[发明专利]轴向超音通流转叶激波静叶风扇级

说明书

本发明涉及轴向超音通流转叶激波静叶风扇级，Axial Supersonic Inflow Shock‑in‑Stator Fan，缩写为SSSF，属于机械装置及运输技术领域。SSSF提供一种新形式热力学布局风扇，包括轴向超音通流转叶和激波静叶；SSSF可直接面向轴向超音来流,转叶通道内为全展高轴向超音流动,静叶通道通过激波系将流动减速为亚音。SSSF的设计过程包括一维方案设计、二维通流设计、三维造型设计、强度校核、试验件加工与测试。SSSF风扇相比于传统亚、跨声速风扇，大大减小了进气道的长度和重量；同时，由于超音通流转叶的高负荷能力，在超音飞行状态下具有高负荷、高效率、重量小的优势。

技术领域

本发明涉及轴向超音通流转叶激波静叶风扇级，属于机械装置及运输技术领域。

背景技术

超音速尤其是超音速巡航飞行是航空界始终如一的发展目标，动力技术是实现这一目标的关键。经过半个多世纪的探索发展，无论是军用领域的SR-71侦察机、F-22战斗机，还是民用领域的“T-144”和“协和”超音速客机，其超音速飞行动力几乎归一为超音进气道+轴向来流亚音航空燃气轮机模式。尽管这种传统模式已取得巨大成功，但很显见依此途径继续提升其性能极其困难。而上述模式下，超音进气道将超音来流降为轴向亚音气流不可避免地大大增加了进气道长度和重量，造成了在高马赫数飞行下的较大损失。而轴向超音来流风扇级技术把来流降为亚音速的责任集成到风扇中，通过减小长度和重量的超音通流进气道以及加功能力增强的风扇来实现整个推进系统推重比等性能的大幅提高。

轴向超音来流风扇指轴向来流速度达到超音速的风扇级。而按转叶、静叶内流动轴向速度分布情况看，轴向超音来流风扇级应该分为三类：

1.超音通流风扇级(Supersonic Through-Flow Fan，缩写为STFF风扇)，即转叶、静叶内流动均保持轴向超音，相对、绝对气流也均超音。设计工况时，转、静叶通道中只有膨胀波、弱压缩波，不存在强激波。美国NASA最早提出这类风扇级，研究鼎盛时期主要集中在1970-1980年^[1-3]，后续仅在1995-2005年见到其气弹相关研究^[4-6]。国内北航于1980年代末至1990年代初对此进行了初步的跟踪研究^[7]。

2.轴向超音来流激波转叶风扇(Axial Supersonic Inflow Shock-in-RotorFan,缩写为SSRF)，即超音气流在转叶中通过激波减速增压，静叶进口气流轴向分速降为亚音速。这类风扇未见国外文献报道，国内北航周盛教授最早提出该概念，并进行了初步的气动设计^[8]。

3.轴向超音通流转叶风扇级，或称轴向超音来流激波静叶风扇(AxialSupersonic Inflow Shock-in-Stator Fan，缩写为SSSF)，即气流在转叶中不产生激波而依靠折转做功，但气流轴向分速在转叶中保持为超音，轴向超音气流继续在静叶中通过激波减速增压，静叶出口气流亚音。这种风扇似乎与Klapproth早年提出的冲击式全超音速风扇^[9]类似，但SSSF动叶进出口存在较大的静压比，这与Klapproth的冲动式全超音速风扇动叶前后静压基本不变完全不同。因此，SSSF应该属于全新的超音来流风扇方案。