[发明专利]一种周向多分区的尾流撞击发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种能提高航空发动机用压气机的绝热效率，同时压气机的总压升和稳定裕度也略有增加的进口导叶周向多分区的尾流撞击发生器。

背景技术

目前，叶轮机械工业已成为了一个国民经济和军事力量的支柱，在国家战略中起着主导作用。但是该领域内的人都知道，在航空发动机压气机内部存在着强烈和复杂的非定常流动。一方面，转/静叶排的相互干扰形成了压气机内特有的非定常性；另一方面，压气机内部流动还存在多种旋涡结构和丰富的二次流。这种强烈而无序的非定常流动极大地限制了压气机性能的进一步提升。但是，随着人们对非定常流动机理认识的逐步深入，已经逐渐意识到非定常流动中蕴藏着丰富的潜能，因此，人们开始采取了很多方法利用和控制非定常潜能来提高压气机的性能。

在利用和控制压气机内部的非定常潜能方面，国内外工作者做了大量的研究工作。比如在压气机的外部或内部施加合适频率和幅值的声激励，一般来说内部声激励从功率要求和激励效果上要优于外部声激励。人们还采用合成射流激励也取得了一定的正效果。另外，处理机匣可以大幅提高压气机喘振裕度，在实际工程中得到了广泛应用。近年来，北京航空航天大学的周盛教授和陆亚钧教授提出了非定常耦合流动理论，在此理论指导下研究发明了一种尾流撞击发生器，该尾流撞击发生器在压气机进口周向均布一定数目的导流叶片，使压气机的总体性能得到明显提升。

但上述声激励和合成射流的方法在实际工程应用上难度很大；处理机匣虽然能大幅提高压气机的喘振裕度，单它往往是以降低压气机的绝热效率为代价的；尾流撞击发生器在实验中对压气机的总压升、效率和失速裕度均略有提高，但是，其对压气机效率的提高仍很少。

因此，如何更有效地利用和控制压气机内部的非定常流动，设计出一种能够产生多种频率的激励发生器，使它不仅能对主流区进行更好地整流而且能对复杂的二次流进行一定程度的整流，使流场更加有序，减少流动损失和减轻叶背分离，在明显提高压气机绝热效率的同时，使得压气机的总压升和失速裕度也略有提高。这种非定常多频率激励的尾流撞击发生器成为本发明所追求的目标。

发明内容

受非定常耦合流动理论的指导以及只能产生单频率的进口导流叶片周向均布的尾流撞击发生器的的启发，并针对压气机内部的非定常多旋涡结构的流动特点，本发明提供了一种能产生多频率激励的进口导叶周向多分区的尾流撞击发生器。设进口导叶周向均布的尾流撞击发生器的导叶总数为N，则周向多分区的尾流撞击发生器的特征为：每隔数目的导叶，去掉数目的导叶，即去掉了50％的进口导流叶片，得到相间分布的四个有导叶的激励区和四个无导叶的缓冲区。这种周向多分区的尾流撞击发生器包括：机匣、轮毂、四个有导叶的激励区和四个无导叶的缓冲区。

要设计周向多分区的尾流撞击发生器，首先对进口导叶均布的尾流撞击发生器进行设计，如图1方案A所示，进口导叶周向均布的尾流撞击发生器是沿周向均匀分布若干个导流叶片。这种进口导叶周向均布的尾流撞击发生器的设计方法为：

(1)导流叶片的个数的确定方法：首先用实验或数值计算的方法确定某一转速n(RMP)时转子叶片的旋涡脱落频率f_shed，则由式(1)可得到IGV(进口导流叶片)的个数：

N≈fshed×60n---(1)]]>

(2)直导流叶片的选取：为了减少流动损失，进口导流叶片选用中弧线为直线段的直导流叶片、最大厚度点距叶片前缘的相对位置尾缘相对于轴线为直角，尾缘厚度为弦长的1％，叶型最大相对厚度进口直导流叶片的前缘垂直于压气机轴线，尾缘从叶根到叶尖距转子前缘的轴向距离均为5±1mm。

(3)轮毂为等外径，机匣为等内径设计。