CN110985135A - 涡喷发动机用导向器及涡喷发动机 - Google Patents

涡喷发动机用导向器及涡喷发动机 Download PDF

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张伟
潘武义
宁伟洁
刘迪
敖乾超
黄迪
从炳雨
侯海玉
兰佳哲
郭海龙
冯文亮
杨晓洁
曹浩波
高大勇
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Abstract

本发明公开了涡喷发动机用导向器及涡喷发动机,包括外环、内环和若干个导向叶片，所述外环上端设置用于连接涡轮外环的连接环，所述导向叶片连接所述外环和内环，所述导向叶片沿圆周方向均匀分布在所述外环与内环之间的环形通道内，所述导向叶片设为具有空腔的空心叶片，所述外环和内环分别开设有与所述空腔连通的进气口和出气口，所述进气口和出气口均与所述导向叶片一一对应设置。该涡喷发动机用导向器通过结构改进提高导向器的耐热性能，使其能够承受高于材料本身熔点的工作环境温度，从而提高发动机的整体性能。

Description

涡喷发动机用导向器及涡喷发动机
技术领域
本发明属于涡喷发动机技术领域，具体涉及涡喷发动机用导向器及涡喷发动机。
背景技术
导向器作为小型涡喷发动机的重要热端部件，主要用于将发动机内部的高温燃气进行方向折转和减压增速，形成高速旋转的高温气流，推动涡轮进行旋转从而推动压气机的增压做功。导向器通常位于燃烧室后方，需承受上千度的高温燃气和4-6倍大气压力的作用，为了满足导向器的高温作业需求，现有的导向器通常采用高温合金制成。高温合金材料通常耐温在700-950摄氏度范围内，不能满足更高温度的工作环境应用。
目前，受制于我国高温合金材料自身固有特性的限制，很难在材料本身的耐温性上进行提升，致使导向器的耐热性能提高受到了限制，也限制了发动机整体性能的提高。
发明内容
针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供涡喷发动机用导向器及涡喷发动机，该涡喷发动机用导向器通过结构改进提高导向器的耐热性能，使其能够承受高于材料本身熔点的工作环境温度，从而提高发动机的整体性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种涡喷发动机用导向器,包括外环、内环和若干个导向叶片，所述外环上端设置用于连接涡轮外环的连接环，所述导向叶片连接所述外环和内环，所述导向叶片沿圆周方向均匀分布在所述外环与内环之间的环形通道内，所述导向叶片设为具有空腔的空心叶片，所述外环和内环分别开设有与所述空腔连通的进气口和出气口，所述进气口和出气口均与所述导向叶片一一对应设置。
作为优选，所述导向叶片与所述内环连接的端面设为第一敞口结构，所述出气口与所述第一敞口结构连通，所述出气口与所述第一敞口结构的形状尺寸相同；所述导向叶片与所述外环连接的端面设为第二敞口结构，所述进气口与所述第二敞口结构连通，所述进气口与所述第二敞口结构的形状尺寸相同。
作为优选，所述导向叶片的壳体外表面和空腔均设为倒凹凸翼型结构，所述导向叶片的壳体包括构成叶片压力面的第一叶板，构成叶片吸力面的第二叶板，连接所述第一叶板上端和所述第二叶板上端的上连接部，以及连接所述第一叶板下端和所述第二叶板下端的下连接部，所述上连接部构成供气流流入的叶片前缘，所述下连接部下端构成供气流流出的叶片后缘，所述上连接部设为向背离所述空腔方向弯曲的弧形板，所述下连接部设为厚度自靠近所述空腔的一端向所述叶片后缘逐渐减小的叶片尖端，所述第一叶板设为向靠近所述空腔方向弯曲的弧形板，所述第二叶板设为向背离所述空腔方向弯曲的弧形板。
作为优选，所述第二叶板厚度为所述第一叶板厚度的1/4～1/2。
作为优选，所述叶片后缘设有过渡圆角。
作为优选，所述外环、内环和导向叶片为模具一次铸造成型的一体式结构。
作为优选，所述外环、内环和导向叶片的铸造采用精密熔模铸造的方式，所述导向叶片采用整体模具插接陶瓷型芯的方式铸造成型。
本发明还公开了一种涡喷发动机，包括上述的涡喷发动机用导向器。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：提供了涡喷发动机用导向器及涡喷发动机，该涡喷发动机用导向器通过结构改进提高导向器的耐热性能，使其能够承受高于材料本身熔点的工作环境温度，从而提高发动机的整体性能。
附图说明
图1为本实施例的导向器的结构示意图；
图2为本实施例的导向器的仰视图；
图3为本实施例的导向器的剖视图；
图4为本实施例的导向器的导向叶片的结构示意图；
以上个图中：1-外环，11-进气口，12-连接环，2-内环，21-出气口，3-导向叶片，31-第一叶板，32-上连接部，33-叶片后缘，34-第二叶板，35-空腔，36-下连接部。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至4所示，一种涡喷发动机用导向器,包括外环1、内环2和若干个导向叶片3，所述外环1上端设置用于连接涡轮外环的连接环12，所述导向叶片3连接所述外环1和内环2，所述导向叶片3沿圆周方向均匀分布在所述外环1与内环2之间的环形通道内，所述导向叶片3设为具有空腔35的空心叶片，所述外环1和内环2分别开设有与所述空腔35连通的进气口11和出气口21，所述进气口11和出气口21均与所述导向叶片3一一对应设置。
一种涡喷发动机，包括上述的涡喷发动机用导向器。
上述导向器应用于涡喷发动机的工作原来可简述为：经扩压器增压后的空气分为两路，第一路气流经过燃烧室内腔与燃油混合燃烧形成高温高压气体，高温高压气体流经导向器的燃气流道，推动涡轮做功；第二路气流从燃烧室外侧流过，通过导向器外环1上开设的进气口11进入导向叶片3的空腔35与导向叶片3进行热交换降低导向叶片温度后，第二路气流通过开设在内环2上的出气口21流出导向叶片2，经导向叶片2加热的第二路气流继续下行与流经导向器的高温燃气混合，共同推动涡轮做功。在此过程中，第二路气流为未参与燃烧的高速冷却气流(第二路气流流动方向如图3中虚线箭头所示)，第二路气流流经空腔35可作为冷却气流与导向叶片3进行热交换，将导向叶片3表面的热量带走，使其表面能够承受更高的气流温度，在第一路气流的温度高于制成导向叶片3的材料本身熔点时，能够降低导向叶片3表面的温度，从而提高导向器的耐高温性能，进而提高发动机的整体性能。第二路气流在流经导向叶片3空腔35构成的收敛流道能够使得气流减压增速，其与第一路气流汇合后能够提高涡轮做功效率，导向叶片3采取空心结构还能够降低导向器整体重量，增加发动机推重比，降低耗油率。
具体的，为了使第二路气流流经导向叶片3内过程更加顺畅，提高降温效果，所述导向叶片3与所述内环2连接的端面设为第一敞口结构，所述出气口21与所述第一敞口结构连通，所述出气口21与所述第一敞口结构的形状尺寸相同；所述导向叶片3与所述外环1连接的端面设为第二敞口结构，所述进气口11与所述第二敞口结构连通，所述进气口11与所述第二敞口结构的形状尺寸相同。
具体的，为保障导向叶片3的承力性能并兼顾热交换效率，所述导向叶片3的壳体外表面和空腔35均设为倒凹凸翼型结构，所述导向叶片3的壳体包括构成叶片压力面的第一叶板31，构成叶片吸力面的第二叶板34，连接所述第一叶板31上端和所述第二叶板34上端的上连接部32，以及连接所述第一叶板31下端和所述第二叶板34下端的下连接部36，所述上连接部23构成供气流流入的叶片前缘，所述下连接部36下端构成供气流流出的叶片后缘33，所述上连接部32设为向背离所述空腔35方向弯曲的弧形板，所述下连接部36设为厚度自靠近所述空腔35的一端向所述叶片后缘33逐渐减小的叶片尖端，所述第一叶板31设为向靠近所述空腔35方向弯曲的弧形板，所述第二叶板34设为向背离所述空腔35方向弯曲的弧形板。
具体的，为了进一步提高导向叶片3承力性能和耐热性能，所述第二叶板34厚度为所述第一叶板31厚度的1/4～1/2。第一叶板31为叶片压力面，是导向叶片3主要的承力部位，增大其厚度有利于提高导向叶片3的承力性能，第二叶板34为叶片吸力面承受气流冲击力较小，降低其厚度可增强导向叶片3内外的热交换效率，提高降温效果，提高导向叶片3的耐高温性能，且不会影响导向叶片3的承力性能。
具体的，所述叶片后缘33设有过渡圆角。
具体的，为提高导向器的整体结构强度，所述外环1、内环2和导向叶片3为模具一次铸造成型的一体式结构。
具体的，为提高导向器生产效率，降低生产成本，保障空心叶片的加工精度，所述外环1、内环2和导向叶片3的铸造采用精密熔模铸造的方式，所述导向叶片3采用整体模具插接陶瓷型芯的方式铸造成型。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种涡喷发动机用导向器,包括外环、内环和若干个导向叶片，所述外环上端设置用于连接涡轮外环的连接环，所述导向叶片连接所述外环和内环，所述导向叶片沿圆周方向均匀分布在所述外环与内环之间的环形通道内，其特征在于：所述导向叶片设为具有空腔的空心叶片，所述外环和内环分别开设有与所述空腔连通的进气口和出气口，所述进气口和出气口均与所述导向叶片一一对应设置。
2.根据权利要求1所述的涡喷发动机用导向器,其特征在于，所述导向叶片与所述内环连接的端面设为第一敞口结构，所述出气口与所述第一敞口结构连通，所述出气口与所述第一敞口结构的形状尺寸相同；所述导向叶片与所述外环连接的端面设为第二敞口结构，所述进气口与所述第二敞口结构连通，所述进气口与所述第二敞口结构的形状尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的涡喷发动机用导向器,其特征在于，所述导向叶片的壳体外表面和空腔均设为倒凹凸翼型结构，所述导向叶片的壳体包括构成叶片压力面的第一叶板，构成叶片吸力面的第二叶板，连接所述第一叶板上端和所述第二叶板上端的上连接部，以及连接所述第一叶板下端和所述第二叶板下端的下连接部，所述上连接部构成供气流流入的叶片前缘，所述下连接部下端构成供气流流出的叶片后缘，所述上连接部设为向背离所述空腔方向弯曲的弧形板，所述下连接部设为厚度自靠近所述空腔的一端向所述叶片后缘逐渐减小的叶片尖端，所述第一叶板设为向靠近所述空腔方向弯曲的弧形板，所述第二叶板设为向背离所述空腔方向弯曲的弧形板。
4.根据权利要求3所述的涡喷发动机用导向器,其特征在于，所述第二叶板厚度为所述第一叶板厚度的1/4～1/2。
5.根据权利要求3所述的涡喷发动机用导向器,其特征在于，所述叶片后缘设有过渡圆角。
6.根据权利要求1所述的涡喷发动机用导向器,其特征在于，所述外环、内环和导向叶片为模具一次铸造成型的一体式结构。
7.根据权利要求6所述的涡喷发动机用导向器,其特征在于，所述外环、内环和导向叶片的铸造采用精密熔模铸造的方式，所述导向叶片采用整体模具插接陶瓷型芯的方式铸造成型。
8.一种涡喷发动机，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的涡喷发动机用导向器。
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CB02 Change of applicant information

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Address before: 266500 south of Binhai Avenue and west of Shanchuan Road, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province

Applicant before: ZHONGKE HANGXING TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information