[发明专利]一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机

说明书

本发明涉及多级轴流压气机，公开了一种转静叶联合调节的多级轴流压气机，包括目标转子叶片、下游静子叶片、下游静子叶片轮盘、目标转子叶片轮盘及与发动机轴同步旋转的转子轮盘引流腔结构；通过射流气体导流腔中导向叶片使得引流气体具有与转子相同的牵连速度，并进一步通过射流槽分别作用于目标转子叶片端区及叶尖。根据多级压气机逐级加压的特点，在下游静子组合抽吸槽与目标转子端区及叶尖形成自适应的抽吸及附壁射流，有效抑制了多级压气机转静子三维角区分离流动，改善了转子叶尖泄漏流动，有效防止了由于三维角区分离及叶尖处前缘溢流、尾缘反流造成的旋转失速，增强了目标转子的旋转稳定性，提高了裕度，拓宽了压气机的稳定工作工况范围。

技术领域

本发明涉及多级轴流压气机领域，特别涉及一种转静叶联合自适应调节的多级轴流压气机。

背景技术

压气机是航空燃气涡轮发动机的核心组成部件，由多级转子和静子顺序交错排列组成，其功用是提高气体压升；在压气机内部的流动中，由于流动空间小，流体所承受的逆压梯度作用强，具有复杂的涡系结构；位于静子端区的角区分离结构及位于转子叶尖的泄漏流结构是压气机内部主要的二次流结构，是压气机内部流动损失和堵塞的主要来源，对压气机的压比、效率、裕度等性能具有至关重要的影响，严重时会引起压气机的失速和喘振，带来灾难性后果；经过几十年的研究，众多科研工作者们已经对压气机角区分离流动及叶尖泄漏流动有了较深的认识，但由于其空间的局限性，流动的复杂性，目前还未能很好地根据已有的研究结果实现压气机内流动的有效控制；尤其是充分利用压气机内流动逐级增压的特点，通过某种自循环调节机构，同时利用并改善不利于性能的流动结构，达到改善压气机性能的目的。

对压气机转静子端区而言，三维角区分离/失速所造成的流动拥堵使得压气机性能急剧下降；现代航空发动机的发展对压气机性能提出了更高要求，尤其是单级负荷的增大以及更宽的有效工作范围；然而随着压气机负荷的增大，三维角区分离程度急剧增大，有效工作攻角范围急剧缩减；目前，针对压气机转静子叶片三维角区分离与失速的流动控制技术，从是否额外引入能量，可以分为主动控制技术和被动控制技术两大类：主动控制技术主要有等离子体激励，附面层吹吸技术、合成射流等；被动控制技术主要有旋涡发生器、翼刀、端壁造型等；主动控制技术中附面层抽吸技术具有适应范围广，收益明显的特点，但需要额外引入能量，不易于工程实现；现有的传统被动控制技术，不具有自适应性，有效工作的工况范围往往有限，未能解决工程上下一代高负荷压气机角区分离的问题。

对压气机转子叶尖而言，叶尖泄漏流动对压气机的稳定工作状态有着重要影响，转子叶尖前缘溢流及尾缘反流是压气机发生失速的两个先兆，通过在转子叶尖合理引入射流，可有效改善转子叶尖的泄漏流动，提高转子的失速裕度，起到较好的扩稳效果；传统的转子叶尖吹气技术多是主动控制，需额外引入能量，不利于工程实现；亦有采用自流通机匣的方案，但其射流出口沿周向间歇性阵列分布，无法形成周向均匀的射流，对旋转稳定性造成干扰。

研究手段的进步使得现代研究者们对压气机内部流动机理及性能特征的认识逐渐提升，其设计思路也对应发生了重大变化；压气机的研究出现了由局部单排甚至单个叶片/叶型的研究向全局多排叶片研究的转变，由孤立关注单排叶片设计工况性能到关注全局匹配后有效工况及性能特点的转变；因此，充分利用压气机逐级增压的流动特点，实现不同级间的自适应流场调控，是改善压气机流场结构，提升新一代高负荷压气机性能的一大策略。

发明内容

(一)待解决的技术问题