子进口的非定常性和非均匀性，而且还有可能引起发动机的高周疲劳，因此研究一种气流控制措施来有效的减弱静子通道内的流动分离，具有重要的意义。

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所示为一个大弯度叶栅，图4为其尾缘加吸气槽的网格示意图。从图5和图6马赫数等值线分布可以清楚的看出，经过尾缘吸气之后，大弯度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。

轴流压气机必须要有足够的喘振裕度，才能保证发动机在整个飞行包线范围内和所有机动飞行状态下正常稳定可靠地工作。喘振是发动机工作中必须极力避免出现的状态，因此在压气机上必须有防止压气机在非设计状态下喘振的措施。一般在压气机中间级处设置有放气口，或采用多排可调静子叶片，或将压气机做成两个转速不同的转子等措施来改变流道的流通能力。如图7A、图7B所示，放气活门置于压气机中间偏后的某一级处，正常工作时，放气活门在高压空气的作用下处于关闭状态；当发动机转速降到某一设定值后，作动筒感受到应该打开放气活门的转速信号后，作动筒内的控制高压空气的阀门被关闭，放气活门在弹簧力的作用下被打开，一部分已被压缩的空气从中间级流出去(在涡轮喷气发动机中流入大气，在涡扇发动机中流道外涵道内)。

(三)发明内容：

本发明的目的在于：提供一种轴流压气机静子表面局部引气防喘扩稳装置，以解决轴流压气机级间放气防喘扩稳以及静子叶片表面边界层流动控制的问题。

本发明一种多级轴流压气机静子内引气增效防喘扩稳装置，其技术方案为：该装置是由静子、静子叶片表面的吸气槽(或吸气孔)、在静子叶片内部的引气管和在静子外机匣设置的集气室构成。静子是多级轴流压气机中的某个静子叶片；吸气槽(或吸气孔)位于静子的吸力面表面存在流动分离的相近区域，可以为一个或多个；引气管位于静子的叶片内部，是一个连通各个吸气管的通气管道；集气室位于流道机匣外部，是静子表面吸气槽(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)将静子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。该发明的核心在于将叶片表面边界层流动控制与多级轴流压气机级间放气的防喘扩稳措施融合为一体，综合实现吸除低能流团增效，以及中间放气防喘扩稳的作用。

其中，轴流压气机引气和放气是通过静子表面局部区域开设吸气孔或吸气槽实现。

其中，静子表面局部开设吸气槽(或吸气孔)实现引气和放气，与此同时，抑制静子边界层流动分离，提高静子总压恢复系数和压气机稳定裕度。

本发明一种多级轴流压气机静子内引气增效防喘扩稳装置，其优点及功效在于：

1、易于加工，对结构设计要求不高。在静子叶片表面开槽，以及在静子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、通过静子叶片表面吸气，实现边界层流动控制，吸除低能流团提高气动性能，同时多级压气机中间放气实现防喘扩稳。

(四)附图说明：

图1静子内引气增效防喘扩稳装置示意图

图2静子内引气增效防喘扩稳装置三维实体示意图

图3大弯度叶栅

图4大弯度叶栅尾缘吸气网格示意图

图5原型叶栅内马赫数等值线分布

图6吸气叶栅内马赫数等值线分布

图7A轴流压气机典型引气装置放气活门打开示意图

图7B轴流压气机典型引气装置放气活门关闭示意图

图中序号说明如下：

1、静子    2、吸气槽(或吸气孔)    3、引气管    4、集气室

5、转子    6、机匣                7、放气活门

(五)具体实施方式：