[实用新型]抑制压气机叶背分离的无源脉冲射流器

说明书

技术领域

本发明涉及的是抑制压气机叶背分离的无源脉冲射流器，使压气机在大扩压度下可以避免或减弱叶背的气流分离，能显著地扩大这类压气机的增压能力，从而为使用压气机的系统提供更高的性能。属于压气机技术领域。

背景技术

在以航空燃气涡轮发动机为代表的各类轴流压气机中，以单级压气机获得尽可能高的压比是压气机领域长期以来的发展方向，国内外的发展趋势都体现为压气机级数越来越少，平均级压比越来越高。长期以来，增大压气机的扩压能力主要都是采用各种先进的设计方法来获得更优化的三维几何造型。但是，这种设计思路目前已接近技术可实现的极限，当试图将单级压气机的扩压负荷提高到显著超过当前水平时，会因为出现叶背气流分离等而产生损失剧增和工作不稳定等致命的问题，如图1所示的大扩压度叶栅中，图中上部所示的流线和下部所示的马赫数分布都可以看出流动产生了一个很大的分离区。因此，如通过对叶片表面附面层采用吹除或吸除控制气流分流的研究重新引起了研究人员的重视，综合国内外在此领域已有的工作，相关技术主要有3类：I类以美国麻省理工学院为代表的科研单位近年来提出的直接采用外接气路的吸附式压气机设计方案；II类国内外较早已研究过的压气机叶片开槽设计方案；III类对分离流场控制的零质量流量合成射流技术。

这些技术都从各方层面推动了大扩压度压气机叶片设计能力的进步，但是，为满足今后更高扩压度压气机叶片设计的需要，这些技术都存在以下不足：i，被称为吸附式压气机的技术原理是通过外接高压气源来对叶背侧的气流分离点附近的附面层进行吹气，或外接低压的吸气源来吸除将分离的低能气流。需要通往每个叶片的复杂的气路和外接的吹/吸气源是这类技术走向应用的最大困难。这不仅会增加相关机构的复杂性和重量，而且外接气源还面临较大的技术障碍：如单独接一个额外的气源，无论结构还是重量都不太现实；如采用从多级压气机的压力不同的其它级来代替，又会带来匹配工作的问题。ii，采用压气机叶片开槽设计来抑制大扩压度压气机叶片气流分离的原理是：依靠一股由叶盆面(类似机翼下翼面)经过开槽吹向叶背面，并由此控制叶背气流分离。这与在外流中得到广泛应用的飞机机翼的襟翼或多段翼型技术是基本相同的，因此该工作原理已得到有效验证。但是，在压气机中如要依靠这类定常引气射流来有效控制叶背气流分离，需要较大的气流量，这样实际上将降低叶盆叶背的压差，也就降低了压气机的作功能力和扩压度。iii，采用零质量流量合成射流技术控制分离流场是近年来出现的新技术，具有两个明显的优点，一是该技术采用一个不需外接气源(即与外界无质量流量)的机构往复振动形成合成的射流；二是该类射流是具有一定频率的非定常脉冲射流，这样在调整到合适频率时，可能依靠明显小于定常射流的气流量就有效控制叶背气流分离。但是，这类方法目前的最大困难是：在合成射流装置的体积重量不放大到影响在压气机叶片中应用的情况下，所形成的射流无论流量、还是射流速度都太小，以至于对工程中需要控制的绝大多数气流分离都起不到显著的效果。

发明内容

本发明的目的在于为让单级压气机获得更高的压比，以使叶轮机械具有更大的推重比(或功重比)和更高的效率，提出一种抑制压气机叶背分离的无源脉冲射流器的设计概念和设计方法。通过此无源脉冲射流器有效抑制大扩压度压气机叶片的气流分离(见图2)。

本发明的技术解决方案：其结构是包括无源脉冲射流器的引气口、无源脉冲射流器的喷口、无源脉冲射流器的固定缝栅、无源脉冲射流器的振动缝栅、压电驱动杆，其中无源脉冲射流器的喷口位于叶片背风侧；无源脉冲射流器的喷口吸气口位于叶盆面；无源脉冲射流器的喷口固定缝栅、无源脉冲射流器的喷口振动缝栅及压电驱动杆位于无源脉冲射流器的引气口和无源脉冲射流器的喷口间的气路中，通过无源脉冲射流器的固定缝栅、无源脉冲射流器的振动缝栅形成的通流或节流形成频率的脉冲射流，以此来减弱甚至消除叶背侧的气流分离。

本发明的优点：能够在不降低叶盆叶背的压差(也就是不降低压气机做功能力和扩压度)的情况下，在叶背侧生成射流速度足够大的脉冲射流，且依靠适当频率脉冲射流与分离区具有特定频率的涡结构发生相干作用后能够产生显著的控制分离的作用。并且，本发明不需要外接气源，因此结构上比较简单，可利用MEMS工艺将体积和重量控制在很小的范围。此外，本发明通过压电驱动的振动缝栅来实现高频的节流，可靠性高，长期工作不易损坏。

附图说明

附图1是大扩压度压气机叶背分离的流线和马赫数分布图。

附图2是采用无源脉冲射流技术的压气机叶片示意图。

附图3是无源脉冲射流器的流路结构示意图。

附图4是处于开启状态的无源脉冲射流器。