CN112324707A - 一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片，包括：吸力面、压力面、叶顶、叶根、主流孔和周转型抽吸孔；在压气机叶片的最大挠度处开设主流孔，主流孔的径向范围是从压气机叶片的叶根到叶顶；周转型抽吸孔均匀分布在主流孔沿着流动方向的一侧，与主流孔相连通；周转型抽吸孔沿着流动方向延伸预设长度，在预设长度后以预设周转角度回转，延伸到与吸力面相交。既能达到抽除流动分离时的低能流体的效果，又可以尽可能小地对压气机叶片的强度产生影响。

Description

一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片

技术领域

本发明涉及航空压气机叶片技术领域，特别涉及一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片。

背景技术

最近这些年来，燃气轮机与航空发动机的快速发展毫不例外的都对压气机的部件提出了更高增压比、更高效率和更大稳定工作范围的要求。压气机压比的提高导致沿压气机叶栅流向、横向的压力梯度的增加，一方面，沿流向逆压梯度的增加会引起叶片吸力面附面层分离，另一方面，横向压力梯度的增加又会引起端壁区域二次流的增强，两者均会导致压气机叶栅内流动恶化，引起叶栅损失增大，最终限制了压气机压比的提高。常见控制压气机内部流动控制的方法主要分为两类：第一是被动流动控制技术，主要方法为改变压气机叶片、端壁等的几何形状来控制流场，如三维叶片技术的弯、掠、倾斜，大小叶片，端弯叶片，翼刀，可控扩散叶型，非轴对称端壁，以及开缝叶片等；第二种是主动流动控制技术，主要方法为在叶栅中通过局部施加激励来控制叶栅内流动分离，包括局部吹气、局部附面层抽吸、等离子体激励、声激励等技术。

相关技术中，缺少一种可以很好地把会产生流动分离的部分低能流体吸除，使在压气机中的流动具有更好的气动性能的压气机叶片。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片，该设计既能达到抽除流动分离时的低能流体的效果，又可以尽可能小地对压气机叶片的强度产生影响。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片，包括：

吸力面、压力面、叶顶、叶根、主流孔和周转型抽吸孔；

在压气机叶片的最大挠度处开设所述主流孔，所述主流孔的径向范围是从所述压气机叶片的所述叶根到所述叶顶；

所述周转型抽吸孔均匀分布在所述主流孔沿着流动方向的一侧，与所述主流孔相连通；

所述周转型抽吸孔沿着流动方向延伸预设长度，在所述预设长度后以预设周转角度回转，延伸到与所述吸力面相交，所述周转型抽吸孔的出口在所述压气机叶片的吸力面上。

另外，根据本发明上述实施例的一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述周转型抽吸孔的周转角度大于90°。

进一步地，在本发明的一个实施例中，周转角为所述周转型抽吸孔未回转前的轴线与回转后的轴线的夹角的补角。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述周转型抽吸孔的轴线沿着叶片的中弧线方向。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主流孔的直径为10mm，所述主流孔的长度为200mm。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述周转型抽吸孔的直径为2mm。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述周转型抽吸孔7的周转直径为6mm。

本发明实施例的一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片，具有以下有益效果：

(1)引入周转型抽吸孔的压气机叶片比无抽吸孔的压气机叶片的压缩效率更高，这是因为由于引入了周转型抽吸孔，附面层中的低能流体被抽除，流动损失被降低了，压缩效率就更高了，每一级压气机叶片的压比就提升了。

(2)压气机的叶片自身很薄，引入抽吸孔会对压气机叶片的强度有一定的影响。本发明采用的周转型抽吸孔，有一定的曲率，相比于其他直的抽吸孔应力比较小，对强度影响较小。

(3)在本发明中，所述压气机叶片进行附面层抽吸时，抽吸方式为单通气，对于抽吸孔的布置更加容易。

(4)吸力面抽吸的优势在于降低叶栅的整体损失，抑制下游的附面层重新发展，最佳弯角与未抽吸的常规叶栅接近。沿展向全叶高的吸力面抽吸能有效抑制叶片吸力面的附面层发展，对主流损失的改善最为有效，同时，吸力面抽吸也吸除了角区的一部分低能流体；但角区分离仅会受到抑制，无法消除，角区堵塞面积并没有得到显著改观，有效工作范围拓宽有限。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的无抽吸孔时压气机叶片的叶片表面流动示意图；

图2为根据本发明一个实施例的压气机叶片的结构示意图，箭头表示低能流体的流动方向；

图3为压气机叶片的径向视图；

图4为在图3中的A-A截面处截取的所述压气机叶片1的剖视图；

图5为压气机叶片的周向视图；

图6为在图5中的B-B截面处截取的压气机叶片1为周转角度1的剖视图；

图7为在图5中的B-B截面处截取的压气机叶片1为周转角度2的剖视图；

图8为在图5中的B-B截面处截取的压气机叶片1为周转角度3的剖视图；

图9为压气机叶片1抽除低能流体后的叶片表面流动示意图。

附图标记：1-叶片，2-吸力面，3-压力面，4-叶顶，5-叶根，6-主流孔，7-周转型抽吸孔，图1，2，7中的箭头表示流体流动方向，图1，9中虚线和叶片表面之间的流动表示边界层。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片。

如图1所示，无抽吸孔压气机叶片的表面流动中，在叶片的吸力面的某个位置会发生流动分离，这种流动分离会产生低能流体，从而降低压气机的压缩效率。

如图2所示，本发明公开了一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片1。需要说明，尽管以下讨论主要关注航空发动机，但是所讨论的概念并不限于航空发动机并且可以应用于采用压气机叶片的任何旋转机械。

如图2所示，压气机叶片1包括吸力面2、压力面3、叶顶4、叶根5，主流孔6、周转型抽吸孔7。

在压气机叶片的最大挠度处开设主流孔，主流孔的径向范围是从压气机叶片的叶根到叶顶。

周转型抽吸孔均匀分布在主流孔沿着流动方向的一侧，与主流孔相连通，在每两个孔的相贯处设置倒圆角。

周转型抽吸孔沿着流动方向延伸预设长度，在预设长度后以预设周转角度回转，延伸到与吸力面相交。

如图3所示，为了最大限度地不影响压气机叶片1的强度，在叶片1的最大挠度处开主流孔6，主流孔6的径向范围是从叶片1的叶根5到叶片1的叶顶4。

如图4所示，在主流孔6沿着流动方向的一侧均匀地分布着周转型抽吸孔7，周转型抽吸孔7的个数为9个。如图6，7，8所示，周转型抽吸孔7先是沿着流动方向一段距离，然后在某一位置开始回转，直到与叶片1的吸力面2相交。

本发明的优选实施方式，因为主流孔6对叶片强度的影响最大，所以主流孔6应该在压气机叶片的最大挠度处，直径最好是不要超过压气机叶片厚度的二分之一。

本发明的优选实施方式，周转型抽吸孔7的位置应该在主流孔6上均匀分布，可以减小由于结构不均匀而产生的应力不均匀，从而减小对开抽吸孔对叶片强度的影响。

本发明的优选实施方式，周转型抽吸孔7的周转角度应该大于90°，这样可以保证抽吸孔的出口方向相对于来流方向，会有较大的迎风面积，可以有较好的进气量和抽吸效果。

本发明具有带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片的工作方式如下：

在压气机工作时，由于附面层流动的分离会产生大量的低能流体，这些低能流体包围着压气机叶片1，在压气机叶片上引入了周转型抽吸孔之后，低能流体会由压气机叶片1的吸力面2上的周转型抽吸孔7流入压气机叶片1的内部；周转型抽吸孔7与主流孔6相连，所有的周转型抽吸孔中的流体会汇聚在压气机叶片1的主流孔6内，从而把流动中的低能流体抽除，低能流体抽除后的压气机叶片表面流动示意图如图9，从图中可以看出，引入周转型抽吸孔可以达到抑制流动分离的目的，从而提高压气机压缩效率。

可选地，主流孔6的直径为10mm；

可选地，主流孔6的长度为200mm；

可选地，周转型抽吸孔7的直径为2mm；

可选地，周转型抽吸孔7三个沿流动方向的长度分别为21mm，30mm，15mm；

可选地，周转型抽吸孔7的周转直径为6mm；

可选地，周转型抽吸孔7的三个周转角度分别是：

周转角1＝180-∠1＝180-23°＝157°；

周转角1＝180-∠2＝180-42°＝138°；

周转角1＝180-∠3＝180-14°＝166°。

本发明具有带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片通过控制不同的周转角实现对抽吸量的调控的工作方式如下：

根据需要的抽气量，可以调整主流孔6、周转型抽吸孔7的尺寸，还可以调整周转型抽吸孔7个数以及角度来实现对流量的控制，给出三种不同的周转角，比较他们的抽吸量。

对于图6，7，8所示的三种带周转型抽吸孔的压气机叶片，只有抽吸孔的周转角度不同，∠3<∠1<∠2，所以周转角度是第三个叶片最大，第一个叶片次之，第二个叶片最小，周转的角度越大，抽吸孔的迎风面积就越大，所以抽吸孔入口处的压力就越大，所以三个叶片的吸力面抽吸孔入口处的压力，第三个叶片最大，第一个叶片次之，第二个叶片最小。压力越大，进入抽吸孔的流量就越多，从而通过周转角度的不同实现对流量的调控。

根据本发明实施例提出的一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片，在抽吸之前，压气机叶片的抽吸孔中没有流体，孔中压力比较小，在叶片吸力面附近，由于是在附面层中的流动，速度较低，在总压近似不变的情况下静压力相对较大，来自流动分离而产生的低能流体会由压气机叶片的吸力面上的周转型抽吸孔流入，流体经过每一个抽吸孔的周转后进入主流孔，最后由主流孔流出叶片。由此，既能达到抽除流动分离时的低能流体的效果，又可以尽可能小地对压气机叶片的强度产生影响。将附面层内的高熵低能流体吸除，使得下一级压缩需要的压缩功减小，进而达到使压气机的压缩效率得到提高的目的。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种带周转型抽吸孔的航空发动机压气机叶片，其特征在于，包括：吸力面、压力面、叶顶、叶根、主流孔和周转型抽吸孔；

在压气机叶片的最大挠度处开设所述主流孔，所述主流孔的径向范围是从所述压气机叶片的所述叶根到所述叶顶；

所述周转型抽吸孔均匀分布在所述主流孔沿着流动方向的一侧，与所述主流孔相连通；

所述周转型抽吸孔沿着流动方向延伸预设长度，在所述预设长度后以预设周转角度回转，延伸到与所述吸力面相交，所述周转型抽吸孔的出口在所述压气机叶片的吸力面上。

2.根据权利要求1所述的发动机压气机叶片，其特征在于，所述周转型抽吸孔的周转角度大于90°。

3.根据权利要求1所述的发动机压气机叶片，其特征在于，周转角为所述周转型抽吸孔未回转前的轴线与回转后的轴线的夹角的补角。

4.根据权利要求1所述的发动机压气机叶片，其特征在于，所述周转型抽吸孔的轴线沿着叶片的中弧线方向。

5.根据权利要求1所述的发动机压气机叶片，其特征在于，所述主流孔的直径为10mm，所述主流孔的长度为200mm。

6.根据权利要求1所述的发动机压气机叶片，其特征在于，所述周转型抽吸孔的直径为2mm。

7.根据权利要求1所述的发动机压气机叶片，其特征在于，所述周转型抽吸孔7的周转直径为6mm。

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