[发明专利]一种压气机前置组合式机匣设计方法

说明书

本发明公开了一种轴流压气机前置组合式机匣设计方法，该方法组合了轴向缝式机匣处理与自循环机匣处理结构，将轴向缝机匣处理采取前置叠合的形式置于压气机转子叶顶，自循环机匣处理横跨于轴向缝机匣处理上方，形成了一种前置组合式机匣处理结构。前置组合式机匣处理结构可以弥补单一结构机匣处理的不足，在极大提升压气机失速裕度的同时显著的降低了机匣处理带来的效率损失。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，特别涉及一种压气机前置组合式机匣设计方法。

背景技术

当前，航空发动机不断朝着高推重比、低耗油率和高可靠性的方向发展。但对于压气机而言，发动机的高推重比追求与高可靠性间存在着一定的矛盾。随着压气机的负荷越高，其叶片通道内部激波的强度、附面层的分离以及二次流的泄漏均会加剧，这将造成压气机稳定裕度的下降。

目前来看，研究人员一般采取三种方法扩大压气机的稳定工作裕度：①在设计阶段采用弯掠叶片设计、串列叶片或大小叶片技术等为压气机预留充分的稳定裕度；②在使用阶段采取可调节机构如中间级放气、进口可调导叶/静子可调等方式加大压气机的适应能力；③在压气机端壁区加装处理装置如叶顶喷气、端壁造型和机匣处理等扩稳结构来拓宽压气机的稳定工作范围。

处理机匣因为具有结构简单、易于实施及扩稳效果显著等优势，在工程上得到了广泛的应用，经过多年发展已经涌现出如周向槽式、轴向缝式、自循环式等众多机匣处理结构。从现有的关于机匣处理的研究来看，周向槽式机匣处理虽然对压气机效率影响较小，但扩稳效果并不明显；轴向缝式机匣处理可以获得较大的稳定裕度改进，但要以较大的压气机效率损失为代价；自循环式机匣处理虽然可以不降低甚至提高压气机效率，但获得的稳定裕度提升显然无法满足工程需求。可见，单一结构机匣处理设计仍然存在一定的局限性，对于现代压气机的高稳定性需求，单一结构机匣处理往往无法满足稳定裕度需求和高性能之间的平衡。因此依靠单一结构机匣处理的经验性“试错”设计甚至几何结构优化设计，显然已经无法满足当前或未来高负荷压气机的稳定性需求。现有的周向槽、轴向缝、自循环机匣处理及其单一变量优化结构可以带来不同程度的压气机性能提升，但在兼顾扩稳能力和效率方面仍有很大提升空间。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了避免现有单一机匣处理设计存在的不足，本发明提出一种压气机前置组合式机匣设计方法。

本发明的技术方案是：一种压气机前置组合式机匣设计方法，包括以下步骤：

步骤1：在压气机机匣内侧壁面沿轴向开若干条离散的轴向缝，沿周向均匀分布形成轴向缝机匣处理结构，且轴向缝结构覆盖叶顶20％轴向弦长；

步骤2：在轴向缝处理机匣的基础上，将自循环式处理机匣结构横跨于轴向缝上方，形成前置组合式机匣处理结构，自循环机匣处理的周向覆盖比为25％。

本发明进一步的技术方案是：所述轴向缝式机匣的前端位于叶顶前缘上游50％叶顶轴向弦长处，后端位于叶顶前缘下游20％叶顶轴向弦长处；开缝面积比为50％，缝深为30％叶顶轴向弦长；缝的径向倾斜方向与转子旋转方向一致，与径向的夹角为45°。

本发明进一步的技术方案是：自循环式机匣处理的引气位置位于转子尾缘上游10％叶顶轴向弦长处，喷气位置位于叶顶前缘上游80％叶顶轴向弦长处。

本发明进一步的技术方案是：所述自循环处理机匣引气口和喷气口均采用Coanda喷嘴结构，偏航角为10°。

本发明进一步的技术方案是：所述自循环处理机匣喷气口喉部高度为4倍叶尖间隙值。

本发明进一步的技术方案是：所述自循环处理机匣的桥路高度为22％叶顶轴向弦长。

发明效果